Aleaciones a Base de Cobre

CARLOS BLANCO GARRIDO

ALEACIONES CON BASE DE COBRE

TECNOLOGIA DE LOS MATERIAL abril de 2010

Pagina 2 de 28



NDICE

1. INTRODUCCION.......................................................................................................................................3

1.1. HISTORIA ..........................................................................................................................................3 1.2. COBRE PURO ....................................................................................................................................3 1.3. PROPIEDADES ..................................................................................................................................5 1.4. APLICACIONES ................................................................................................................................7

2. ALEACIONES DE COBRE.......................................................................................................................8 2.1. COBRES DEBILMENTE ALEADOS ................................................................................................9 2.2. ALEACIONES CON ALTO CONTENIDO DE COBRE ...................................................................9

2.2.1. Aleacin alto contenido en cobre: Cobre-Cromo.........................................................................10 2.3. LATONES.........................................................................................................................................11

2.3.1. Latones binarios cobre-zinc..........................................................................................................12 2.3.2. Latones con Plomo........................................................................................................................14 2.3.3. Latones especiales ........................................................................................................................14 2.3.4. Propiedades mecnicas de latones ...............................................................................................15 2.3.5. Procesamiento de latones .............................................................................................................16 2.3.6. Latones comerciales y sus usos.....................................................................................................17

2.4. BRONCES.........................................................................................................................................18 2.5. PLATAS ALEMANAS MALECORTS ............................................................................................20 2.6. CUPROALUMINIOS .......................................................................................................................21

2.6.1. Cuproaluminios monofsicos () .................................................................................................22 2.6.2. Cuproaluminios bifsicos .............................................................................................................22 2.6.3. Cuproaluminios de fundicin........................................................................................................25

2.7. ALEACIONES CUPRO- NQUEL ...................................................................................................25 2.8. ALPACAS.........................................................................................................................................27

2.8.1. Alpacas Con Plomo ......................................................................................................................27 3. BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................................28

Pagina 3 de 28



1. INTRODUCCION.

1.1. HISTORIA El cobre fue el primer metal utilizado, producido por primera vez hacia el ao 4000 a.C (Cu, del latn cuprum), se han encontrado objetos de cobre entre los restos de muchas civilizaciones antiguas.

En el Alto Egipto los egipcios utilizaron el cobre habitualmente, se han encontrado perlas de cobre, hojas de pual, hachas, arpones y vasos de cobre en varias tumbas reales, en Mesopotamia se han encontrado cascos de cobre en las tumbas sumerias de entre los aos 3500 y 3100.a.C

En otras regiones la utilizacin del cobre apareci ms tarde como en Creta, en las islas del mar Egeo (Chipre palabra de la que se deriva su nombre), Asia Menor (Irn e India), China y sudeste de Europa,

1.2. COBRE PURO El cobre se produce mediante un proceso pirometalrgico (altas temperaturas) a partir de piritas, para esto se concentra mineral de cobre con azufre y se convierte en un masa de sulfuro de hierro y sulfuro de cobre (Cu S + Fe S), se introduce oxigeno y el sulfuro de hierro se hace oxido de hierro y el sulfuro de de cobre se hace cobre impuro llamado Blister, el cual tendr una pureza en cobre del 98,5%, este al final ser purificado.

El cobre Blister se puede someter a dos tipos de afino: trmico y electroltico.

Afino trmico: se realiza en hornos y elimina oxigeno e impurezas obtenindose cobres del 99,5% de pureza.

Afino por electrlisis: el cobre se introduce en el bao electroltico como anodo, disolvindose y precipitando como ctodo. Estos ctodos se cobre alcanzan purezas del 99,95% y como subproductos de la electrolisis se obtienen pequeas cantidades de oro y plata.

Por lo que se considera COBRE PURO al cobre que tiene ms del 99% de cobre en su composicin.

La siguiente tabla muestra las caractersticas principales del cobre puro, en estado duro y recocido.

CARACTERSTICAS ESTADO DE SUMINISTRO

DURO RECOCIDO Peso especfico 8.9 Kg/dm3 8.9 Kg/dm3 Temperatura de fusin (O C) 1.083 1.083 Coeficiente de dilatacin lineal 16.5 x 10-6 16.5 x10-6 Temperatura de Recocido (O C) 500 Temperatura de Forja (O C) 750 900 750 - 900 Solucin de decapar H 2 SO 4 al 10% H 2 SO 4 al 10% Carga de rotura R 32 Kg/mm2 22 Kg/mm2 Alargamiento (%) 3 a 5 28 a 30 Calor especfico de 0 a 100C 0,092 cal/gC 0,092 cal/gC

Pagina 4 de 28



Las principales formas en que se presenta el Cobre Puro son: - Cobre trmico tenaz (FRTP) - Cobre trmico de alta conductividad (FRHC) - Cobre electroltico tenaz (ETP) - Cobre exento de oxgeno (OF) - Cobre desoxidado con fsforo con bajo contenido de fsforo residual (DLP) - Cobre desoxidado con fsforo con alto contenido de fsforo residual (DHP)

Cobre Trmico Tenaz contiene 99.85% de cobre, siendo el resto oxgeno e impurezas. Cobre Trmico De Alta Conductividad es el cobre trmico que ha sido sometido a mejores condiciones de refinacin que aumentan su conductividad.

Cobre Electroltico Tenaz es un cobre refinado trmico que ha sido colado en nodos que luego se refinan electrolticamente. Tiene un contenido de 99.9% de cobre.

Cobre Exento De Oxigeno contiene un 99.95 % de cobre, manteniendo la misma buena conductividad. Es bastante caro y su aplicacin es poco comn.

Cobre Desoxidado Con Fosforo Con Bajo Contenido De Fsforo Residual contiene un 99.9% de cobre, 0,005 a 0,012% de fsforo (P) y tiene una conductividad de 85 a 98% Cobre Desoxidado Con Fosforo Con Alto Contenido De Fsforo Residual contiene un 99.85% de cobre, 0,013 a 0,50% de fsforo (P) y tiene una conductividad de 70 a 90%

Los tres primeros tipos de Cobre; trmico tenaz, trmico de alta conductividad y electroltico tenaz, estn estrechamente vinculados:

- El cobre trmico de alta conductividad es el mismo cobre trmico tenaz que ha sido refinado en mejor forma.

- El cobre electroltico tenaz es un cobre trmico tenaz que ha sido colado en nodos y luego refinado electrolticamente.

El cobre exento de oxigeno es un caso aparte. Como su nombre lo indica, se le ha sacado el oxgeno. Es un muy buen material, pero es tambin ms caro que los dems.

El cobre desoxidado con fsforo presenta dos casos: - De bajo contenido de fsforo residual (0,005 a 0,012 % de P) - De alto contenido de fsforo residual (0,013 a 0,50 % de P).

De todos los elementos de aleacin posibles, el fsforo es el ms perjudicial ya que con contenidos inferiores al 0,1% hace descender casi un 50% la conductividad electrica

Pagina 5 de 28



1.3. PROPIEDADES Es un metal de color rojizo caracterstico que cristaliza en el sistema cbico centrado en las caras.

Forma Cristalizada

Elemento qumico, de smbolo Cu, con nmero atmico 29, uno de los metales de transicin importante metal no ferroso. Su utilidad se debe a la combinacin de sus propiedades qumicas, fsicas y mecnicas, as como a sus propiedades elctricas y su abundancia. El cobre es el primer elemento del subgrupo Ib de la tabla peridica y tambin incluye los otros metales de acuacin, plata y oro. Su tomo tiene la estructura electrnica

1s22s22p63s23p63d104s1.

El bajo potencial de ionizacin del electrn 4s1 da por resultado una remocin fcil del mismo para obtener cobre(I), o ion cuproso (los compuestos cuprosos se oxidan fcilmente a cpricos, en muchos casos por la mera exposicin al aire y son de poca importancia industrial, los compuestos cpricos son estables), Cu+, y el cobre(II), o ion cprico, Cu2+ son la valencia ms comn, se forma sin dificultad por remocin de un electrn de la capa 3d, la valencia C3+ ocurre slo en unos cuantos compuestos inestables.

Tambin se conocen nueve istopos inestables (radiactivos). El cobre se caracteriza por su baja actividad qumica. Se combina qumicamente en alguno de sus posibles estados de valencia.

Tiene poca actividad qumica y nicamente se oxida en el aire hmedo muy lentamente, recubrindose de una capa de carbonato bsico que lo protege de la corrosin posterior.

Su oxidacin se favorece en medio cido por lo que no es recomendable su uso en utensilios de cocina, ya que las sales que forma son emticas (provocan vmitos).

Slo es atacado por los cidos oxidantes y puede formar complejos con algunas sustancias como por ejemplo el amonaco.

A causa de muchas propiedades deseables como su conductividad elctrica y calorfica, su resistencia a la corrosin, su maleabilidad y ductilidad y su belleza, el cobre se usa en una amplia variedad de aplicaciones.

Pagina 6 de 28



Valores de las Propiedades

Masa Atmica 63,546 uma Punto de Fusin 1083,4 C Punto de Ebullicin 2567 C Densidad 8,9500 g/cm Dureza (Mohs) 2,8 Conductividad Trmica 401,00 J/m s C Conductividad Elctrica 595,8 (m.cm)-1 Resistividad Elctrica 1,7241 cm2/cm Calor Especfico 384,56 J/kg K Calor de Fusin 13,0 kJ/mol Calor de Vaporizacin 305,0 kJ/mol 1 Energa de Ionizacin 745,4 kJ/mol 2 Energa de Ionizacin 1957,9 kJ/mol 3 Energa de Ionizacin 3553,5 kJ/mol Afinidad Electrnica 118,5 kJ/mol Radio Atmico 1,28 Radio Covalente 1,17 Radio Inico Cu+1 = 0,96

Cu+2 = 0,69 Cu+3 = 0,59

Volumen Atmico 7,1 cm/mol Polarizabilidad 6,7 Electronegatividad (Pauling) 1,9

Es un metal comparativamente pesado, el cobre slido puro, tiene una densidad de 8.96 g/cm3 a 20C, mientras que el del tipo comercial vara con el mtodo de manufactura, oscilando entre 8.90 y 8.94. El punto de fusin del cobre es de 1083.0 (+/-) 0.1C. Su punto de ebullicin normal es de 2595C.

El cobre no es magntico, ms exactamente, es un poco paramagntico.

Su conductividad trmica y elctrica es muy alta.

Es uno de los metales que puede tenerse en estado ms puro, es moderadamente duro, es tenaz en extremo y resistente al desgaste. Las propiedades mecnicas y elctricas de un metal dependen en gran medida de las condiciones fsicas, temperatura y tamao de grano del metal.

Pagina 7 de 28



1.4. APLICACIONES

El cobre ha sido utilizado para una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades como son la conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosin, as como su maleabilidad y ductilidad, adems de su belleza.

Debido a su extraordinaria conductividad, slo superada por la plata, el uso ms extendido del cobre se da en la industria elctrica.

Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier dimetro, desde 0,025 mm en adelante. La resistencia a la traccin del alambre de cobre estirado es de unos 4.200 kg/cm2. Puede usarse tanto en cables y lneas de alta tensin exteriores como en el cableado elctrico en interiores, cables de lmparas y maquinaria elctrica en general como generadores, motores, reguladores, equipos de sealizacin, aparatos electromagnticos y sistemas de comunicaciones.

A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuar monedas y confeccionar tiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales. En un tiempo era frecuente reforzar con cobre la quilla de los barcos de madera para proteger el casco ante posibles colisiones.

El cobre puede galvanizarse fcilmente como tal o como base para otros metales. Con este fin se emplean grandes cantidades en la produccin de electrotipos (reproduccin de caracteres de impresin).

El cobre puro es blando pero puede endurecerse posteriormente. Las aleaciones de cobre, son mucho ms duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse para fines elctricos, no obstante, su resistencia a la corrosin es casi tan buena como la del cobre puro y son de fcil manejo. Las dos aleaciones ms importantes son el latn, una aleacin con cinc, y el bronce, una aleacin con estao. A menudo tanto el cinc como el estao se funden en una misma aleacin, haciendo difcil una diferenciacin precisa entre el latn y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades. Tambin se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y nquel, y es un componente importante en aleaciones como el monel, el bronce de can y la plata alemana.

Algunas soluciones de cobre tienen la propiedad de disolver la celulosa, por lo que se usan grandes cantidades de cobre en la fabricacin de rayn. Tambin se emplea el cobre en muchos pigmentos, en insecticidas como el verde de Schweinfurt, o en fungicidas como la mezcla de Burdeos, aunque para estos fines est siendo sustituido ampliamente por productos orgnicos sintticos.

Las aleaciones de cobre tienen resistencia a la fatiga y buena termofluencia, pero resistencia mecnica menor a la del aluminio o magnesio.

Las aleaciones se aplican en componentes elctricos como alambres, bombas, vlvulas y componentes de plomera.

Pagina 8 de 28



2. ALEACIONES DE COBRE

El color natural del cobre es rosado salmn, pero aparece a menudo rojizo debido a su oxidacin superficial. La oxidacin que sufre el cobre en contacto con el aire, es superficial y lo protege de toda oxidacin posterior. Con los aos, la capa superficial oxidada (ptina) se toma verde claro.

El cobre comercialmente puro, sin aditivos excepto oxigeno o elementos desoxidantes, como fsforo (P), boro (B), Consiste en el smbolo Cu seguido de un guin y una serie de letras maysculas: Cu-ABCD . En el caso de que contenga uno o ms elementos aleantes, tal que la suma de sus cantidades no exceda el 1%, consistir en el smbolo Cu seguido de los smbolos qumicos de los elementos en orden de contenido decreciente, las cifras relativas al contenido nominal (contenido medio), se escribirn detrs de cada aleante.

Sin embargo, el cobre puro no puede servir para todos los usos, sobre todo para los que requieren gran resistencia mecnica, buena maquinabilidad, gran resistencia a las temperaturas elevadas, resistencia al desgaste, etc.

En estos casos se debe recurrir a las aleaciones, es decir, a combinaciones del cobre con otros metales como zinc, aluminio, estao, nquel, hierro, etc.

Las aleaciones de cobre comerciales consistirn en el smbolo qumico del aleante de mayor importancia y a continuacin los smbolos qumicos de otros aleantes en orden de de contenidos decrecientes (en caso de igualdad de contenido en orden alfabtico). La cifras relativas al contenido nominal se escribirn detrs del smbolo de cada aleante, excepto el cobre y aleantes cuyos contenidos sean inferiores al 1%, por ejemplo CuSn10P. que correspondera a una aleacin de cobre estao con un contenido en estao de un 10% y un contenido medio en fsforo menor que el 1%.

Los grupos principales de aleaciones de cobre son los siguientes:

- Cobres dbilmente aleados - Aleaciones con alto contenido de cobre - Latones - Bronces - Cuproaluminios - Cuproniqueles - Alpacas

Existen, adems, otras aleaciones que contienen menos del 50% de cobre, tales como el Monel y las aleaciones para resistencias elctricas.

Es importante tambin, sealar el papel del cobre como elemento de adicin (centsimas o milsimas) a diferentes metales, tales como el acero, el aluminio y el zinc, y tambin en el caso especial de la fundicin.

Pagina 9 de 28



2.1. COBRES DEBILMENTE ALEADOS

Los cobres dbilmente aleados son aquellos que poseen bajo contenido de elementos de adicin (menos del 1%) y se utilizan cuando alguna de las propiedades de los cobres propiamente dichos es insuficiente.

Como por ejemplo, cuando se requiere mejor:

- Resistencia mecnica a temperaturas relativamente elevadas - Resistencia a la corrosin - Soldabilidad - Resistencia al reblandecimiento - Maquinabilidad

Las composiciones de cobres dbilmente aleados son:

- Cobre desoxidado con fsforo, con arsnico. - Cobre tenaz con plata. - Cobre exento de oxgeno con plata. - Cobre con azufre. - Cobre con telurio.

2.2. ALEACIONES CON ALTO CONTENIDO DE COBRE Estas aleaciones se utilizan cuando no es indispensable una conductividad elctrica muy elevada pero se requiere de un material con otras propiedades como las siguientes:

- Resistencia a la traccin - Dureza - Resistencia a la corrosin - Resistencia a la oxidacin

Son aleaciones con alto contenido de cobre:

- Cobre-Cadmio y Cobre-Cadmio-Estao. - Cobre-Cromo. - Cobre-Berilio y Cobre-Berilio-Cobalto. - Cobre-Nquel-Silicio. - Cobre-Silicio- Manganeso.

Pagina 10 de 28



2.2.1. Aleacin alto contenido en cobre: Cobre-Cromo Estas aleaciones contienen 0,5 a 1% de Cr. A 100C se disuelve un 0,37% de Cr en el cobre, al bajar la temperatura baja tambin, fuertemente, la solubilidad del Cr permitiendo as el endurecimiento por precipitacin, esto se realiza mediante un tratamiento de solucin a 1000C, temple y precipitacin a 500C.

La aleacin binaria Cu-Cr es susceptible a decohesiones bajo la accin de una tensin aplicada por perodos prolongados entre 80C y 3000C, siendo adems sensible al efecto de entalladura.

Este tipo de aleacin, Cobre-Cromo se utiliza cuando se desea alta conductividad elctrica o trmica, asociada a altas resistencias en caliente; es tpico su uso en: electrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, contactores de potencia, equipos siderrgicos y resortes conductores.

Diagramas de fase Cu-Cr.

% en Peso de Cromo

La Figura muestra el diagrama de fases Cu-Cr

Punto A B C D E F G H I

C 1083 1070 1070 1470 1070 1000 800 600 400

%Cr 0 0.65 1.5 37 100 0.4 0.15 0.07 < 0.03

Pagina 11 de 28



2.3. LATONES

Aleacin de cobre y cinc. El latn es ms duro que el cobre, es dctil y puede forjarse en planchas finas. Antiguamente se llamaba latn a cualquier aleacin de cobre, en especial la realizada con estao. Es posible que el latn de los tiempos antiguos estuviera hecho con cobre y estao. La aleacin actual comenz a usarse hacia el siglo XVI.

El color agradable de los latones, que vara del rosa al amarillo para contenidos crecientes de zinc, su buena resistencia a la corrosin y su aptitud para tratamientos superficiales. (barnices transparentes, ptinas, recubrimientos diversos), permiten realizar econmicamente objetos de bello aspecto, de larga duracin y de mantenimiento fcil.

Su maleabilidad vara segn la composicin y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mnimas. Algunos tipos de latn son maleables nicamente en fro, otros slo en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura.

Todos los tipos de esta aleacin se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura prxima al punto de fusin.

Para obtener latn, se mezcla el cinc con el cobre en crisoles o en un horno de reverbero o de cubilote.

Los lingotes se laminan en fro y las barras o planchas pueden laminarse en varillas o cortarse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambre.

Los latones son aleaciones a base de cobre y zinc. Contienen de 5 a 46% de este ltimo metal y en ocasiones otros elementos en pequeas proporciones como: Pb, Sn, Mn, Al, Fe, Si, Ni y As, los cuales en pequeas proporciones mejoran propiedades especficas.

Por lo que respecta a su estructura, los latones pueden clasificarse en tres grupos principales:

Los latones, formados por dicho constituyente, que es una solucin slida cuyo contenido en zinc vara aproximadamente del 5 al 36%. Su estructura cristalina es FCC (cbica centrada en las caras), son materiales tenaces y dctiles que se pueden trabajar en fro (Ej.: latones para cpsulas (2-8% de Zn), latones cartuchera (30% de Zn)).

Los latones, con aproximadamente un 46% de zinc. Su estructura cristalina es BCC(cbica centrada en el cuerpo)., son materiales ms duros y resistente y no pueden trabajarse en fro

Los latones+, cuya estructura mixta se presenta a partir de un 37,5% hasta 46% de zinc. A medida que aumenta el porcentaje de Zinc, aparece un tercer grupo de estas aleaciones constituido enteramente por la fase. Tienen unas propiedades intermedias. Los latones, si se incrementa el contenido en zinc hasta el 50%.Esta fase da lugar al comienzo de la fragilidad y no es aplicable en usos industriales.

Dentro de este grupo de aleaciones, para mejorar caractersticas, como el Pb para mejorar el mecanizado, pueden llevar adiciones de uno o ms elementos segn el aleante se distinguen:

- Los Latones Binarios - Los Latones Con Plomo - Los Latones Especiales

Pagina 12 de 28



2.3.1. Latones binarios cobre-zinc Los Latones Binarios tienen caractersticas muy especficas y sus aplicaciones estn relacionadas con el porcentaje de zinc que contenga la aleacin.

La Figura muestra el diagrama de fases Cu-Zn.

La fase es muy maleable en fro, permitiendo grandes deformaciones por laminado, repujado, estirado y forja en fro. Tanto la resistencia a la traccin, (tensin mxima), como la tensin de fluencia y la deformacin a la ruptura aumentan con el contenido de Zn,

La fase es dura y frgil. Cabe sealar que su presencia es deseable cuando se buscan buenas propiedades para el mecanizado. Por otra parte, la fase resulta de la fase sobre los 454C, se caracteriza por ser maleable a alta temperatura, por tanto latones con fase son muy adecuados para el conformado plstico a altas temperaturas. Las fotografas siguientes muestran las microestructuras de latones monofsicos, (fase ), y bifsicos, (fases y ), respectivamente.

Pagina 13 de 28



Punto A B C D E F G H I J

C 1083 902 902 902 834 834 454 454 468 468

%Zn 0 32.5 36.8 37.6 56.5 60.0 39.0 45.5 48.9 57.5

Punto K L M N U V W R S T

C 150 200 200 200 559 559 559 600 600 600

150 33.6 46.6 50.6 59.1 70.5 74.4 79.1 77.1 79.1 88.4

Pagina 14 de 28



2.3.2. Latones con Plomo

Los Latones presentan grandes ventajas sobre todo para la fabricacin de piezas de mecnica. Sin embargo, stas necesitan frecuentemente un maquinado importante, por lo que se busc mejorar la maquinabilidad de los latones agregando reducidos porcentajes de plomo (1 a 3%). Desde el punto de vista de la maquinabilidad, los latones con plomo estn a la cabeza de todas las dems aleaciones.

La aleacin Cobre-Zinc y Plomo tiene variadas aplicaciones que pueden agruparse segn la cantidad de Zinc y Plomo que contienen.

2.3.3. Latones especiales

Los Latones Especiales se obtienen aadiendo uno o ms elementos a los latones simples con el fin de mejorar las caractersticas de estos.

Los elementos utilizados industrialmente, adems del plomo, son el estao, aluminio, manganeso, hierro, nquel, silicio y, en pequeas proporciones, arsnico.

Estos elementos se agregan para mejorar las propiedades mecnicas y aumentar la resistencia a ciertas formas de corrosin.

La presencia de otros elementos de aleacin puede modificar las propiedades intrnsecas de las fases presentes o modificar la proporcin entre las fases. De acuerdo a la teora de Guillet todas las adiciones hechas a los latones binarios pueden evaluarse en un "equivalente en Zn", pasndose as a un porcentaje equivalente (ficticio) de zinc (Cu'%):

Donde:

x :es el porcentaje del elemento de aleacin k :es el coeficiente de equivalencia en Zn.

Algunos coeficientes k son los siguientes:

Ni = -1.2 Co = -1 Pb = 0 Mn = 0.5 Cd = 0.7 Fe = 0.9 Sn = 2 Al = 6 Si = 10

De esta frmula resulta que los elementos con k 1 aumentan la proporcin de , mejorando la aptitud al conformado en caliente.

Pagina 15 de 28



Algunas aleaciones interesantes son:

CuZn30AS: el As evita la deszincificacin, se usa principalmente en intercambiadores de calor en aguas dulces.

CuZn29Sn1 (latn almirantazgo): la presencia de 1% de Sn favorece la formacin de una capa protectora de SnO2. Se usa en tubos de intercambiadores de calor y evaporadores en contacto con aguas cidas o poludas, pero poco salinas.

CuZn22Al2: el Al proporciona buena resistencia a la corrosin-erosin. Se usa para intercambiadores de calor con agua dulce o de mar.

CuZn40Pb2Al1: Aleacin tpca para grifera, es muy usada para fundicin en coquilla. CuZn23Al4Mn3: Aleacin de fundicin de alta resistencia.

2.3.4. Propiedades mecnicas de latones

Cinc %

% Fase Alfa

Resistencia a traccin Kg/mm2

Alargamiento % sobre 50 mm

33.7

38.0

41.8

45.5

100

75

55

0

23.6

33.9

38.7

47.9

63

56

50

27

1. La resistencia a traccin y l limite elstico aumentan al crecer la proporcin de cinc, se produce un salto al aparecer la fase , alcanza el mximo a la composicin correspondiente a partes iguales de y , y en cuanto aparece la fase y desciende, rpidamente, la resistencia a la traccin.

2. El alargamiento asciende hasta un mximo y comienza a disminuir antes de alcanzar la composicin limite de la disolucin slida a medida que aumenta la cantidad de disminuye considerablemente el alargamiento, y este es muy pequeo en presencia de .

3. La fase tiene la mayor resistencia al choque, pero disminuye en cuanto aparece , y la aleacin es muy frgil cuando contiene .

4. La dureza aumenta mucho con la presencia de y aun ms con la de .

5. Las aleaciones que solo contienen se trabajan muy bien y se pueden laminar en caliente y en fro; las que contienen y solo se pueden laminar en caliente, pues en fro se deforman muy poco sin que haya rotura.

Pagina 16 de 28



2.3.5. Procesamiento de latones

Calentamientos por 0,5 a 2 horas a temperaturas entre 250 y 325 C se pueden utilizar para eliminar tensiones residuales, esto es importante cuando se desea evitar la corrosin bajo tensin a la cual son sensibles los latones con ms de 15 % Zn en medios que contienen amonaco.

2.3.5.1. Soldadura

Todos los tipos de latn pueden ser soldados por brasage al estao. Los latones binarios se prestan bien para los procedimientos tradicionales de soldadura. La soldadura con arco y oxiacetilnica deben ser conducidas con cuidado para evitar evaporacin de Zn, la soldadura de punto o por resistencia es ms fcil mientras mayor sea el % de Zn, porque as aumenta la resistividad, en cambio, los latones al plomo se sueldan mal

2.3.5.2. El mecanizado

La siguiente tabla da una comparacin para diferentes aleaciones, manteniendo la velocidad de corte constante:

Aleacin Veloc de Corte m/min

Indice Mecanizado

CuZn4OPb3 610 100

CuZn39Pb2 520 85

CuZn28 310 51

CuSn8 225 37

Acero Mecanizado

195 32

Acero al Co 125 20

Acero Aleado 117 19

Fundicin Ferrtica

105 17

Acero Templado

27 4

Pagina 17 de 28



2.3.6. Latones comerciales y sus usos

Nombre Corriente % de cinc

Aplicaciones

9 Metal de dorar 5 Imitacin de oro, joyera, emblemas. 9 Bronce comercial 10 Bisutera, embuticin, forjados, pequea ferretera,

tales como tornillos y remaches

9 Latn rojo 15 Embuticin, entalla, estampado, radiadores de automvil y tubos resistentes a la corrosin.

9 Latn bajo 20 Artculos estirados y estampados, tubos flexibles; buena resistencia a la corrosin.

9 Latn de cartuchera 30 Mejor zona para la embuticin; tambin se denomina 70-30 y latn de embuticin.

9 Latn alto(amarillo) 34 Alfileres, roblones instrumentos musicales, clavijas elctricas, vainas de cartuchos; excelente para la embuticin, econmico por su menor contenido de cobre.

9 Metal Muntz 40 Representativo de los latones alfa-beta, mejores propiedades para la traccin; las mejores propiedades para el trabajo en caliente.

Pagina 18 de 28



2.4. BRONCES

El termino bronce se aplica a las aleaciones de cobre distintas a de los latones, que mantienen el color del cobre y en las que predomina este elemento.

Los bronces son aleaciones de cobre con estao, an cuando se les suele utilizar ms ampliamente para otras aleaciones de cobre.

Cualquiera de las distintas aleaciones compuestas sobre todo de cobre y estao. Ni los bronces modernos ni los antiguos contienen slo estos dos metales. Los griegos y los romanos aadieron cinc, plomo y plata a las aleaciones de bronce para usarlas en herramientas, armas, monedas y objetos de arte.

Las aleaciones industriales de bronce tienen en general entre 3 y 20 % de Sn. La fusin del bronce debe ser hecha en un medio reductor para desoxidar antes de la colada, esto se logra mediante el fosfuro de cobre, por lo tanto, todos los bronces retienen un 0,03 a 0,1 % de P

La Figura muestra el diagrama de fases Cu-Sn

Punto A B C D E F G

C 1083 798 798 798 755 755 755

%Cr 0 14.3 23 27.3 27.2 28.5 31.5

Pagina 19 de 28



La fase , su estructura cristalina es FCC (cbica centrada en las caras), es rica en cobre, es maleable en fro.

La fase , Cu5 Sn , su estructura cristalina es BCC (cbica centrada en el cuerpo). La fase , es de estructura BCC ordenada. La fase , Cu31 Sn8 es una estructura del tipo BCC regular,es dura y frgil, y se busca eliminarla mediante homogenizacin.

La fase , es una estructura ortorrmboica.

Los bronces tienen buena resistencia a la corrosin en atmsferas industriales y marinas, son resistentes al desgaste y tienen fuerte resistencia mecnica, adems son poco sensibles a la corrosin bajo tensin y al pitting, y son excelentes para producir piezas fundidas.

El cinc, el plomo y otros metales se encuentran ocasionalmente en el bronce que se fabrica hoy. Los componentes del bronce varan as, cuando contiene al menos un 10% de estao, la aleacin es dura y tiene un punto de fusin bajo. Los nombres de las variedades de bronce provienen de los componentes adicionales, como el bronce al aluminio, el bronce al manganeso y el bronce al fsforo.

El bronce es ms resistente y duro que cualquiera otra aleacin comn, excepto el acero, que le supera en resistencia a la corrosin y facilidad de lubricacin. El bronce moderno se utiliza en la fundicin artstica y en la fabricacin de instrumentos sonoros.

Los bronces se utilizan segn su aleacin en forma de alambres, o bandas para muelles o resortes de todas clases, mallas y otros propsitos, y los bronces complejos en forma moldeada, tanto para antifricciones como para aplicaciones generales de ingeniera.

La ductilidad de los bronces es mayor que la de los latones, se pueden laminar, estirar en fri y darles la dureza por estos medios.

Cuando en un bronce se disminuye en mayor proporcin el estao que el cinc la conductibilidad trmica y elctrica son mejores.

Pagina 20 de 28



Los diferentes bronces los podemos dividir:

- Bronces ordinarios: Son aleaciones Cu-Sn con ms de 70% de Cu, con contenidos menores se obtienen productos quebradizos. Se distinguen:

o Bronces maleables para medalla, con 4 a 10% de Sn. o Bronces mecnicos 9 para engranajes, con 9 a 12% de Sn. 9 para cojinetes, con 15 a 20% de Sn.

o Bronces de campanas y artsticos, 20 a 30% de Sn. - Bronces especiales: Son aleaciones ternarias o cuaternarias.

o Bronces al cinc: aumenta la maleabilidad y la facilidad de moldeo. ejemplos: 9 Bronce de monedas: 95 % de Cu, 4% de Sn, 1% de Zn. 9 Bronce artstico duro: 90% de Cu; 8% de Sn, 2% de Zn. 9 Bronce de orfebrera: 75% de Cu, 5% de Sn, 20 % de Zn.

El bronce con 5% de estao en una aleacin alfa se emplea para monedas y medallas.

Si se le aade 1% de cinc se puede utilizar para estatuas, placas, puertas, vlvulas y otros elementos relacionados con las tcnicas del vapor.

La mayora de las campanas se hacen en bronce y el mejor sonido lo dan cuando contienen 20-22% de estao y cantidades variables de cinc y plomo. La aleacin es dura, relativamente frgil y requiere una gran destreza para el molde y recocido, con el fin de evitar tensiones perjudiciales.

o Bronces al plomo: El plomo mejora la calidad frente al frotamiento y auto lubrica; para evitar la separacin del plomo en el estado lquido se aade nquel o cinc. Ejemplos: Bronces mecnicos. 885 de Cu, 9 % de Sn, 25 de Pb, 1% de Zn.

o Bronces fsforos: Trazas de fsforos sirven para eliminar los xidos, las aleaciones de 9-13% de estao y de 0.3-1.5% de fsforo se emplean para piezas de maquinarias que requieren una superficie antifriccin capaz de soportar grandes pesos, asociada con bajo coeficiente de friccin, tales como engranajes y vlvulas de corredera

2.5. PLATAS ALEMANAS MALECORTS Platas alemanas: Son aleaciones ternarias Cu- Zn- Ni, inalterables, de un aspecto blanco que justifica su empleo en bisutera.

Estas aleaciones para la joyera de imitacin tienen 50 a 65% de Cu, 7 a 30% de Ni y 10 a 35% de Zr. Reciben muy diversos nombres: plata alemana, plata nueva, argentn, alpaca, packfong, etc.

La aleacin mas empleada para vajillas y cubiertos contienen 60% de Cu, 20% de Ni y 20% de Zn.

Pagina 21 de 28



2.6. CUPROALUMINIOS

Las aleaciones de Cu y Al (cuproaluminos o bronces de aluminio) son aleaciones que contienen entre 4 y 14 % de Aluminio, a las que se le aaden a veces Fe, Ni y Mn para mejorar sus caractersticas. Estas aleaciones presentan una elevada resistencia a la corrosin debido al Al.

Las propiedades mecnicas a alta temperatura son buenas. Se emplean en sustitucin de los aceros suaves al C, ya que presentan caractersticas mecnicas similares, pero con mayor resistencia a la corrosin.

Las aleaciones de cobre y aluminio, son de tres tipos:

- Tipo I: 92 a 90 % de Cu y 8 a 10% de Al, color como el oro, un bello pulimiento y resistente a la corrosin, se lamina en caliente y toman temple.

- Tipo II: Para monedas se han empleado aleaciones con 8% de Al, 0.5% de Mn y 91.5% de Cu.

- Tipo III: La adicin de hierro y nquel produce aleaciones con propiedades mecnicas muy parecidas a las del acero semiduro recocido; se utiliza en construccin naval. Composicin 80% de Cu, 5% de Ni, 5% de Fe y 10% de Al. Templadas desde 800 grados.

Pagina 22 de 28



2.6.1. Cuproaluminios monofsicos () La solubilidad slida del Aluminio en el Cobre a 565C llega hasta un 9,4% de Al, si bien en la prctica los cuproaluminios monofsicos (), llegan hasta el 8% de Al. Se caracterizan por ser resistentes mecnicamente y aptos para ladeformacin en fro, presentando adems buena resistencia a la corrosin. Son particularmente adaptados para la deformacin en fro, permitiendo la fabricacin de laminados y de tubos, dado que su endurecimiento por deformacin es ms elevado que el de los latones. La deformacin en caliente slo es posible si las impurezas (Pb, Si) son estrictamente controladas.

La resistencia a la corrosin atmosfrica de estas aleaciones es buena y presentan un hermoso color dorado. Respecto de la corrosin en agua de mar resisten bien la corrosin selectiva llamada desaluminizacin. Estas aleaciones son menos sensibles que los latones a la corrosin bajo tensin en ambiente amoniacal, sin embargo son muy sensibles a la corrosin intergranular bajo tensin en presencia de vapor sobrecalentado, agua de mar o salmueras calientes, este fenmeno se reduce agregando de 0,15 a 0,3 % de Sn.

Las principales aleaciones son:

- CuAl6 y CuAl6Ni2 para aleaciones monetarias. - CuAl8 y CuAl7Fe2 para placas tubulares de intercambiadores de calor.

2.6.2. Cuproaluminios bifsicos Cuando el porcentaje de Aluminio supera el 8%, sobre 900C aparece la fase y se entra en una regin bifsica, sobre 9,5 % de Al aparece la posibilidad de la transformacin eutectoide apareciendo la fase 2, que es dura y fragiliza el material. Si este tipo de aleacin con fase es templada rpidamente hasta temperatura ambiente se produce una transformacin martenstica similar a la de los aceros, consistente en una fase metaestable de estructura tetragonal llamada . Si se templa hasta temperatura ambiente la estructura ser casi pura martensita , tendr alta resistencia y baja ductilidad.

Si se enfra lentamente hasta 800C o hasta 650C y luego se templa hasta temperatura ambiente, se formar una cantidad menor de martensita , disminuyendo su resistencia y aumentando su ductilidad.

Sin embargo, si se enfra lentamente hasta 500C, debajo de la temperatura eutectoide, y luego se templa hasta temperatura ambiente, la fase se descompone en + 2, la que se denomina "perlita de cuproaluminio", la aleacin tendr en este caso baja resistencia y baja ductilidad, esto debido a la presencia de la fase 2 que es frgil. La fase 2 se evita en las aleaciones industriales por su efecto daino para la ductilidad. Las diversas microestructuras obtenidas se muestran en las fotografias.

Pagina 23 de 28



El tratamiento trmico ms corriente para la aleacin CuAl10 consiste en temple desde 900C, que resulta en una estructura completamente martenstica , y luego revenido a temperaturas entre 400C y 650C.

Pagina 24 de 28



Propiedades mecnicas con distintos tratamientos trmicos se muestran en la siguiente tabla:

Tratamiento Trmico Tens. Fluencia Mpa

Tens. Mx Mpa

% Elongacin Dureza Bhn

CuAl9,8 Calentamiento a 900C seguido de:

Temple hasta temperatura ambiente 320 680 4 225

Enfriamiento lento hasta 800C + temple 300 600 9 216



CuAl9,4 Calentamiento a 900C seguido de:

Temple hasta temperatura ambiente 190 760 29 187

Temple + revenido 1 hr a 400C 210 760 29 185



La grafica muestra la variacin de las propiedades mecnicas de aleaciones de cuproaluminios en funcin de variaciones en el % de Aluminio. La tensin mxima y la elongacin aumentan en las aleaciones monofsicas ( de 0 a 8% de Al), a medida que la fase aumenta la tensin mxima sigue aumentando, pero la elongacin disminuye drsticamente.

Pagina 25 de 28



Debido a la fase estas aleaciones son particularmente aptas para el trabajo en caliente y la soldadura. Estas aleaciones bifsicas o polifsicas son poco sensibles a la corrosin bajo tensin en medio amoniacal, adems, son insensibles a la corrosin bajo tensin en presencia de vapor sobrecalentado, de agua de mar o de salmueras calientes.

2.6.3. Cuproaluminios de fundicin Contienen generalmente entre un 9 y un 12% de Aluminio, son en general aleaciones bifsicas o polifsicas. Algunas aleaciones principales son: CuAl9Ni3Fe2; CuAl10Fe3, CuAl10Fe5Ni5 y CuAl12Fe5Ni5. El Ni ayuda a evitar la desalinizacin, mientras que el Fe, Ni y Mn mejoran an ms las propiedades mecnicas. Estas aleaciones se utilizan principalmente en bombas, hlices, turbinas y elementos de intercambiadores de calor.

2.7. ALEACIONES CUPRO- NQUEL

El cobre y el nquel dan lugar a una serie continua de soluciones slida, son mutuamente solubles en todas las proporciones como lo indica el diagrama de fases.

Adiciones de menos del 1% de Ni y Si al cobre dan lugar a un aleacin endurecible por precipitacin, ocurriendo lo mismo que la adicin de Al en lugar de Si.

Los cupronqueles se caracterizan por:

- excelente resistencia a la corrosin, especialmente en agua de mar en movimiento - insensibilidad a la corrosin bajo tensin - mantienen la resistencia mecnica a temperaturas de 300 a 400 C - conductividad elctrica y trmica relativamente dbil.

Se usan principalmente en intercambiadores de calor, especialmente en aquellos que trabajan con agua de mar y tambin en monedas.

Pagina 26 de 28



Se conforman bien en fro y se sueldan bien si tienen una pureza bien controlada.

Las principales aleaciones contienen entre 5 y 45% de Ni( segn aumenta la adicin de Ni al Cu aumenta su dureza y resistencia a traccin y disminuye al alargamiento), se agrega un poco de Mn para transformar todo el azufre de la aleacin en MnS. El CuNi44Mn se caracteriza por una resistividad elctrica constante frente a variaciones en la temperatura de trabajo. Las adiciones de Fe se efectan para mejorar las caractersticas a la corrosin-erosin en agua de mar; adems mejora sus propiedades mecnicas.

Estas aleaciones tienen una propiedad muy importante que es el rechazar los organismos marinos, esta propiedad se llama antifouling, es primordial porque en equipos que trabajan con agua se mar se van depositando organismos marinos que dificultan la circulacin del agua y estimulan la corrosin.

Aleaciones ms importantes utilizadas son: CuNi10Fe1Mn, CuNi30Mn1Fe.

Los cupronqueles se pueden conformar en planchas y en tubos, adems se pueden usar para piezas fundidas, en general llevan la adicin de fierro para mejorar su resistencia a la corrosin-erosin.

Una sntesis de propiedades mecnicas de aleaciones cupronquel se muestra en la siguiente tabla:

Aleaciones Binarias

Tensin de Ruptura

MPa

Lmite Elstico 0.2% (Mpa) % Elongacin

Dureza Vickers

CuNi5 270 90 45 65

CuNi20 330 135 43 85

CuNi25 350 145 43 90

CuNi30 360 150 40 95

CuNi44Mn 470 200 40 110

Aleaciones con adicin de Fierro

CuNi5Fe 280 100 40 70

CuNi5Fe1Mn 320 120 40 75

CuNi5Mn1Fe 375 155 40 100

Pagina 27 de 28



2.8. ALPACAS Las alpacas son aleaciones de cobre, nquel y zinc, en diversas proporciones.

Sus aplicaciones son muy diversas y estn basadas, esencialmente, en sus propiedades fsicas, qumicas y mecnicas.

Entre las principales utilizaciones estn las siguientes:

9 Piezas para equipos de telecomunicaciones 9 Orfebrera 9 Decoracin 9 Arquitectura 9 Puertas, picaportes, barandillas, apliqus, Imparas, etc. 9 Cubiertos

2.8.1. Alpacas Con Plomo

Debido a que las alpacas presentan una maquinabilidad relativamente baja, es necesario mejorar esta propiedad agregando plomo.

Las alpacas con plomo pueden ser moldeadas. Sin embargo, se encuentran ms frecuentemente, en forma de productos forjados, tales como chapas o barras que se prestan bien al maquinado, como asimismo llaves y bulones.

Pagina 28 de 28



3. BIBLIOGRAFIA

Libros consultados:

Libro: Fundamentos de manufactura Moderna, Autor: Mikell P. Groover Editorial: Prentice hall

Libro: Manufactura, ingenieria y Tacnologia, Autor: S.Karpakjian S.R Schmid Editorial: Prentice hall

Sitios web visitados:

http:// www.google.com.

http:// www.yahoo.com.

http://www.procobre.cl.

http://www2.ing.puc.cl/icmcursos/metalurgia.

Aleaciones a Base de Cobre

Documents

Transcript of Aleaciones a Base de Cobre