El Cobre y sus

aleaciones

Dr Ing Ernesto Gustavo Maffia

ernesto.maffia@ing.unlp.edu.ar

Primera parte• 1 - Introducción• 2 - Principales características y usos del cobre y sus aleaciones

• 3 – Propiedades

• 4 - Trabajado mecánico• 4.1 - Trabajado en frío • 4.2 - Trabajado en caliente

• resistencia a la corrosión• conductividad eléctrica (Efecto de las

impurezas y efectos del agregado de aleantes secundarios, en la conductividad )

• conductividad térmica• facilidad de fabricación

Usos • Cu comercialmente puro, • alambres y cables, contactos eléctricos. alambres y cables, contactos eléctricos.

• El Cu, ciertos latones, algunos bronces y cuproníqueles servicios que requieran alta conducción del calorconducción del calor (radiadores de radiadores de automóviles). automóviles).

• Debido a la excelente resistencia a la corrosión, estas aleaciones también se emplean en caños y caños y válvulas de sistemas de agua potableválvulas de sistemas de agua potable, sistemas de procesamiento de aguas industriales u otros fluidos acuosos.

UsosLas aleaciones para conformar, con algún grado de trabajo en frío, se utilizan principalmente en resortes, pequeños engranajes, levas, contactos eléctricos, resortes, pequeños engranajes, levas, contactos eléctricos, hardware, etc. hardware, etc.

Usos

• elementos de bombas o elementos de bombas o accesorios para sanitarios accesorios para sanitarios se producen por forjado en caliente, pues este es el único medio de fabricación.

Las aleaciones que contienen Pb (del 1 al 6%), son las denominadas “aleaciones de corte libre” y se las emplea en componentes a ser extensamente mecanizados o roscados.

Cuales son las propiedades sobresalientes propiedades sobresalientes por las cuales se elije el Cu o alguna de sus aleaciones para una determinada aplicación?

a) Resistencia a la corrosión

b) Conductividad eléctrica (efecto de las impurezas y efectos del agregado de aleantes secundarios en la conductividad )

c) Conductividad térmica

d) Color

e) Facilidad de fabricación

a) resistencia a la corrosión

• Cu es un metal noble, pero puede ser atacado por reactivos comunes o por el medio ambiente.

• El Cu puro resiste muy bien los ataques corrosivos de la mayoría de medios agresivos,

• algunas aleaciones de Cu sufren degradación por fragilidad por hidrogeno y corrosión bajo tensiones.

a)fragilidad por hidrogeno

• Para la mayoría de las aplicaciones, el oxígeno en el cobre ETP (C10000, cobre comercialmente puro) es una iimpureza insignificante;

• sin embargo, si se utiliza en servicio a temperaturas mayores de los 400ºCa temperaturas mayores de los 400ºC en un entorno rico en hidrogenohidrogeno, el hidrogeno puede difundir en el cobre sólido y reaccionar con el Cu2O disperso para formar la reacción de vapor. . Este fenómeno se denomina “fragilidad por hidrogenofragilidad por hidrogeno” :

Cu2O + 2H H2O + 2Cu

• Las moléculas de agua formadas por esta reacción son muy grandes y no difunden de forma rápida, por lo tanto terminan formando grandes grandes agujerosagujeros, principalmente en los límites de granolímites de grano

Microestructura de un cobre fragilizado por la presencia de hidrógeno (izquierda), en contraste con un cobre resistente a este fenómeno ( derecha) después de ambos ser sometidos a un

recocido a 850ºC durante 30 min.

El fenómeno de fragilización por hidrógeno aumenta al hacer soldadura blanda o por gas con cobres que contienen oxigeno. Para evitar problemas debe ajustarse el gas o atmósfera de los quemadores para que sea neutral o ligeramente oxidante.

a)corrosión bajo tensión

Condiciones: A.material susceptible B. medio agresivo (amoniaco) C. tensiones internas de tracción.

Como controlar esta degradación? eliminando algunas de las tres condiciones anteriores

corrosión bajo tensión

la microestructura muestra un latón α con una fisura provocada por SCC, dónde los granos situados alrededor de la fisura no muestran ningún tipo de deformación .

La fisura transcurre entre los granos, aunque puede atravesar ocasionalmente algún grano.

Normalmente es difícil distinguir la diferencia entre éste tipo de corrosión y una intercristalina solamente con la imagen de la microestructura.

Prueba de detección para la SCC. Copas fisuradas tras ser sometidas a una disolución de nitrato de mercurio (izquierda) y a una de tetraminato de cobre (derecha).

En los procesos de soldadura (blanda y dura), donde el material de aporte se puede difundir en los límites de grano, este provoca tensiones internas que pueden llevar a fractura. Éste fenómeno se denomina fragilización por soldadura. Las aleaciones sensibles a ésta fragilización son mayoritariamente las cobre-zinc.

a)De-aleado (de alloying)

• afecta a las aleaciones de Cu que contienen Zn.

( Zn es el metal más activo y selectivamente es removido de la aleación, dejando un depósito blando y poroso de metal noble)

• Las aleaciones que contienen porcentajes de Zn mayores al 15% son susceptibles de sufrir este tipo de degradación. En este caso, el fenómeno se llama “dencinzificacion”

Dencinzificacion del laton

b) conductividad eléctricaUno de grandes avances en el crecimiento de los grandes centros urbanos

esta dado por el transporte de la energía eléctrica, su uso industrial y domestico, lo cual esta ligado al Cu

• El Cu tiene gran capacidad de transportar electricidad gracias a su configuración electrónica

• Sin embargo, los defectos en los cristales (vacancias, dislocaciones, irregularidades de limite de grano, fallas de apilamiento, átomos extraños y otros defectos) interfieren en el movimiento de los electrones

• A bajas temperaturas hay menos vibraciones atómicas y esta situación facilita el libre paso de los electrones pero este fenómeno decae con el aumento de la temperatura

b)conductividad eléctrica y la temperatura

• A bajas temperaturas hay menos vibraciones atómicas y esta situación facilita el libre paso de los electrones pero este fenómeno decae con el aumento de la temperatura

• Por ello, la conductividad es un valor que depende de la temperatura ( es función inversa de la T)

• La conductividad es la inversa de la resistividad; por tanto, su unidad es el S/m(siemens por metro) o Ω−1·m−1.

b)La medición de la conductividad

• se realiza sobre un hilo de cobre de 1 metro de longitud y un gramo de masa, que da una resistencia de 0,15388 Ω a 20 °C

• A esta medida se le asignó una conductividad eléctrica de 100 % IACS (International Annealed Cooper Standard, Estándar Internacional de Cobre Recocido). A toda aleación de cobre con una conductividad mayor que 100 % IACS se le denomina de alta conductividad

b)Algunas conductividades eléctricas significativas

Metal Conductividad Eléctrica(S·m−1)

Temperatura(°C) Apuntes

Plata 6,30 × 107 20 La conductividad eléctrica más alta de cualquier metal

Cobre 5,96 × 107 20

Cobre Recocido 5,80 × 107 20

Se refiere a 100 % IACS (Standard Internacional de Cobre Recocido, de sus siglas en inglés: International Annealed Copper Standard). Esta es la unidad más común usada para medir la conductividad de materiales no magnéticos usando el método de las corrientes de Foucault (corrientes parásitas)

Oro 4,55 × 107 20-25Aluminio 3,78 × 107 20Wolframio 1,82 × 107

Hierro 1,53 × 107

• En Cu comerciales, según normas, estos deben poseer como mínimo 100 IACS, si se destinan a usos eléctricos. Hay calidades «premium» con 103 IACS

• Es usual encontrar Cu con menores conductividades, lo cual se compensa aumentando proporcionalmente

el diámetro

• Para conocer la conductividad de piezas no lineales, se usa un sistema basado en las corrientes de Foucault (Eddy Currents)

b)conductividad eléctrica

• La conductividad del Cu solo es superada por la Ag

• Los elementos que entran en solución, deforman la red cristalina y dificultan el libre paso de los electrones

• Si dos o mas elementos se asocian para formar intermetalicos, pueden precipitar y salir de la matriz de Cu, aumentando asi la conductividad

b) incidencia de los elementos en la conductividad

• La mayoría de los elementos tienen cierta solubilidad en el cobre y su efecto es una función de la diferencia en el tamaño atómico.

• Elementos insolubles tienen poco efecto sobre la conductividad, ya que están presentes como partículas discretas.

b)Impurezas en la conductividad

• el oxígeno es beneficioso (óxidos complejos ).

• La reducción de los niveles de impurezas en el cobre primario debe ser del 0,02% o menos.

• Para concentraciones inferiores , el efecto de las impurezas individuales sobre la conductividad, no puede ser medido con facilidad ya que no se puede eliminar los efectos inter-elementos. Las curvas mostradas por lo tanto no deberían ser extrapoladas hacia atrás hacia figuras "de partes-por-millón".

b)Otros efectos sobre la conductividad del Cu

• El estado de deformación plástica en frio incide en el valor de la conductividad

• La deformación plástica aumenta la cantidad de dislocaciones y vacancias , lo cual provoca la dispersión de los electrones

b)Conductividad y aleantes

Los elementos que entran en solución, deforman la red cristalina y dificultan el libre paso de los electrones

c) conductividad térmica

• capacidad de un material para trasportar calor y se define por: q = - (dT/dx)

Las unidades de q y son: W/m2 y W/m-k respectivamente

donde q representa el flujo de calor que atraviesa la unidad de área (perpendicular a la dirección del flujo de calor) por unidad de tiempo, es la conductividad térmica y dT/dx es el gradiente de temperatura a través del medio conductor

materialConductividad térmica(w/m-k)

Al 247CuCu 398398Au 315Fe 80Ni 90Ag 428W 178AISI 1025 51,9Inoxidable 316 15,9Latón (70-30) 120Kovar (54Fe-29Ni-17Co)

17

Invar (64Fe-36Ni) 10Súper Invar(63Fe-32Ni-5Co)

10

c)conductividad térmicaEn los metales, el transporte de calor ocurre por

electrones libres, el cual es el mecanismo preponderante

c) Relación de conductividades

Ya que los electrones libres son los responsables de la conducción eléctrica y térmica, los tratamientos

teóricos sugieren que las dos conductividades estén relacionadas, mediante una ley (Wiedemann-Franz)

Donde = conductividad termica=conductividad electrica, L=2,44 x 10-8-W/K2

c)Wiedemann-Franz=• El valor de L es

independiente de la T. • También, L es el mismo

para todos los materiales, si el calor es transportado solo por los electrones libres.

• Si un metal tiene impurezas, se reduce la conductividad térmica ( especialmente si estos solutos están en disolución solida)

Dependencia de la conductividad térmica vs la T

(d) Color• El Cu y el Au son los únicos elementos metálicos

que no son naturalmente blancos o grises ( la mayoría de los metales muestran una alta y uniforme reflectividad para todas las longitudes de onda lo largo del espectro visible)

• El Cu puro es rojo debido a su baja reflectividad ( alta absorción) de longitudes de onda en los espectros de color por debajo de la región del rojo (650-700 nm) y valores altos de reflectancia para la región del color rojo

d)Los aleantes y el color

• Los aleantes cambian los niveles de espacio de la red cristalina y por ende la energía de los electrones, alterando las relaciones de absorción del espectro para causar un cambio gradual en el color, a medida que aumenta la cantidad de aleantes

• Ejemplo: a medida que se agrega Zn al Cu, el color cambia asi:

10%Zn en Cu >>>>>> color bronce13%Zn en Cu >>>>>> color dorado20%Zn en Cu >>>>>> color latón amarillo común

d)Los aleantes y el color

• Agregados de Ni o Mn al Cu, cambian el color de la aleación CuZn a un blanco metálico

• Las aleacion CuSn se «ve» color bronce hasta los 5% de Sn, y de color dorado a los 8% de Sn

• •

(d) ColorNumero UNSNumero UNS Nombre comúnNombre común ColorColor

C11000 Cobre electrolítico Rosado

C21000 Metal dorado, 95% Marrón-rojizo

C22000 Bronce comercial, 90% Bronce dorado

C23000 Latón rojo, 85% Marrón-dorado

C26000 Latón de cartuchería, 70% dorado verdoso

C28000 Metal de Muntz, 60% Marrón dorado claro

C63800 Bronce al aluminio dorado

C65500 Bronce con alto silicio, A Marrón-lavanda

C70600 Cobre-Níquel, 10% Lavanda suave

C74500 Níquel-Plata, 65-10% Blanco grisáceo

C75200 Níquel-Plata, 65-18% plateado

Nota: UNSUNS son las siglas del sistema unificado internacional de designación de aleaciones

4 - Trabajado mecánico

• siendo de este modo posible realizar grandes cambios de forma en una sola operación (por ejemplo, se puede deformar o reducir hasta un 90% en una sola pasada por un laminador).

• El cobre, sin un recocido previo, puede reducirse casi sin límites. Sin embargo, se debe tener en cuenta que reducciones supriores al 80-90% generan una orientación cristalina preferencial en el material,

denominada “textura”:

4.1 - Trabajado en frío: • el trabajado en frío aumenta la tensión de fluencia y resistencia máxima

• Rmax (cobre altamente trabajado en frío) = 2.R max( recocido )• R fluencia (cobre muy trabajado en frío) = 5 ó 6.R fluencia (recocido)

• La dureza como medida del temper (ó estado de entrega) es un parámetro inseguro

• se ha comprobado que la relación que existe entre la dureza y la resistencia máxima es diferente para cada aleación de cobre, y esta situación invalida la utilización de la relación lineal existente entre dureza Brinell y resistencia máxima ampliamente aceptada en el caso de los aceros.

4.2 - Trabajado en caliente • este proceso debe usarse en aquellas aleaciones que quedan

en la condición de dúctiles a temperaturas por encima de la temperatura de recristalización

• Para evitar la textura del material, muchas aleaciones son conformadas en caliente

Segunda parte

• 5.1 – Clasificación

• 5.2 - Aleaciones de solución sólida• 5.3 - Aleaciones de solución sólida modificada• 5.4 - Aleaciones endurecibles por precipitación

• 5.6 - Elementos insolubles

• cobre• cobre diluido• latones• bronces• cuproníqueles• aleaciones Ni-Ag

5.4.1 - aleaciones con un contenido de 0.2- 0.7% de Be

5.4.2 - aleaciones con un contenido de 1.6 - 2% de Be

5.4.3 - Otras aleaciones endurecibles por precipitación

Una clasificación más general para aleaciones conformables (wrought) y aleaciones colables ó para moldeo (as-cast) se presenta en las Tablas 2 y 3:

Nombre genérico Numero UNS Composición Aleaciones trabajables Cobre C10100-C15760 >99% Cu Cobre diluido C16200-C19600 >96% Cu Bronces C20500- C 28580 Cu-Zn Bronces al Pb C 31200- C 38900 Cu-Zn-Pb Bronces al Sn C 40400- C 49080 Cu-Zn-Pb-Sn Bronces al P C 50100- C 52400 Cu-Sn-P Bronces al P y Sn C 53200- C 54800 Cu-Sn-Pb-P Cu-P y aleaciones de Cu-Ag-P C 55180-55284 Cu-P-Ag Bronces al Al C 60600-64400 Cu-Al-Ni-Fe-Si-Sn Bronces al Si C 64700- C 66100 Cu-Si-Sn Otras aleaciones Cu-Zn C 66400- C 69900 ------------ Cu-Ni C 70000- C 79900 Cu-Ni-Fe Ni-Ag C 73200- C 79900 Cu-Ni-Zn

Nombre genérico Numero UNS Composición Aleaciones colables Cobre C80100-C81100 >99% Cu Cobre diluido C81300-C82800 >94% Cu Bronces rojos al Pb y Bronces rojos C83300-C84800 Cu-Zn-Sn-Pb

(75 a 89%Cu) Bronces amarillos al Pb y Bronces amarillos

C85200-C85800 Cu-Zn-Sn-Pb (57 a 74%Cu)

Bronces al Mn y Bronces al Mn con Pb C86100-C86800 Cu-Zn-Mn-Fe-Pb

Bronces al Si y latones la Si C87200-C91700 Cu-Zn-Si Bronces al Sn y Bronces al Sn con Pb C92200-C92900 Cu-Sn-Zn-Pb Bronces al Sn con alto % de Pb C93200-C94500 Cu-Ni-Sn-Zn-Pb Bronces al Al C95200-

C96700 Cu-Al-Ni-Fe

Cu-Ni C96200- C96800

Cu-Ni-Fe

Ni-Ag C97300- C97800

Cu-Ni-Zn-Pb-Sn

Cu-Pb C98200- C98800

Cu-Pb

Otras aleaciones C99300- C99750

Cobres eléctricos

• El cobre comercialmente puro: UNS C10100 a C13000.

• Cobre refinado a fuego (C12500) por desoxidación del cobre anódico, oxígeno de 0,02 a 0,04%, azufre residual, de 10 a 30 ppm y óxido cuproso de 500 a 3.000 ppm.

• La aleación designada como C11000 es la más común de todas de las llamadas “cobre eléctricos”. Tiene alta conductividad eléctrica, en exceso de 100% IACS. Tiene el mismo contenido de oxígeno que la C12500 pero menos de 50 ppm de impurezas metálicas totales (incluyendo azufre).

C10200 (oxygen-free copper), cold worked, annealed 30 min at 850 °C .Equiaxed, recrystallized grains containing twinned areas.

C10200 (oxygen-free copper), hot-rolled bar, heated 1 h in air to 665 °C . Specimen taken from near the bar surface shows Cu2O (dark dots) caused by oxygen penetration during heating.

C10200 (oxygen-free copper), hot-rolled bar. Large, equiaxed,

twinned grains

Resistencia al ablandamiento

• Si se requiere resistencia al ablandamiento a temperaturas ligeramente elevadas, se especifica a menudo C11100.

• Esta aleación contiene cadmio, que eleva la temperatura a la que se producen la recuperación y recristalización.

• La plata, se agrega para lograr una mayor resistencia al ablandamiento cuando el metal ha sido trabajado en frío.

Usos: Usos: 1. radiadores de automóviles 2. conductores eléctricos que deban operar a temperaturas por encima de aproximadamente 200 ° C.

Otra aplicación donde se necesita resistencia ablandamiento

• placas de conexión (lead frame) para dispositivos electrónicos.

• Durante el montaje, estas placas sufren temperaturas de hasta 350° C durante varios minutos y hasta 500°C durante varios segundos y una buena resistencia al ablandamiento evita el colapso en el montaje.

• La aleación C15100 (cobre-circonio), la aleación C15500 (cobre, plata, magnesio y fósforo), aleación C19400 (cobre-hierro-fósforo y zinc) y aleación C19500 (cobre, hierro y cobalto, estaño y fósforo) son populares para estas aplicaciones, ya que tienen buena conductividad, buena resistencia y buena resistencia ablandamiento.

TermoresistenciaVeroheven, p429-437Zolotorevski, 179 y 287

5.2 - Aleaciones de solución sólida

• Los elementos aleantes más compatibles con el cobre son aquellos que forman campos de solución sólida

• El endurecimiento en estos sistemas de aleaciones es más que suficiente como para poder fabricar por conformado diversas piezas sin tener la preocupación de la fragilidad asociada a segundas fases o compuestos

• El latón de cartuchería es un ejemplo típico de este grupo de aleaciones.

Aleaciones de solución sólida

• Los elementos aleantes más compatibles con el cobre son aquellos que forman campos de solución sólida

• El endurecimiento en estos sistemas de aleaciones es más que suficiente como para poder fabricar por conformado diversas piezas sin tener la preocupación de la fragilidad asociada a segundas fases o compuestos

• El latón de cartuchería es un ejemplo típico de este grupo de aleaciones.

Aleaciones de solución sólida modificada

Se modifican aleaciones que muestran solución sólida

Como????agregando aleantes que reaccionan formando intermetálicos dispersos en la

matriz.

Como resultado se logra un aumento de la resistencia mecánica con una menor aplicación de trabajado en frío

Ej: C63800 (95Cu-2.8Al-1.8Si-0.4Co) altos valores de resistencia de resistencia a la tracción, en calidad de recocido = 570MPa y valores nominales de 660-900MPa en materiales en condición de laminado. En esta aleación, el Co es el elemento que genera las partículas intermetálicas, las que finalmente provocan el endurecimiento.

5.3 - Aleaciones de solución sólida modificada

• En las últimas décadas, se han desarrollado ciertas modificaciones para algunas aleaciones que exhiben solución sólida

• Estas modificaciones se logran agregando aleantes que reaccionan formando intermetálicos dispersos en la matriz.

• Como resultado se logra un aumento de la resistencia mecánica con una menor aplicación de trabajado en frío

• C63800 (95Cu-2.8Al-1.8Si-0.4Co) se ven altos valores de resistencia de resistencia a la tracción, en calidad de recocido = 570MPa y valores nominales de 660-900MPa en materiales en condición de laminado. En esta aleación, el Co es el elemento que genera las partículas intermetálicas, las que finalmente provocan el endurecimiento.

5.4 - Aleaciones endurecibles por precipitación

5.4.1 - aleaciones con un contenido de 0.2- 0.7% de Be

• se llaman rojas por su coloración

• C17500 y C17510

• 50% IACS aproximadamente

• resistencias mecánicas del orden de los 170 a 550MPa, en condición de solubilizadas. Sin embargo, después del envejecido la resistencia mecánica aumenta a 895MPa, siempre en dependencia con el grado trabajado en frío aplicado anteriormente

5.4.2 - aleaciones con un contenido de 1.6 - 2% de Be • C17000 y la C17200

• son frecuentemente llamadas aleaciones de oro debido a su color símil oro, y este brillo se logra por el Be presente

• Son aleaciones de alta resistencia mecánica, llegando a tensiones de fluencia de 205 a 690MPa. En la condición de envejecidas este valor trepa a los 1380MPa.

• 20 a 30% IACS

• . Cuando se desea aumentar la maquinabilidad de estas aleaciones, se agrega Pb

5.4.3 - Otras aleaciones endurecibles por precipitación • C15000, C15100 (CuZr), C18200, C18400 y C18500 (CuCr),

C19000, C19100 (CuNiP) y C64700, C70250 (CuNiSi)

• Estas aleaciones presentan distintas características tales como una alta resistencia mecánica combinada con una menor conductividad que las aleaciones CuBe

5.6 - Elementos insolubles

• Con la finalidad de mejorar la maquinabilidad de las aleaciones de Cu, se adicionan Pb, Te o Sc.

• Estos elementos, juntos con el Bi, tornan imposible el laminado o conformado en caliente y además limitan el conformado en frío.

• Los latones de alto contenido de Zn (metal de Muntz) superan estas limitaciones :Este beneficio se logra utilizando la transformación de fase que ocurre al aumentar la temperatura

Tercera parte• 5.7 -5.7 - Aleaciones CuZn Aleaciones CuZn• 5.7.1 - Algunas consideraciones generales sobre los latones más utilizados en la

industria:• 5.7.1.1 - Latones α: • 5.7.1.2 - Latones Amarillos • 5.7.1.3 - Latones Rojos • 5.7.1.4 - Latones α+β:

• 5.8 - Aleaciones de Cu-Sn • 5.8.1 - Efecto del contenido de Sn• 5.8.2 - Adición de otros elementos a las aleaciones CuSn: P, Pb, Zn, Ni

• 5.9 - Aleaciones Cu con Al• 5.9.1 - Aleaciones binarias CuAl• 5.9.2 - Aleaciones Cu-Al con Fe

• 5.10 - Aleaciones Cu con Si• 5.11 - Cupro-níqueles• 5.12 - Plata Níquel o Plata Alemana o Latón al Níquel

5.7 - Aleaciones CuZn

• Las aleaciones de Cobre con Cinc se denominan Latones

• Estas aleaciones tienen además del Zn, pequeñas cantidades de Pb, Sn o Al, elementos que tienen la finalidad de modificar alguna propiedad

• Las aleaciones de Cu-Zn industrialmente importantes se encuentran comprendidas dentro de los límites de composición de 0 a 50% de Zn.

Fase ó (Cu): es una solución sólida de Zn en Cu, de estructura FCC

Fase : es una solución sólida de Zn en Cu, de estructura BCC y se transforma a los 460°C a en una solución sólida

ordenada.

Fase y Fase : presentan una estructura compleja, son frágiles, de modo que aquellas aleaciones Cu-Zn

que contienen estas fases no presentan interés comercial.

análisis de las transformaciones de fase para distintos contenidos de Zn.

• a)-Durante el enfriamiento de una aleación con un contenido entre el 32,5 y 38,5% de Zn, se origina la fase cuando atraviesa la isoterma de los

905°C (figura 3).

L

Esta reacción se llama peritéctica (que significa around) y durante su ocurrencia, los cristales de serán rodeados por el producto de reacción , y este es rodeado por líquido. Es “raro” que una estructura peritéctica sea visible en la microestructura. Debido a esto, la reacción peritéctica no tiene el mismo valor industrial que la reacción eutéctica.

b)-cuando se calienta una aleación con 35%Zn, hasta los 780°C, resultarán granos homogéneos (Figura 4).

c) una aleación con 40%Zn (Figura 5), contiene algo de β (o β) a todas las temperaturas; a

temperatura ambiente, la cantidad de fase β’ será:

La posición metaestable de la línea de solidus, que se encuentra en un diagrama de una solución sólida simple, se origina por difusión incompleta (o intercambio atómico) entre dos elementos de una fase simple. De manera similar, los límites de la fase α y β están sujetos a desplazamientos hacia la izquierda durante los enfriamientos ordinarios.

Por lo tanto, la aleación 60%Cu-40%Zn, después del enfriamiento al aire, podría mostrar más que el 26% de fase β (o β) calculada.

• Entendiendo que las velocidades de enfriamiento normales tienden a volver metaestables las posiciones de los campos de fase, entonces los enfriamientos muy rápidos (por ejemplo, un temple) detienen la difusión y este hecho altera los límites, transformándolos en líneas verticales.

d) una aleación con 37,5%Zn (Figura 6) es de particular interés, porque bajo condiciones de equilibrio, es totalmente β a 900°C

y de estructura α por debajo de los 500°C.

α β

β

Si se enfría la aleación de forma muy lenta (v0) desde los 900°C, la fase β se transformará gradualmente en α, pasando a través del campo bifásico α+β y esta transformación será tipo difusiva (o sea, habrá cambios graduales en la concentración de Zn en las fases α y β).

Pero si enfriamos más rápidamente (v>>>0) se formará algo de fase residual β (ó β) en condición metaestable y la cantidad de β aumentará con el aumento de la velocidad de enfriamiento.

Sin embargo, si templamos desde los 900°C en agua con sal y hielo, se formará una estructura diferente: MARTENSITA.

5.7.1 - Algunas consideraciones generales sobre los latones más utilizados en la industria:

• 5.7.1.1 - Latones α: Estos contienen hasta un máximo de 36% de zinc

• Buena resistencia mecánica con la alta ductilidad

• Son adecuados para hacer drásticas operaciones de trabajado en frío

• Es común luego de estas operaciones efectuarles un revenido (también llamado alivio de tensiones) para disminuir las tensiones internas del material generado por el trabajo en frío y de esta forma evitar las fisuras intercristalinas que suelen aparecer mucho tiempo después, incluso muchos años después, por los altos esfuerzos residuales dejados como resultado del trabajado en frío

• 5.7.1.2 - Latones Amarillos: contienen de un 20 a un 36% de zinc

• Son adecuados para efectuársele grandes y drásticas operaciones en frío.

• Además es práctica común para evitar fisuras interdendríticas, darle un tratamiento de revenido para liberarlos de tensiones (500 Fº aproximadamente). Estas fisuras apareces luego de mucho tiempo, incluso años. Los esfuerzos hacen al material susceptible a la corrosión intergranular

• 5.7.1.3 - Latones Rojos: contienen del 5 al 20% de zinc

• 5.7.1.4 - Latones α+β: contienen 54 a 62% de cobre y son fáciles de trabajar en caliente

ASM Handbook volume 2, Properties and selection: Nonferrrous Alloys and Special-Purpose Materials, 10º edicion 1991.

Tabla 4.-Propiedades de algunas aleaciones Cu-Zn.

Tabla 6.- Efecto del Zinc sobre las propiedades de los latones.

Porcentaje de Zn

Resistencia a la tracción

[MPa]

Alargamiento [%]

Dureza [BHN, 10 mm,

500 kg] 0 221 46 38 5 248 49 49 10 283 52 54 15 289 56 58 20 296 59 56 25 310 62 54 30 317 65 55 35 317 60 55

40 (+) 372 45 75

Aleación Cu-Zn: microestructura y propiedades

• En general la adición de elementos a un metal puro que formen una solución sólida, tiende a disminuir la ductilidad de la aleación conforme aumenta la resistencia. (S. Avner, Introduccion a la metalurgia fisica, 2da edicion, McGraw Hill-Book, 1988). Para el caso del Zn, la mejor combinación de relación ductilidad dureza se observa en la tabla 6 a un contenido de 30% de Zn.

Otros autores (R.H. Greaves, H. Wrighton, Metalografia Microscopica Practica, Ed.Urmo, 1974), también confirman que existen ciertas relaciones entre propiedades

y microestructura y los resúmen, en términos generales, de la siguiente forma:

• 1)- la resistencia a la tracción aumenta con el contenido de Zn; se eleva de manera algo repentina con la aparición de β y alcanza el máximo con la composición que corresponde a partes iguales de α y β; luego disminuye con rapidez al aparecer el componente .

• 2) el alargamiento alcanza un máximo y comienza a disminuir antes de que la composición alcance el limite de la solución α; se reduce considerablemente a medida que aumenta la cantidad de β y es muy pequeño en presencia de .

• 3) el componente α tiene la mayor resistencia al choque, que disminuye con la presencia de β, y, cuando esta presente , la aleación se hace muy frágil.

• 4) la dureza aumenta mucho por la presencia de β y todavía más cuando aparece

• 5) las aleaciones que contienen solo α resultan adecuadas solo para ser trabajadas en frío y se pueden laminar en caliente o en frío;

• las aleaciones que contienen α y β toleran muy poca deformación en frío sin ruptura y solo es posible laminarlas en caliente. El componente β también puede ser forjado, laminado ó extrudado en caliente; pero las aleaciones que contienen la fase se deben rechazar invariablemente para cualquier tratamiento mecánico.

Los latones de importancia industrial, se designan case siempre por el contenido de cobre y

zinc.

A seguir, se presenta la microestructura del Metal de Muntz

• Micro 7: Material extrudado y enfriado al aire de una aleación Cu-40%Zn, x50, FeCl3.

• A la temperatura de extrusión, la aleación fue totalmente fase β. Sin embargo, después de haber sido deformada y enfriada, se formaron granos α (blancos) dentro de la estructura β.

• La formación de α en los límites de granos β, muestra el tamaño de los granos que tenia la fase β cuando estaba a alta temperatura.

• En la micrografía se ven partes de los seis granos de β inicial. Los cristales α, durante su formación inicial en la estructura β, deberían tener sus átomos en concordancia con los átomos de los cristales β; esta es la regla general para la formación de cualquier fase sólida en una matriz de estructura cristalina diferente (por ejemplo la precipitación de la fase (CuAl2) desde la fase α (αAl) durante el envejecimiento por envejecido, pagina 152 Brick).

Usualmente, un solo tipo de plano de la matriz y un solo tipo de plano de la nueva fase, tendrán átomos con patrones similares cuando se los compara en una dirección específica. Por ejemplo, en la figura 5.5 Brick, pagina 132, se observa que los átomos del plano base de la estructura FCT (plano del cubo cuando este se mueve a una estructura FCCα) se igualan a los planos del cubo BCCβ cuando el borde de la base del tetrágono se encuentra en la dirección de la cara diagonal de la estructura BCC. Esta concordancia resulta en un alineamiento de la nueva fase, α, en una única dirección planar de la fase β.

A veces, estos planos son claramente delineados por la nueva fase y la estructura presenta un patrón tipo Widmanstatten, como es evidente en esta micrografía.

Frecuentemente, los últimos estadios del crecimiento de la nueva fase, podrían tomar formas equiaxicas, lo cual oscurecería las relaciones cristalográficas con la matriz.

• Micro 8: El mismo metal de Muntz templado en agua desde los 825°C, x50, NH4OH-H2O.

• Se observa que la fase α es blanca y β es negra (los colores son los inversos a la muestra previa).

• A alta temperatura esta muestra fue completamente β (ver el diagrama de fase). El temple preserva la mayoría de la fase β pero no suprime completamente la formación de α, particularmente en los límites de grano de la fase β. Se nota que el carácter direccional de la fase α se forma como placas, extendiéndose desde los limites dentro de los granos β (una característica Widmanstatten). La relación también se muestra por unas pocas placas aisladas de α dentro de los granos β

• El tamaño de grano de β es basto, como resultado del crecimiento de grano en el rango unifasico, 780 a 825°C. Fue muy difícil encontrar regiones que muestren mas de tres granos en la micro.

• Referencias para aleaciones Cu-Zn en lo referente a microestructura y propiedades : – http://www.cda.org.uk– R.M.Brick, R.B.Gordon, A.Phillips, Structure and

properties of Alloys, Thirtd Ed., McGraw-Hill Book Co, 1965

– R.H. Greaves, H. Wrighton, Metalografia Microscopica Practica, Ed.Urmo, 1974.

BroncesSe usa para nombrar aleaciones Cu-Sn

Bronces comerciales:Aleaciones de Cu y Sn, Al, Si, Be con P, Pb, Zn o Ni

Son mas caros que los latones, pero>Rm

>Resistencia a la corrosión

5.8 - Aleaciones de Cu-Sn 1. La velocidad de

solidificación produce resultados que no pueden deducirse inmediatamente del estudio del diagrama de equilibrio

1. Si observamos una microestructura la presencia del eutectoide (Cu)+ , se deduce que la solidificación no ocurre según la recta vertical

2. Al llegar a el poco liquido que ha alcanzado la concentración de Sn, superior al 13,5%, solidifica por completo: entonces la aleación estará compuesta de (Cu)+

comentarios

1. La pieza colada real, el eutectoide con , y su proporción, forma y distribución tienen valor en la fabricación de piezas en la industria: el eutectoide con es un constituyente duro (200HB), de modo que la resistencia, la dureza y la ductilidad de la aleación dependen de su cantidad y de su forma de distribución.

2. La cantidad presente depende: a) %Sn, b)Temp-colada, c)velocidad de solidificación

3. El Zn y P, aumentan la formación de fase

• La porosidadporosidad es una característica común y distintiva de las aleaciones obtenidas por moldeo o fusión.

• Se observa también la existencia de zonas con diferente tonalidad de fondo zonas con diferente tonalidad de fondo (granos distintos). El color es el mismo, si bien tienen diferente tonalidad debido a que los granos tienen la misma estructura cristalina, pero diferente orientación.

• El límite de grano es muy sinuoso límite de grano es muy sinuoso, lo que se relaciona con una ausencia de equilibrio durante la solidificación.

• Existe otra evidencia que confirma la ausencia de equilibrio: microsegregación. Esta se distingue por ser pequeñas zonas de tonalidad más oscura pequeñas zonas de tonalidad más oscura que, principalmente, está asociada a la existencia de porosidadporosidad

Que tipo de características microestructurales se Que tipo de características microestructurales se observaran en una micrografía de una aleación observaran en una micrografía de una aleación

Cu-10%Sn?Cu-10%Sn?

Distribución del eutectoide (Cu)+ , en el bronce en relación a la porosidad y la segregación intergranular

Esta micrografía muestra una aleación Cu-10%Sn, colada en arena y sin ataque. Se observan áreas negras del eutectoide (Cu)+ .

Al agregar fósforo a las aleaciones CuSn se forma CuCu33P, P, junto al eutectoide (Cu)+ .

Elementos principales de la aleación

Pb Sn Zn Cu6,0-8,0 6,3-7,5 2,0-4,0 81-85

En las siguientes micrografías presentan la microestructura de la aleación CuSnPbZn (UNS C93200)La composición química es :

Probetas sin ataque. (Se utilizó un microscopio óptico (Leica), con una magnificaron de x100, factor de ampliación 1,5). Se observa una distribución de Pb muy variable en toda su extensión. Las regiones con Pb son aquellas áreas negras de la fotomicrografía.También se observa la presencia de una segunda fase en la matriz, de color celeste; esta es la fase δ

Defectos en el Cu-Sn

La mayoría de los problemas producidos en las piezas coladas de bronces se La mayoría de los problemas producidos en las piezas coladas de bronces se debe a los gasesdebe a los gases

Los problemas que provocan los gases son de 2 tipos:

1.Disolución de un gas elemental (H) y su desprendimiento durante la solidificación

1.Gases que se forman por reacción de 2 componentes disueltos ( H y O, que se encuentra como Cu2O) los cuales reaccionan para formar «vapor de agua» que es insoluble y se desprende

Como se evitan estos problemas?Como se evitan estos problemas?1.Desgasificando: lo mas importante es hacer mínima la cantidad de absorción de H-procesos de oxidacion-reduccion

5.9 - Aleaciones Cu - Al

• Las aleaciones de Cobre-aluminio, también conocidas como Bronces al Aluminio

• son reconocidos, fundamentalmente por su resistencia mecánica y a la corrosión.

• para las aleaciones binarias comercialmente más importantes, la reacción fundamental es reacción fundamental es el eutectoide que ocurre a el eutectoide que ocurre a los 565°C los 565°C .

• A 565°C el restante comienza a descomponerse en un eutectoide laminar, + 2. La reacción es controlada por difusión y terminará cuando la aleación se mantenga un tiempo considerable a temperaturas justamente debajo de la del eutectoide, tal como ocurre durante solidificaciones muy lentas.

• Pero las velocidades de solidificación reales son demasiado rápidas como para permitir que esta reacción ocurra, de modo que la fase queda retenida, y se transforma en martensita acicular.

Bronces al Al

La mayoría de los Bronces al Al comerciales tienen: 4-11% Al

Bronces al Al monofásicos ( 7,5%)Buenas prop p/ trabajo en frío

Resistencia corrosión ( por ataque atmosf y agua)

USOS: tubos p/ condensador, piezas trabajadas en frío, recipiente resistentes corrosión, tuercas y tornillos, etc.

Bronces al Al + ( 7,5-11% )Se pueden tratar térmicamente y obtener estructuras similares a las del acero ( al templarse presentan estructura martensistica)

Son tratables termicamente?• Los bronces + son

interesantes pues se pueden tratar térmicamente, para lograr microestructuras similares a los aceros

• Si la aleación bifásica se templa desde el campo , se formara una estructura acicular .

• Después se puede revenir (400-590°C) para aumentar la tenacidad

• (Usos: engranajes, ejes motrices, cojinetes, bujes, herramientas antichispas, matrices para estirado y conformado…)

(aleación C95400)bronce de aluminio), solución tratada 2 horas a 900 ° C, temple,y revenido por 2 horas a 650 ° C. Granos Alfa (agujas martensíticas blancas) son menor es que en el estado bruto de colada. × 200

Aleacion estado Composición R.tCu Sn Zn Pb [kg/mm2]

Bronces de EstañoBronce al Fosforo, al 5% F, R 94,8 5 0,2P 33Bronce al Fosforo, al 10% F, R 89,8 10 0,2P 46,4Bronce al Plomo C 88 6 1,5 1,5 26,7Metal de cañones C 88 10 2 28,1

Bronces de Aluminio (endurecimiento eutectoide)Bronce al Al, al 5% F, R 95 5Al 62,2Bronce al Al, al 10% C 86 3,5Fe 10,5Al 52,7el mismo CE 88 70,3

Bronces de SilicioBronce al Si F, R 94,8 5 0,2P 33

Bronces de NiquelCupro-Niquel, 30% F, R 70 30Ni 42,2Cupro-Niquel, 18% F, R 65 17 18Ni 39,8Cupro-Niquel, 18% C 64 4 8 4 20Ni 28,1

Bronces de BerilioCobre al Be F, R 98 1,7Be 49,2el mismo F, R 123

Bronces al Al

Alcoholic ferric chloride x 500Alcoholic ferric chloride x 500

Alcoholic ferric chloride x 100Alcoholic ferric chloride x 100

Las regiones blancas representan la fase en una matriz oscura de fase . Se observa un constituyente rico en Fe.

Cu - 9.5Al - 3Fe- 3Ni Trabajado en caliente.

Microestructura típica de una distribución general de constituyentes, producida por trabajo en caliente.

La fase (zonas claras) esta rodeada por la matriz ( oscura) y ambos constituyentes están estirados en la dirección de la deformación

• Agregar lamina 60 p 191 R H Greaves

Cuarta parte• 6 - Tratamiento térmico

• 6.1 - Aleaciones endurecibles a bajas temperaturas• 6.1.1 - Aleaciones que sufren endurecimiento por precipitación• 6.1.2 - Aleaciones endurecibles por descomposición spinodal• 6.1.3 - Aleaciones endurecibles por ordenación

• 6.2 - Endurecimiento por temple y revenido

Que es un tratamiento térmico?

• En un conjunto de operaciones de calentamiento, permanencia y enfriamiento de las aleaciones de metales en estado sólido con el fin de cambiar su estructura y conseguir las propiedades físicas y mecánicas necesarias.

• Permite aumentar significativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica

A quien se le aplica tratamiento térmico?

• Se tratan térmicamente no solo las piezas semiacabadas como son los bloques, lingotes, planchas, etc., con objeto de disminuir su dureza (recocido), mejorar la maquinabilidad y preparar su estructura para el tratamiento térmico definitivo posterior, sino también las piezas terminadas y herramientas con el objetivo de proporcionarles las propiedades definitivas exigidas.

Ciclos térmicos

6 - Tratamiento térmico del Cu y sus aleaciones

Son escasas las aleaciones base Cu que modifican sus propiedades a través de un tratamiento térmico. Sin

embargo, podemos citar algunos casos de interés comercial:

(a) aleaciones denominadas “diluidas” ó High copper alloys (CuBe, CuCr, CuZr, CuCrZr y CuNiSiCr, etc)

(b) los bronces al Aluminio (con porcentajes de Al10%), Bronces de aluminio – níquel (Cu-Al-Ni), y algunas aleaciones de Cobre-Cinc, entre otras, endurecen a través de reacciones martensíticas

6.1 - Aleaciones endurecibles a bajas temperaturas

Aleación Solubilizado(a) [O C]

Envejecido [O C]

Tiempo [Horas] Dureza

Conductividad eléctrica [IACS

%] Endurecimiento

por precipitación

C1500 C1700,C17200,

C17300 C17500, C17600 C1800(b),C81540 C18200, C18400 C18500, C81500

C94700 C99400

Endurecimiento

espinodal

C71900 C72800

980 760-800 760-800 900-950 900-930 980-1000 980-1000 775-800

885

900-950 815-845

500-550 300-350 300-350 455-490 425-540 425-500 425-500 305-325

482

425-760 350-360

3 1-3 1-3 1-4 2-3 2-4 2-4 5 1

1-2 4

30HRB 35-44HRC 35-44HRC 95-98HRB 92-96HRB

68HRB 68HRB 180HB 170HB

86HRC 32HRC

87-95 22 22 48

42-48 80 80 15 17

4-4 ….

6.1.1 - Aleaciones que sufren endurecimiento por precipitación

• La mayoría de las aleaciones de Cobre que sufren endurecimiento por precipitación se utilizan para la conducción del calor y la electricidad.

• La dureza resultante y la resistencia mecánica dependerán de la efectividad del enfriamiento desde la solución sólida y del control del tratamiento de precipitación (envejecido) posterior

• Las etapas de un proceso de endurecimiento por precipitación se pueden describir del siguiente modo:

(a)la primera de esas etapas es el tratamiento de solución, a una temperatura suficiente, tal que una fase se disuelva en otra,

(b)la aleación se templa a temperatura ambiente y, por ultimo,(c) la aleación se envejece natural o artificialmente. Durante el

proceso de envejecimiento, precipita una nueva fase en la matriz y esto endurece la aleación. Solamente en aquellos casos donde el espaciamiento entre átomos entre precipitado es próximo al espaciamiento de la matriz, se puede hablar de precipitados coherentes.

Ejemplo

• En el caso de la aleación C18000 (CuNiCrSi) son necesarios dos tratamientos de precipitación para conseguir el máximo de conductividad eléctrica y dureza, debido a que existen dos mecanismos diferentes de precipitación.

6.1.2 - Aleaciones endurecibles por descomposición spinodal

• Este tipo de aleaciones son endurecidas a través de tratamientos similares a los utilizados en aleaciones endurecibles por precipitación.

• La estructura spinodal es blanda y dúctil y se genera por un solubilizado a alta temperatura y un rápido enfriamiento.

• Este fenómeno de descomposición, a veces llamado envejecido, se verifica a bajas temperaturas.

• Las aleaciones de Cu-Ni con adiciones de Cr o Sn son las llamadas aleaciones spinoidales.

Cual es el mecanismo de endurecimiento?

• es el resultado de una segregación química en la matriz, de cristales α, en una escala muy fina (del orden de los Ångström) y se necesita del uso de SEM para discernir los efectos metalográficos.

• Las aleaciones spinoidales conservan la estabilidad dimensional durante el tratamiento, ya que no ocurren cambios cristalográficos.

6.1.3 - Aleaciones endurecibles por ordenación • Ocurre en aquellas aleaciones que están próximas a la

saturación con aleantes disueltos en la fase α, sufrirán reacciones por ordenación cuando un material fuertemente trabajado en frío sea recocido a temperaturas relativamente bajas.

• Ej: aleaciones C61500 (90Cu-8Al-2Ni), C63800 (95Cu-2.8Al-1.8Si-0.4Co), C68800 (73.5Cu-22.7Zn-3.4Al-0.4Co), y C69000 (73.3Cu-22.7Zn-3.4Al-Ni

• El endurecimiento se atribuye al ordenamiento de corto alcance de átomos de soluto dentro de una matriz de Cobre, lo cual impide el movimiento de las dislocaciones a través de los cristales

6.2 - Endurecimiento por temple y revenido

• El endurecimiento por temple y revenido se utiliza fundamentalmente para Bronces de Al (Cu-Al) y Bronces de Ni-Al.

• responden al templado a través de reacciones martensíticas : algunos Bronces al manganeso con 37 a 41% de Cinc y los Bronces al Aluminio con porcentajes de 9 al 11,5% de Al y Bronces con Ni-Al con 8,5 a 11,5% de Al

• Las aleaciones con mayores contenidos de Al, generalmente son muy susceptibles al agrietamiento, las cuales aparecen durante el enfriamiento, mientras que aquellas aleaciones con menores contenidos de Al no tendrán suficiente fase β de alta temperatura como para responder al tratamiento de temple.

Los cuproraluminio responden al TTLos cuproraluminio responden al TT

Dureza depende %Al:Dureza depende %Al:1.Con 9,5%Al 160HV a 210HV2.Con 11,5%Al 280HV a 370HV

1.Los aleantes contribuyen al aumento de dureza (Ni) pero no afectan la templabilidad

1.La dureza secundaria provocada por el revenido a 400°C 420HV ( 43 HRc)

1.Hay indicios que el tamaño de grano afecta la templabilidad ( similarmente a los aceros)

2.Es de esperarse mayor fragilidad con: Temp y temple en agua ( probables fisuras)

Los cupro-aluminio responden al TTLos cupro-aluminio responden al TT

1.Parece existir una herencia del proceso de fusión y cuando hay un gran tamaño de grano, este no puede corregirse solo por tratamiento térmico

2.Por lo tanto, el normalizado parece no afectar el refinado del grano.

3.Podría aplicarse un tratamiento de «martenpering» para reducir la tendencia a las fisuras.

4.Es posible la aplicación de «temple por inducción» pues responde de manera similar a los aceros

templada

Templada y revenida

Problema Diagnostico

Baja dureza

Temperatura de solubilizado demasiado baja; El enfriamiento puede haber sido demorado o

la velocidad de enfriamiento fue muy lenta; La temperatura de envejecido es muy baja y/o

el tiempo fue muy corto (pobre-envejecido). O la temperatura fue muy alta y/o el tiempo

fue demasiado largo (sobre-envejecido)

Baja dureza; baja conductividad Solubilizado inadecuado y/o pobre envejecido

Baja dureza; alta conductividad

Solubilizado inadecuado y/o sobre-envejecido

Alta dureza; baja conductividad

Pobre envejecido Material contaminado

.

Los problemas que se pueden encontrar como resultado de la aplicación de tratamientos térmicos de endurecimiento por precipitacion, pueden ser diagnosticados por medio de la siguiente tabla 3:Tabla 3. Diagnostico de sobre resultados de endurecimiento por precipitación

Formas de catalogar el Cu y sus aleaciones

Cu

Cu diluidos (High-Coppers)Latones (Brass)Bronces (Bronze)Cu-Ni (Cupro-Niquel)Ni-Ag (Plata alemana ó latón al Niquel: aleaciones de Cu-Ni-Zn)

Fire-refining tough pitch-C12500

Electrolytic-tough pich-C1100

Oxigen-free-C10100 y C10200

6 familias

Excepto el Cu puro, cada una de las familias contiene uno de los 5 elementos, como aleante primario

Familia Elemento de aleación

Solubilidad en estado sólido

[at %] Latónes Zn 37

Bronce al fósforo Sn 9 Bronce al Aluminio Al 19

Bronce al Silicio Si 8 Aleaciones Cu-Ni / Ni-Ag Ni 100

Clasificación genérica del Cu y

sus alecciones

Nombre genérico Nº UNS composición

Cu C10100-C15760 >99% Cu Cu diluido C16200-C19600 >99% Cu

Latón C20500-C28580 Cu-Zn Latones con Pb C31200-C38590 Cu-ZnPb Latones al Sn C40400-C49080 Cu-Zn-Sn-Pb Bronces al P C50100-C52400 Cu-Sn-P

Bronces al P con Pb C53200-C54800 Cu-Sn-P-Pb Cu-P / Ci-u-Ag-P C55180-C55234 Cu-P-Ag

Bronces al Al C60600-C64400 Cu-Al-Ni-Fe-Si-Sn Bronces al Si C64700-C66100 Cu-Si-Sn

Otras aleaciones de Cu-Zn C66400-C69900 ...... Cu-Ni C70000-C79900 Cu-Ni-Fe Ni-Ag C73200-C79900 Cu-Ni-Zn

Aleaciones para conformar (wrought alloys)

Clasificación genérica del Cu

y sus aleaciones

Nombre genérico Nº UNS composición

Cu C80100-C81100 >99% Cu Cu diluido C81300-C82800 >99% Cu

Latón rojo con Pb y Latón rojo C83300-C85800 Cu-Zn-Sn-Pb(75-89%Cu) Latón amarillos con Pb y Latón amarillos C85200-C85800 Cu-Zn-Sn-Pb(57-74%Cu)

Bronce al Mn y Bronce al Mn con Pb C86100-C86800 Cu-Zn-Mn-Fe-Pb Bronces al Si, latón al Si C87300-C87900 Cu-Zn-Si

Bronces al Sn y Bronces al Sn con Pb C90200-C94500 Cu-Sn-Zn-Pb Bronces al Ni-Sn C94700-C94900 Cu-Ni-Sn-Zn-Pb

Bronces al Al C95200-C95810 Cu-Al-Ni-Fe Cu-Ni C96200-C96800 Cu-Ni-Fe Ni-Ag C97300-C97800 Cu-Ni-Zn-Pb-Sn

Cu con Pb C98200-C98800 Cu-Pb Otras Aleaciones C99300-C99750 ........

Aleaciones para moldear (as cast alloy)

Cobre comercialmente

puro

• Fire-refining tough pitch-C12500

• Cu electrolítico (ETP) C11000

electrolitic tough pitch copper

•Se fabrica con ánodos desoxidados

•Nivel de Oxigeno< 0.02-0.04%

•desoxidar el baño liquido (poling)

•10-30ppm de Azufre residual

•500-3000ppm. Oxido cuproso (Cu2O)

•Se fabrica con cátodos de Cu

•Nivel de Oxigeno= C12500

•Valores mayores que 100%IACS

•Nivel de impurezas < 50ppm (incluyendo de Azufre residual )

Cobre comercialmente

puro

Cu libre de oxigeno (OFHC)C10100 y C10200

oxigen-free hight conductivity)

Fundidos a partir de cátodos de Cu de 1º calidad

Bajo condiciones no-oxidantes

•Recubriendo la sup baño liq con grafito granulado(u otro fundente protector)

•Atmósfera reductora (H2)

USOS: materiales con

conductividad eléctrica

Ductilidad

Libre del riesgo de sufrir fragilidad por H2

Cobre ETP (electrolytic tough pitch)

• La forma mas popular de Cu puro es “standard electrical wire grade of copper “(C11000)

• En la forma as cast es llamado: ETP (electrolytic tough pitch)

Eutectico Cu-Cu2O

Maclas de recocido (annealing twins)

Puntos del Eutectico destruido por

procesos de conformación

El Cu como material de ingeniería

Cu Rm

Material Resistencia a la tracción [MPa]

Acero (bruto de colada) 510 Fundición nodular 552 Acero 0.8%C, estirado en frío 1380 Latón rojo 248 Latón de cartucheria 276 Latón amarillo 297 Metal Muntz 373 Bronce al Mn 448 Cu-15Sn 483 Cu-9Al 517 Cu-Ni 497 Cu-2BE 1208 Cu-2Be (envejecido) 518 Cu puro (recocido) 151 Cu puro (trabajado en frío) 345

Como aumentar al resistencia mecánica?

• Deformación en frío• Endurecimiento por ordenación• Endurecimiento por precipitación• Formación de soluciones sólidas (es el

método mas utilizado)

•latones•Bronces

Latones

Metal Muntz

(60%Cu-40%Zn)

Latones

• El Cu disuelve 40% de Zn (solución sólida )• Como el Zn es mas barato que el Cu, las aleaciones

Cu-Zn son mas baratas que el Cu puro, pero, en contrapartida tienen:– < resistencia a la corrosión que el Cu puro– Densificación– agrietamiento por tiempo (Season cracking)

Cu-Zn

• Latón de cartucheria(70/30)

• Latones al Pb

• Latón del Almirantazgo ( es casi un latón de cartucheria, pero

con Sn)

• Latón rojo (Su uso habitual es en cañerías, ej: 85Cu-15Zn)

Resistencia corrosión

Buena combinaciones de Rm y ductilidad

Buena deform. Frío, buena embutibilidad

El Pb mejora la maquinabilidad de los latones

Ej: 64.5Cu-35Zn-0.5Pb

Cu-Zn• Que sucede cuando aumenta el % Zn por

encima del intervalo de solución sólida ?

+ (ej, metal de Muntz)Ductilidad ( a temp. Amb)

pero,

Ductilidad ( en región 1 fase)

A temp >760ºCLa fase

es blanda y plástica, por lo tanto,

Laminar

Extrudar

forjar

Entonces, se pueden tratar térmicamente estas aleaciones?

1-Templado

2-precipitación

As Cast

Hasta ahora hemos estudiado latones forjados(son aquellos que se usan después de haber sido laminado, forjado, extrudado,etc)

Los latones que se emplean en bruto de colada, deben poseer:

Rm / Ductilidad / maquinabilidad / buena colabilidad

Como se logra esto?

Adicionando Pb, Sn

En general, las aleaciones binarias Cu-Zn se emplean muy poco para piezas coladas

Ej, 85Cu-5Zn-5Sn-5Pb : Latón rojo colado - C83600

60Cu-38Zn-1Sn-1Pb: Latón amarillos colado – C85700

Broncespropiedades diversas de los Bronces

Bronces al Sn

Son Bronces al PBronces fosforosos 5%Bronces fosforosos10%El P esta presente porque se usa como desoxidante durante el proceso de fusión, P: 0.1-0.5%

+

+

Esta reacción es tan lenta que no aparece en las aleaciones comerciales , entonces, los Bronces fundidos al Sn con mas del

8% de Sn y enfriados lentamente, muestran solo la fase . Algunas piezas fundidas presentan algo de fase .

Bronces al Sn

Bronce al Fósforo 90/10

Se observan áreas negras de constituyente eutectoide: + , entre los brazos dendríticos.

El fósforo esta presente como producto de una reacción eutéctica : + Cu3P entre los brazos dendríticos.

Unetched - x 500Unetched - x 500

Alcoholic ferric chloride - x 200Alcoholic ferric chloride - x 200

Alcoholic ferric chloride - x Alcoholic ferric chloride - x 200200

Bronce al Fosforo 95/5 - trabajado en frio.

Esta estructura muestra que ha sido trabajada en frio, despues de haber sido deformada y recocida.

Se observan una estructura equiaxial, con maclas de recocido. Esta estructura con cristales maclados ha sido estirada en frío y se ven maclas dobladas, las cuales finalizan en los limites de grano. Estos granos contienen múltiples líneas equidistantes paralelas, llamadas bandas de deformación Algunos granos han sufrido deslizamiento en dos direcciones y muestran un patrón de bandas entrecruzadas

Alcoholic ferric chloride - x 200Alcoholic ferric chloride - x 200

Alcoholic ferric chloride - x 200Alcoholic ferric chloride - x 200

Bronce al Fósforo - 95/5 trabajado en frio y recocidoEstructura recristalizada

Bronces al Be

Point A B C D E F G H°C 1083 866 866 866 ~854 930 885 930Be, % 0 2.7 4.2 4.3 ~5.2 11.5 ~10.6 12.5Point I J K L M N O°C ~605 ~605 ~605 605 200 400 300Be, % 1.6 6.0 11.3 11.8 1.0 0.4 0.2

as cast, laminada en caliente, recocido intermedios,

laminada en frío y Solubilizada,

Estructuras de Bronces al Berilio

As cast

as cast, laminada en caliente, recocidos intermedios, Solubilizada, laminada en frío

as cast, laminada en caliente, recocidos intermedios, laminada en frío Solubilizada y envej. a la máx. dureza

as cast, laminada en caliente, recocidos intermedios, laminada en

frío, Solubilizada y envej. mas allá de la máx. dureza

As cast

As cast

as cast, laminada en caliente, recocidos intermedios, solubilizada, laminada en frío