Los gráficos realizados fueron de tiempo molienda (hrs) v/s dureza (HB). En la figura 57 se presenta las aleación Cu-10Cr-10Mo a diferentes tiempos de molienda 32,50, 75 y 100 horas y la dureza que corresponde a cada uno de ellos. Solo se expondrán los resultados de esta aleación ya que demuestra claramente la tendencia general de todas las aleaciones.
Se formaron probetas con una prensa hidráulica, a las cuales se les midió su dureza por medio de un durómetro manual, dichos valores entregados por el durómetro serán analizados y graficados versus el tiempo de molienda de cada probeta, como se muestra a continuación.
La aleación no demuestra cambios de dureza entre las 32 y 50 horas, pero a medida que aumentan las horas de molienda esta va en aumento, llegando a su máximo valor a las 75 horas. En la siguiente figura se comparara la aleación Cu-10Cr-10Mo con la aleación Cu-5Cr-5Mo ambas a 75 horas de molienda, esto demuestra claramente lo que sucede con la dureza a medida que el cobre aumenta.
Figura 58: Dureza Brinell de la aleación Cu-10Cr-10Mo y Cu-5Cr-5Mo a 75 horas de molienda.
Fuente: Elaboración propia.
A medida la aleación posee menos cobre tiene una dureza mayor, por lo que el cromo y el molibdeno la hacen más resistente.
Existen otros revestimientos que son más resistentes que el cobre, pero lo importante de utilizar este material es que a largo plazo es más conveniente, ya que es sumamente duradero y puede mantenerse intacto por años, lo que no ocurre con otros materiales.
En la siguiente tabla se muestra la dureza brinell de diferentes tipos de revestimientos usados comúnmente además del cobre.
Tabla 3. Dureza brinell para diferentes revestimientos.
Material Dureza Brinell (HB)
Acero inoxidable 250 Aluminio 15 Cobre 35 Madera 1-7 Vidrio 482 Fuente: Bata et al (2010)
Como se puede ver claramente, el cobre posee menos dureza que ciertos materiales que pueden ser utilizados como revestimiento, pero los revestimientos más baratos y comúnmente utilizados poseen una dureza muy baja como es el caso de la madera, estos revestimientos además de ser poseer esta característica, son de poca duración y su mantenimiento es más costoso a largo plazo.
Como se menciono con anterioridad el cobre es de alto costo al ser utilizado como revestimiento o techumbre, pero su mantenimiento es mucho más barato que otros materiales, el que se quiera alear con cromo y molibdeno es para darle mayor dureza sin que el cobre pierda sus propiedades. Tanto este material como sus aleaciones forman parte de los metales menos corrosivos justo después de los metales preciosos. Se encuentra en la parte superior de la escala galvánica de los metales, escala que permite apreciar el riesgo de corrosión relativa de los metales cuando se ponen en contacto entre ellos en presencia de un electrolito (Procobre, 1998). Las aleaciones de cobre se caracterizan por su dureza y resistencia a la tracción, a temperaturas elevadas, al desgaste, a la oxidación y a la corrosión, sobre todo las que poseen una gran cantidad de cobre y su tiempo de molienda es elevado, como es el caso de las aleaciones analizadas en esta tesis.
La dureza brinell puede ser comparada con la resistencia a la tracción, el valor máximo que se obtuvo de dureza, fue de 80 HB, para la aleación Cu-10Cr-10Mo molidos durante 75 horas (ver figura 57). El cobre puro posee una dureza menor que luego de ser aleado, de 35 HB.
Tabla 4. Grados de dureza brinell versus resistencia a la tracción. Dureza Brinell HB Resistencia a la tensión Mpa Dureza Brinell HB Resistencia a la tensión Mpa 76 255 209 705 80,7 270 214 720 85,5 285 219 740 90,2 305 223 755 95 320 228 770 99,8 335 233 785 105 350 238 800 109 370 242 820 114 385 247 835 119 400 252 850 124 415 257 865 128 430 261 880 133 450 266 900 138 465 271 915 143 480 276 930 147 495 280 950 152 510 285 965 156 530 295 995 Fuente: Puc (2010).
La deformación elástica, es una deformación reversible ya que el cuerpo vuelve a su estado original luego de haber aplicado una fuerza sobre él, muy diferente a la deformación plástica que luego de aplicar una fuerza, el cuerpo se deforma permanentemente, ya que el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La dureza de un metal está relacionada directamente con la deformación plástica, ya que dicha
dureza depende de la facilidad con que puede ser deformado plásticamente el material al cual se le está aplicando la fuerza. Debido a esto se puede relacionar la dureza brinell con la resistencia a la tracción de un cuerpo. Como se ha estudiado, el cobre antes de ser aleado posee una dureza brinell baja con respecto a otros metales y no alcanza a entrar dentro de la tabla 4 para darle un valor de resistencia a la tracción, cuando es aleado su dureza brinell aumenta y por lo tanto su resistencia al atracción también, la aleación estudiada que posee mayor dureza brinell es la Cu-10Cr-10Mo con 75 horas de molienda, posee una resistencia a la tracción que se encuentra entre 255-270 Mpa, estos números no son exactos ya que el ensayo se realizo solo para ver tendencias, de cual aleación es la más resistente.
Existen diversos factores que influyen en la dureza de un material creado por aleación mecánica, estos son:
• El trabajo en frío: Este genera un incremento en el número de dislocaciones de las
aleaciones, al ocurrir esto aumenta también la densidad de dichas dislocaciones, lo cual produce un aumento en la probabilidad de que unas interfieran con otras, obteniéndose un metal con mayor resistencia. Por lo que se puede llegar a la conclusión de que el endurecimiento por deformación en un metal, se obtiene mediante el trabajo en frío. Al aumentar el trabajo en frío, aumenta a su vez la resistencia a la tensión y el límite elástico, pero la ductibilidad disminuye, acercándose a cero, esto se puede observar en la figura 59, lo cual nos deja claro que existe un cierto límite del trabajo en frío y a su vez un límite de dislocaciones antes de que un metal pierda 100% su ductibilidad.
• La estructura cristalina: Este es un factor que también influye en el coeficiente de
endurecimiento en los metales, la estructura de los átomos de soluto del cobre son FCC (la estructura tiene 4 átomos por celda unitaria), este tipo de estructuras poseen un coeficiente de endurecimiento por deformación muy alto. Si se analizan las estructuras de los átomos de soluto del cromo y molibdeno, se puede concluir que poseen la misma estructura, la de tipo BCC (la estructura tiene 2 átomos por celda unitaria), la cual posee un coeficiente de endurecimiento por deformación más bajo que el del cobre.
Las aleaciones analizadas poseen una gran cantidad de cobre, por lo que en ellas favorecería el endurecimiento por deformación.
1. La diferencia de tamaño de los átomos de soluto y solvente. A mayor diferencia de tamaño se producen mayores distorsiones, haciendo más difícil el deslizamiento de las dislocaciones.
2. La cantidad de elemento aleante.
Cuando a un solvente le añadimos un soluto, se dice que se está aleando el metal. Las aleaciones tienen mayor resistencia que los metales puros debido al endurecimiento por solución sólida. Por ejemplo, el acero no es más que una aleación de hierro y carbono. Los átomos de carbono son el soluto y se encuentran ubicados en los sitios intersticiales entre los átomos de hierro. Debido a que el tamaño de los átomos de carbono son ligeramente mayores al del sitio intersticial, se genera una distorsión de la estructura cristalina de los átomos de hierro. Dicha distorsión produce el aumento de la resistencia del metal. Por esta razón los aceros son metales con mayor resistencia que el hierro.
El endurecimiento por solución sólida tiene diferentes efectos sobre las propiedades de un metal, afecta la conductividad eléctrica. Los metales aleados tienen menor conductividad que los metales puros. Esto se debe a que la distorsión de la estructura cristalina que produce el endurecimiento también dificulta el movimiento de los electrones libres del metal. La resistencia a la fluencia, la resistencia a la tensión y la dureza son mayores en los metales aleados que en los metales puros, sin embargo, la ductilidad de una aleación suele ser menor que la del metal puro.
La conductividad eléctrica es afectada por el endurecimiento por solución sólida. Los metales aleados tienen menor conductividad eléctrica que los metales puros. Esto se debe a que la distorsión de la estructura cristalina que produce el endurecimiento también dificulta el movimiento de los electrones libres del metal.
Figura 59: Efecto del trabajo en frío en las propiedades mecánicas del cobre. Fuente: ASKELAND (1998).