Los aceros son producidos a bajo costo y con tecnologías relativamente
sencillas y con ellos se pueden obtener un amplio rango de propiedades
mecánicas.
Estas dos fortalezas hacen pensar que no tienen competencia, sin
embargo las aleaciones ferrosas tienen puntos débiles:
• Alta densidad
• Conductibilidad eléctrica y térmica bajas
• Poca o nula resistencia a la corrosión frente algunos ambientes
• Baja resistencia al creep ALEACIONES NO FERROSAS
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Cobre y sus Aleaciones
Es por esto que para ciertas aplicaciones resulta muy apropiado el uso de
aleaciones metálicas de base no ferrosa: aleaciones de aluminio, de
Se trata de un metal de poca dureza y gran ductilidad lo que lo hace difícil de mecanizar pero a la vez capaz de soportar grandes deformaciones plásticas.
Las principales virtudes del cobre son sin embargo, su elevada conductibilidad tanto eléctrica como térmica y su muy buena resistencia a la corrosión a un gran universo de medios corrosivos (humedad ambiente, agua salada).
Se presenta en la naturaleza normalmente combinado con azufre y contenido en distintos minerales pero también en estado puro.
COBRE PURO
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PROPIEDADES DEL COBRE PURO
Símbolo químico Cu
Número atómico 29
Aspecto Metálico, Rojizo
Densidad 8,96 g/cm3
Estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC)
Punto de fusión 1084 ºC
Punto de ebullición 2927 ºC
Calor de fusión 13,1 kJ/mol
Electronegatividad 1,9
Calor específico 385 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 5,96 × 10^7 S/m 2º lugar entre
COBRE PURO
En virtud de estas propiedades el cobre puro comercial es utilizado para la
fabricación de conductores y contactos eléctricos y tubos de
intercambiadores de calor entre otras aplicaciones.
Se lo clasifica por el contenido de impurezas, principalmente de oxígeno. El
contenido de oxígeno dependerá del método de desoxidación utilizado.
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El oxigeno es prácticamente insoluble a temperatura ambiente en el cobre sólido.
En consecuencia pequeños porcentajes de este elemento dan lugar a la
precipitación del óxido cuproso (Cu2O) como parte de un eutéctico en sitios
interdendríticos durante su solidificación.
La presencia de oxígeno, como de cualquier otra impureza, produce un incremento
en la resistividad eléctrica y una disminución de la conductibilidad térmica. α + Cu2O
L
α
L+Cu2O
Be Ag
Si P
Al Zn Cd
Sn %IACS
% impurezas 100
80
60
40
EFECTO DE LAS IMPUREZAS EN LA CONDUCTIVIDAD
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α +Cu2O
Horno
°C
Recocido
Estructura del cobre electrolítico
de colada Estructura del cobre electrolítico
forjado y recocido Deformación
en frio
• Se utilizan hidrocarburos como combustibles y desoxidantes a la vez.
• Contiene 0,02 a 0,05% de Oxigeno disuelto • Contenidos de oxigeno 500 a 3000 ppm como Cu2O
• Contenido de azufre 10 a 30 ppm • Conductividad ~ a 100% IACS
Cobre desoxidado al fuego
C12500
• El refinamiento se efectúa mediante un proceso electrolítico. De esta forma se logran bajar considerablemente los porcentajes de impurezas metálicas y el azufre. El nivel de oxígeno aun es alto. • Conductividad > a 100% IACS
Cobre electrolítico C11000
• Se parte de un cobre electrolítico el cual es refundido en un horno de inducción bajo una atmósfera reductora y libre de hidrógeno.
• Contenido de oxigeno menor a 0,001
• Son cobres de alto costo cuyo uso esta limitado a casos donde se precisa gran ductilidad y
conductividad como así también baja fragilidad por H2. Cobre libre de oxígeno
C10100
COBRE PURO - MÉTODOS DE DESOXIDACIÓN
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Deformación en frío
Una forma de impartir una mayor dureza y resistencia tanto al cobre puro como
a sus aleaciones es mediante el conformado plástico en frío (alambres, barras,
chapas y láminas).
Aleantes
Mediante el agregado de elementos de aleación se produce un aumento de la
resistencia en detrimento de la conductibilidad eléctrica, térmica y la ductilidad.
Es el mecanismo de endurecimiento más económico y versátil.
Tratamientos Térmicos
Sólo algunas (muy pocas) aleaciones de cobre son factibles de evidenciar
ALEACIONES DE COBRE
LATONES
Zinc como aleante principal <50%Zn
ALFA rojos Zn<20%
ALFA amarillos 20%<Zn< 36%
ALFA + BETA 36%<%Zn<46%
BRONCES Aleaciones de cobre
donde el aleante principal no es el Zn
COMUNES Estaño como aleante principal ESPECIALES Al aluminio Al berilio Al Silicio ALEACIONES ESPECIALES
Cupro-niquel Plata alemana y otras
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C1xxxx cobre puro (Sin aleantes principales)
C2xxxx aleado con Zn (Latones)
C3xxxx aleado con Zn y Pb (Latones plomados)
C4xxxx aleado con Zn y Sn (Latones de estaño)
C5xxxx aleado con Sn (Bronce clásico o Bronce fosforado)
C6xxxx aleado con Al (Bronce de aluminio) o con Si (Bronce de silicio)
C7xxxx aleado con Ni y Ni-Zn (Cuproníquel)
C8xxxx otras aleaciones de cobre especiales para fundición
LATONES
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latones
𝛼
rojoslatones
𝛼+β
latones
𝛼
amarillosLATONES
0 10 20 30 40 50 60 70
0 10 20 30 40 50
Res is te nc ia A la rga m ie nto % Zinc Resistencia Alargamiento
Latón de cartuchería Latón Muntz Latón Joyería
α+ β LATONES
El agregado de Zinc en el cobre tiene incidencia en su resistencia, alargamiento y
dureza.
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Se trata de latones monofásicos con contenidos de Zn > a 20% los cuales poseen
las mejores combinaciones de resistencia y ductilidad. Por ende, son aptos para
soportar drásticas operaciones de conformado en frio. El latón de cartuchería es el
Fisuración integranular: las operaciones de conformado pueden generar en el
metal grandes tensiones residuales. Esto provoca la aparición de fisuras
intercristalinas con el tiempo, favorecidas por el entorno corrosivo en que estas
aleaciones suelen trabajar (SCC).
Es practica común por revenir los latones amrillos para permitir relajar tensiones. LATONES 𝛼 AMARILLOS
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Dezincificación: Los latones con Zn > 15% sufren un tipo de corrosión selectiva
llamada descincificación, cuando están en contacto con agua de mar o agua
aireada o en altas temperaturas. Consiste en la disolución de la aleación para
luego depositar sobre la superficie un cobre poroso de muy baja resistencia y
poco adherente. El agregado de pequeñas cantidades de antimonio o estaño
Existen algunos latones amarillos aleados, como el “Latón Admiralty”
(71Cu-28Zn-1Sn), en el que el agregado de estaño mejora la resistencia
mecánica y la resistencia a la corrosión y se utiliza principalmente para
tubos de intercambiadores de calor en plantas de energía de vapor. LATONES AMARILLOS ALEADOS
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Latón amarillo al aluminio (76Cu-22Zn-2Al) cuya principal característica
es la gran resistencia a la corrosión por presencia de una fina pero tenaz
capa de óxido de aluminio que se forma en la superficie y la cual es
auto-regenerable (buen comportamiento frente a problemas de erosión –
corrosión).
El plomo es un elemento de aleación que se agrega a los latones con el fin de
facilitar el mecanizado. Es insoluble en el cobre y se presenta en la red del latón
como partículas finas dispersas. Debido a esto y gracias a su baja resistencia al
corte, actúa como un controlador del tamaño de viruta y como lubricante de la
herramienta. Pueden encontrarse latones con hasta un 3,5% Pb. LATONES AMARILLOS ALEADOS
En la actualidad se ofrecen latones de ¨libre mecanizado¨ libres de plomo debido a
su toxicidad.
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Contienen entre un 5% y un 20 % de Zn. Poseen en general mejor resistencia a la
corrosión que los Latones amarillos y no son susceptibles a la SCC y a la
Dezinsificación. LATONES ROJOS
Oropel (95Cu-5Zn) – C21000 – Gilding Metal
Mejor resistencia y bajo costo. Históricamente utilizado en la fabricación de monedas y cartuchos de municiones.
Bronce Comercial (90Cu-10Zn) – C22000
Mayor dureza a igual ductilidad. Por su parecido al bronce se utiliza en la fabricación de manijas y picaportes. Con 1,75%Pb se utiliza en la fabricación de tornillos.
Latón Rojo (85Cu-15Zn) – C23000 – Red Brass
Especialmente utilizado en tuberías de agua y accesorios por poseer la mayor resistencia a la SCC, a la dezincificacion y al pitting.
Latón Bajo (80Cu-20Zn) – C24000 – Low Brass
Corresponden a aleaciones de cobre con contenidos de zinc de 38% a 46%.
Constituidos por dos fases (α+β´). Esta estructura bifásica va en detrimento de la
ductilidad pero ofrece una resistencia mecánica elevada (endurecimiento por
precipitación).
Alfa es una solución sólida de Zn en Cu, al igual que el cobre puro tiene estructura
FCC. Beta, en cambio tiene estructura BCC. Al atravesar el intervalo de
temperatura entre 454°C a 468°C en el enfriamiento, la fase β sufre un
ordenamiento atómico cuyo resultado final es la fase ordenada β´. LATONES 𝛼 + β
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A temperatura ambiente la fase β es dura y frágil respecto a 𝛼 . No obstante a
elevadas temperaturas (>760°C) estos latones presentan solo la fase beta, la cual
es blanda y adquiere una gran plasticidad.
Esto hace que estos latones resulten complicados de deformar en frio pero con
buenas características para el trabajo en caliente (cuando son llevados a la región
LATONES 𝛼 + β
El metal MUNTZ es el latón alfa + beta de mayor difusión (60Cu-40Zn). Son
aleaciones capaces de ser tratadas térmicamente.
Enfriando rápidamente desde la región beta (β) puedo evitar la aparición de alfa (α)
y obtener así un compuesto sobresaturado, el cual mediante un calentamiento
posterior a bajas temperaturas produce un precipitado fino de fase alfa. Es decir
que es tratable térmicamente. También se le suele agregar plomo para mejorar su
maquinabilidad.
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LATONES 𝛼 + β
El metal MUNTZ en forma de laminas ha sido extensamente utilizado para recubrir
cubiertas de barcos como remplazo del recubrimiento de cobre por ser 3 veces
mas barato y poseer la misma propiedad de anti-adhesión de organismos vivos a la
cubierta.
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LATONES 𝛼 + β ALEADOS
Latón forjable (60Cu-38Zn-2Pb)
Las mejores propiedades de trabajo en caliente de cualquier latón. Se utiliza para piezas forjadas en caliente, ferretería y plomería.
Bronce para arquitectura (57Cu-40Zn-3Pb)
Excelente propiedades de forjados y alta maquinabilidad. Pasamanos, piezas moldeadas de decoración, bisagras y cerraduras.
Latón Naval (60Cu-39,25Zn-0,75Sn) – Bronce Tobin
Resistencia a la corrosión por agua salada incrementada, se utiliza en todo tipo de aplicaciones navales. Con el agregado de Pb se mejora la maquinabilidad y se utiliza en ferretería marina.
Bronce al manganeso (58,5Cu-39Zn-1,4Fe-1Sn-0,1Mn)
Similares en nombre a los forjados, generalmente contienen cantidades
considerables de otros elementos de aleación que le mejoran su aptitud para ser
colados.
El Sn puede estar presente hasta en un 6% y el Pb hasta un 10%.
Se utilizan cuando se requiere de piezas con buena resistencia a al corrosión y no
pueden ser obtenidas mediante otros procesos. LATONES FUNDIDOS
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El menor costo del Zinc hace que los latones resulten más económicos que el
cobre puro y los bronces. No obstante la mayor resistencia mecánica y su
mejor desempeño frente a la corrosión justifican muchas veces el uso de los
bronces en lugar de los latones. BRONCES
El nombre Bronces se asocia normalmente con una aleacion de mas calidad
que el latón. Por eso, como hemos visto, a muchas aleaciones especiales de
latones se les llama incorrectamente bronces.
Debido a su alta resistencia a la corrosión por agua salada y a las buenas
propiedades mecánicas q se pueden obtener, los bronces encuentran su
principal aplicación en la industria naval.
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BRONCE DE ESTAÑO
Es la aleacion de cobre originalmente conocida como Bronce y por ello se la llama
simplemente Bronce o Bronce ordinario. Posee estaño entre un 1 y un 11%
usualmente.
Debido a que el fosforo se utiliza como un desoxificador en la produccion de
bronce de estaño, se encuentra siempre presente en estas aleaciones en hasta un
0,5% y por ende se las conoce tambien como Bronces fosforados (serie UNS C8
La serie UNS C9XXX corresponde a Bronces de Estaño y aleaciones del mismo
BRONCE DE ESTAÑO
Estaño
Con menos de 7% de Sn, el bronce resulta monofásico. A % mayores pueden aparecer precipitados de δ y raramente de ε (transformación muy lenta).
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Estaño
BRONCE DE ESTAÑO
Se caracteriza por por ser una aleación de alta tenacidad, excelente resistencia a
la corrosión (y a la SCC) y un bajo coeficiente de fricción.
Debido a estas característica se emplean principalmente en la fabricación de
bujes, discos de embragues, resortes, etc.
Se suelen agregar pequeños porcentajes de Zn y Pb para mejorar la resistencia al
desgaste y la maquinabilidad. En el caso de los bujes de Bronce plomado, el
plomo actua como lubricante, disminuyendo simultaneamente el rozamiento y el
BRONCE DE ESTAÑO - APLICACIONES
La aplicación por excelencia de los bronces de
estaño fosforados (serie C5xxxx) es la
fabricación de bujes.
Los bronces de estaño libres de fosforo (serie
C9xxxx) aleados se utilizan para la fabricación
de piezas que requieren de alta resistencia
mecánica y a la corrosión obtenidas por
fundición.
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Bronce al aluminio. Presenta máxima solubilidad (9,5% Al) a 565°C (te). A esta
temperatura se produce una reacción eutectoide:
β → α+γ2
La mayoría de los bronces al aluminio contienen entre el 4% y 11% Al.
BRONCE DE ALUMINIO
Las α+γ2 pueden ser tratadas
térmicamente obteniéndose estructuras similares a las de los
aceros templados. Al igual que éstos también son sometidas a
revenidos.
α+β
α+γ2
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Cu90-Al10 bifásico enfriado lentamente.
Estructura similar a la perlita.
Bronce al Aluminio templado. Estructura acicular similar a la
BRONCE DE ALUMINIO – α + γ2
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Bronce al berilio.
Presenta máxima solubilidad (2,1 % Be) a 875°C la cual disminuye a solo 0,25% a
temperatura ambiente.
Este característica permite tratarlos por solución y precipitación. Con esto se
obtienen alta resistencia y dureza (comparable a la de ciertos aceros). BRONCE DE BERILIO
Estructura de un bronce al berilio enfriado lentamente
Estructura de un bronce al berilio tratado por solución y envejecido
Estructura de un bronce al berilio sobre-envejecido BRONCE DE BERILIO - ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN
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BRONCE DE BERILIO - APLICACIONES
Son de gran interés debido a su buena formalidad en condición suave y alta
resistencia y dureza una vez tratadas con T.T. a bajas temperaturas (económicos).
La mayoría de los bronces al berilio contienen porcentajes cercanos a 2% Be.
Este bajo porcentaje de aleante le permite mantener una buena conductividad.
Son principalmente utilizados en piezas en las que se requieren todas o algunas
de las siguientes propiedades:
- alta resistencia mecánica
- alta resistencia a la corrosión y al desgaste
- alta dureza
- alta resistencia a la fatiga
BRONCE DE BERILIO - APLICACIONES
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Cobre y sus Aleaciones
BRONCE DE SILICIO
Los bronces de silicio comerciales de menos de 5% de Si usualmente son de
tipo monofásicas. Son las aleaciones de cobre mas fuertes entre las
endurecibles por deformación.
Se alcanzan propiedades mecánicas similares a las de un acero de medio
BRONCE DE SILICIO - APLICACIONES
La aleación C65620 (posee Fe, Mn y Zn) es fácil
de mecanizar y es muy utilizada para la fabricación
de jaulas de rodamientos ya que el silicio le aporta
auto-lubricación y por ende se obtienen
componentes de baja fricción.
Los bronces de silicio son extensamente utilizados
para la fabricación de tornillos y bulones de buena
resistencia a la corrosión así como para otros
componentes de recipientes a presión y
construcciones navales.
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CUPRONIQUELES
Son aleaciones de cobre y níquel que contienen hasta un 30% de este último. Se
trata de aleaciones monofásicas que, por lo tanto, no son susceptibles de ser
tratadas térmicamente y solo pueden endurecerse por deformación en frio.
Presentan excelente resistencia a la corrosión por agua de mar por lo cual es
utilizada ampliamente en la industria naval y otras instalaciones que trabajen con
agua salada como por ejemplo aparatos de destilación e intercambiadores de
calor.
Histórica y actualmente utilizadas también para la acuñación de monedas por su
