Metalografía y microestructuras de Cobre y sus Aleaciones

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Metalografía y microestructuras de Cobre y sus Aleaciones

Introducción.

El Cobre y sus aleaciones han desempeñado un papel integral en el progreso tecnológico humano desde la antigüedad. Cobre nativo y luego aleaciones de bronce fueron formados primero en las herramientas y adornos metálicos. La combinación de conductividad eléctrica y térmica, trabajabilidad, resistencia a la corrosión, resistencia, y su abundancia hace que esta familia de metales sea importantes para toda la industria.

Sistemas de aleación

Las aleaciones de cobre tradicionalmente han sido clasificadas por composición y como forjado o fundido en los grupos a mostrar en la Tabla l. Las aleaciones se muestran por la designación UNS que es administrado por la Asociación de Desarrollo del Cobre. Aleaciones seleccionadas se indican para cada grupo. Una agrupación de composición similar está presente en la designación internacional de sistemas.

Tabla l composiciones nominales de cobre y sus aleaciones. UNS

Nº Nombre Composición Nominal %

Cobre forjado

C10100 Cobre electrónico libre de oxígeno (OFE) 99,99 (min) Cu C10200 Cobre libre de oxígeno (OF) 99.95 (min) Cu C11000 Cobre tono duro electrolítico (ETP) 99,90 (min) Cu C12200 Cobre desoxidado-fósforo, fósforo alto

residual (DIIP)

99.90 (min) Cu, 0.028 P C12500 Cobre duro refinado a fuego (FRTP) 99.88 (min) Cu

C14520 Cobre desoxidado-fósforo, rodamiento teluro

99.90 (min) Cu, 0.010 P, 0.55 Te

C14700 Cobre sulfurado 99.90 (min) Cu, 0.35 S

C15000 Cobre de circonio 99,80 (min) Cu. 0,15 Zr

C15720 Dispersión- cobre reforzado 99.52 (min) Cu, 0.2 Al. 0.2 O; (O2 presente como

CuO2).

Forjado de aleaciones con alto cobre.

C17200 Berilio-cobre Bal Cu, 1.90 Be, 0.40 Co

C18200 Cromo y cobre Bal Cu, 0.9 Cr

C18700 Cobre con plomo Bal Cu, l Pb, 0.05 P

C19400 Plancha de soporte de cobre 97 (min) Cu, 2.35 Fe, 0.125 Zn, 0.05 P

Latones forjados.

C26000 Cartucho de latón, 70% 70 Cu, 30 Zn

C26800 Latón amarillo, 66% 66 Cu, 34 Zn

C28000 De metal Muntz. 60% 60 Cu, 40 Zn

C31600 Bronce comercial con plomo, níquel. S9 Cu, 2 Pb, l Ni, 8 Zn

C33500 Latón con bajo plomo 63.5 Cu. 0.5 Pb, 36 Zn

C36000 Latón libre de corte 62 Cu, 3 Pb, 35 Zn

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As)

C44400 Almirantazgo, antimenial 71,5 Cu, 27,5 Zn, l Sn, (0.06 Sb)

C44500 Almirantazgo, fosforizado 71.5 c11,27_5 zu, 1 sn, (0.06 P)

C46400 Latón naval 61 Cu, 38 Zn, 1 Sn

C48500 Latón naval de alta plomo 60.5 Cu, 1.75 Pb. 0.75 Sn. 37 Zn

Bronces forjados

C51000 Bronce fosforado, 5% A Bal Cu, 5.0 Sn, 0.2 P C52100 Bronce de fósforo, 8% de C Bal Cu, 8.0 Sn, 0.2 P C63000 Bronce de aluminio, 10% 82.2 Cu, 10 /\l, 3 Fe, 4.8 Ni C64700 Bronce silicio-níquel Bal Cu, 1.9 Ni. 0.6 Si

C67500 Un bronce de manganeso 58,5 Cu, l Sn, 38.7 Zn, 1,5 Fe, 0.3 Mn

C68700 Latón aluminio Arsenieal 77.5 Cu. 20,3 Zn, 2,2 Al. (0.04 As)

Aleaciones de cobre, níquel y plata níquel forjado.

C70600 Cobre-níquel, 10% 88.6 Cu, 10 Ni, 1.4 Fe

C71300 Cobre-níquel, 25% 75 Cu, 25 Ni

C71500 Cobre-níquel, 30% 68.5 c11,31 Ni, 0.50 Fe

C71900 Cobre-níquel Bal Cu. 30.5 Ni. 2.6 Cr

C74500 Níquel plata, 65-10 65 Cu, 10 Ni, 25 Zn

C75200 Níquel plata, 65-18 65 Cu, 18 Ni, 17 Zn

Reparto de la aleación de alto cobre.

C8l500 Cromo - cobre 98 (min) Cu, 1.0 Cr

Latones emitidos, bronces, y níquel plateado

C83600 Bronce rojo con plomo ss C11, 5 sn, 5 zn, 5 Pb C86200 Bronce de manganeso 64 Cu, 26 Zn, 4 Al, 3 Fe, 3

Mn

C86300 Bronce de manganeso 63 Cu, 25 Zn, 3 Fe, 6 Al, 3 Mn

C90300 Estaño de bronce S8 Cu, 8 Sn, 4 Zn

C92600 Bronce al estaño con plomo 87 Cu, 10 Sn, 2 Zn. l Pb C94100 Bronce al estaño-plomo de alta 74 Cu, 20 Pb, 6 Sn

C95300 Bronce aluminio 89 Cu, l0Al, l Fe

C95400 Bronce aluminio 85Cu,1lAl,4 Fe

C95500 Bronce de níquel-aluminio Sl Cu, ll Al,4Fe,4Ni

C95600 Bronce silicio-aluminio 91 Cu,7Al,2Si

C97800 Níquel plata 66 Cu, 25 Ni, 5 Sn, 2 Zn, 2

Pb aleaciones para soldadura fuerte

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Cobres. Las aleaciones designadas como monedas de cobre contienen 99,3% o más de cobre. Estos tienen una mayor conductividad eléctrica y térmica. Impurezas como el fósforo, estaño, selenio, telurio y arsénico son perjudiciales para propiedades tales como la conductividad eléctrica y temperatura de re cristalización (Ref. 1), si deliberadamente se añadió, sin embargo, estos elementos de aleación pueden mejorar otras propiedades deseables. La plata es la única impureza que hace no reducir significativamente la conductividad del cobre puro, por lo que está incluido en el porcentaje en peso del cobre cuando calculamos el peso mínimo por ciento de una aleación.

Aleaciones de alto cobre contienen entre 96 y 99,3% Cu en productos forjados que no entran en ninguna otra categoría especial, para aleaciones de fundición, se incluye contenido de cobre por encima de 94%. Los principales elementos de aleación son el cadmio, berilio y cromo.

Aleaciones de cobre-cinc (latón) tienen zinc como elemento de aleación de primera, aleaciones de forjado se subdivide en Cu Aleaciones de Zn, Cu-Zn-Pb (latones con plomo), y Cu-Zn-Sn aleaciones de estaño (latón), Latones emitidos tienen cuatro subdivisiones: Sn y Cu-Zn-Sn-Pb aleaciones (rojo y rojo con plomo, semi semi-rojo y amarillo y con plomo de latón amarillo rojo y plomo.); Cu-Mn-Zn y Cu-Mn-Zn-Pb (de alta resistencia y con plomo de latón de alta resistencia, también llamado de bronce de manganeso y bronce de manganeso con plomo); y Cu-Si (silicio latones y bronces); y Cu-Bi y Cu-Bi-Se (cobre »bismuto y aleaciones de cobre-bismuto-selenio).

Bronces incluyen aleaciones de cobre que no cuentan con zinc o níquel como elemento de aleación principal. Los cuatro subgrupos de aleaciones forjadas son: Cu-Sn-P (bronce de fósforo), Cu-Sn-P-Pb (liderado bronce de fósforo), Cu al (aluminio bronce), y Cu-Si (bronce silicio), Aunque llamados bronces, los bronces de manganeso que tienen zinc como importante elemento de aleación se clasifica con los latones. Los bronces de fundición se llaman Cu-Sn (bronce de estaño), Cu-Sn-Pb (plomo y de alta plomo bronce al estaño), Cu-Sn-Ni (bronce de níquel y estaño), y Cu-Al-Fe y Cu-Al Fe-Ni (bronce aluminio).

Cobre-níquel está disponibles como \ aleaciones forjadas y elenco.

Aleaciones de cobre-níquel-cinc, forjado y fundido, que se conoce como alpaca, este nombre se basa en su brillo, no su composición, debido a que no tienen plata como elemento de aleación intencional.

Otras aleaciones incluyen aleaciones especiales, cables de cobre y aleaciones de soldadura. Otras aleaciones incluyen aleaciones especiales, cables de cobre y aleaciones de soldadura. La solubilidad del gas. El hidrógeno y el oxígeno son muy solubles en cobre líquido, pero la solubilidad en cobre sólido es muy pequeña. Por lo tanto, el metal rechaza una cantidad considerable de estos (y otros) de los gases en la solidificación, el contenido de oxígeno debe controlarse cuidadosamente de modo que las cantidades perjudiciales de Cu, O, lo que disminuye trabajabilidad, no se forman.

En cobre fundido, el oxígeno puede reaccionar con hidrógeno disuelto para formar vapor de agua, que evoluciona como vacíos durante la solidificación, llamados enfermedad de hidrógeno. Los vacíos causan grietas finas que pueden conducir a la fractura durante la laminación en caliente y producir una variedad de defectos en la superficie de varillas de alambre (Ref. 2).

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El oxígeno y el hidrógeno interfieren con la conductividad; Sin embargo, cantidades pequeñas y controladas de oxígeno son realmente beneficioso a la conductividad en que se combinan con y eliminar impurezas de la solución tales como hierro que son mucho más perjudicial. Un diagrama de fase de cobre sin oxígeno mostraría un eutéctico en el 0,4% en peso de O (o 3,4% en peso Cu; O). Figura 1, 2, 3 y 4 muestran hipereutéctico de cobre y aleaciones de oxígeno, donde las dendritas primarias (de color claro) son de cobre. Figura 5, 6. 7, y 8 son hipereutéctico, donde la estructura se compone de partículas o dendritas de Cu2O (de color

oscuro) y eutéctico.

Fig. 1 El efecto del contenido de oxígeno en la microestructura de una aleación de cobre-oxígeno hipoeutéctica como fundido. El contenido de cobre-oxígeno de 0,024% de resultados en las dendritas primarias de cobre (luz) más eutéctica (áreas de moteado óxido de pequeño, redondo en el cobre). Como-pulido. l00x.

Fig. 2 El efecto del contenido de oxígeno en la microestructura de una aleación de cobre-oxígeno hipoeutéctica como fundido. El contenido de cobre-oxígeno de 0,09% de resultados en las dendritas primarias de cobre (luz) más eutéctica (áreas de óxido moteado de pequeño, redondo en el cobre). Como-pulido. l00x

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Fig. 3 El efecto del contenido de oxígeno en la microestructura de una aleación de cobre-oxígeno hipoeutéctica como fundido. El contenido de cobre-oxígeno de 0,18% de resultados en las dendritas primarias de cobre (la luz) y una zona más conectados de eutéctica que en la Figura 2 Como pulido. l00x

Fig. 4 El efecto del contenido de oxígeno en la microestructura de una aleación de cobre-oxígeno hipoeutéctica como fundido. El contenido de cobre-oxígeno de 0,23% resulta en menos dendritas primarias de cobre (luz), además de las zonas más conectadas de la eutéctica que en la Figura 3 Como pulido. l00x

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Fig. 5 El efecto del contenido de oxígeno en la microestructura de una aleación de cobre-oxígeno hipoeutéctica como fundido. El contenido de cobre-oxígeno de 0,44% resulta en partículas o dendritas de óxido (oscuro) y eutéctica luz. Como-pulido. I00x

Fig.6 El efecto de contener oxígeno en la microestructura de una aleación de fundición bruta de cobre sin oxígeno hipereutéctica.

Contener 0,5 % de oxígeno resultó en el incremento de la cantidad de partículas o dendritas de óxido (oscuro) en la eutéctica luz, en comparación con la figura 5 - pulido. 100x

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Contener 0,70 % de oxígeno resultó en el incremento de la cantidad de partículas o dendritas de óxido (oscuro) en la eutéctica luz, en comparación con la figura 6 - pulido. 100x

Contener 0,91 % de oxígeno resultó en el incremento de la cantidad de partículas o dendritas de óxido (oscuro) en la eutéctica luz, en comparación con la figura 7 - pulido.

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Referencias citadas en esta sección

1. G. Joseph, Cobre, su comercio , manufactura, uso y Condiciones Ambientales, ASM Internacional, 1999

2. M. Tisza , Metalurgia Física para Ingenieros, ASM International y Editorial Freund, Ltd., 2001

Revisada por R. N. Caron , R. G. Barth , y D. E. Tyler, Metalografía y microestructuras de cobre y sus aleaciones , Metalografía y microestructuras , Vol 9 , ASM Manual, ASM Internacional , 2004 , p . 775-778

Metalografía y Microestructuras de Cobre y sus Aleaciones

>Revisada por R. N. Caron , R. G. Barth , y D. E. Tyler, Olin Brass , División de Corporación Olin.

Microestructuras de Cobre y sus aleaciones

Cobres y Cobres de alta aleación. Las monedas de cobre puro son comercialmente importantes porque tienen la más alta conductividad. El efecto del trabajo en caliente y en frío y el tratamiento térmico de cobres libre de oxígeno es mostrado en la Fig . 9, 10, y 11. Nota en la Fig. 11 donde el oxígeno se ha re-introducido en el metal libre de oxígeno previamente por calentamiento en un ambiente no inerte. La estructura dendrítica de cobre electrolítico de tono duro se ve en el lingote fundido de C11000 (Fig. 12). Un macro-gráfico de C12200, cobre fósforo-desoxidado (Fig. 13), revela un patrón típico de solidificación del grano en un 102 mm (4 pulg.) Lingote de colada continua.

Como es típico con cobre relativamente puro, los límites de grano están bien definidos. La sección transversal y longitudinal del lingote muestra que los granos crecen perpendicular a la pared. Los límites de grano son paralelas a la dirección del flujo de calor. En el núcleo, un grano de columna está a lo largo del eje del lingote. Las secciones toman la dirección normal del flujo de calor cerca de la pared (Fig. 14) y cerca del centro (Fig. 15) muestran cómo la estructura del grano consigue más finura cerca del centro. Estas imágenes (Fig. 13, 14, y 15) ilustran la importancia que tiene la orientación de una sección de la muestra en la determinación de la aparición de la estructura de grano.

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Fig. 9 C10200 cobre (cobre sin oxígeno), barras laminadas en caliente, grande, equiaxiales, granos dobles. Etchant 1, Tabla 2. 100x

Tabla 2 Grabados y procedimientos para micrograbado de cobre y sus aleaciones Composición(a) Procedimiento Aleación de cobre o de

cobre 1. 20 mL NH4OH, 0-20 mL

H2O,8-20 mL 3% H2O2

Inmersión o limpieza 1 min; el contenido de H2O2 varía

con el contenido de las aleaciones de cobre al ser grabado ; utilizar H2O2 fresca

para obtener mejores resultados(b)

Usar puro para cobres y aleaciones de cobre; una película sobre el bronce de aluminio grabado se puede eliminar mediante una débil solución de Gérard, preferido para latones 2: 1 g Fe(NO3)3 y 100 mL H2O Inmersión Aguafuerte y ataque de

pulido de cobre y sus aleaciones

3. 25 mL NH4OH, 25mL H2O,

50 mL 2.5% (NH4) 2S2O8

Inmersión Ataque de pulido de cobres y algunas aleaciones de cobre 4. 2 g K2Cr2O7, 8 mL H2SO4, 4

mL NaCl (solución saturada), 100 mL H2O

Inmersión; NaCl

reemplazable por 1 gota de HCl por 25 ml de solución ; añadir justo antes de usar ; siga con FeCI3 u otra

aguafuerte

Cobres, aleaciones de cobre de berilio, manganeso y silicio; níquel- plata, bronces, cromo y cobre; preferido para todos los cobres para revelar los límites de grano, contraste de grano y deformación en frío

5. CrO3 (solución acuosa

saturada)

Inmersión o limpieza Cobres , latones , bronces , níquel y plata

6. 50 ml 10-15% CrO3 y 1-2

gotas de HCl

Inmersión ; añadir HCl en el momento de uso

Igual que el anterior ; color

mediante grabado

electrolítico o con reactivos de ataque FeCI3

7. 8 g CrO3, 10 ml HNO3,

H2SO4 10 ml , 200 ml de H2O

Inmersión o limpieza Grabado del contraste del grano por cobre electrolítico de tono duro; no se disuelve Cu2O ; usar después

grabador 3 cuando el aguafuerte se desoxida en cobre de alto fósforo para la microestructura

8. 10 g (NH4) 2S2O3 y 90 ml de

H2O

Inmersión; utilizar frío o ebullición

Cobres, latones, bronces, niquel y plata, bronce y aluminio

9. 10% cobre más cloruro de amonio acuoso NH4OH para

la neutralidad o alcalinidad

Inmersión ; lavar la muestra a profundidad

Los Cobres, Latones , niquel y plata; oscurece fase β en latón α – β 10. FeCl3,g HCl,mL H2O, mL 5 50 100 20 5 100(c)(d) 25 25 100 Inmersión o limpieza ; grabado ligero o grabado por luz sucesiva los resultados requeridos

Cobres , latones , bronces , aluminio bronce ; oscurece fase β en latón ; da contraste siguiendo el dicromato y otros grabados

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1 20 100 8 25 100 5 10 100(e)(f) 11. 5 g FeCl3, 100 ml de etanol, HCl 5.30 ml Inmersión o limpieza de 1 s hasta varios minutos

Cobres y aleaciones de cobre; oscurece la fase β en latones α-β y bronce de aluminio 12. HNO3 (diversas concentraciones) Inmersión o limpieza; 0,15-0,3% AgNO3 añadir a 1:1 da

una solución con grabado profundo brillante

Los Cobres y aleaciones de cobre

13. NH4OH (soluciones

diluidas)

Inmersión Ataque de pulido de latones y bronces

14. 50 ml HNO3, 20 g CrO3,

75 ml de H2O

Inmersión Aluminio bronce, latón de corte libre; la película de pulido se puede quitar con 10% de HF

15. 5 ml HNO3, 20 g CrO3, 75

ml de H2O

Inmersión Igual que el anterior

16. 59 g FeCl3 y 96 ml etanol Inmersión; de la muestra por

primera vez en agua caliente

Macro y microataque para aleaciones de cobre-níquel recocidos

17. CrO3 16g, 1,8 g de NH4Cl

(cloruro de amonio), 10 ml de HNO3, 200 ml de H2O

Inmersión Grabado preferido para el

cobre-níquel; ataque preferencial de la fase rica en cobre en fundiciones 18. 5 partes HNO3, 5 partes

de ácido acético, 1 parte H3PO4

Inmersión, 3 s Cobres, latones

19. Igual partes NH4Cl y H2O Inmersión Los Cobres y aleaciones

20. 60 g FeCl3, 20 g de Fe

(NO3)3, 2000 ml de H2O

Inmersión Aleaciones de cobre-níquel

21. Ácido acético 1 parte 1 parte HNO3, 2 partes de

acetona

Inmersión Aleaciones de cobre-níquel

(a) El uso de agentes de ataque concentrados se destina a menos que se especifique lo contrario.

(b) Este grabador puede alternarse con FeCl3.

(e) De Gérard Nº 1 grabador. (d) Mas 1 g CrO3.

(e) No. 2 grabador de Grard .

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Fig. 10 cobre C10200 (cobre sin oxígeno), trabajado en frío, recocido 30 minutos a 850 °C (1560 °F). Equiaxial, recristalización de granos que contienen áreas dobles. Etchant 4, Tabla 2.250x

Fig. 11 cobre C10200 (cobre sin oxígeno), barras laminadas en caliente, calienta 1 h en el aire a 665 °C (1225 °F). Muestras tomadas de cerca de la superficie de la barra mostrando Cu2O (puntos oscuros) causadas por la penetración de oxígeno. Etchant 1 , Tabla 2.250x

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Fig. 12 Aleación C11000 cobre (ETP-cobre electrolítico tenaz) fundición estática. Excelente definición de la estructura dendrítica. Agente grabador 10, tabla 2.5x

Fig. 13 Aleación C12200 (Cobre Desoxidado de alto fósforo), continua fundición en 102mm (4 pulgadas) de diámetro de un lingote. En la parte superior, sección transversal mostrando un crecimiento radial del grano. En la parte inferior, la sección longitudinal. El centro oscuro es una columna de granos orientados a lo largo del eje del lingote. El reactivo Waterbury fue usado, el cual tiene los mismos componentes que el agente grabador 7, Tabla 3. 0.6x

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Fig. 14 El mismo C12200 (Cobre Desoxidado de alto fósforo) en continua fundición aleado en 102 mm (4 pulg.) de diámetro de un lingote como en la Figura 13 La sección tomada cerca de la superficie normal del lingote hacia el crecimiento radial del grano. La estructura es gruesa, dendrita no ramificada. El reactivo Waterbury fue usado, el cual tiene los mismos componentes que el agente grabador 7, Tabla 3. 150x

Fig. 15 El mismo C12200 (Cobre Desoxidado de alto fósforo) en continua fundición aleado en 102 mm (4 pulg.) de diámetro de un lingote como en la Figura 14 La sección tomada cerca de la superficie normal del lingote hacia el crecimiento radial del grano. La estructura de la dendrita es mucha más fina que en la Fig. 14. El reactivo Waterbury fue usado, el cual tiene los mismos componentes que el agente grabador 7, Tabla 3. 150x

La aleación C12200 (Cobre Desoxidado de alto fósforo) contiene gran cantidad de fósforo residual, un desoxidante común, que mejora la soldabilidad. La micrografía (Fig. 16) muestra la presencia de . La adición de Telurio a la aleación de Cobre-Fósforo mejora la maquinabilidad. La figura 17, una micrografía del C14520, designado como DPTE, muestra el efecto en trabajo en caliente. El Telurio de Cobre está presente en las partículas oscuras. La adición de Sulfuro asimismo mejora la maquinabilidad. Un ejemplo trabajado en frío del C14700 está dado en la Fig. 18.

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fig. 16 Cobre C12200 (Cobre Desoxidado de alto fósforo). Oxidación interna (presencia de puntos oscuros de ). Agente grabador 4, Tabla 2. 75x

Fig. 17 Cobre C14520 (DPTE), varillas laminadas en caliente y trefiladas. Las partículas oscuras estiradas en el sentido de laminación son Telurio de Cobre, lo cual mejora la maquinabilidad. Agente grabador 7, Tabla 3. 250x

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Fig. 18 Cobre C14700( Cobre azufroso) varilla, trabajada en frío hasta el 50% de reducción. La sección transversal muestra la dispersión de partículas redondas de CuS, las cuales mejoran la 0maquinabilidad. Agente grabador 7, Tabla 3. 200x

El gran tonelaje de las aleaciónes de cobre son aquellas consistentes de soluciones sólidas. Las aleaciones altas de Cobre, Cobre-Berilio, Cobre-Cromo, Cobre-Circonio, tienen una solubilidad sólida limitada, sin embargo. Estos sistemas pueden endurecerse por precipitación. El fenómeno, el cual es también llamado precipitación por endurecimiento y endurecimiento por envejecimiento, es posible porque el límite de la solubilidad del sólido se reduce con la baja temperatura, una condición conocida como Solubilidad retrógrada (Ref 1). La aleación de Cobre-Berilio( Fig. 19, 20 y 21 pueden ser tratadas por calentamiento hasta una fuerza muy alta, como evidencia por su dureza. El proceso de precipitación aumenta el contenido de cobre del medio y mejora la conductividad de la aleación. Esta combinación de fuerza y conductividad hace muy útiles a estas aleaciones como buenos conductores eléctricos.

Fig. 19 Aleación C17200 (Berilio-Cobre), solución tratada 10 min a 790°C (145°F) y ahogadas en agua. La dureza típica es 62HRB. La estructura son granos equiaxiales de una solución de sólidos supersaturados de Berilio en cobre. Agente grabador 3, Tabla 2. 300x

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Fig. 20 Misma aleación (C17200) y procesada como en la Figura 19, pero con 3h a 360°C (680°F) después de un tratado a la solución. La dureza común es 37HRC. Cobre- Berilio se precipita en el borde de los granos y dentro de los granos . Agente grabador 3, Tabla 2. 300x

Fig. 21 Misma aleación y proceso como en la figura 19, excepto que está reducido 11 % por laminación en frío hasta un cuarto de dureza de temple. La dureza típica es 79 HRB. Los granos alfa son estirados en la dirección del laminado. Agente grabador 3, Tabla 2. 300x Latones. El diagrama de fase del sistema Cobre-Zinc (Fig. 22) tiene la escala de composición de 5 latones comunes superpuestos. Está visto que la región de la solución sólida se extiende hasta un 32.5 wt% Zn e incluye latones rojos (C23000), latones bajos (C24000) y cartucho de latón (C26000). Estos tienen una maleabilidad similar al cobre puro. La estructura dendrítica

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del C26000 (Fig. 23, 24) y los granos recocidos de la Fig. 24 son similares a cobre. El tamaño de grano en la conformabilidad se ilustra con C26000 en la fig. 25, 26,27 y 28 combinaciones de Procesamiento de trabajo en caliente y frío y diferentes temperaturas de recocido alteran el tamaño de grano y forma. Transversal laminado en caliente y recocido, y las muestras longitudinales cortas (fig.29, 30) se comparan con la misma aleación frío reducción del 70%, y luego recocidas a diversas temperaturas produjeron los tamaños de grano visto en la fig. 33, 34,35 y 36.

Fig. 22 Diagrama -a fase de cobre y zinc con los rangos de composición de cinco latones comunes (designación UNS) superpuestas sobre el mismo. Adaptado de 3 Ref.

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fig. 23 Aleación C26000 (latón cartucho), molde, se enfría lentamente, y se extinguió. Dendritas primarias alineadas en {100} direcciones cristalográficas. La estructura se inactivó bien tiene la misma orientación que las dendritas gruesas. Reactivo de ataque 1, tabla 2, a continuación, electropulido con electrolito 1, mesa de 4.30x.

Fig. 24 La aleación C26000 (latón cartucho), mismo procesamiento como en la fig. 23. magnificación superior muestra que las dendritas finas se originan en los bastos y tienen el mismo reactivo de ataque y electrolitos como en 23.85x

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Fig. 25 Aleación C26000 (latón cartucho) taza dibujada, mostrando "piel de naranja" (superficie rugosa). Véase la figura 27 para la estructura de grano. Reactivo de ataque 1, tabla de tamaño 2.Actual tamaño

Fig. 26 Aleación C26000 (latón cartucho) dibuja la taza, con una superficie lisa. ver figura 28 para los detalles estructurales. Reactivo de ataque 1, tabla de tamaño 2.Actual tamaño.

Fig, 27 estructura de grano de la taza dibujada en la figura 25 La superficie rugosa de la copa fue causado por la gran

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Fig. 28 Estructura de la copa dibujada en la figura 26 porque los granos pequeños de arco, la copa tiene una superficie lisa. Etchantl, Tabla 2. 85x

Fig. 29 aleación C26000 (latón cartucho), laminados en caliente a 10 mm (0,4 pulg.) de espesor, recocido a un tamaño de grano de 15 , frío laminados de 40% a 6 mm (0.24 pulg) de espesor, y recocido de un grano tamaño de 120 . Diagrama en la esquina inferior izquierda de micrografía indica la vista en relación con el plano de rodadura de la hoja. Resistencia a la tensión nominal de 296 MPa (43.000 psi). Etchant 1, Tabla 2. 75x

(21)

Fig. 30 aleación C26000 (latón cartucho), laminados en caliente a 10 mm (0,4 pulg.) De espesor, recocidos a un tamaño de grano de 15 . Laminado en frío a 40% a 6 mm (0,24 pulg.) de espesor, y recocida a un tamaño de grano de 120 . Diagrama en la esquina inferior izquierda de micrografía indica la vista en relación con el plano de rodadura de la hoja. Resistencia a la tensión nominal de 296 MPa (43.000 psi). Etchant 1, Tabla 2. 75x

Fig. 31 Aleación C26000 (latón cartucho), laminado en caliente a 10 mm (0,4 pulg.) de espesor, recocido a un tamaño de grano de 15 , laminados en frío de 40% a 6,1 mm (0,24 pulg.) grueso, y recocida a un tamaño de grano de 120 aún más reducida 37% en la laminación en frío 6,1-3,8 mm (0,24-0,15 pulg.) de espesor, temple duro, resistencia a la tracción nominal de 524 MPa (76.000 psi). Diagrama en la esquina inferior izquierda de micrografía indica la vista en relación con el plano de rodadura de la hoja. Etchant 1, Tabla 2. 75x

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Figura 32 Aleación C26000 (latón cartucho), laminados en caliente de 10 mm (0,4 pulgadas) de espesor, recocido a un tamaño de grano de 15 µm, laminado en frío de 40% a 6,1 mm (0,24 pulgadas) de espesor, y recocida a un tamaño de grano de 120 µm. Además reducido 37% en laminación en frío 6,1 a 3,8 mm (0,24 a 0,15 pulgadas) de espesor, temple duro, resistencia a la tensión nominal de 524 MPa (76.000 psi). Diagrama en la esquina inferior izquierda de micrografía indica la vista en relación con el plano de rodadura de la hoja. Etchant 1, Tabla 2.75

Figura 33 Aleación C26000 (latón cartucho), procesada para obtener el tamaño de grano específico. Preliminarmente laminado en caliente, recocido, laminado en frío, recocido a un tamaño de grano de la reducción de 25 µm, laminados en frío a 70%. Recocido final a 330 °C (625 °F) durante 5 µm de tamaño de grano. Etchant 1. Tabla 2.75

(23)

(24)

Por encima de 37.5% de Zn, la fase β se cristaliza. A lo largo de la línea límite de solubilidad vertical de la fase α, tenga en cuenta que los α-fase solubilidad aumentan con una disminución de la temperatura. La estructura de latón que contiene α y β, tal como la aleación de latón de corte libre C36000, se ve en Figura 37,38,39 y 40.

Figura 37 Aleación C36000 (latón de corte libre), con dendritas primarias de α fase oscuras. Aparece Plomo como pequeños esferoides. Etchant 1, Tabla 2.50

(25)

Figura 38 Aleación C36000 (latón de corte libre), con la fase b oscurecido por el ataque preferencial del grabador. En este caso, α fase se forma en el estado sólido durante el enfriamiento. Etchant 16, Tabla 2.50

Figura 39 Aleación C36000 (latón de corte libre), elenco semicontinuo. Dendritas de fase alfa en la zona columnar cerca del borde exterior del lingote. Etchant 1, Tabla 2.30

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Figura 40 Aleación C36000 (latón de corte libre), α mixtos y β dendritas de fase, cerca del centro del lingote. Etchant 1, Tabla 2.30

De metal Muntz, C28000, tiene un mayor contenido de zinc han aumentado fuerza, pero son propensos a la pérdida de zinc a la corrosión, como se ve en la Figura 43.

Figura 41 Aleación C28000 (Muntz metal) lingote, como elenco. La estructura es de dendritas α fase en una matriz de fase β. Etchant 1, Tabla 2.210

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Fig. 42 Aleación C28000 (Muntz metal) lingote, como yeso, mostrando plumas que se formó en los límites de grano durante el enfriamiento de la estructura de todo- . Grabador 1, Tabla 2. 105x

Fig. 43 Aleación C28000 (metal Muntz) lingote, placa laminada en caliente. Uniforme (capa) descincificación. Los granos alfa permanecen en el área corroída (arriba). Grabador 1, Tabla 2. 90x

Bronces. El diagrama de equilibrio del sistema cobre-estaño (Ref. 5) indica una mayor gama de temperaturas en los primeros tramos de las curvas de líquido y sólido que existe en el sistema de cobre y zinc. Los bronces de estaño, bronces de fósforo también llamados, soluciones sólidas con forma alfa de cobre que se extiende a 15,8% Sn a temperaturas entre 520 y 586 ° C (968 y 1087 ° F). Esta gama de congelación prolongada provoca bronces de estaño para pasar a través de un semisólido o etapa "blanda" durante la solidificación. Los moldes de fundición deben estar diseñados para aprovechar esta estructura débil en cuenta.

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La brecha liquido-solido extendida también es responsable de la segregación dendrítica, o extracción de muestras, que se encuentra en piezas de fundición de bronce de estaño (Ref. l). Esta segregación se ve en la Fig. 44 y 45, la figura 46 es C5l00O que contiene 5% de Sn, donde el procesamiento ha producido recristalizado de granos de fase con los gemelos de recocido.

Fig. 44 Banda colada horizontal de bronce de estaño (Sn 5%), mostrando la segregación inversa en la superficie inferior de la pieza colada. La parte inferior es estaño casi puro. Grabador: 40 ml de HNO3, 25 g CrO3, 35 ml de H10. l00x. Fuente: Ref. 6

Fig. 45 Tiras de bronce fosforado rodado partir de un lingote fundido estático, mostrando sudor de estaño bruto en la superficie superior. Esto ilustra cómo la segregación causada por exudación persiste en la estructura fabricada. Grabador no se informa. 300x. Fuente: Ref. 7

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Fig. 46 Aleación C51000 (bronce de fósforo, 5% Sn) varilla, extruido, estirado en frío y recocido 30 min a 565 ° C (1050 ° F). Estructura consiste recristalizadas 11 granos con los gemelos de recocido. Grabador 4, Tabla 2. 500x

Los bronces de aluminio son aleaciones de cobre-aluminio que generalmente tienen de aluminio entre 5 y 15%. Las aleaciones de fundición se muestran en la figura, 47, 48 y 49. Las aleaciones de menos de 8,5% en peso de Al son una solución sólida o monofásica. Existen numerosas fases intermetálicas con mayor contenido de aluminio. En aproximadamente 12% de Al, la aleación se solidifica como un eutéctico y sufrir una transformación eutectoide en enfriamiento lento (Fig. 50), bajo enfriamiento más rápido, se produce una transformación martensítica análoga a la de los aceros tratados térmicamente, y las agujas martensíticos resultado (Fig. 47 , 51 y 52) (Ref 8). Debe tenerse en cuenta que los bronces de cobre y de aluminio no son sólo aleaciones binarias, pero son sistemas multicomponentes y multifase que pueden contener combinaciones de hierro, manganeso, níquel o silicio también. En los sistemas Cu-Zn-Al y Cu-Al-Ni, la transformación martensítica es reversible y responsable del efecto de memoria de forma (Ref. 1).

Fig. 47 Aleación C95400 (bronce de aluminio), solución tratada 2 h a 900 ° C (1650 ° F), agua templada, templado 2 h a 650 ° C (1200 ° F), y el agua apaga. Granos alfa (agujas martensíticos blancas) son más pequeñas que en la condición de colada. Grabador 4, Tabla 2. 200x

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Fig. 48 aleación C95500 (bronce aluminio con 11,5% de Al), como molde de arena. Pequeños granos (luz gris, moteada) en la matriz de fases retenidas (blanco), con el mismo eutectoide descomponen fases (gris oscuro).

Comparar con la figura 49. Electrolíticamente grabado en electrolito 5, Tabla 5. 250x

Fig. 49 Aleación C95500 (bronce de aluminio con 11,0 % de Al), con granos más grandes y una mayor cantidad de eutectoide descompone fase en la matriz de la Figura 48. Electrolíticamente grabado al agua fuerte en el electrolito 5, Tabla 5. 250x

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Fig. 50 de molde de metal de fundición de bronce aluminio fundido. La aleación contiene 5% de Ni y 5% de Fe (similar a C95500). Bajo enfriamiento lento, la estructura Widmanstatten laminar (luz) es visible en un fondo de la estructura martensítica línea (oscuro). Grabador no se informa. 100x. Fuente: Ref 8

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Fig.51. Bronce de aluminio fundido (11,8% de Al). Bajo enfriamiento rápido como se muestra en la figura 50 La estructura ha sido transformado, con la formación de agujas de martensita mezclados con perlita (troostita). ETCHANT (corrosión con ácido) no reportado. 50x. Fuente: Ref. 8

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Fig.52. Detalle de fundición de aleación de Cu-Al-Ni. Bajo enfriamiento rápido, la estructura con formación de las agujas de martensita. Ataque no reportado. 100x. Fuente: Ref. 8 Aleaciones de cobre-níquel forman una serie continua de soluciones sólidas en toda su gama de composición binaria, porque los átomos de cobre y níquel difieren sólo 2,5 % en volumen y ambos exhiben la estructura cúbica centrada en las caras (FCC). Cuando los átomos de los diferentes elementos pueden ocupar sitios equivalentes al azar en una red cristalina, tales elementos forman lo que se conoce como soluciones sólidas de sustitución (Ref. 1). La aleación forjada C71500 visto en su estado como fundido en el núcleo de un tocho es 30 % Ni (Fig. 53). El C74500 alpaca (65Cu - 10Ni, zinc balanceado) exhibe los granos equiaxiales y las formas geométricas que se encuentran en cobre puro (Fig. 54).

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Fig.53 Aleación C71500 (cobre-níquel, 30% Ni), sin acabado. La sección longitudinal que muestra estructura de columna cerca de la superficie de la pequeña pieza de la aleación. Los granos están inclinados hacia arriba desde la horizontal hasta un ángulo de 30°C debido a la convección en el estado inicial de congelación. Atacado 18, a continuación atacado 16, Tabla 2. 0.3x.

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Fig. 54 aleación C74500 (alpaca, 65-10) chapas laminadas en frío, de 2,5 mm (0,10 pulgada.) de espesor, recocido a 650-700°C (1200-1290°F). La sección longitudinal muestra granos cristalizados equiaxiales de una solución sólida que contiene bandas semejantes. Atacado 20, Tabla 2. 100x.

Referencias

1. G. Joseph, Copper, Its Trade, Manufacture, Use, and Environmental Status, ASM International, 1999

3. T.B. Malssalski, Ed., Binary Phase Diagrams, ASM International, 1990

4. T.F. Bower and D.A. Granger, “Copper and Copper Alloy Ingot Structure—A Preliminary Survey,” Report 70-34, The Casting Laboratory, Cleveland, 1970

5. Alloy Phase Diagrams, Vol 3, ASMHandbook, ASM International, 1992, p 2, 178

6. A. Cibula, “Review of Metallurgical Factors Influencing the Quality of Copper and Copper Alloy Casting,” BNFRMRA International Conference on the Control of the Composition and Quality of Copper and Copper Alloy Casting for Fabrication, Oct 1967 (Düsseldorf)

7. G.L. Bailey and W.A. Baker, “Melting and Casting of Non-Ferrous Metals,” Monograph and Report Series 6, Institute of Metals, London, 1949

8. A. Tomer, Structure of Metals through Optical Microscopy, ASM International, 1991 Revisado por R.N. Carón, R.G. Barth, and D.E. Tyler, Metalografia y Microestructuras de Cobre y sus Aleaciones, Metalografía y Microestructuras, Vol. 9, ASM Handbook, ASM International, 2004, p. 775-788.

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Metalografía y Microestructuras de Cobre y sus Aleaciones

Revisado por R.N. Carón, R.G. Barth, and D.E. Tyler, Laton Orín, División of Orín Corporation. Metalográfico examen

Las aplicaciones más comunes de examen metalográfico para el control de calidad, evaluación de materiales, e incluyen el desarrollo de aleación (Ref. 1):

• Medida de tamaño de grano: El tamaño del grano tiene una fuerte influencia en las propiedades y formabilidad en productos trabajados en frío y recocidos. Estimaciones cualitativas de tamaño de grano en las láminas y tiras del producto también se pueden obtener en tazas de prueba.

• Evaluación de la dispersión de segunda fases: Esto es particularmente útil para el plomo y otros aditivos que promueven la maquinabilidad.

• Evaluación a las condiciones al tratamiento con calor: Aleaciones complejas, como bronces de aluminio y latones de alta resistencia, se basan en el desarrollo de microestructuras adecuadas para propiedades mecánicas y resistencia optima a la corrosión.

• Análisis de fallas: examen metalográfico revela fácilmente agrietamiento por stress de la corrosión, la pérdida de zinc, perdida de aluminio y otros mecanismos comunes de corrosión. La técnica también puede descubrir defectos en forjado, fundido, y estructuras soldadas. Tanto examen macrográfico y micrográfica son de uso en estas aplicaciones.

Examen macroscópico

Las muestras para el examen macroscópico se extraen de grandes masas utilizando herramientas de corte comunes. Las herramientas deben mantenerse afiladas para minimizar el trabajo en frio de las muestras y enfriar las muestras para evitar el recalentamiento (recristalización). El artículo "Seccionamiento Metalográfico y Extracción de Muestras" en este volumen ofrece información sobre el método de selección de muestras, así como consejos de procesamiento.

Preparación de la superficie. Las superficies adecuadas para macro-atacado normalmente se pueden obtener en dos operaciones de mecanizado. En la primera operación, se toma un corte pesado para remover el metal que fue trabajado en frio durante el seccionamiento; en el segundo, se toma un corte liviano, usando una herramienta en forma de V, para remover los residuos del trabajo en frío.

La necesidad de una mayor preparación de la superficie depende de la cantidad de detalle requerido. El detalle de la superficie revelada por los aumentos de atacado como el grado de la disminución de la irregularidad de la superficie. La superficie mecanizada es a menudo usando lija con grano 180 o un abrasivo más fino y, a veces tan fino como de grano 600, que es especialmente útil para revelar finos defectos o grietas.

Atacado. El atacado profundo elimina los efectos del trabajo en frío, pero produce una superficie rugosa; por lo tanto, es una práctica común la corrosión profunda en superficies mecanizadas o rugoso-pulidas y triturado muy delicado, seguida de un ataque químico liviano. La selección de un reactivo de ataque para un macro espécimen depende principalmente de la aleación a ser atacada y las características a ser examinadas. Debido a las capacidades de dos o más reactivos de ataque a menudo se superponen o son los mismos, la selección de un

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reactivo de ataque específico es arbitraria. Tabla 3 lista la composición de los macro reactivos de ataque más utilizados, junto con los procedimientos de atacado, propósitos de atacado o características conocidas, y aleaciones en las que son usadas ordinariamente. Cualquier ataque químico utilizado para macro atacado no debe eliminar las partículas de segunda fase, no sea que aparezcan como defectos, tales como porosidad o grietas en los límites de granos.

Tabla 3 Reactivos de atacado para examen macroscópico de cobres y aleaciones de cobre Procedimiento de uso: Sumergir a temperatura ambiente, enjuague con agua tibia y secar.

Composición Cobre o aleaciones de cobre

Comentarios 1. 50 ml de HNO3, 0.5 g AgN03

(nitrato de plata), 50 ml H20

Todos los cobres y aleaciones de cobre

produce un brillante y profundo atacado

2. 10 ml y 90 ml HN03 H20 Coppers y todos los

latones(b)

Granos, grietas y otros defectos

3. 50 ml de HNO3 y 50 ml H20 (a)

cobre, latones, todos los bronces de aluminio(b)

Igual que el anterior; revela grano por contraste

4. 30 ml HCl,10 ml FeCl3, 120

ml H20 o metanol

Cobres y todos los latones Igual al atacado arriba indicado (c)

5. 20 ml de ácido acético, 10 ml 5% CR03, 5 ml 10%

FeCl3,100 ml H20 (d)

Todos los latones produce un brillante y profundo atacado

6. 2g K2Cr207, 4ml solución

saturada de NaCl, 8ml H2S04,

100 ml H20 (e)

Cobre y aleaciones de alto contenido de cobre, bronce fosforado

límites de grano, inclusiones de óxido

7. 40g CR03, 7,5g de NH4Cl

(cloruro de amonio), 50ml HN03, 8ml H2S04, 100ml H20

Silicio latón, bronce silicio Macro estructura general

8. 45ml de ácido acético y 45ml límite HN03

Cobre Límites de grano y macro

atacado por pulido 9. Saturada (NH4)2S2O8 (per

sulfato de amonio)

Cobre y aleaciones de cobre

Utilice después del ácido

acético indicado anteriormente; aumenta el contraste de latón 10. 40ml HN03, 20ml de ácido acético, 40ml de H20 Cobre y aleaciones de cobre Macro atacado 90-10, 70-30, y latón con plomo

 (a) La solución debe agitarse durante el atacado para evitar picaduras por corrosión de algunas aleaciones.

 (b) bronces de aluminio puede formar hollín de carbón, que puede ser eliminado mediante una breve inmersión en HNO3 concentrado.

 (c) Excelente para el contraste de grano.

 (d) Cantidad de agua se puede variar según se desee.

 (e) Sumergir la muestra 15-30 min, luego frotar con solución fresca.

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Examinación Microscópica

Las muestras de cobre y sus aleaciones para el examen microscópico se extraen de las masas más grandes por aserrado, cizallamiento, limado, perforado con broca, rueda abrasiva o la sierra de diamante de baja velocidad. Use herramientas afiladas y tenga cuidado para evitar un trabajo en frío profundo, y con la refrigeración adecuada para evitar la recristalización de aleaciones de plomo. Se recomienda el uso de una rueda de corte abrasivo o una sierra de diamante de baja velocidad para seccionar, dependiendo del tamaño y el material de la muestra. La superficie de corte generalmente está libre de daños y distorsión por lo tanto está lista para la encapsulación con un mínimo de esmerilado y pulido.

Montaje. En general, los procedimientos de montaje de muestras de cobre y aleaciones de cobre son los mismos que los de otros metales. Cobres y aleaciones de cobre son extremadamente susceptibles a trabajar endurecimiento; por lo tanto, cuando sea posible, la cara utilizada para el examen debe ser el que ha sido sometido al menor daño de corte.

Fenólica es el material de montaje utilizado con más frecuencia. Dialil ftalato, vidrio o relleno de, es una alternativa adecuada. La transparencia ofrecida por montajes hechos de resinas de montaje termoplástico acrílicos, tales como metacrilato de metilo, es a menudo ventajoso. Sin embargo, estos materiales son más suaves que la baquelita (Georgia-Pacific Corp.) y no son tan buenos para la edge-preservation (reconstrucción de propiedades fisca de los materiales) de la muestra. El calor generado durante el termo endurecimiento de un polímero, llamado también termoestable puede causar que el trabajo en frio del cobre se torne excesivamente duro hasta el punto de la re cristalización.

La combinación de calor y presión necesaria para el montaje de materiales a presión a veces aplastara o afectara negativamente las muestras, especialmente los de hoja delgada o una tira. Bajo estas condiciones, uno de las resinas epoxicas o algún otro material moldeable de montaje debería ser utilizado. Edge-preservation de muestras de cobre y aleaciones de cobre se puede lograr con los mismos métodos utilizados para muestras de otros metales (ver el artículo "El montaje de muestras" en este volumen). También se puede hacer por enchapado con un metal duro o por el uso de muestras de co-montado de composición similar.

Pulverizado. Se prefiere el pulverizado húmedo para todos los cobres y aleaciones de cobre. La práctica común consiste en un pulverizado rudo de la superficie de la muestra para eliminar metal que se ha trabajado en frio, luego terminar la pulverización para obtener una superficie adecuada. El acabado de la pulverización se realiza utilizando ruedas planas y lijas de carburo de silicio de grano más fino progresivamente por lo general 240, 320, 400, y 600. Lijas ultrafinas de 800 y 1200 granos se utilizan a veces.

Pulido áspero. La mayoría de los cobres y aleaciones de cobre son relativamente suaves y por consiguiente requieren el corte con roce mínimo. Pulido áspero se debe realizar con un paño de nylon impregnado de diamante. Pano de tipo duck canvas, paño de lana y algodón (enumerados en orden decreciente de preferencia) también se utilizan para pulir.

El abrasivo preferido para el pulido áspero en cualquiera de las telas anteriormente mencionadas es de 1 a 9 µm de pasta de diamante. Generalmente se recomienda una velocidad de la rueda de aproximadamente 200 rpm.

Pulido fino. Generalmente, se prefieren las telas aterciopeladas para el pulido fino. El abrasivo es usualmente 0,3 µm α-Al2O3 o 0,05 µm Al2O3; ambos abrasivos se utilizan con agua como

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vehículo. Otros abrasivos que han resultado satisfactorios para el pulido fino son sílice coloidal (Si02) y pasta de diamante fino. La velocidad de la rueda recomendada es de 120 a 150 rpm.

La rotación de las muestras durante el pulido suscita numerosas opiniones. El pulido a mano requiere el desarrollo de una técnica personal que puede requerir un grado de destreza manual; se prefiere el pulido mecánico da resultados más reproducibles. Ejemplos de diferentes métodos de pulido a mano que producen resultados sin artefactos o casi libre de artefacto se dan en la Fig. 55 (a) a (d) (Ref. 9).

Fig. 55 Ejemplos de superficies libres o casi libres de artefactos producidos por diferentes métodos manuales de pulido final en 30% Zn latón recocido (similar a C26000). (a) pulido manualmente usando abrasivo de grado 0.1 µm de diamante poli-cristalino. Atacado con agua fuerte en un reactivo cloruro férrico. (b) pulido manualmente por deslizamiento en una suspensión espesa abrasiva de óxido de magnesio. Atacado con agua fuerte en un reactivo cloruro férrico. (c) pulido como en (b); atacado con agua fuerte en un reactivo de tiosulfato

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de sodio de alta sensibilidad. (d) manualmente pulido con sílice coloidal (solución adicionada de nitrato férrico al 1%) utilizando ciclos repetidos de pulido-atacado. Atacado en el reactivo número 1 de Klemm. Las flechas en (a) y (d) indican a las trazas hechas por el atacado. (d) Cortesía de G. F. Vander Voort, Buehler Ltd. Fuente: Ref. 9.

Después de pulir, la muestra se enjuaga en agua y se seca con aire caliente. El pulido automatizado (usualmente vibratorio) es eficiente para el pulido de aleaciones de cobre, sobre todo cuando se debe preparar un gran número de muestras. Un pulido-atacado (combinado de pulido y atacado) con nitrato de hierro (Fe (N03)3) o hidróxido de amonio/solución de per

sulfato de amonio (NH4OH y (NH4)2S208) puede ser más segura si se realiza utilizando equipos

automáticos que a mano. Un ejemplo de relieve libre de grano que se crea si la duración de tiempo del ciclo de pulido-atacado no está racionada correctamente se da en la Fig. 56 (Ref. 9).

Fig. 56 Un ejemplo de la técnica manual de pulido-atacado manual como se utiliza en la Figura 55 (d) en 30% de Zn latón recocido (similar a C26000), pero con un tiempo inadecuado para el pulido, en comparación con tiempo de atacado durante cada ciclo. Un grado excesivo de alivio se ha desarrollado entre los granos. Este efecto se ve reforzada por la iluminación oblicua. 20x. Cortesía de G. F. Vander Voort, Buehler Ltd. Fuente: Ref. 9.

Pulido de electrolitos de cobres y aleaciones de cobre alivia muchas de las dificultades encontradas en el pulido mecánico. Información adicional está disponible en el artículo "Química y electrolítico Pulido" en este volumen.

Además de ofrecer las ventajas habituales sobre el pulido mecánico de ahorrar tiempo, reducir al mínimo la variable humana, y reducir al mínimo los artefactos resultantes del metal atacado, el pulido electrolítico ofrece algunas ventajas para cobre y aleaciones de cobre:

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 Es excelente para revelar el tamaño y la forma del grano en todas las caras de la muestra.

 Está especialmente bien adaptado para su uso en las aleaciones de cobre de una sola fase.

 Esto revela la verdadera microestructura con menos dificultad que el pulido mecánico.

Desventajas de pulido electrolítico de cobre y sus aleaciones incluye:

 Diferentes tasas de ataque causan algunas fases de aleaciones multi-fase para destacarse en relieve.

 El efecto de borde del pulido electrolítico, por lo cual los bordes de las muestras son atacados y pulido más que otras áreas, limita la aplicación del proceso de examen de las superficies en los bordes.

 Esto rodeara los bordes de las grietas y poros.

 El ataque alrededor de las partículas no metálicas, huecos, y las inclusiones en la muestra puede ocurrir a un ritmo más rápido que el ataque de la matriz, por lo que el tamaño de los huecos o inclusiones puede ser exagerado.

 Porque el cambio de la topografía de la superficie, no debe ser utilizado para el análisis de fallos o análisis de imágenes.

Tabla 4 lista composiciones de algunas soluciones de electro-pulido, junto con las condiciones de electro-pulido que han resultado satisfactorios para los cobres y aleaciones de cobre que se muestran en la última columna de la tabla. Las duraciones listadas en la Tabla 4 son generalmente basadas en condiciones en las que el pulido electrolítico reemplaza completamente pulido mecánico. Resultados útiles pueden ser obtenidos cuando el pulido mecánico es seguido por pulido electrolítico. Las duraciones de pulido electrolítico son siempre menores a 1 min.

Tabla 4 Electrolitos y condiciones para pulido electrolítico de cobre y aleaciones de cobre. Composición Voltaje

(Vdc)

Densidad Cátodo Duración Cobre o aleaciones de cobre A/cm2 A/in2 1. 825 ml. H3PO4 y 175 ml. H20 1,0 -1,5 0,02 - 0,1 0,13- 0,65 Cobre 10-40 min cobre no aleado 2. 250 ml. H3PO4, 250 ml. etanol, propanol 50 ml., 500 ml. H20 destilada y 3 g. de urea 3 - 6 0,4 - 0,8 2,6 – 5,2 Acero inoxidable 50 s cobre y aleaciones de cobre 3. 700 ml. H3PO4 y 350 ml. H20 1,2 – 2,0 0,06 - 0,1 0,39 - 0,64 Cobre 15-30 min Cobres; latones α, β, y α-β; aluminio; Silicio; estaño; bronces de fósforo; berilio; hierro de

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plomo; o cromo 4. 580g. H4P2O7 y 1000 ml. H20 1,2 – 1,9 0,08 - 0,12 0,05 - 0,77 Cobre 10-15 min Cobres y latones 5. 300 ml HNO3 y 600 ml. de metanol 20 - 70 0.65 - 3,1 4.2 - 20,0 acero inoxidable 10-60 s Cobres y latones 30 - 50 2.5 - 3.1 16.1 - 51.0 acero inoxidable 5-10 s Silicio bronce, bronce de fósforo 6. 170 g. CrC3 y 830 ml. de H2O 1,5 - 12 0.95 - 2.2 6.1 - 14.2 acero inoxidable 10-60 s Latones 7. 400 ml. de H3PO4 y 600 ml. H20 1,0 - 2,0 0,06 – 0,15 0,39 – 0,97 Cobre y acero inoxidable 1-15 s latones α, β, y α-β, cobre de hierro, cobre-cromo 8. 30 ml. de HNO3, 900 ml. de metanol, 300 g. Cu(N03)2 (nitrato cúprico) 45 - 50 1,05 - 1,25 6,77 - 8,1 Acero inoxidable 15 s Bronces (tienen tendencia al ataque) 9. 670ml.H3PO4, 100ml.H2SO4, 300 ml. H20 destilada

2 - 3 0,1 0,64 Cobre 15 min Cobre; cobre-estaño que contiene hasta 6% Sn 10. 470 ml. H3PO4, 200ml. H2SO4, 400 ml H20 destilada

2 - 2.3 0,1 0,64 Cobre 15 min Cobre-estaño hasta un 9% Sn 11. 350 ml H3PO4 y 650 ml. etanol 2 - 5 0,02 – 0,07 0,13 – 0,45 Cobre 10-15 min Aleaciones de cobre con alto contenido de plomo (30%) 12. 540 ml. H3PO4 y 460 ml. H20 2 0,065 - 0,075

0,4 - 0,5 Cobre 5-15 min Cobre 2-2.2 0,1 - 0,15 0,64 -

0,97

Cobre 15 min Alpaca

Referencia 10 contiene extensos apéndices de macro ataques, micro ataques y soluciones de pulido.

Examen de muestras pulidas. Las muestras de cobre y aleaciones de cobre son examinados con frecuencia metalográficamente. Características reveladas incluye la presencia de óxido de cobre, partículas de plomo en latón con plomo y bronce, fases inter-metálicas en las aleaciones endurecidas por precipitación, óxidos, fosfuros, sulfuros y productos de corrosión.

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Las muestras son también examinadas bajo luz polarizada para diferenciar el óxido cuproso (Cu2O) inclusiones de otras inclusiones. Bajo la luz polarizada, sólo las inclusiones Cu2O

aparecen como rojo rubí; con luz blanca, óxido de cobre y otras inclusiones aparecen de color azul-gris. Los óxidos de arsénico y antimonio también son ópticamente activos bajo luz polarizada. Las muestras pulidas son utilizadas también para la digitalización de examen microscopio de electrones.

Atacado químico. Tabla 2 enumera los agentes de ataque químicos que se utilizan para cobres y aleaciones de cobre e incluye procedimientos de atacado y las aleaciones a la que cada agente de atacado que comúnmente se aplican. El hidróxido de amoniaco/peróxido de hidrogeno/agua fuerte (reactivo de ataque 1, Tabla 2) es, con mucho, el reactivo de ataque más ampliamente utilizado. Este es probablemente el reactivo óptimo para las rutinas de trabajo y se aplica a la mayoría de cobres y aleaciones de cobre. Este reactivo de ataque es ampliamente utilizado para determinar muchos de los modelos que figuran en las micrografías en este artículo. Este grabador también es ampliamente utilizado para la determinar las inclusiones contenidas en tiras de latón y bronce.

El dicromato de potasio/ácido sulfúrico/cloruro de sodio/agua fuerte (lo refieren generalmente como dicromato de potasio, K2Cr207; ver reactivo de ataque 4 en la Tabla 2)

también se utiliza ampliamente, especialmente para revelar estructuras y uniones soldadas. Ácido crómico (H2CrO7, atacador 5 en la Tabla 2) es también frecuente. Se forma cuando se

disuelve trióxido de cromo (CrO3) en agua. Los otros reactivos de ataque que figuran en la

Tabla 2 tienen usos limitados, aunque algunos se utilizan para las mismas aleaciones y estructuras como los reactivos de ataque discutidos previamente.

El ataque electrolítico revela estructuras trabajadas en frío de latones, da contraste a la fase β en latón y, en aleaciones de cobre-níquel, reduce el contraste debido a la extracción de muestras que generalmente aparece con el ataque químico. También se utiliza para llevar a cabo la estructura general de berilio-cobre, cartuchos de latón, latón libre de corte, alpaca, bronce de aluminio, níquel plata, y metal de almirantazgo. Tabla 5 enumera cinco electrolitos que han dado buenos resultados para atacado electrolítico.

Tabla 5 Electrolitos y condiciones de operación para atacado electrolítico de cobre y aleaciones de cobre.

Composición Condición de operación Cobre o aleaciones de cobre 1. 5-14% H3PO4( 8 % ) y bal

H2O

Rango de voltaje,1-8; tiempo de atacado, 5-10 s

Cobre , cartucho de latón, latón libre de corte, metal de almirantazgo, metal dorado 2. 250 ml. 85 % H3PO4, 250 ml. 95 % de etanol , 500 ml. H20, 2 ml. agente humectante Rango de tensión , 1-3; densidad, 0,1-0,15 A/cm2 (0,64 - 0,97 A/pulg2); tiempo de grabado, 30-60 s Cobres 3. 30g FeSO4 (sulfato ferroso), 4g. de NaOH, 100 ml H2S04, 1900 ml. H2O 0,1A a 8-10V durante 15 s, no tomar una muestra con hisopo después del atacado.

Oscurece la fase β en latones y da contraste después de H2O2 - NH4OH atacado; también para la plata níquel y bronces

4. 1 ml CrO3 y 99 ml H20 6V; cátodo de aluminio;

tiempo de grabado 3-6 s

Berilio-cobre y bronce de aluminio

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5. 5 ml de ácido acético (glacial), 10 ml.HNO3, 30 ml H20 Rango de tensión, 0,5 - 1; densidad, 0,2 a 0,5 A/cm2 (1.3 a 1.9 A/pulg2); tiempo de atacado, 5-15 s Aleaciones de cobre-níquel; evitando contraste asociado con el endurecimiento rápido del interior

(a) Los voltajes son de corriente continua

Examen para inclusiones. El examen microscópico se ha convertido cada vez más valioso para evaluar las características de fabricación de ciertas aleaciones de cobre, en particular latón, hojas y tiras de bronce. Existe una correlación entre el número de inclusiones presentes, así como su longitud y distribución, y las características de fabricación, especialmente formabilidad. Las inclusiones son mejor reveladas limpiando la muestra rápidamente con NH4OH/H2O2 (atacador 1, Tabla 2), a continuación, lavar en agua corriente y secar con un

chorro de aire. En la Fig. 57, el latón amarillo C26800 con anormalmente alto contenido de azufre (0,02%) en (a) es ligeramente atacado al agua fuerte para revelar las bandas de sulfuro de zinc. La imagen de una muestra normalmente atacada al agua fuerte se observa en (b), que es apropiado para desarrollar el contraste necesario para mediciones de tamaño de grano y la fracción de volumen constituyentes.

Fig.57 de la aleación C26800 con anormal alto contenido de azufre (0,02%). (a) Esta muestra es ligeramente atacada con agua fuerte con NH4OH/H2O2 (reactivo de ataque 1, Tabla 2) para exponer las bandas de sulfuro de zinc. (b) La misma muestra está atacada de manera normal para revelar contraste de grano, pero las bandas de sulfuro de zinc son entonces ocultas. Etchant 1, Tabla 2. 75x

Fuentes de micrografías. La Asociación de Desarrollo del Cobre tiene una colección de micrografías de aleaciones de cobre en su sitio Web. El sitio web de ASM Micrografía Center contiene un compendio de micrografías que los suplementos de los ilustrados en este artículo. La Asociación de Desarrollo del Cobre ha proporcionado una serie de micrografías en esta colección.

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Revised by R.N. Carón, R.G. Barth, and D.E. Tyler, Metallography and Microstructures of Copper and Its Alloys, Metallography and Microstructures, Vol 9, ASMHandbook, ASM International, 2004, p. 775-788

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