COBRE Y SUS ALEACIÓNES

COBRE Y SUS ALEACIONES

Por:       

Julio Schafer y Diversa Ingeniería.

----- Si deseas usar esta información para alguno de tus trabajos te pido de favor que nos des los créditos correspondientes, de tal manera mencionando a sus respectivos autores a si sea el caso.---------

El cobre y sus aleaciones conforman uno de los mayores grupos de aleaciones comerciales disponibles actualmente en el mercado, junto a los aceros y al aluminio. El cobre se usa ampliamente debido a su excelente conductividad eléctrica y térmica; también presenta buena resistencia a la corrosión. Se puede fabricar de distintas formas con mucha facilidad y su resistencia mecánica y a la fatiga es adecuada en muchas aplicaciones.

Generalmente, el cobre y sus aleaciones son materiales no-magnéticos, y pueden soldarse fácilmente por diferentes procesos. Debido a la gran variedad de colores que pueden desarrollar las aleaciones de cobre, se las utiliza con fines decorativos (lustradas, pulidas o recubiertas con sustancias orgánicas para producir diferentes texturas y terminaciones superficiales). Las aleaciones de cobre están constituidas por el cobre como constituyente principal, más algún tipo de elemento químico que le da el nombre a la aleación. 

Para una mejor comprensión de este interesante tema, te hemos dejado la tabla periódica para lograr comprender más a fondo

Red cúbica centrada en caras (FCC)

·         Nº de átomos: 4

·         Propiedades: se deforman mejor que BCC

·         Feγ, Cu, Al, Au, Ag, Pb, Ni, Pt

·         F. empaq: 0,74

 

 

 

NOMENCLATURA

 • C1xxxx (cobre>99.3) y cobre alto (99.3>Cu>96)

• C2xxxx aleado con Zn (latónes)

• C3xxxx aleado con Zn y Pb (latónes de plomo)

 • C4xxxx aleado con Zn y Sn Latónes de estaño)

• C5xxxx aleado con Sn (bronces fosforados)

• C6xxxx aleado con Al (bronce al alumino) aleado con Si (bronce al silicio)

• C7xxxx aleado con Ni y Ni-Zn (plata de niquel)

Efecto de aleantes en conductividad (eléctrica y térmica)

Efecto de aleantes sobre la resistencia mecánica

Efecto de varios elementos de aleación sobre el esfuerzo de cedencia del cobre. Los átomos de níquel y zinc tienen aproximadamente el mismo tamaño que los átomos de cobre, pero los de berilio y estaño tienen tamaños muy diferentes a los del cobre. Aumentando la diferencia en tamaño atómico y la cantidad de elemento aleante, se incrementa el endurecimiento por solución sólida.

Latones: Aleaciones Cu-Zn (Pb)

• Latones α: 1. 5 a 36% de Zn

2. Estructura: CCC

3. Ductil y maleable a temperatura ambienta, ej.:

-latón para acuñar monedas (5-20% de Zn)

-latón 70-30, para embuticiones profundas

 -latón de libre corte (Zn ±35%, Pb ± 1%)

• Latones α+β: 1. 36 a 48% de Zn

2. Estructura: CCC+CC

3. Forjable a >454 C, a esta temperatura la estructura pasa de β β localizandoce el átomo de Zn en centro del cristal CC, ej.:

-latón forjable en matriz cerrada

Diagrama de fases de los latones

Diagrama de fases cobre-zinc. Este diagrama tiene las fases α y η terminales y las fases β, γ, δ y ε intermedias. Hay cinco puntos peritécticos invariantes y un punto eutectoide.

Latón α

 

 

 

 

Latón α (70Cu-30Zn) 30% de reducción

Microestructuras de latón para cartuchería (70% Cu-30% Zn) en estado recocido. (Decapante: NH4OH + H2O2; amplificación 75×.)

Latón α + β (Cu-40%Zn)

Lámina de metal de Muntz laminada en caliente (60% Cu40% Zn). La estructura consiste en una fase beta (oscura) y una fase alfa (clara). (Decapante: NH4OH + H2O2; amplificación 75×.)

Problemas en aleaciones Cu-Zn

Descincado:

• Remueve Zn de la superficie del latón, dejando superficie porosa y débil.

• Se presenta en aleaciones con alto contenido de Zn (>15%).

• Al estar expuestas a:

– Alta temperatura

– Solución acuosa y estancada

Fractura por Tensión y Corrosión:

• Susceptible en latones trabajados en frío con más de 15% de Zn, en presencia de trazas de amonio con oxígeno y humedad.

• Fácilmente evitado por un tratamiento a baja temperatura de alivio de tensiones. 

Latones con Plomo (Cu-Zn-Pb)

• El plomo aumenta la maquinabilidad provee una microestructura no porosa y disminuye la resistencia mecánica.

 • Produce una viruta fraccionada y lubrica en el proceso de maquinado las herramientas de corte.

• Microestructura es muy similar a las aleaciones Cu-Zn; el Pb aparece como pequeñas partículas oscuras en los límites de grano.

Microestructura Latón Cu-Zn-Pb

Latones con Estaño (Cu-Zn-Sn, con trazas Pb)

Alta resistencia a corrosión y mayor resistencia mecánica que latón Cu-Zn.

• 2-40% Zn; 0.2-3% Sn

• El Sn reduce la tendensia al descincado de los latones.

• La microestructura es similar a aleación Cu-Zn (la fase depende del porcentaje de los metales aleantes)

• En aleaciones fundidas con Zn y Sn (ambos en bajo porcentaje) aparecen en las dentritas de menor (en el centro) a mayor (en los bordes).

BRONCES

Aleaciones Cu-Sn

Exhiben alotropía:

– >13.2 grados C – tetragonal – >161 grados C – ortorrómbica (frágil)

• Microestructura: – Hasta aprox. 15.8% – cobre alpha – Mayor de esto no se conocen aleaciones comunes; aunque solidifique en alpha + delta.

 • No aceptan tratamiento térmico cuando Sn < 7%; en general, después del tratamiento, no se pueden deformar ni en frío ni en caliente.

• Entre las aplicaciones están: chumaceras, engranajes, válvulas y anillos de pistones.

• Se les puede añadir plomo para maquinabilidad, aunque disminuye ductilidad.

Diagrama de fases Cu-Sn

Micrografía Cu-Sn

Diagrama de fases Cu-Sn, tratamiento térmico

Microestructura del Bronce Cu-Sn-Pb

Bronces Fosforados (Cu-Sn-P)

Composición: 0.5 a 11% Sn; 0.01 a 0.35% P

• El fósforo aumenta resistencia al desgaste y le da rigidez.

• El Sn permanece en solución sólida alpha; el fósforo forma compuesto Cu3P.

Bronces de Aluminio (Cu-Sn-AlNi-Fe-Si)

Combinan tres propiedades: resistencia mecánica, excelente resistencia a corrosión y al desgaste. • Composición: 9—12% Al; hasta 6% Fe, Ni.

 • El endurecimiento ocurre en frío; se produce una precipitación de solución sólida Fe.

Microestructura depende del contenido de Al: – <11% - fase de solución solida Alpha y fase kappa (previene formación de base beta; aumenta la resistencia mecánica sin disminuir la ductilidad)

Utilizadas en maquinaria marina: ejes, bombas y componentes de válvulas para agua salada.

Bronce Cu-10% Sn, con tratamiento térmico

 

 

 

 

 

Bronce Cu-Sn

Aleaciones Cobre-Níquel

Composición: 2 a 30% de Ni; residuos de Fe, Cr, Nb y/o Mn dependiendo de aplicación.

 • El Ni es completamente soluble en Cu; por tanto, la estructura es monofásica alpha.

 • Microestructura muy similar al Cu sin alear.

• Conocida por su alta resistencia a la corrosión; es resistente a las fracturas producidas por tensión y corrosión; generalmente usada en aplicaciones marinas donde son expuestas al agua de mar.

Diagrama de fases Ni-Cu             

Ni-Cu

Plata de Cobre (Cu-Ni-Zn) (Plata alemana o alpaca)

Nombre que se le da por el brillo metálico.

• La microestructura presenta predominantemente solución sólida monofásica; su comportamiento es similar a los latones con contenidos de Zn > 32%.

• Composición: 7-20% Ni; 14-46% Zn

• Utilizadas en instrumentos de comida, decorativos y musicales.

Bronces de Silicio (Cu-Zn-Si, con trazas de Pb, Fe y As)

Catalogadas en el grupo de aleaciones con alta resistencia mecánica.

• Mismo grupo (así como microestructura y propiedades) se encuentran los bronces de sílice.

• < 20% Zn; < 6% Si

• Baja conductividad térmica y eléctrica.

• Los aleantes permanecen en solución sólida por ser de bajos porcentajes

Marinas: - Elices de barcos

 * Se usa el bronce por su alta resistencia a la corrosión

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