Cobre y sus aleaciones

1. ALEACIONES NO FERROSAS
Los aceros son producidos a bajo costo y con tecnol ogías relativamente
sencillas, además con ellos podemos obtener un ampl io rango de propiedades
mecánicas.
Estas dos fortalezas hacen pensar que no tienen com petencia, sin embargo las
aleaciones ferrosas tienen puntos débiles:
•alta densidad (pesados)
•conductibilidad eléctrica y térmicas bajas
•poca o nula resistencia a la corrosión frente algu nos ambientes
•baja resistencia al creep
Es por esto que para ciertas aplicaciones resulta m uy apropiado el uso de
aleaciones metálicas de base no ferrosa: aleaciones de aluminio, de cobre, de
titanio, de níquel, entre las más importantes.

2. SEGÚN EL
MÉTODO DE FABRICACIÓN
FORJABLES
FUNDIDAS
Cuando la aleación por su poca capacidad
de deformarse plásticamente no pueda
ser conformada, solo será apta para
fabricar piezas por procesos de fundición.
Cuando la aleación presenta cierta ductilidad
o capacidad de deformarse plásticamente se
dice que son forjables. Esto significa que
pueden obtenerse piezas de esta aleación a
través de procesos tales como: laminado,
forja, extrusión, trefilado, estampado,
embutido, etc.
ALEACIONES NO FERROSAS: Clasificación I
No obstante cuando por la forma compleja de la piez a a fabricar lo exige el proceso de colada
puede ser el único aplicable y aleaciones forjables pueden usarse fundidas.

3. MÉTODO PARA MEJORAR
LAS PROPIEDADES
MECÁNICAS
NO TRATABLES
TÉRMICAMENTE
TRATABLES
TÉRMICAMENTE
Aleaciones que presentan solubilidad
parcial en estado sólido y variación de la
misma con la temperatura. Por ende
poseen más de una fase en equilibrio. Los
T.T más empleados son solución y
precipitación, temple y revenido
(transformación martensítica).
Generalmente son aleaciones
monofásicas, sólo endurecibles por
solución sólida o deformación en frío.
ALEACIONES NO FERROSAS: Clasificación II

4. Fundición
T. T. homogenización
Deformación plástica
en caliente
Deformación
plástica en frío
Ajuste de la composición
Contenido de impurezas (inclusiones no metálicas)
Gases ocluidos (porosidad)
Estructura dendrítica gruesa no homogénea con segre gaciones e incluso presencia
indeseada de eutécticos de ajo punto de fusión
Homogenización de la composición química
Disolución de segregaciones interdendríticas
Se alcanzan las dimensiones finales del
producto semielaborado
Se le confiere cierto grado de endurecimiento
Recocidos intercríticos (casos especiales)
Destruye estructura dendrítica dando lugar a una
microestructura de grano uniforme algo equiaxiado y
una distribución homogénea de las fases
ALEACIONES NO FERROSAS: Forjables

5. COBRE Y SUS ALEACIONES
El cobre puroes un metal de poca dureza y gran ductilidad lo que lo hace difícil de mecanizar pero a la vez capaz de soportar grandes d eformaciones plásticas. Las grandes
virtudes del cobre son sin embargo, su elevada cond uctibilidad tanto eléctrica como
térmica y su muy buena resistencia a la corrosión a un gran universo de medios
corrosivos (humedad ambiente, agua salada).
Mediante el agregado de
elementos de aleación se produce
un aumento de la resistencia en
detrimento de la conductibilidad
eléctrica, térmica y la ductilidad
tan buenas del cobre puro. Es el
mecanismo de endurecimiento
más económico y versátil.
Aleantes
Otra forma impartir una mayor dureza tanto al
cobre puro como a sus aleaciones es mediante el
conformado plástico en frío (alambres, barras,
chapas y láminas).
Deformaciónenfrío
Sólo algunas (muy pocas)
aleaciones de cobre son factibles
de evidenciar mejoras en la
resistencia mecánica por medio
de los T. T.
TratamientosTérmicos

6. COBRE
Cobre puro: El oxigeno es prácticamente insoluble a temperatura ambiente en el cobre
sólido. En consecuencia pequeños porcentajes de est e elemento dan lugar a la
precipitación del óxido cuproso (Cu
2O) como parte de un eutéctico en sitios
interdendríticos durante su solidificación.
La presencia de oxígeno, como de cualquier otra impureza, pr oduce un incremento en
la resistividad eléctrica y en menor medida una disminución de la conductibilidad
térmica. Procesos posteriores de deformación y recocido lo gran desintegrar y afinar
esta red, otorgándole al cobre una mayorresistencia mecáni ca y conductibilidad.
α + Cu
2O
L
α
L+Cu
2O

7. Cu
2O
Horno
°C
Deformación
en frio
Recocido
COBRE
Estructura del
cobre
electrolítico de
colada
Estructura del
cobre
electrolítico
forjado y
recocido

8. Be
Ag
Si
P
Al
Zn
Cd
Sn
%IACS
% impurezas
100
80
60
40
Efecto de las distintas impurezas metálicas y no me tálicas sobre la
conductividad eléctrica del cobre puro
COBRE
No obstante suelen agregarse aleantes como telurio ( 0,6% mejora la maquinabilidad), plata
(eleva la temperatura de recristalización, arsénico (0,3% mejora la resistencia a ciertos
ambientes corrosivos)

9. • Se utilizan hidrocarburos como combustibles y deso xidantes a la vez.
• Contenidos de oxigeno 500 a 3000 ppm como Cu
2O
• Contenido de azufre 10 a 30 ppm
Cobre
desoxidado al
fuego
• El refinamiento se efectúa mediante un proceso ele ctrolítico. De esta forma
se logran bajar considerablemente los porcentajes d e impurezas metálicas y
el azufre. El nivel de oxígeno aun es alto.
• Contiene 0,02 a 0,5% de Oxigeno disuelto
• Conductividad > a 100% IAC
Cobre
electrolítico
• Se parte de un cobre electrolítico el cual es refu ndido en un horno de
inducción bajo una atmósfera reductora y libre de h idrógeno.
• Son cobres de alto costo cuyo uso esta limitado a casos donde se precisa
gran ductilidad y conductividad como así también ba ja fragilidad por H
2.
Cobre libre de
oxígenoEn virtud de sus propiedades el cobre puro comercia l es utilizado para la fabricación de
conductores, contactos, tubos de intercambiadores d e calor, etc. Se lo clasifica por el
contenido de impurezas, principalmente de oxígeno. El contenido de oxígeno estará en
función del método de desoxidación utilizado.
COBRE

10. ALEACIONES DE COBRE
LATONES
Zinc como aleante principal
<50%Zn
ALFA
< 36%Zn
ALFA + BETA
36%<%Zn<46%
BETA
BRONCES
Aleaciones de cobre donde el
aleante principal no es el Zn
COMUNES
Estaño como
aleante
principal
ESPECIALES
Al aluminio
Al berilio
Al Silicio
ALEADOS
Cupro-niquel
ALEACIONES de COBRE: Clasificación

11. LATONES
latones
α
rojos
latones
α+β
latones
α
amarillos

12. Latones α: Monofásicos. Se clasifican en rojos y amarillos. Los primeros ricos en cobre poseen
alta resistencia a la corrosión y buena conductibilidad elé ctrica. Los amarillos con contenidos de
Zn > a 20% poseen las mejores combinaciones de resistencia y d uctilidad. El llamado latón de
cartuchería es elmás difundido de los amarillos
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50
Resistencia
Alargamiento
% Zinc
Resistencia Alargamiento
Latón de
cartuchería
Latón Muntz
Latón Joyería
α+ β
LATONES
El zinc entra
como átomo
sustitucional y
forma solución
sólida con el
cobre hasta
aprox. 36% a
temperatura
ambiente.

13. Existen algunos
latones amarillos
aleados, como ser el “
Latón Almirantazgo
” (71Cu-28Zn-
1Sn), el estaño mejora la resistencia mecánica y a la corrosión.
Otro es el
Latón al aluminio
(76Cu-22Zn-2Al) cuya principal característica es la gran
resistencia a la corrosión por presencia de una fin a pero tenaz capa de óxido de aluminio
que se forma en la superficie y la cual es autorege nerable (buen comportamiento frente
a problemas de erosión – corrosión).
Otro elemento de aleación suele ser el plomo, este elemento insoluble en cobre mejora
la maquinabilidad de los latones.
Descincificación:
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 aleac ión 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 disminuye la susceptibilidad del latón a este
fenómeno. También los latones deformados en frío su elen sufrir corrosión en los limites
de grano.
LATONES
LATONES ALEADOS PROBLEMAS DE CORROSIÓN SELECTIVA

14. Latones alfa + beta: Corresponden aquellas aleaciones de cobre con contenidos de zinc de 38% a 46%. Constituidos por dos fases (α+β´). Esta estructur a bifásica va en detrimento de
la ductilidad pero ofrece una resistencia mecánica elevada (endur. por dispersión)
Alfa es una solución sólida de Zn en Cu, al igual que el cobre pu ro tiene estructura FCC.
Beta, en cambio tiene estructura BCC. Al atravesar el interv alo de temperatura entre
454°C a 468°C en el enfriamiento, la fase β sufre un ordenamie nto atómico cuyo resultado
final es la fase ordenada β´.
A temperatura ambiente la fase beta es dura y frágil respecto a alfa. No obstante a
elevadas temperaturas (>760°C) estos latones presentan so lamente la fase beta, la cual es
blanda y adquiere una gran plasticidad. Esto hace que estos l atones resulten complicados
de deformar en frio pero con buenas características para el t rabajo en caliente (cuando
son llevados a la región monofásica β).
El metal MUNTZ
es el latón alfa + beta de mayor difusión (60Cu-40Zn). Son ale aciones
capaces de ser tratadas térmicamente. Enfriando rápidamen te desde la región beta (β)
puedo evitar la aparición de alfa (α) y obtener así un compues to sobresaturado, el cual
mediante un calentamiento posterior a bajas temperaturas p roduce un precipitado fino
de fasealfa. También se le suele agregarplomo para mejorars u maquinabilidad.
LATONES

15. Bronce ordinario con menos de 7% de Sn resultan
monofásicas. A % mayores
pueden aparecer precipitados
de δy raramente de ε
Se suelen agregar
pequeños porcentajes de
Zn y plomo.
BRONCES
El menor costo del Zinc hace que los latones result en 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 lu gar de los latones.
Estaño

16. Bronce al aluminio. Presenta máxima solubilidad (9,5% Al) a
565°C (te). A esta temperatura
se produce la reacción
eutéctoide
β → α+γ
2
La mayoría de los bronces al
aluminio contienen entre el 4%
y 11% Al.
Esto quiere decir que existen
aleaciones monofásicas y otras
bifásicas.
Las α+γ
2 pueden ser tratadas
térmicamente obteniéndose
estructuras similares a las de
los aceros templados. Al igual
que éstos también son
sometidas a revenidos
posteriores.
BRONCES

17. Bronce al Aluminio bifásico enfriado lentamente.
Bronce al Aluminio
templado

18. BRONCES
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.
La mayoría de los bronces al
berilio contienen porcentajes
cercanos a 2% Be algo de
Cobalto y resto cobre.
Aplicaciones: Buena conformabilidad en estado de tem ple, gran resistencia mecánica y a la
fatiga luego de envejecidos. Además poseen buena re sistencia a la corrosión y conductibilidad
eléctrica.

19. BRONCES
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 sobreenvejecido