Tema 2 21.0 cobre y aleaciones de cobre

Aleaciones de cobre

1. COBRE PURO

El cobre es un metal importante en ingeniería y es uno de los pocos
metales que se le emplea en forma casi pura,

COBRE Y ALEACIONES DE COBRE

PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES

COBRE PURO

En la forma casi pura, el cobre tiene una combinación extraordinaria
de propiedades que son útiles para ser empleado en aplicaciones
industriales, pues presentan alta conductividad eléctrica, buena
resistencia a la corrosión, fácil fabricación, resistencia media a la
tracción, ete,

Mediante la aleación se consigue mayores resistencias en una serie
de aleaciones de latones y bronces que son indispensables para
muchas aplicaciones en ingeniería. 5

COBRE PURO

El cobre, al igual que el oro y la plata, se puede encontrar en la
naturaleza en forma casi pura, por lo que ya en la antigüedad el
hombre, que desconocía aún la metalurgia (obtención del metal por
reducción del mineral), pudo emplearlo.

En la actualidad se obtiene cobre metalúrgico, separándolo del
oxigeno y del azufre

A pesar que el contenido de cobre en la corteza terrestre es pequeño
(0,01 %), no es un metal disperso, sino que se concentra en los
minerales de cobro, en los que su concentración es del orden del 5%

Las propiedades del cobre son parecidas a las del oro yla plata, como
muestra la siguiente Tabla, pues el cobre se oxida poco, por lo que se
le puede llamar seminoble, algunos autores lo consideran como
“noble”

Caracteristicas Unidades Ag | Au

197.0

Masa atómica 9/9 mol 107.9

Densidad glem? [40,5 | 19,3

Temperatura de fusión 961 | 1064
Temperatura de ebulición 2530 | 2212

Red cristalina Fee | Fee

Parámetro de red a 20 °C Amstrong | 408 | 407

Coeficiente de dilatación lineal | 10* a 142 | 97

Resistividad eléctrica 102 cm [as [at
Módulo de rigidez (Young) GPa 75_| #0

2. COBRE PURO

COBRE PURO

> Normalmente se considera COBRE PURO al que contiene más del
99% de cobre en su composición química,

> El COBRE PURO, en cualquiera de sus formas es muy apreciado en el
medio industrial por sus diversas propiedades.
> PROPIEDADES MECÁNICAS
+ En estado de recocido:
nix
+ %e=%8 = 40-45 (duetiidad)
+ Deformado en frío:

0 - 22 kglmm? (Resistencia a la tracción)

pix = 35 - 40 kglmm?
" %s-%ö=6-8

COBRE PURO

> PROPIEDADES FÍSICAS:

Y La alta conductividad eléctrica que presenta el cobre de
que se utilice preferente como conductor eléctrico.

+ En la Tabla se puede apreciar que después de la plata el cobre es
el que mejor conduce la electricidad, pues tiene una resistencia
eléctrica relativamente baja.

Resistencia eléctrica

[Maia | 10 Q cm
Plata | 15

Cobre 17
Aluminio | 27
Hierro 98

Metal

COBRE PURO

> PROPIEDADES FÍSICAS

y Colorrosado salmón
Pesado (alta densidad)
Extraordinariamente dúctil y maleable

Después de la plata EL COBRE ES EL MEJOR CONDUCTOR DE
LA ELECTRICIDAD

Después de la plata EL COBRE ES EL MEJOR CONDUCTOR DEL
CALOR

Es amagnético (no tiene magnetismo) no se le puede magnetizar

> PROPIEDADES QUÍMICAS

+ Suele ser considerado como un METAL NOBLE, después del
platino, el oro y la plata.

y Es resistente a los agentes atmosféricos, y no se corroe
fácilmente, a temperaturas normales.

+ Esta propiedad de resistencia a la corrosión es, obviamente, muy
ventajosa.

Y Una techumbre de cobre o una aplicación de cobre en alguna
construcción puede resistir por mucho tiempo el efecto de los
agentes atmosféricos. s

3. COBRE PURO

COBRE PURO

> PROPIEDADES BIOLÓGICAS

+ Debido a que el cobre ayuda a formar la hemoglobina de la
sangre, el organismo humano necesita absorber diariamente 1,6
a 2,0 mg, aproximadamente, de cobro.

+ En el caso de mujeres embarazadas, esta dosis debe subir a una
cantidad aproximada de 3 a 4 mg diarios.

+ DESTRUYE MICROORGANISMOS Y BACTERIAS EXISTENTES EN
EL AMBIENTE.

= Canalización para distribución de agua, fabricación de
cerveza, destilación de alcoholes, etc.

+ Impide la fijación de algas y organismos marinos.

COBRE PURO

Malla de acero inoxidable — Malla de cobre —níquel

A la izquierda, malla de acero inoxidable con incrustaciones marinas. A la
derecha, malla de aleación de cobre (Cobre-Niquel, 70-30) libre de
incrustaciones. u

> PROPIEDADES ESTÉTICAS

+ En arquitectura y decoración es muy apreciado porque une
belleza y resistencia a los agentes atmosféricos y a la corrosión

+ Cuando se dice “color metálico", es un color entre blanco y gris,
que es el color de la mayoría de metales

y El cobre y el oro son prácticamente los únicos metales que
tienen un color diferente y fuerte
Y El color natural del cobre es rosado salmón, pero aparece a

menudo rojizo debido a su oxidación superficial, que lo protege
de oxidación posterior.

+ Con los años la capa superficial oxidada se toma verde claro, lo

que es apreciado por algunos arquitectos y usuarios. — "

4. COBRE PURO

COBRE

Característica Unidades COBRE
Red Gistaina occa

Densidad lem? 893

Panto de Fusión © 1084

Conductividad Térmica Wimk 370 n
Goeficlente de Dilatación xo. 165 120
Pesisividad Eléctica norm.em 17 97
Resistencia ala Corrosión E,B,RoM Buena Regular
Médu de Fgidez 10 210
Pesstoncia ala Tracción 290-250

Alargamiento 40-50

COBRE

REPARTO DEL CONSUMO DE COBRE

COBRE

industria Eléctrica
mconstuccion

CMa quinaria Industrial
Transporte

Varios

Cobre Blister: 98,5 %Cu como mínimo obtenido del mineral de Cu.

Cobre electrolítico ETP (Electronic Tough Pitch): 99,9 % Cu y
0,02 - 0,05 %0 (presente en forma de óxido de Cu),

+ Obtenido por refinación electrolítica del cobre Blister.

y Es muy empleado, y se utiliza en la fabricación de alambres,
varillas, planchas, techos, radiadores de autos, ete.

Cobre OFHC: cobre desoxidado de alta conductividad eléctrica. Se
obtiene a partir del cobre electrolítico en hornos eléctricos.

Cobre de alta maquinabilidad: con aproximadamente 0,6 % de telurio.
Para tornillos, puntas para soldar, jos de control para
motores eléctricos, etc. 5

Designaciôn de estados de acritud

Estado de Acritud

% de reducción aproximada
Mediante deformación en trio

Tira

Alambre

Estado cuarto duro
Estado semiduro
Estado tres cuarto duro
Estado duro

Estado extra duro

10
20
30
a

50

20
40
50
60

75

Estado resorte.

60

85

Estado extra resorte

70

90

La reducción de porcentaje para tiras se basa en la diferencia de espesor,
y para alambres en la diferencia de área.

5. ALEACIONES DE COBRE

ALEACIONES DE COBRE

Las aleaciones comerciales más importantes se pueden clasificar
como:

LATONES
+ Aleaciones de cobre y zinc.
+ Contienen hasta 46% en peso de Zn.
BRONCES

LATONES

¥ Originalmente se les llamaba así a las aleaciones cobre-estaño,

excepción del Zn, que contiene hasta 12% del
de aleación

+ Bronces al estaño, silicio, aluminio, berilio, etc.

LATONES

Cl

aciôn de los Laton

L

Latones: a
(hasta 36 % Zn)

Latones: +B
(38 % a 46 % Zn)

Latones rojos a. Latones
(6 % a 20% Zn)

(2 ases)

amarillos a.

ma]

(20 % a 36 % Zn)

(1 fase)

(1 fase)

‘Son aleaciones Cu - Zn, hasta un maximo de 46 % Zn en peso.

Dependiendo de la cantidad de Zn pueden ser monofásicos (1 fase) o
bifásicos (2 fases).

El color varía de acuerdo con el contenido de Cu desde rojo en las
aleaciones al alto cobre, hasta amarillo en los contenidos de 64 % Cu.

Pueden presentar además pequeñas cantidades de plomo, estaño o
aluminio.

La variación en composición química dará como resultado las
características de color, resistencia mecánica, ductilidad,
maquinabilidad,

LATONES ALFA ( a):
+ Contienen hasta 36 % de Zn.

+ Son aleaciones monofasicas.

6. LATONES LATONES a

> LATONES ROJOS: 5 a 20% Zn

Mejor resistencia a la corrosión que el amarillo (20 a 36% Zn).

NO son susceptibles a sufrir corrosión bajo tensión, ni a la
dezincificaciôn (pérdida de zinc).

Se emplea para trabajo en frio.

Temperatura, °F

El Bronce Comercial (90Cu-10Zn) para ferretería marina,
forjadas, remaches, tomillos, etc. Se le agrega plomo para
mejorarle la maquinabilidad.

El Latón Rojo (85Cu-15Zn) para tubos de condensadores e
intercambiadores de calor, paneles para radiador, etc.

20
Porcemaje en peso de zine

VARIACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS Serresiön bajo tensión (CBT)

Puede presentarse en aleaciones (es muy poco
habitual en metales puros) cuando estén
sometidas simultáneamente a la acción de un

máx DUCHEDAD) medio corrosivo y a esfuerzos mecánicos de
(MPa) s(%) tracción. Se caracteriza por la aparición de
220 mm grietas 0 fisuras que avanzan en la dirección
normal a la de aplicación de la tensión. La

250 4 velocidad de propagación de las fisuras puede

280 52

variar de unos milímetros por año a varios

milímetros por hora.

290 56 El desplazamiento de la grieta puede ser a través
de los granos (transgranular), a lo largo del límite

297 59 de grano (intergranular) o una combinación de

320 65 ambos, — circunstanda que depende

fundamentalmente de las — características
375 45

metalúrgicas de la aleación y del medio agresivo
al que esta expuesto.

7. LATONES a LATÓN alfa (a)

> LATONES AMARILLOS: 20 a 36% Zn

+ Combinan buena resistencia me y ALTA DUCTILIDAD.

y Son adecuados para operaciones que requieran grandes
deformaciones en frío.

Y SON susceptibles de sufrir corrosión bajo tensión, generalmente
en atmósferas de amoniaco.

+ Después de una fuerte deformación en frio es necesario realizar
un recocido de alivio de tensiones a unos 260°C.

y También ostán expuestos a sufrir corrosión proferencial o
dezincificación en agua de mar o en agua dulce que contienen ay |

alte oxigeno y óxido de carbono. . Microestructura de un latón alfa (a)
Pequeñas cantidades de Sn o Sb, minimizan la dezincificaciôn.

LATONES a LATONES a

> Latón para Cartucheria: 70Cu - 30Zn
Y Remaches, resortes, componentes para municiones, etc.

MPa

2§

Residencia à la teneéa
El
asistencia à la cadencia

20

Y La adición de 0,5 a 3% de Pb le mejora la maquinabilidad,

> Metal Admiralty: 71Cu - 28Zn - 1Sn

Y El Sn le mejora la resistencia mecánica y a la corrosión. |

oi 2 30 Ww 010 20 30 40
> Latón Alumínico: (76Cu - 222n - 2Al) Zine, % Zine, %
En los latones a. existe un incremento en resistencia mecánica, dureza y
, ducilidad con un aumento de Zn, mientras que su conductividad térmica y
y Se forma una pelicula tenaz que protege ala aleación. eléctrica disminuyen

y Tubos de condensadores de intercambiadores de calor en
equipos de plantas de energía de vapor.

+ Se obtiene mejor resistencia a la corrosión.

8. LATONES a

LATONES a

60 PT
|

so
1 1] A

o 20 30 40 10 20
Zine, % Zine, %

En los latones az existe un incremento en resistencia mecánica, dureza y
ductiidad con un aumento de Zn, mientras que su conductividad térmica y
eléctrica disminuyen

LATONES (a. + B’)

Conductividad cléxtrica
% com respecto a la

Zine, % Zine, %

En los latones 0. existe un incremento en resistencia mecánica, dureza y
ductilidad con un aumento de Zn, mientras que su conductividad térmica y
eléctrica disminuyen

LATONES (0. + $”)

> Cuando se agrega un poco de Zn (HC) al Cu (FCC 6 CCCa) se
produce una solución sólida sustitucional (FCC 6 CCCa) con los
átomos de Zn y Cu ubicados aleatoriamente en los sitios
reticulares.

> Pero, si se agrega mas de 38 % de Zn, los átomos excedentes de Zn
se combinan con algunos de Cu para formar un compuesto
electrónico de CuZn (CCCu).

> Ahora coexisten dos fases: una solución sólida de Cu saturado con
Zn: “a”, y un compuesto electrónico conformado por CuZn: “B’”.

060606680 Ocurcc)
70 @ QO IoX 02.40)

Solución sida de Y

Zn en Cu
(Fcc)
a Compuesto de
ö Cu y Zn
(CC)
rs

9. LATONES

LATONES

> LATÓN (a +B’): contienen de 38 a 48% de Zn
+ Constan de dos fases: ay P”.
Y La fase B’ es más dura y frágil que lafase o.
y Son dificiles de trabajar en frio

Y A altas temperaturas la fase B’ se hace muy plástica, por ello
ienen excelentes propiedades de trabajo en caliente.

tal Muntz: 60Cu - 40Zn

+ Presenta alta resistencia mecánica y excelentes propiedades de
trabajo en caliente.

y El rápido enfriamiento desde la región B puede suprimir la

precipitación de la mayoría de la fase a.

BRONCES

+ Empleo en cubiertas de barcos, trabajos de arquitectura, tubos
de condensadores, etc.

+ El metal Muntz plomado contiene de 0,4 a 0,8% de Pb y tiene
maquinabilidad mejorada.

> Latón Naval (60 Cu - 39,25 Zn - 0,75 Sn)
+ También conocido como bronce Tobin.
Y Tiene la resistencia incrementada a la corrosión por agua salada,

+ Se emplea en placas de condensador, ejes para propelas, bielas,
vástagos para válvulas, etc.

Y El latón naval junto con un 1,75% de Pb tiene maquinabilidad
mejorada, se utiliza mucho en ferretería marina.

BRONCES AL ESTAÑO

El término bronce se aplicó originalmente a las aleaciones
Cu-Sn.

Ahora se emplea para designar cualquier aleaciôn de cobre, con
excepción de las de Cu-Zn, que contienen hasta aproximadamente
12% del elemento principal de aleación.

Los bronces comerciales son sobre todo aleaciones de cobre y
estaño, aluminio, silicio o berilio.

Además, pueden contener: fósforo, plomo, zinc o níquel.
BRONCES AL ESTAÑO: contienen entre 1 y 11% de Sn.

y Se les suele llamar bronces al fósforo (fosforosos) ya que éste se
halla presente como un desoxidante.

+ Contiene entre 0,01 a 0,5% de P. Ñ

> La influencia del estaño en las propiedades mecánicas del cobre es
semejante a la que ejerce el zinc, pero más enérgica.

> Con un 5% de Sn la plasticidad (ductilidad) comienza ya a disminuir.

Jo

so

10. BRONCES AL ESTANO

BRONCES AL ESTANO

BRONCES AL ESTANO

La estructura de un bronce fundido al 10% enfriado rápidamente
muestra pequeñas partículas de la fase 3 en una matriz dendritica
a

Los bronces al fósforo se caracterizan por su tenacidad, alta
resistencia a la corrosión, bajo coeficiente de fricción y no sufrir
corrosión bajo tensión.

Se emplea en discos de embrague, resortes, etc.

Sele añade plomo para mejorar la maquinabilidad y la resistencia
al desgaste.

Pueden contener hasta 25% de plomo, se utilizan para bujes y
E sujetos a carga moderadas o ligeras.

BRONCES AL SILICIO

> El estaño es escaso, por lo que, como es natural, los bronces al
aluminio y al silicio son mas baratos.

> Siendo el bronce al berilio el más caro.

> La ventaja de los bronces al estaño es su pequeño valor de su
contracción durante su solidificación, pero es superado en
propiedades mecánicas por los bronces al Si, Al y Be.

La solubilidad del silicio en a. es 5,3% a 850 °C y disminuye con la
temperatura.

La reacción eutectoide a 555 °C es muy lenta de modo que las
aleaciones comerciales que contienen menos del 5 % de Si en peso,
son aleaciones unifásicas.

Son las aleaciones que más se endurecen por deformación en frío.

Sus propiedades mecánicas son comparables a las de los aceros de
medio carbono,

Su resistencia ala corrosión es comparable a la del cobre.

Se emplean en: tanques, recipientes a presión, construcción marina y
conductos hidráulicos sujetos presión. »

11. BRONCES AL SILICIO BRONCES AL ALUMINIO

La mayoría de los bronces al aluminio comerciales contienen entre
Y 4% y 11% de aluminio.

Las aleaciones que contienen hasta aproximadamente 7,5 % de
aluminio son unifasicas. Las que contienen entre 7,5 % y 11 % de
aluminio son aleaciones bifásicas.

3

Otros elementos como: hierro, níquel, manganeso y silicio se añaden
frecuentemente.

Temperatura, °C
3
Temperatura, “E

El hierro varía entre 0,5 a 5,0 %, incrementando su resistencia y
dureza, además de afinar el tamaño de grano.

El níquel hasta 5,0%, tiene el mismo efecto que el Fe en menor
proporción.

7 > El silicio hasta 2,0 %, mejora la maquinabilidad.
Porcentaje en peso de silicio

El manganeso es un desoxidante y también mejora la resistencia.

BRONCES AL ALUMINIO

Bronces al aluminio unifásicas (a):

+ Contenido de aluminio menor de 7,5 %.

+ Propiedades de trabajo frio.

+ Buena resistencia mecánica.

+ Resistencia a la corrosión por ataque atmosférico y por agua.

+ Tubos para condensador, recipientes que resisten la corrosión,
cubiertas de protección en aplicaciones marinas.

12. BRONCES AL ALUMINIO BRONCES AL ALUMINIO
> Bronces (o.+y,) al aluminio:

Contenido de aluminio mayor a 7,5 %.
Se pueden tratar térmicamente a fin de obtener estructuras
semejantes alas del acero al carbono.

Si la aleación bifásica se calienta entre los 815 °C y 870 °C, luego
se templa se formará una estructura acicular parecida a la
martensita.

Luego se revienen entre 370 °C y 595 °C para aumentar la
resistencia y la dureza.

Bronce al 10 % de alumi
Enfriado en horno.

BRONCES AL ALUMINIO BRONCES AL ALUMINIO

Son las más ligeras de las aleaciones de cobre.
Caracteristicas Mecánicas Sus propiedades dependerán del porcentaje de alumi

CONTENIDO DE ELEMENTOS, % (on estado de recocido) tratamiento térmico y de otros elementos de aleación.

a u Sax s > Los bronces al aluminio tratados törmicamente se utilizan para
e i

(kglmm?) Ce) engranes, ejes motrices, aletas, piezas de bombas, cojinetes, bujes,

42 70 herramientas que no formen chispas y dados para estiramiento y

conformado.
50 55

65 40

13. BRONCES AL BERILIO

BRONCES AL BERILIO

Las aleaciones de Cu-Be se producen con contenidos de berilio de
entre 0,6 y 2,0 de Be y con adiciones de cobalto entre el 0,2 y el 2,5%.
Estas aleaciones pueden ser endurecidas por tratamiento térmico y
trabajado en fío, para obtener resistencias a tracción tan elevadas
como 1463 MPa, que es la mayor resistencia alcanzada en aleaciones
comerciales de cobre.

Se utilizan para herramientas que precisen elevada dureza y que no

produzcan chispa (para la industria química por ejemplo).

TIENEN EL INCONVENIENTE DE SER MATERIALES RELATIVAMENTE
CAROS. #

BRONCES AL BERILIO

La solubilidad del berilio en la solución sólida o. disminuye desde
2,1% a 865 °C hasta 0,2% en peso a temperatura ambiente.

Este cambio en solubilidad indica posi lades de endurecimiento
por envojecido.

Las propiedades mecánicas óptimas se obtienen en una aleación que
contiene aproximadamente 2,0 % de berilio en peso.

Un ciclo de tratamiento térmico recomendado es:
Y Solubilizado a 800 °C

y Templado: enfriamiento en agua, luego puede ser deformado en
fro.

y Envejecido artificialmente a 315 °C

BRONCES AL BERILIO

Temperatura, *F

Porcentaje en peso de beri.

Empleo: resortes, alta resistencia mecánica junto con mediana
conductividad eléctrica, piezas duras, herramientas que no produzcan
chispa.

Cuando este bronce choca con un metal o una piedra, no despide
chispas como el acero. Por esto las herramientas de bronce al ber

se utilizan, por ejemplo, en las minas en donde existe peligro de
explo:

Su conductividad eléctrica es un 20 % la del cobre, pero con bajos
contenidos de este elemento y pequeñas adiciones de cobalto puede

llegar hasta un 40 % de la del cobre. s

14. BRONCES AL BERILIO BRONCES AL BERILIO
> SOLUBILIZADO

Y Se realiza a una temperatura de 800 °C. Tabla. Tratamiento térmico y características mecánicas del bronce al
berilio: 2,0 % de Be

y Dependiendo del espesor el tiempo en el horno varía entre: 30
minutos y 3 horas.
> TEMPLADO (enfriamiento rápido) CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS

Y” Para evitar la precipitación del berilio intermetálico (y). TRATAMIENTO TERMICO Snax DUCTILIDAD | DUREZA

Y” Puede ser en agua, aceite o en aire forzado. (kgimm?) 8 (%) HB
Y La dureza varia entre: 45 - 85 HRB.
> ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL

+ La temperatura se encuentra dentro: 290 - 400 °C. Temple en agua desde 800 °C
y envejecido a 325°C

Temple en agua desde 800°C 50 30

+ Eltiempo es de aproximadamente 3 horas.
+ La dureza variará entre: 35 - 45 HRC.

BRONCES AL BERILIO ALEACIONES DE COBRE

> Las aleaciones de cobre son divididos en dos grandes grupos y la
Propiedades mecánicas de dos aleaciones Cu - Be UNS (sistema de numeración unificado) los designa mediante cinco
números:

Y ALEACIONES DE COBRE PARA FORJA:

= CAXXXX hasta C7XXXX
1140-1240 5-8 36-40HRC + ALEACIONES DE COBRE PARA FUNDICIONES:
= CBXXXX y COXXXX,

Aleante Condición o{MPa) %s Dureza

Solubiizado 415-550 35-50 45-65HRB
190-215 Be Solubilizado

y envejecido

Solubilizado 415-550 35-50 45-65HRB > Algunos tipos de cobre y aleaciones tienen nombres comunes:
1.601,80 Be. Solublizado

1035-1140 5-8 39-97HAO Y Cobre libre de oxígeno

y envejecido Y Metal Muntz (60 Cu ~ 40 Zn)

+ Bronce fosforoso (Cu - Sn)

15. ALEACIONES DE COBRE

Numeración
UNS

Aleaciones para forja

CH000 _ | Cobres y aleaciones de elevado contenido de cobre

C2XXXX _ | Aleaciones de Cu ~Zn (latones)

C3XXXX _ | Aleaciones de Cu — Zn - Pb (latones al plomo)

CAXXXX | Aleaciones de Cu - Zn - Sn (latones al estaño)

CSXXXX _ | Aleaciones de Cu - Sn (bronces fostorosos)

Aleaciones de Cu ~ Al (bronces al aluminio), aleaciones de
C6xxXxx | Cu ~ Si (bronces al silicio) y diversas aleaciones de cobre

C7XXXX _ | Aleaciones de Cu - Ni y Cu - Ni-Zn plata de niquel) „,

ALEACIONES DE COBRE PROPIEDADES FÍSICAS DE ALEACIONES DE Cu

Numeración

He Aleaciones para fundicion

Cobres para fundición, aleaciones para fundición de alto
C8XXX | cobre, latones para fundición de varias clases, y aleaciones = es ws
para fundición Cu Zn Si E bay

jones para fundición de: Cu - Sn, Cu - Sn - Cove sa
Aleaciones para fundición de: Cu - Sn, Cu - Sn ~ Pb, wor
Cu -Sn-Ni, Cu -Al- Fe, Cu - Ni Fe y Cu = Ni Zn. Rates

16. Numero | % en
UNS | peso

Estado Aplicaciones tipicas <a

Recocido Conductores, conductores peso.

T huecos, componentes de Solublizado 60 |ruetes, manómetros de
vansistores, — tubos de aubiizado urdon, afragmas,
transist tubos di 90,5 cu | SoUbiizad Bourd Satrag

microondas, rectiicadores. 17080 [deformado en pornos, — arandelas de
trío y seguridad, resortes

endurecido por valwias, equipos de
precipitación soldadura.

Estado %e| Aplicaciones tipicas

10100 Delormado
en tio

Recocido Canalones, techos, 02000
radiadores de auto, barras
de distibucién, — clavos,

1000
(TP)

Deformado
en trio remaches, componentes de
radio.

Recodo 2 Tuercas, pernos, partes de |
Vigas, tanques resistentes a|

la corrosión, componentes |
formado en estructurales, partes de

Dstomac | gpg inemas, accesorios de eo 82 [naqunara,… ‘tonne. |
atts lámparas, cerrojo, bisagras, po |
componentes de munición maris. |

Deformado accesorios de fontanería, :
en tro remaches.

Recocido Radiadores, armazones de

SOLDABILIDAD DEL COBRE

> ELEVADA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

+ Unas siete veces la del acero a temperatura ambiente.
SOLDABILIDAD DEL COBRE Y ALEACIONES = Cobre: 370 WI (m*K)
= Acero: 51 WI (m°K)

+ Debe aportarse mucho calor para poder fundir los bordes de las
juntas a unir.
PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES Y Lo anterior provoca zonas afectadas térmicamente de mayor
anchura,

+ Se puede decir, como comparación, que se necesita una cantidad
de calor para fundir el cobre cinco veces superior al acero. «u

17. SOLDABILIDAD DEL COBRE

PROPIEDADES FISICAS DE ALEACIONES DE Cu

> ALGUNAS ALEACIONES DE COBRE PUEDEN PRESENTAR ESTE
PROBLEMA.

> NO SERÁ NECESARIO PRECALENTAR CUANDO LA
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA SEA RELATIVAMENTE BAJA.

SOLDABILIDAD DEL COBRE

Physical Proertis o Type Wrought Copper Alloys

My

Caen
Terms TemnlCod
Mallas BN MBA

pil pd MOS

‘agevteecrper
Defrag

um mM m

Gere

oy
oped

m a o
LE

[7
une
am

HE
win
1m
am

SOLDABILIDAD DEL COBRE

> ELEVADO COEFICIENTE DE DILATACIÖN TERMICO

+ Lo que influye durante el calentamiento, en el en
aparición de tensiones residuales.

y Esto unido a la gran cantidad de calor, puede provocar la
aparición de deformaciones importantes.

Y Por lo tanto:

= No embridar demasiado las piezas a unir
= Seleccionar una secuencia de soldeo adecuada

= Reducir el aporte térmico.

EXPANSIÓN TÉRMICA

Material

Coeficiente de
expansión térmica

ec”)

Aluminio

24x10"

Laton y bronce

1910*

Cobre

47x10"

Plomo

29x10

Acero

11x10”

Invar (Ni-Fe)

0,9x10 ©

18. SOLDABILIDAD DEL COBRE

SOLDABILIDAD DEL COBRE

EXPANSIÓN TÉRMICA

> La expansión térmica es el cambio de longitud que experimenta un
rementa su temperatura. La dilatación o
expansión térmica viene expresada por la siguiente relación:

e=a.AT= BL
Lo
DONDE

es la dilatación lineal (elongación térmica)
es el incremento de temperatura que ha experimentado el material
coeficiente de dilatación térmica (*C*)
incremento de longitud
longitud inicial

SOLDABILIDAD DEL COBRE

EXPANSIÓN TÉRMICA

> Dos barras, una de cobre y otra de acero, ambas de 1 m de longitud,
se calientan desde los 20°C hasta 120°C.

La dilatación que se producirá en cada barra será;

Al 7
= =a@AT ©) Al=1,a.AT

+ La barra de cobre se dilataria = 4,7 mm

+ La barra de acero se dilataría = 1,1 mm

SOLDABILIDAD DEL COBRE

TENSADA

Y

Cuando el calentamiento no es uniforme, o se impide la dilatación y
contracción de la pieza, ésta se deforma, ñ

SIMULACIÔN DE LA DEFORMACIÓN PROVOCADA
POR UN CALENTAMIENTO LOCAL

La zona caletada — Lapar acelbastdor A ertrars se contas
Era (4) elomanse
marco abuser ai

19. SOLDABILIDAD DEL COBRE

SOLDABILIDAD DEL COBRE

> ELEVADA FLUIDEZ

+ Hace que se utilicen placas de respaldo para evitar pérdidas de
metal fundido y descuelgues.

+ Este problema se presenta en mayor número de ocasiones en las
aleaciones de cobre que con los aceros.

Y Cuando una aleación de cobre presenta de elevada a moderada
fluidez debe soldarse siempre que sea posible en posición
horizontal.

+ Aleaciones de cobre de menor fluidez:

= CwAl, CuNiy Cu-Si

SOLDABILIDAD DEL COBRE

> CONDICIÓN SUPERFICIAL.

Y Las superficies deben estar perfectamente limpias de grasa,
oxido, ete.

Y Se debe tener cuidado con las aleaciones Cu-Al y Cu-Si, debido a
que forman una capa superficial de óxido que si no es retirada
dificultarä el proceso de soldeo. Inestabilidad del arco,

SOLDABILIDAD DEL COBRE

> VAPORIZACIÓN DE ELEMENTOS

y Algunos de los elementos de aleación vaporizan a muy baja
temperatura: Zinc, cadmio y fósforo.

+ Puede motivar la formación de poros además de humos tóxicos.
¥ Se deben realizar los cordones a altas velocidades de soldeo.

+ Se puede emplear materiales de aportación con pequeñas
cantidades de esos elementos.

> SOLDEO DE COBRES NO DESOXIDADOS

+ El óxido de cobre que inicialmente estaba al azar se reagrupa
formando un eutéctico (Cu¿O) en los limites de granos.

¥ Esto eutöctico (oxido de cobre) formará una red, en los límites de
grano, que hará que la soldadura sea frágil, presentándose
grietas.

+ En presencia de hidrógeno, de igual manera, la unión soldada
será frágil, debido a que se forma vapor de agua en los bordes de
grano,

+ Evitar realizar cordones con oscilación, pues se puede absorber
gran cantidad de oxígeno. ‘

20. SOLDABILIDAD DEL COBRE

PROCESO DE SOLDADURA EMPLEADOS

Los cordones deben ser rectos (con oscilaciones muy
pequeñas)

NO SE RECOMIENDAN SOLDAR, POR PROCESOS DE FUSIÓN,
LOS COBRES NO DESOXIDADOS, YA QUE SE FRAGILIZA EL
CORDÓN DE SOLDADURA CON APARICIÓN DE GRIETAS.

Emplear procesos de soldeo en estado sólido como fricción,
soldeo fuerte, etc.

PROCESO DE SOLDADURA TIG

> EL COBRE Y MUCHAS DE SUS ALEACIONES PUEDEN SER

SOLDADOS MEDIANTE PROCESOS DE SOLDEO POR ARCO.

+ Los procesos de soldeo que emplean un gas de protección son
generalmente preferidos.

Y Se puede emplear los procesos: GTAW o GMAW.

+ También se puede usar el proceso SMAW pero para aplicaciones

de poca responsabilidad, incluyendo la reparación de
componentes.

Y El oxigas se puede emplear, pero no es recomendable debido a
que se deforman más las piezas.

PROCESO DE SOLDADURA TIG

Este proceso es particularmente utilizado para la soldadura de
espesores de hasta 3,0 mm con una preparación de bordes rectos y
sin bisel y, a menudo, sin metal de aportación.

Espesores mayores, requieren normalmente metal de aportación, NO.
suele utilizarse en espesores mayores de 12 mm.
El tipo de corriente normalmente

polaridad directa, que permite utilizar electrodos de menor diámetro,
para una intensidad dada, y proporciona una buena penetración.

ado es la continua, con

La corriente altema estabilizada por una de alta frecuencia es utilizada
para la soldadura de Cu-Al y Cu-Si para eliminar más fácilmente la

capa de óxido superficial de estas aleaciones. ¿

Los valores de corriente utilizados para la soldadura del cobre son
superiores a la necesaria para la soldadura de sus aleaciones.

Esta disminución es debida a su menor conductividad térmica de las
aleaciones, siendo tanto menor la intensidad necesaria cuanto menor
seala conductividad.

Para este tipo de materiales pueden utilizarse cualquiera de los
electrodos normalizados, siendo uno de los más utilizados el EWTh-2
(4,7-2,2% Th) por su buen comportamiento, vida larga y gran
resistencia ala contaminación.

21. PROCESO DE SOLDADURA MIG

PROCESO DE SOLDADURA SMAW

Los efectos perjudiciales de la presencia de oxigeno (pérdida de
resistencia y ductiidad), descritos anteriormente, son más acusados
en este proceso, comparado con TIG, por los mayores aportes
térmicos asociados.

En contrapartida para cobres desoxidados se obtienen mayores
valores d mecánica y ductilidad.

Los cordones de soldadura deben depositarse sin movimiento de
vaivén, o como máximo con un ancho de onda pequeño para evitar
oxidaciones.

Si la conductividad no es la propiedad más importante, pueden
utilizarse como material de aportación alambres con Sio AL“!

> La soldadura SHAW de cobre y aleaciones están normalmente
restringidas a la posición plana y limitadas a bronces fosforosos,

bronces al aluminio y cuproniqueles, siendo estas últimas las que
mejor responden a este proceso de soldadura,

Para el resto de aleaciones es muy dificil cumplir los requisitos de los
códigos si se suelda por este procedimiento.

Este proceso encuentra su mayor aplicación en la soldadura de
aleaciones Cu-Ni cuando el acceso a la unión está dificultado y

limitado a un solo lado.

Falo Matt for Fusion Wing Copper Aloy

TS en
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I SANS Cen ip op yg

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AS

22. COMPOSICION QUIMICA DE LOS APORTES DISENO DE JUNTAS

Diseño de juntas recomendadas para el soldeo de cobre y sus
aleaciones se muestran en las figuras 3.1 y 3.2.

= 3 La figura 3.1 muestra diseño de juntas apropiadas para los procesos
E 4 GTAWy SMAW.

“a ite 4 La figura 3.2 muestra diseño de juntas apropiadas para el proceso
2 GMAW.

Su 2 bata sat EL DISENO DE LAS JUNTAS PRESENTAN MAYORES ANGULOS DE

LA ABERTURA QUE LOS EMPLEADOS PARA EL SOLDEO DE ACEROS.

SE REQUIEREN MAYORES ÁNGULOS PARA PROPORCIONAR UNA
ADECUADA FUSIÓN Y PENETRACIÓN EN LAS ALEACIONES DE
COBRE QUE PRESENTAN ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA. - «s

ro

(8) Single-V-Groove

Te

(C) Double-V-Groave (D) Double--Groove

RL mm, B = sin (ZA me, C= Yin 2 mm. Vi (A me, T= thickness

Figure 3.2 Joimt Designs for Gas Metal Are Welding of Copper

23. TEMPERATURAS DE ALIVIO DE TENSIONES TEMPERATURAS DE RECOCIDO

Annealing Temperatura Ranges for Copper and Copper Aloe
re

a

‘Typical Stress Relieving Temperatures for Weldments of Copper Alloys

Tempe”
Gammon Name isha,
Reda con
Bam brss cu case
Nas ER
Ali bone Cu
Sicon ne CE
Coppeenciaaloys [72027

Bassua «|

* Hentai ompernr or iaa

Era os

GAS DE PROTECCION

Se emplea argón, helio o una mezcla de ambos como gases de
protección para el soldeo del cobre y sus aleaciones.

Generalmente se emplea argón para espesores menores a 3,3 mm o

cuando la aleación presenta baja conductividad térmica.

Se puede emplear pequeñas adiciones de nitrógeno o hidrógeno para
incrementar el calor aportado.

ereepegerd

Cuando la conductividad térmica es alta se recomienda emplear helio
o.una mezcla de 75 % de helio y 25 % de argón.

VA e Sed a PR Tar

24. GAS - TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO

SOLDEO DE LOS LATONES

argon

i
Ten js Y 7 y TG
FES LA

Am DE of Sn Gan and Praha Tor on aa Wand Paeanin Coppr whan Gas
Ter À Sinn A mess

El mayor problema es la vaporización del Zn. Es un metal que funde y
se vaporiza a muy bajas temperaturas.

Ello favorece la formación de poros en las soldaduras.

Se recomienda:

+ Emplear metales de aportación que no contengan Zn.

+ También se puede emplear aportes con bajo contenido en Zn,
inferiores al metal base.

Y Dirigir el arco preferentemente hacia la varilla en lugar de hacia el
metal base en GTAW.

LOS LATONES DE ALTO CONTENIDO EN ZINC NO ES NECESARIO

SOLDEO DE LOS LATONES

PRECALENTARLOS Y NO DEBEN PRECALENTARSE POR EL
PELIGRO DE FORMACIÓN DE VAPORES.

SOLDEO DE LOS BRONCES Cu - Sn

> ADVERTENCIA

La inhalación de humos de óxido de zinc en cantidades
que excedan de 5 mg/m? (límite de tolerancia) produce
un estado con escalofríos, fiebre y náuseas que se
presenta de 4 a 8 horas después de la exposición, y que
desaparece dentro de las 24 horas.

El mayor problema es la facilidad de formación de grietas.
Se recomienda:
+ Realizar un martillado de cada cordón cuando está caliente.
+ Emplear la mayor velocidad de soldadura posible.

Usar cordones rectos (no emplear oscilación)

Y
y El baño de fusión debe ser pequeño.
Y

En muchos casos será necesario precalentar a unos 200 °C, por
la baja fluidez. No será necesario precalentar en el caso de MIG
en transferencia pulverizada (spray).

Para mejorar la ductilidad de la unión se puede realizar un
tratamiento térmico a unos 480 °C con un enfriamiento rápido.

25. SOLDEO DE LOS BRONCES Cu - Be

SOLDEO DE LOS BRONCES Cu - Be

> ADVERTENCIA

Las partículas de berilio suspendidas en el aire son
cuando se inhalan un riesgo para la salud.

Deben seguirse estrictamente las recomendaciones
sobre protección respiratoria y ventilación.

‘onsite Strength Yield Strength

"Aloy and Condition” MPa MPa

CETTE]
As-weldod 414-484 207-228
Aged ony 896-1069 851-1008
Soksioned and aged 1034-1207 1000-1172

C1EDD(Cu25Co.058e)
As-wolded 45-279
‘ged ony 552-655,
Solutoned and aged 589-158

27. a

PROCEDIMIENTO 1
Se desea realizar una especificación de un procedimiento preliminar para unir
dos planchas de cobre con las siguientes características:

- Designación: C10200

+ Espesor: 25 mm

- La unión formará parte de un conductor eléctrico y no soportará altos
esfuerzos.

28. TRABAJO GRUPAI

PROCEDIMIENTO 2

Elabore el procedimiento de soldadura preliminar para el soldeo de una
aleación de cobre, que presenta las siguientes caract

Designación: 75 Cu — 25 % Zn
Espesor: 25,4 mm

La unión se ubicará en un ambiente en el cual podrá sulrir corrosión bajo
tensión,

La unión debe presentar buenas propiedades mecánicas.