Contenido: El cobre y sus aleaciones. Aleaciones de cobre-zinc. Aleaciones de cobre-estaño. Aleaciones de cobre-silicio. Aleaciones de cobre-níquel.
Objetivo: Al finalizar la competencia describirá los fundamentos teóricos de los metales no ferrosos, sin error.
El cobre y sus aleaciones
El cobre es un metal en uso desde el alba de las civilizaciones antiguas. Es un metal rojizo con una estructura cfc y una densidad de 8.96 g/cm3. Aunque la mayor parte de los metales encuentran sus aplicaciones industriales más importantes en forma de aleaciones, esto no es cierto por completo para el cobre. Se le usa en aleaciones, también tiene aplicaciones muy amplias en su forma comercial pura.
Su uso principal es como conductor eléctrico. De hecho, sólo la plata lo supera en conductividad eléctrica. La mayor parte del cobre en las aplicaciones eléctricas contiene una cantidad pequeña de oxígeno (0.02 a 0.05%) que se combina en forma de Cu2O (óxido de cobre).
A este se le llama cobre electrolítico de tono duro (ETP) y tiene una conductividad eléctrica un poco mayor que el cobre puro (101.6%).
La conductividad térmica del cobre solo es inferior a la de la plata. Sin embargo, se prefiere al cobre en la mayor parte de las aplicaciones por razones de economía.
Algunas aplicaciones donde se puede usar con ventaja esta característica (junto con su buena resistencia a la corrosión) incluyen radiadores automotrices, tableros de recolección solar, ciertos utensilios de cocina, disipadores de calor en circuitos electrónicos de estado sólido y elementos de los intercambiadores de calor.
Las propiedades del cobre se pueden alterar de modo importante con el trabajo en frío. La resistencia de tensión se puede elevar hasta 50,000 psi con un alargamiento de 4% en 2 in, con laminación o estirado.
El cobre tiene una resistencia buena a la corrosión y al intemperismo y se usa para techar y para otras aplicaciones arquitectónicas y en tuberías para fluidos hidráulicos, refrigerantes, agua y drenajes sanitarios.
También se usan mucho las aleaciones en el cobre para mejorar su resistencia y dureza y desarrollar propiedades especiales. Los elementos de aleación con el cobre más comunes son el zinc, estaño, níquel, silicio, aluminio, cadmio y berilio. En las secciones que siguen estudiaremos algunos de estos sistemas y las propiedades únicas que tienen esas aleaciones del cobre.
Aleaciones de cobre-zinc
Las aleaciones de cobre y zinc se clasifican comúnmente como latones; sin embargo, también se puede usar el término bronce comercial para algunos de los compuestos de cobre y zinc.
Debido a que los términos que se aplican en la industria del latón pueden ser engañosos para el estudiante, estas aleaciones del cobre se estudiarán desde el punto de vista de su composición y de su nombre, más que de su nombre solamente.
Las aleaciones de cobre-zinc son las más importantes del cobre, por sus propiedades deseables y su costo relativamente bajo. Las propiedades mecánicas de las aleaciones en este sistema se relacionan de modo estrecho con las fases obtenidas.
La resistencia a tensión y la ductilidad de las aleaciones de cobre-zinc se incrementan con cantidades crecientes de zinc hasta un 30%. Las propiedades mecánicas de estos latones a dependen del contenido de zinc y del grado de trabajo en frío que se les aplique.
Aleaciones de cobre-estaño
El término «bronce» se usó originalmente para describir las aleaciones de cobre- estaño, pero en la actualidad se utiliza para cualquier aleación que contiene hasta 25% del elemento principal de aleación (excepto en las aleaciones de cobre-zinc).
La palabra «bronce» insinúa la idea de una aleación de mejor clase que el latón, aunque se ha aplicado en forma incorrecta a algunas aleaciones que en realidad son latones especiales.
A las aleaciones que contienen cobre y estaño principalmente se les conoce como aleaciones verdaderas, pero con frecuencia también están presentes otros elementos que mejoran las características del sistema simple de dos componentes.
Las aleaciones de cobre-estaño se pueden dividir en cuatro grupos, dependiendo del porcentaje del estaño presente:
1. Hasta 8% de estaño: se utiliza en láminas, alambre, monedas; se trabaja en frío con facilidad para incrementar su resistencia; las partes típicas incluyen resortes de alta resistencia, clips, interruptores de presión, enchufes y contactos, fusibles y tubos flexibles.
2. Entre 8 y 12% de estaño: se usa en engranes, partes de máquinas, cojinetes y aditamentos marinos.
3. Entre el 12 y 20% de estaño: se usa mucho en cojinetes y casquillos.
4. Entre 20 y 25% de estaño: su uso principal es en campanas y címbalos; es muy duro y frágil; se utiliza colado.
Aleaciones de cobre-silicio
Las aleaciones que se obtienen al añadir silicio al cobre tienen en general propiedades excelentes: Resistencia a la corrosión casi equivalente a la del cobre, un campo amplio de propiedades mecánicas y facilidad buena de colado. El silicio es soluble en el cobre hasta alrededor de 5.3% a la temperatura de 1550°F (843°C). Esta solubilidad disminuye hasta menos de 4% a la temperatura del medio ambiente. Aunque estas aleaciones no se pueden endurecer con tratamiento de calor, se pueden trabajar en frío para lograr resistencias tan altas como 45,000 psi (310 MPa).
Aleaciones de cobre-níquel
Un estudio del sistema cobre-níquel revela que el cobre y el níquel son completamente solubles tanto en el estado líquido como en el sólido. La adición de níquel al cobre produce varios efectos importantes. En general se incrementa la resistencia a la corrosión con el incremento del contenido de níquel.
Las aleaciones de cobre que contienen entre 2 y 30% de níquel se llaman cuproníqueles.
Estas aleaciones tienen una resistencia moderadamente alta en la condición de trabajadas en frío, combinada con una resistencia excelente a la corrosión. Por ejemplo, cuando se le trabaja en frío el cuproníquel 30% tiene una resistencia de fluencia de 70,000 psi (483 MPa) y una elongación de 15%.
Estas aleaciones se usan en sistemas donde se requiere una resistencia buena a la corrosión, como en tubos de condensadores, cañerías de desalinización y otros componentes marinos.
Las adiciones de níquel también producen un cambio en la apariencia. El color de las aleaciones se aclara con contenidos de 20% o más de níquel y parecen plata. Existe un grupo de aleaciones llamado plata de níquel, que contiene cobre, níquel y zinc.
Las composiciones varían mucho, pero en general estas aleaciones contienen aproximadamente 60% de cobre, 10 a 30% de níquel y de 5 a 25% de zinc.
Fuente: apuntes de la materia de ciencias de materiales / unideg