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ALEACIONES NO FERROSAS
Los aceros son producidos a bajo costo y con tecnologías relativamente
sencillas, además con ellos podemos obtener un amplio rango de propiedades
mecánicas.
Estas dos fortalezas hacen pensar que no tienen competencia, sin embargo las
aleaciones ferrosas tienen puntos débiles:
• alta densidad (pesados)
• conductibilidad eléctrica y térmicas bajas
• poca o nula resistencia a la corrosión frente algunos ambientes
• baja resistencia al creep
Es por esto que para ciertas aplicaciones resulta muy apropiado el uso de
aleaciones metálicas de base no ferrosa: aleaciones de aluminio, de cobre, de
titanio, de níquel, entre las más importantes.
SEGÚN ELMÉTODO 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 pieza a fabricar lo exige el proceso de colada
puede ser el único aplicable y aleaciones forjables pueden usarse fundidas.
MÉTODO PARA MEJORARLAS PROPIEDADES
MECÁNICAS
NO TRATABLESTÉRMICAMENTE
TRATABLESTÉRMICAMENTE
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
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 segregaciones 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
COBRE Y SUS ALEACIONES
El cobre puro es un metal de poca dureza y gran ductilidad lo que lo hace difícil de
mecanizar pero a la vez capaz de soportar grandes deformaciones plásticas. Las grandes
virtudes del cobre son sin embargo, su elevada conductibilidad 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).
Deformación en frío
Sólo algunas (muy pocas)
aleaciones de cobre son factibles
de evidenciar mejoras en la
resistencia mecánica por medio
de los T. T.
Tratamientos Térmicos
COBRE
Cobre puro: El oxigeno es prácticamente insoluble a temperatura ambiente en el cobre
sólido. En consecuencia pequeños porcentajes de este elemento dan lugar a la
precipitación del óxido cuproso (Cu2O) como parte de un eutéctico en sitios
interdendríticos durante su solidificación.
La presencia de oxígeno, como de cualquier otra impureza, produce un incremento en
la resistividad eléctrica y en menor medida una disminución de la conductibilidad
térmica. Procesos posteriores de deformación y recocido logran desintegrar y afinar
esta red, otorgándole al cobre una mayor resistencia mecánica y conductibilidad.
α + Cu2O
L
α
L+Cu2O
Cu2O
Horno
°C
Deformación
en frioRecocido
COBRE
Estructura del
cobre
electrolítico de
colada
Estructura del
cobre
electrolítico
forjado y
recocido
Be
Ag
Si
P
Al
Zn
Cd
Sn
%IACS
% impurezas
100
80
60
40
Efecto de las distintas impurezas metálicas y no metálicas 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)
• Se utilizan hidrocarburos como combustibles y desoxidantes a la vez.
• Contenidos de oxigeno 500 a 3000 ppm como Cu2O
• Contenido de azufre 10 a 30 ppm
Cobre
desoxidado al
fuego
• El refinamiento se efectúa mediante un proceso electrolítico. De esta forma
se logran bajar considerablemente los porcentajes de 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 refundido en un horno de
inducción bajo una atmósfera reductora y libre de hidrógeno.
• Son cobres de alto costo cuyo uso esta limitado a casos donde se precisa
gran ductilidad y conductividad como así también baja fragilidad por H2.
Cobre libre de
oxígeno
En virtud de sus propiedades el cobre puro comercial es utilizado para la fabricación de
conductores, contactos, tubos de intercambiadores de 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
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
LATONES
latones
αrojos
latones
α+β
latones
αamarillos
Latones α: Monofásicos. Se clasifican en rojos y amarillos. Los primeros ricos en cobre poseen
alta resistencia a la corrosión y buena conductibilidad eléctrica. Los amarillos con contenidos de
Zn > a 20% poseen las mejores combinaciones de resistencia y ductilidad. El llamado latón de
cartuchería es el más difundido de los amarillos
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50
Re
sist
en
cia
Ala
rgam
ien
to
% Zinc
Resistencia
Alargamiento
Lató
n d
e
cart
uch
erí
a
Lató
n M
un
tz
Lató
n J
oye
ría
α+ β
LATONES
El zinc entra
como átomo
sustitucional y
forma solución
sólida con el
cobre hasta
aprox. 36% a
temperatura
ambiente.
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 fina pero tenaz capa de óxido de aluminio
que se forma en la superficie y la cual es autoregenerable (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 aleación 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 suelen sufrir corrosión en los limites
de grano.
LATONES
LATONES ALEADOS
PROBLEMAS DE CORROSIÓN SELECTIVA
Latones alfa + beta: Corresponden aquellas aleaciones de cobre con contenidos de zinc de
38% a 46%. Constituidos por dos fases (α+β´). Esta estructura 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 puro tiene estructura FCC.
Beta, en cambio tiene estructura BCC. Al atravesar el intervalo de temperatura entre
454°C a 468°C en el enfriamiento, la fase β sufre un ordenamiento 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 solamente la fase beta, la cual es
blanda y adquiere una gran plasticidad. Esto hace que estos latones resulten complicados
de deformar en frio pero con buenas características para el trabajo en caliente (cuando
son llevados a la región monofásica β).
El metal MUNTZ es el latón alfa + beta de mayor difusión (60Cu-40Zn). Son aleaciones
capaces de ser tratadas térmicamente. Enfriando rápidamente desde la región beta (β)
puedo evitar la aparición de alfa (α) y obtener así un compuesto sobresaturado, el cual
mediante un calentamiento posterior a bajas temperaturas produce un precipitado fino
de fase alfa. También se le suele agregar plomo para mejorar su maquinabilidad.
LATONES
Bronce ordinario con menos
de 7% de Sn resultan
monofásicas. A % mayores
pueden aparecer precipitados
de δ y raramente de ε
Se suelen agregar
pequeños porcentajes de
Zn y plomo.
BRONCES
El menor costo del Zinc hace que los latones resulten 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 lugar de los latones.
Estaño
Bronce al aluminio. Presenta
máxima solubilidad (9,5% Al) a
565°C (te). A esta temperatura
se produce la reacción
eutéctoide
β → α+γ2
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+γ2 pueden ser tratadas
térmicamente obteniéndose
estructuras similares a las de
los aceros templados. Al igual
que éstos también son
sometidas a revenidos
posteriores.
BRONCES
Bronce al Aluminio bifásico enfriado lentamente. Bronce al Aluminio
templado
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 temple, gran resistencia mecánica y a la
fatiga luego de envejecidos. Además poseen buena resistencia a la corrosión y conductibilidad
eléctrica.
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
