Ejemplo trabajo cobre

Fundamentos de Ciencia de los Materiales

Fundamentos de Ciencia de los Materiales

Asignatura:Asignatura:

El cobre y sus aleacionesEl cobre y sus aleaciones

Introducción

Cobre puro:

Propiedades principales

Producción de cobre

Cobres comerciales

Aleaciones de cobre:

Efecto de los principales aleantes

Aleaciones base cobre de mayor interés en ingeniería: Latones

Bronces

Cuproaluminios

Cuproníqueles

Cuproberilios

Reciclado del cobre y de sus aleaciones.

Introducción

Cobre puro:



Cobres comerciales




Bronces

Cuproaluminios

Cuproníqueles

Cuproberilios


Índice


Introducción

Cobre puro:



Cobres comerciales




Bronces

Cuproaluminios

Cuproníqueles

Cuproberilios


Introducción

Cobre puro:



Cobres comerciales




Bronces

Cuproaluminios

Cuproníqueles

Cuproberilios


Índice

Introducción

60

60

40

40

20

20

00

Ala

rgam

ient

o, %

100100 90

90

80

80

70

70

60

60Cobre, %Cobre, %

50

50

ExtraduroExtraduro

DuroDuroSemiduroSemiduro

RecocidoRecocido

PropiedadesPropiedades

ProcesadoProcesado

EstructuraEstructura

ObjetivosObjetivos

FunciónFunción

Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado

Introducción

Fuente: Codelco Chile

Fundamental en el desarrollo de la humanidad…Fundamental en el desarrollo de la humanidad…



Introducción

… y con una historia muy larga… y con una historia muy larga


Introducción

3500 – 2500 a.C. : Edad de Bronce3500 – 2500 a.C. : Edad de Bronce



Introducción

1500 a.C. : Primeros instrumentos musicales

700 a.C.: Monedas

1500 a.C. : Primeros instrumentos musicales

700 a.C.: Monedas



Introducción

100 a.C. : Objetos decorativos de latón y bronce100 a.C. : Objetos decorativos de latón y bronce



Introducción

1400: Instrumentos astronómicos en latón

1447: Imprenta en Alemania (cobre y latón)

1400: Instrumentos astronómicos en latón

1447: Imprenta en Alemania (cobre y latón)



Introducción

1510: Engranajes y caja de relojes de bolsillo

1608: Telescopio de latón en Holanda

1510: Engranajes y caja de relojes de bolsillo

1608: Telescopio de latón en Holanda



Introducción

1710: Más instrumentos musicales…1710: Más instrumentos musicales…



Introducción

1795: Máquina de vapor1795: Máquina de vapor



Introducción

1830: Hélices de bronce1830: Hélices de bronce



Introducción

1876: Teléfono1876: Teléfono



Introducción

1881: Primera bombilla con cables de cobre1881: Primera bombilla con cables de cobre



Introducción

1906: Radio eléctrica1906: Radio eléctrica



Introducción

1931: Televisión1931: Televisión



Introducción

1954: Células solares1954: Células solares


http://www.vr-zone.com/?i=479&s=1


Introducción Cobre puro:

Propiedades principales Producción de cobre Cobres comerciales

Aleaciones de cobre: Efecto de los principales aleantes Clasificación de cobres y aleaciones de cobre Aleaciones base cobre de mayor interés en ingeniería:

Latones Bronces Cuproaluminios Cuproníqueles Cuproberilios


Introducción Cobre puro:

Propiedades principales Producción de cobre Cobres comerciales

Aleaciones de cobre: Efecto de los principales aleantes Clasificación de cobres y aleaciones de cobre Aleaciones base cobre de mayor interés en ingeniería:

Latones Bronces Cuproaluminios Cuproníqueles Cuproberilios


Índice

Cobre puroCobre puroC

ob

re


Cob

rePropiedades principalesPropiedades principales

CobreCobre

Excelente conductor

No magnético

Excelente conductor

No magnético

Dúctil y maleableDúctil y

maleable

Nutriente esencial

Nutriente esencial

Mecanizable y

conformable

Mecanizable y

conformableExcelente transmisor

de calor

Excelente transmisor

de calor

Altamente duradero y reciclable

Altamente duradero y reciclable

Alta resistencia a la corrosión

Alta resistencia a la corrosión

Excelentes características

aleantes

Excelentes características

aleantes


CuCu29

1s22s2p63s2p1

Cobre26.98154

Número atómicoNúmero atómico

SímboloSímbolo

Peso atómicoPeso atómico

Configuración electrónicaConfiguración electrónica

Cob


Propiedad Valor

Densidad, r 8.94 g/cm3

Límite elástico, sy

33.3 MPa

Resistencia, st 210 MPa

Módulo elástico, E 110 GPa

Ductilidad60%

alargamiento

Conductividad térmica, kc

385 W/m·K

Conductividad eléctrica 100% IACS

Apariencia Brillo rojizo


CuCu29

1s22s2p63s2p1

Cobre26.98154


SímboloSímbolo



Ti Fe Cu Al Acero0

100

200

300

400

500

600

Res

iste

ncia

, st (M

Pa)

Res

iste

ncia

, st (M

Pa)

Fuente: http://www.matweb.com

Ti Fe Cu Al Acero0

50

100

150

200

250

300

350

Lím

ite e

lést

ico,

sy (M

Pa)

Lím

ite e

lést

ico,

sy (M

Pa)

Cob


Propiedad Valor



33.3 MPa



Ductilidad60%

alargamiento


385 W/m·K




CuCu29

1s22s2p63s2p1

Cobre26.98154


SímboloSímbolo




Mód

ulo

elás

tico,

E(G

Pa)

Mód

ulo

elás

tico,

E(G

Pa)

Ti Fe Cu Al Acero0

20406080

100120140160180200

Duc

tilid

ad (%

ala

rgam

ient

o)D

uctil

idad

(% a

larg

amie

nto)

Ti Fe Cu Al Acero0

10

20

30

40

50

60

Cob


Propiedad Valor



33.3 MPa



Ductilidad60%

alargamiento


385 W/m·K




CuCu29

1s22s2p63s2p1

Cobre26.98154


SímboloSímbolo




Con

duct

ivid

ad té

rmic

a (W

/m·K

)C

ondu

ctiv

idad

térm

ica

(W/m

·K)

Ti Fe Cu Al Acero0

50

100

150

200

250

300

350

400

Ti Fe Cu Al Acero0

10

20

30

40

50

60

Res

istiv

idad

elé

ctric

a (m

o/c

m)

Res

istiv

idad

elé

ctric

a (m

o/c

m)

Cob



{111}{111}

<110><110>

<110><110>

Sistemas de deslizamientoSistemas de deslizamiento

12 {111} <110>12 {111} <110>ζC bajo0.65-0.94 MPa

ζC bajo0.65-0.94 MPa

FCC FCC

Estructura cristalinaEstructura cristalina

Cob

re

Conductividad eléctrica

Resistencia a la corrosión

Conductividad térmica

Usos estruc-turales

Estética

60%60%

1%1%7%7%11%11%

21%21%

Fuente: Copper Development Association

Principales razones de uso

Principales razones de uso

Propiedades principalesPropiedades principales


Producción de cobreProducción de cobreC

ob

re

Zona oxidada (ley < 0.5%)

Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%)

Zona de sulfuros primarios (ley: 1%)

Zona oxidada (ley < 0.5%)

Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%)

Zona de sulfuros primarios (ley: 1%)

Río TintoRío Tinto



ob

re

Zona oxidada (ley < 0.5%)Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%)Zona de sulfuros primarios (ley: 1%)


Fuente: Museo Geominero - ITGE, Madrid

Malaquita: Cu2(CO3)(OH)2Malaquita: Cu2(CO3)(OH)2 Azurita: Cu3(CO3)2(OH)2

Azurita: Cu3(CO3)2(OH)2

Fuente: Museo Ciencias Naturales de La Salle, Son Rapinya (Palma de Malorca)


PórfidosPórfidos


ob

re

PórfidosPórfidos



Calcosina: Cu2SCalcosina: Cu2S

Fuente: Museo Don Felipe de Borbón y Grecia - ETSI de Minas, Madrid / Colección Elduayen



ob

re

PórfidosPórfidos



Bornita: Cu5FeS4Bornita: Cu5FeS4

Fuente: Colección de D. Benjamín Calvo, MadridFuente: Museo Mollfulleda de Mineralogía, Arenys de Mar (Barcelona)

Calcopirita: CuFeS2Calcopirita: CuFeS2



ob

re

PórfidosPórfidos



PirometalurgiaPirometalurgia

ÁnodosÁnodosCátodosCátodos

HidrometalurgiaHidrometalurgia



Cob

reProceso pirometalúrgicoProceso pirometalúrgico

Proceso hidrometalúrgicoProceso hidrometalúrgico


Cob

re

Cob

reCobre puro: ProductosCobre puro: Productos

Semitransformados del cobre

Semitransformados del cobre

55%

8%

11%

17%

9% Alambrón

Laminados y planchas

Tubos

Aleaciones

Otros

Fuente: Atlantic Copper, S.A.

Fuente: CSEPEL METAL WORKS Corp.


Cob

reCobre puro: AplicacionesCobre puro: Aplicaciones

Consumos por sector

Consumos por sector

40%

25%

15%

10% 10%

Construcción

Eléctrico y Electrónica

Equipos y Maquinaria Industrial

Transportes

Consumo y Productos Generales


Cob

reCobres comercialesCobres comerciales

Cobres afinados (cátodo electroafinado)Cobres afinados (cátodo electroafinado) 0.02-0.05 % O0.02-0.05 % O

Cobres desoxidados (con fósforo)Cobres desoxidados (con fósforo)

Formación de P2O5

Formación de P2O5

Cobre electrorrecuperadoCobre electrorrecuperado Calidad 99.9 %Calidad 99.9 %

11001100

11501150

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

10501050

10001000

CuCu 0.40.4

% en peso, O% en peso, O

0.80.8 1.21.2

a 0.39

Líquido

1066º

a + Cu2O


Cobres sin oxígenoCobres sin oxígeno < 0.001 % O< 0.001 % O

Cob

reCobre calidad cátodo electroafinado: tenaz (ETP)Cobre calidad cátodo electroafinado: tenaz (ETP)

En el Cu tenaz fundido, formación de dendritas y de eutéctico Cu-

Cu2O interdendrítico.



125 mm


Cob

reCobre calidad cátodo electroafinado: tenaz (ETP)Cobre calidad cátodo electroafinado: tenaz (ETP)



En el Cu tenaz laminado en caliente, granos pequeños con maclas

de recocido y alineamiento de la porosidad residual.

O2 beneficioso para la conductividad eléctrica.



En el Cu tenaz laminado en caliente, granos pequeños con maclas

de recocido y alineamiento de la porosidad residual.

O2 beneficioso para la conductividad eléctrica.

125 mm

50 mm


Cob

reCobre tenaz (ETP): FragilizaciónCobre tenaz (ETP): Fragilización

Cu2O + H2 (disuelto en Cu) → 2Cu + H2O (vapor)Cu2O + H2 (disuelto en Cu) → 2Cu + H2O (vapor)


1000

ºC10

00ºC

1.501.50

1.251.25

1.001.000.750.75

0.500.50

0.250.25

6060Pr

ofun

dida

d de

la z

ona

frag

iliza

daPr

ofun

dida

d de

la z

ona

frag

iliza

daTiempo, minTiempo, min

120120 180180 240240

900º

C90

0ºC

800º

C80

0ºC

700º

C70

0ºC

650ºC650ºC

600ºC600ºC

500ºC500ºC

125 mm

Problemas de soldabilidad asociados a roturas. Problemas de soldabilidad asociados a roturas.

Cob

reCobre libre de oxígenoCobre libre de oxígeno

Obtenido por tratamiento del Cu fundido en atmósfera inerte o

reductora.

La estructura del metal colado no contiene eutéctico interdendrítico ni

porosidad apreciable.

No sufre fragilización por hidrógeno: soldabilidad adecuada.

Cu sin oxígeno de calidad electrónica.

Obtenido por tratamiento del Cu fundido en atmósfera inerte o

reductora.

La estructura del metal colado no contiene eutéctico interdendrítico ni

porosidad apreciable.

No sufre fragilización por hidrógeno: soldabilidad adecuada.

Cu sin oxígeno de calidad electrónica.

125 mm


Cob

reCobre desoxidadoCobre desoxidado

Se añade P, por lo que el oxígeno forma P2O5.

Si queda poco P residual (<0.009%) mantiene la conductividad eléctrica. Con mucho P residual (0.04%) la conductividad baja hasta 85% IACS

aplicaciones no eléctricas. Tiene calidad para soldadura.

Se añade P, por lo que el oxígeno forma P2O5.

Si queda poco P residual (<0.009%) mantiene la conductividad eléctrica. Con mucho P residual (0.04%) la conductividad baja hasta 85% IACS

aplicaciones no eléctricas. Tiene calidad para soldadura.

Desaprovechamiento de parte del material

Desaprovechamiento de parte del material

500 mm500 mm

Grandes rechupes durante la solidificación

Grandes rechupes durante la solidificación



Introducción

Cobre puro:



Cobres comerciales




Bronces

Cuproaluminios

Cuproníqueles

Cuproberilios


Introducción

Cobre puro:



Cobres comerciales




Bronces

Cuproaluminios

Cuproníqueles

Cuproberilios


Índice

Ale

acio

nes d

e C

ob

reEfecto de los principales aleantesEfecto de los principales aleantes

Cu

PZn

Cr

Zr

Sn

AlFe

Si

NiMn

Zn

Ni

Sn

ZnTeS

Pb

SnCd

Ag

Si

Al

Sn

As

SiFe

Mn

AlNi

ColorColor

ResistenciaResistencia

DesgasteDesgaste

CorrosiónCorrosión

MaquinabilidadMaquinabilidad


Ale

acio

nes d

e C

ob


100100

8080

6060

4040

2020

1010

3030

7070

5050

9090

000.10.1 0.20.2 0.30.3 0.40.4 0.50.5

PP

FeFe

SiSiAsAsBeBeAlAlMgMg

NiNiSnSn

ZnZnCdCdAgAg

Aleante, %Aleante, %

Con

duct

ivid

ad e

léct

rica,

% IA

CS

Con

duct

ivid

ad e

léct

rica,

% IA

CS

100100

9999

9898

9797

9696

9595

9494

Con

duct

ivid

ad e

léct

rica,

% IA

CS

Con

duct

ivid

ad e

léct

rica,

% IA

CS

00 0.050.05 0.100.10 0.150.15 0.200.20


AgAg

CdCd

ZnZn

SnSn

MgMgNiNiAsAs

AlAlPP FeFe

PbPb

TeTe

SS

OO


Ale

acio

nes d

e C

ob


8080

7070

6060

5050

4040

3030

2020

1010

00 11 22 33 44 55 66 77 88

CdCd

CdCd

AlAl

AlAl

SnSn

SnSn

ZnZn

ZnZn

NiNi

NiNi

Recocido

100% deformación

Res

iste

ncia

, kg/

mm

2R

esis

tenc

ia, k

g/m

m2



dke

psde 0

Relación de Hall-PetchRelación de Hall-Petch

PrecipitaciónPrecipitación

Solución sólidaSolución sólida

DislocacionesDislocaciones

Límite elástico del metal puro monocristalino

Límite elástico del metal puro monocristalino

Ale

acio

nes d

e C

ob


8080

7070

6060

5050

4040

3030

2020

1010

00 11 22 33 44 55 66 77 88

CdCd

CdCd

AlAl

AlAl

SnSn

SnSn

ZnZn

ZnZn

NiNi

NiNi

Recocido

100% deformación

Res

iste

ncia

, kg/

mm

2R

esis

tenc

ia, k

g/m

m2


Endurecimiento por formación de solución sólida .a


La distorsión introducida en la red está relacionada con las diferencias relativas de los tamaños de los átomos.

La distorsión introducida en la red está relacionada con las diferencias relativas de los tamaños de los átomos.

Elemento Radio atómico (nm)

Cu 0.128

Zn 0.133

Sn 0.151

Mn 0.112


Mecanismos de endurecimiento:Mecanismos de endurecimiento:

Ale

acio

nes d

e C

ob


8080

7070

6060

5050

4040

3030

2020

1010

00 11 22 33 44 55 66 77 88

CdCd

CdCd

AlAl

AlAl

SnSn

SnSn

ZnZn

ZnZn

NiNi

NiNi

Recocido

100% deformación

Res

iste

ncia

, kg/

mm

2R

esis

tenc

ia, k

g/m

m2




Mecanismos de endurecimiento:Mecanismos de endurecimiento:

Endurecimiento por formación de compuestos u otra fase.

Endurecimiento por formación de compuestos u otra fase.

Endurecimiento por precipitación.Endurecimiento por precipitación.

Endurecimiento por formación de estructuras martensíticas.

Endurecimiento por formación de estructuras martensíticas.


Ale

acio

nes d

e C

ob



Aleante Aleación

Zn Latón

Sn Bronce

Sn + P Bronce fosforoso

Ni Cuproníquel

Al Cuproaluminio

Be Cuproberilio

Aleaciones de mayor interés en ingenieríaAleaciones de mayor interés en ingenieríaLato

nes


CuCu ZnZn2020 4040 6060 808000

200200

400400

600600

800800

10001000

12001200

L

a

b

b’

g d

e

h

1084.5º

903º

456º 468º

835º

700º

598º

558º

424º

419.58º

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

% en peso, Zn% en peso, Zn

Lato

nes

Aleaciones Cu-Zn: LatonesAleaciones Cu-Zn: Latones

Hasta 40% Zn

Latones aleados: Sn, Al, Si, Mn, Ni, Pb (x < 4%)

Hasta 40% Zn

Latones aleados: Sn, Al, Si, Mn, Ni, Pb (x < 4%)

• latones rojos• latones rojos

• latones semi-rojos• latones semi-rojos

• latones amarillos• latones amarillos


Aleaciones Cu-Zn: LatonesAleaciones Cu-Zn: LatonesLato

nes

250250

600600

800800

10001000

12001200

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

400400

CuCu ZnZn20201010 3030 4040 5050


LíquidoLíquido

aa

bb

b’b’

+a b+a b

+a b’+a b’

835º

1084,5º

903º

32,5

456º468º

45,548,9

+b g+b g

b’+gb’+g

Latones Latones Hasta un 39% Zn

Pueden contener pequeñas proporciones de fase b

Hasta un 39% Zn

Pueden contener pequeñas proporciones de fase b

Latones +bLatones +b 37,5 - 46% Zn

Porcentajes de fase bmayores al aumentar el contenido de Zn

37,5 - 46% Zn

Porcentajes de fase bmayores al aumentar el contenido de Zn

Latones bLatones b A partir de un 46% Zn

Incrementos de Zn hasta un 50% provocan la aparición de la fase g

A partir de un 46% Zn

Incrementos de Zn hasta un 50% provocan la aparición de la fase g


Latones : MicroestructuraLatones : Microestructura

95/595/5

90/1090/10 70/3070/30

70/3070/30

Lato

nes


Latones : a Propiedades mecánicas Latones : a Propiedades mecánicas Lato

nes

6060

6060

5050

4040

3030

Res

iste

ncia

, kg/

mm

2R

esis

tenc

ia, k

g/m

m2

2020

Extraduro

Extraduro

DuroDuro

SemiduroSemiduro

RecocidoRecocido

4040

2020

00

Ala

rgam

ient

o, %

100100 9090 8080 7070 6060

Cobre, %Cobre, %5050

ExtraduroExtraduro

DuroDuroSemiduroSemiduro

RecocidoRecocido

Efecto del endurecimiento por

solución sólida

Efecto del endurecimiento por

solución sólida

Aumento de la ductilidad con el contenido de Zn

Aumento de la ductilidad con el contenido de Zn

La aparición de la fase b frágil modifica la tendencia

en estas propiedades

La aparición de la fase b frágil modifica la tendencia

en estas propiedades


Latones : a Propiedades mecánicas Latones : a Propiedades mecánicas Lato

nes

Espa

ciad

o en

tre

línea

s de

des

lizam

ient

o, A

Espa

ciad

o en

tre

línea

s de

des

lizam

ient

o, A

3030202015151010

% Alargamiento% Alargamiento5500 2525

00

10001000

20002000

30003000

40004000

50005000

30% Zn30% Zn

15% Zn15% Zn

3% Zn3% Zn

CuCu

Tamaño de grano: 0.01 mmTamaño de grano: 0.01 mm

55

3030202015151010 252555

3030

2020

1515

4040

2525

3535

4545

% en peso de Zn% en peso de ZnEn

ergí

a de

fallo

de

apila

mie

nto,

J/m

2 x 1

03En

ergí

a de

fallo

de

apila

mie

nto,

J/m

2 x 1

03


Líquido

a

+a b

+a b’ b’

b

L+a

L+b

ZONA DE TRABAJO EN CALIENTE

ZONA DE RECRISTALIZACIÓN

ZONA DE ALIVIO DE TENSIONES

Baja maquinabilidad

Buena formabilidad en frío Baja formabilidad en fríoAlta maquinabilidad

Baja formabilidad en caliente

Buena formabilidad en caliente

Buena formabilidad en

caliente

902ºC

454ºC

CuCu 2020 40401010 3030

% en peso, Zn% en peso, Zn5050

200200

400400

600600

800800

100010001083108311001100

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

Lato

nes

Latones : a Propiedades mecánicas Latones : a Propiedades mecánicas


Lato

nes

Corrosión bajo tensiones (“season cracking”)Corrosión bajo tensiones (“season cracking”)

Latones : a Corrosión Latones : a Corrosión

Latones con contenidos de Zn elevados (>20% Zn)

Latones con contenidos de Zn elevados (>20% Zn)

Deformación en frío

Deformación en frío

Atmósferas amoniacalesAtmósferas amoniacales

++

++


Lato

nes


4OHNHZnNHCu

O2HO8NHZnCu2

43

2

43

223

Disolución anódica del metal:Disolución anódica del metal:

4OH4eO2HO 22

Reacción catódica:Reacción catódica:

Disolución en los límites de grano

conduce a concentración de

tensiones y a rotura corrosión

bajo tensión

Disolución en los límites de grano

conduce a concentración de

tensiones y a rotura corrosión

bajo tensión


Lato

nes


Descincado / DesaleaciónDescincado / Desaleación

Latones con contenidos de Zn moderados

(>15% Zn)

Latones con contenidos de Zn moderados

(>15% Zn)

Ausencia de inhibidores

Ausencia de inhibidores

Condiciones de servicio adecuadas

Condiciones de servicio adecuadas

++

++


Lato

nes


Descincado / DesaleaciónDescincado / Desaleación

Disolución de la aleación Disolución de la aleación

Posterior deposición de cobre poroso poco adherente

Posterior deposición de cobre poroso poco adherente

As, Sb y Sn como inhibidores

As, Sb y Sn como inhibidores

ZnZn


Lato

nes

250250

600600

800800

10001000

12001200

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

400400

CuCu ZnZn20201010 3030 4040 5050


LíquidoLíquido

aa

bb

b’b’

+a b+a b

+a b’+a b’

835º

1084,5º

903º

32,5

456º468º

45,548,9

+b g+b g

b’+gb’+g

Latón de cartuchería 70Cu-30Zn

Latón de cartuchería 70Cu-30Zn

Latones : a Aleaciones comerciales Latones : a Aleaciones comerciales

Excelente deformabilidad en frío

Excelente formabilidad

Buena soldabilidad

Susceptibles a la corrosión bajo tensiones y al descincado

Excelente deformabilidad en frío

Excelente formabilidad

Buena soldabilidad

Susceptibles a la corrosión bajo tensiones y al descincado


250250

600600

800800

10001000

12001200

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

400400

CuCu ZnZn20201010 3030 4040 5050


LíquidoLíquido

aa

bb

b’b’

+a b+a b

+a b’+a b’

835º

1084,5º

903º

32,5

456º468º

45,548,9

Lato

nes

+b g+b g

b’+gb’+g

Latón bajo (tombac) 80Cu-20Zn

Latón bajo (tombac) 80Cu-20Zn



Lato

nes

250250

600600

800800

10001000

12001200

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

400400

CuCu ZnZn20201010 3030 4040 5050


LíquidoLíquido

aa

bb

b’b’

+a b+a b

+a b’+a b’

835º

1084,5º

903º

32,5

456º468º

45,548,9

+b g+b g

b’+gb’+g

Latón rojo 85Cu-15ZnLatón rojo 85Cu-15Zn



Lato

nes

250250

600600

800800

10001000

12001200

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

400400

CuCu ZnZn20201010 3030 4040 5050


LíquidoLíquido

aa

bb

b’b’

+a b+a b

+a b’+a b’

835º

1084,5º

903º

32,5

456º468º

45,548,9

+b g+b g

b’+gb’+g

Bronce comercial 90Cu-10Zn

Bronce comercial 90Cu-10Zn



Lato

nes

250250

600600

800800

10001000

12001200

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

400400

CuCu ZnZn20201010 3030 4040 5050


LíquidoLíquido

aa

bb

b’b’

+a b+a b

+a b’+a b’

835º

1084,5º

903º

32,5

456º468º

45,548,9

+b g+b g

b’+gb’+g

Latón de dorar (metal Gilding) 95Cu-5Zn

Latón de dorar (metal Gilding) 95Cu-5Zn



Latones +bLatones +bLato

nes

37,5% < Zn% < 46%

37,5% < Zn% < 46%


Líquido

+a b

+a b’ b’

b

L+b



ZONA DE ALIVIO DE TENSIONES Baja formabilidad en frío

Alta maquinabilidad



caliente

902ºC

454ºC

40403030 5050

a

L+a

Baja maquinabilidad

Buena formabilidad en frío


CuCu 20201010200200

400400

600600

800800

100010001083108311001100

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC


Cu Zn

50% Cu, 50% Zn

Desordenada:

Ordenada:

Fase bFase b

Fase b’Fase b’

456ºC456ºC

Latones +bLatones +bLato

nes

60/4060/40


Latones bLatones b

Líquido

a

+a b

+a b’ b’

b

L+a

L+b



ZONA DE ALIVIO DE TENSIONES

Baja maquinabilidad

Buena formabilidad en frío Baja formabilidad en fríoAlta maquinabilidad




caliente

902ºC

454ºC

CuCu 2020 40401010 3030

% en peso, Zn% en peso, Zn5050

200200

400400

600600

800800

100010001083108311001100

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

Lato

nes

Zn% ~ 46%Zn% ~ 46%


Latones bLatones bLato

nes

50/5050/50

Enfriamiento lento: formación de

dendritas de b primaria rodeadas

de fase a

Enfriamiento lento: formación de

dendritas de b primaria rodeadas

de fase a

Enfriamiento rápido:

sólo aparece fase b

Enfriamiento rápido:

sólo aparece fase b


Lato

nes

Latones aleadosLatones aleados

Mejorar su maquinabilidad

Mejorar su resistencia mecánica

Mejorar su resistencia a la corrosión

Otras razones especiales

Mejorar su maquinabilidad

Mejorar su resistencia mecánica

Mejorar su resistencia a la corrosión

Otras razones especiales

Razones para alear los latones:Razones para alear los latones:Pb

(hasta 4%)

Forma una fase

globular dispersa

Pb

(hasta 4%)

Forma una fase

globular dispersa

SiAumenta el

contenido de

fase

SiAumenta el

contenido de

fase

Sn

(aprox. 1%)

Latón almirantazgo (base 70/30)

Latón naval (base 60/40)

Sn

(aprox. 1%)

Latón almirantazgo (base 70/30)

Latón naval (base 60/40)

AsProtege contra la descinficación

Ni10-20%: alpacas

AsProtege contra la descinficación

Ni10-20%: alpacas


Lato

nes

CuCu PbPb20201010 3030 4040 5050

% en peso, Pb% en peso, Pb6060 7070 8080 9090

200200

600600

800800

10001000

12001200

400400

300300

500500

700700

900900

Líquido1

+a L2

1084,5º

36 955º87

326º99,94

Latones aleados: Latones al PbLatones aleados: Latones al Pb

Líquido1 (36% Pb) (100% Cu) + líquido2 (87% Pb)Líquido1 (36% Pb) (100% Cu) + líquido2 (87% Pb)

Líquido2 (99.94% Pb) (100% Cu) + (99.993% Pb)Líquido2 (99.94% Pb) (100% Cu) + (99.993% Pb)


Lato

nes

Latones aleados: Latones al Sn y AlLatones aleados: Latones al Sn y Al

Latón de cartuchería (70/30) + 1% SnLatón de cartuchería (70/30) + 1% Sn Latón de almirantazgoLatón de almirantazgo

Resistencia a la corrosiónResistencia a la corrosión

77.5% Cu / 20.5% Zn / 2.0% Al% 77.5% Cu / 20.5% Zn / 2.0% Al% Latón al AlLatón al Al

Metal de Muntz (60/40) + 1% SnMetal de Muntz (60/40) + 1% Sn

Fundición

Latón navalLatón naval

Laminado en caliente


Aleaciones de mayor interés en ingenieríaAleaciones de mayor interés en ingenieríaB

ron

ces


1% < Sn% < 20% + Otros elementos (Zn, Pb, P) Sn: aumenta la resistencia mecánica y la resistencia

a la corrosión. Suelen contener hasta un 11% Sn, y también P

bronces al P. P: aumenta la resistencia al desgaste y la rigidez Algunos bronces contienen Pb como aditivo: mejora

su maquinabilidad. Buena soldabilidad.

1% < Sn% < 20% + Otros elementos (Zn, Pb, P) Sn: aumenta la resistencia mecánica y la resistencia

a la corrosión. Suelen contener hasta un 11% Sn, y también P

bronces al P. P: aumenta la resistencia al desgaste y la rigidez Algunos bronces contienen Pb como aditivo: mejora

su maquinabilidad. Buena soldabilidad.

Aleaciones Cu-Sn: BroncesAleaciones Cu-Sn: BroncesB

ron

ces

Elemento Radio atómico (nm)

Cu 0.128

Zn 0.133

Sn 0.151


% en peso, Sn% en peso, Sn

200200

400400

600600

800800

10001000

11001100

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

300300

500500

700700

900900

7070 8080 9090 SnSn

LíquidoLíquido

aabb gg

dd

+a e+a e

ee

hh

h’h’

520º

350º

586º

798º

11,0

15,8

13,5

CuCu 2020 40401010 3030 5050 6060

Bro

nces

Aleaciones Cu-Sn: BroncesAleaciones Cu-Sn: Bronces

Fase a: solución sólida FCC.

Fase b: Cu5Sn.

Fase g.

Fase d: Cu31Sn8.

Fase e: Cu3Sn.

Fase a: solución sólida FCC.

Fase b: Cu5Sn.

Fase g.

Fase d: Cu31Sn8.

Fase e: Cu3Sn.


R. Peritéctica

Líquido + a → bLíquido + a → b

R. Eutectoides

b → a + gb → a + g

g → a + dg → a + d

d → a + ed → a + e


Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

CuCu 2020 40401010 3030 5050

200200

400400

600600

800800

10001000

11001100

300300

500500

700700

900900

6060

aabb gg

ddee520º

350º

586º

798º

11,0

15,8

13,5

7070

LíquidoLíquido

hh

h’h’

Bro

nces

Aleaciones Cu-Sn: BroncesAleaciones Cu-Sn: Bronces


9090 SnSn


Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

CuCu 2020 40401010 3030 5050

200200

400400

600600

800800

10001000

11001100

300300

500500

700700

900900

6060

aabb gg

ddee520º

350º

586º

798º13,5

7070 8080

LíquidoLíquido

hh

h’h’

9090 SnSn


Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

CuCu 2020 40401010 3030 5050

200200

400400

600600

800800

10001000

11001100

300300

500500

700700

900900

6060

aabb gg

ddee520º

350º

586º

798º13,5

7070 8080

LíquidoLíquido

hh

h’h’

9090 SnSn


Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

CuCu 2020 40401010 3030 5050

200200

400400

600600

800800

10001000

11001100

300300

500500

700700

900900

6060

aabb gg

ddee520º

350º

586º

798º13,5

7070 8080

LíquidoLíquido

hh

h’h’

9090 SnSn


Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

CuCu 2020 40401010 3030 5050

200200

400400

600600

800800

10001000

11001100

300300

500500

700700

900900

6060

aabb gg

ddee520º

350º

586º

798º13,5

7070 8080

LíquidoLíquido

hh

h’h’

90Cu - 10Sn + trazas P90Cu - 10Sn + trazas P

Bro

nces

Bronces ordinarios: MicroestructuraBronces ordinarios: Microestructura

Eutectoide a + dEutectoide a + d

SegregaciónSegregación

80Cu - 15Sn80Cu - 15Sn

Maclas de recocido

Maclas de recocido


Bro

nces

90Cu - 10Sn90Cu - 10Sn

Bronces ordinarios: AplicacionesBronces ordinarios: Aplicaciones


Aleaciones de mayor interés en ingenieríaAleaciones de mayor interés en ingenieríaC

up

roalu

min

ios


Cu

pro

alu

min

ios

Buena resistencia mecánica Excelente resistencia a la

corrosión Buenas propiedades a alta

temperatura Buena resistencia a fatiga Resistencia a la oxidación Elevadas dureza y resistencia al

desgaste Ductilidad Buena soldabilidad (según fases

presentes) Fáciles de mecanizar Color dorado

Buena resistencia mecánica Excelente resistencia a la

corrosión Buenas propiedades a alta

temperatura Buena resistencia a fatiga Resistencia a la oxidación Elevadas dureza y resistencia al

desgaste Ductilidad Buena soldabilidad (según fases

presentes) Fáciles de mecanizar Color dorado

9-12% Al

Hasta 6% Fe, Ni

9-12% Al

Hasta 6% Fe, Ni

Aleaciones Cu-Al: CuproaluminiosAleaciones Cu-Al: Cuproaluminios


Cu

pro

alu

min

ios

11,8

% en peso, Al% en peso, Al

aa

bbg1g1

1037º7,5

g2g2

LíquidoLíquido

9,5

565º

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

600600

800800

10001000

11001100

500500

700700

900900

22 44 88 101066 1212 1414 1616 1818 2020CuCu

9,4

Cuproaluminios: MicroestructuraCuproaluminios: Microestructura

Fase Fase 7.5 - 9.4% Al Muy dúctil, admite deformación

en frío

7.5 - 9.4% Al Muy dúctil, admite deformación

en frío

Fase bFase b BCC Fácilmente deformable en

caliente Descomposición eutectoide

BCC Fácilmente deformable en

caliente Descomposición eutectoide

Fases g1 / g2Fases g1 / g2

Cu9Al4

g2 muy dura y frágil

Cu9Al4

g2 muy dura y frágil


aa

bbg1g1

1037º7,5

g2g2

LíquidoLíquido

9,5

565º

Tem

pera

tura

, ºC

Tem

pera

tura

, ºC

600600

800800

10001000

11001100

500500

700700

900900

22 44 88 101066 1212 1414 1616 1818 2020CuCu

9,4

Cuproaluminios: MicroestructuraCuproaluminios: MicroestructuraC

up

roalu

min

ios

Fase a (Estructura

Windmanstätten)

Fase a (Estructura

Windmanstätten)


Cu

pro

alu

min

ios

Tem

per

atu

ra

Tiempo

aa

bbg1g1

1037º7,5

g2g2

LíquidoLíquido

9,5

565º

11,8

% en peso, Al% en peso, AlTe

mpe

ratu

ra, º

CTe

mpe

ratu

ra, º

C

600600

800800

10001000

11001100

500500

700700

900900

22 44 88 101066 1212 1414 1616 1818 2020CuCu

9,4

Cuproaluminios: MicroestructuraCuproaluminios: Microestructura


Cuproaluminios: Propiedades mecánicasCuproaluminios: Propiedades mecánicas

La fase 2 es frágil la aparición de

la estructura eutectoide debe

evitarse en aleaciones

comerciales.

Estructura completamente

martensítica resistencia y dureza

elevadas, poca ductilidad.

Martensita revenida buenas

resistencia y ductilidad.

Adiciones de 5% Fe + 5% Ni

resistencia y tenacidad

excepcionales, además de

resistencia a la corrosión y

oxidación a elevadas temperaturas.

La fase 2 es frágil la aparición de

la estructura eutectoide debe

evitarse en aleaciones

comerciales.

Estructura completamente

martensítica resistencia y dureza

elevadas, poca ductilidad.

Martensita revenida buenas

resistencia y ductilidad.

Adiciones de 5% Fe + 5% Ni

resistencia y tenacidad

excepcionales, además de

resistencia a la corrosión y

oxidación a elevadas temperaturas.Cu

pro

alu

min

ios

% en peso, Al% en peso, Al22 44 88 101066

2020

1010

3030

4040

5050

6060

7070

8080

Res

iste

ncia

(ton

/pul

g.2 )

y A

larg

amie

nto,

%R

esis

tenc

ia (t

on/p

ulg.

2 ) y

Ala

rgam

ient

o, %

AlargamientoAlargamiento

ResistenciaResistencia

Cuproaluminios Cuproaluminios Aparece Aparece



up

ron

íqu

ele

s


Cu

pro

níq

uele

sAleaciones Cu-Ni: cuproníquelesAleaciones Cu-Ni: cuproníqueles

Muy resistentes a la corrosión, sobre todo en ambientes marinos.

Resistentes a la biocontaminación marina. Térmicamente estables. Adiciones de Fe, Cr, Nb y/o Mn mejora su resistencia

mecánica y a la corrosión.

Muy resistentes a la corrosión, sobre todo en ambientes marinos.

Resistentes a la biocontaminación marina. Térmicamente estables. Adiciones de Fe, Cr, Nb y/o Mn mejora su resistencia

mecánica y a la corrosión.

2-30% Ni2-30% Ni

Fuente: Copper Development Association, U.S.A.


Cuproníqueles: Propiedades mecánicasCuproníqueles: Propiedades mecánicasC

up

ron

íqu

ele

s

2020

1010

3030

4040

5050

6060

7070

8080

Tens

ión

(ksi

) A

larg

amie

nto,

%Te

nsió

n (k

si)

Ala

rgam

ient

o, %

% en peso, Ni% en peso, Ni2020 4040 8080 1001006060

0000

2020

1010

3030

4040

5050

6060

0000

0.0060.006

0.0050.005

0.0040.004

0.0030.003

0.0020.002

0.0010.001R

esis

tivid

ad

(mo

·cm

)R

esis

tivid

ad

(mo

·cm

)

Coe

ficie

nte

de te

mpe

ratu

raC

oefic

ient

e de

tem

pera

tura

% en peso, Ni% en peso, Ni2020 4040 8080 1001006060


Cu

pro

níq

uele

s

30% Ni30% Ni

10% Ni10% Ni

Cuproníqueles: MicroestructuraCuproníqueles: Microestructura

% en peso, Ni% en peso, Ni2020 4040 8080 NiNi60601010 3030 5050 7070 9090CuCu

200200

300300

11001100

12001200

13001300

14001400

15001500

(a Cu,Ni)(a Cu,Ni)

1455º

LíquidoLíquido

1084,5º

a1a1 a2

a2

322º358º

TEMPERATURA DE CURIE a1 + a2

a1 + a2


http://www.msm.cam.ac.uk/doitpoms/miclib/full_record.php?ID=10




up

rob

eri

lios


Cu

pro

beri

lios

Aleaciones con alto contenido de cobre: cobre-berilio / cobre-berilio-cobaltoAleaciones con alto contenido de cobre: cobre-berilio / cobre-berilio-cobalto

Aleaciones Cu-Be de alta resistencia

Aleaciones Cu-Be de alta conductividad

Forja1.6-2% Be0.3% Co

FundiciónHasta 2.7% Be

0.2-0.7% BeMayores cantidades de Ni y Co

Elevada resistencia mecánica.

Buenas conductividades térmica y

eléctrica.

Dureza y límite elástico elevados.

Características no explosivas (industria

química).

Coste elevado.

Tratables térmicamente: endurecibles por

precipitación.

Elevada resistencia mecánica.

Buenas conductividades térmica y

eléctrica.

Dureza y límite elástico elevados.

Características no explosivas (industria

química).

Coste elevado.

Tratables térmicamente: endurecibles por

precipitación.Fuente: Copper Development Association, Reino Unido


500500

10001000

TiempoTiempo

Tem

pera

tura

Tem

pera

tura

Cu

pro

beri

lios 11001100

10001000

900900

800800

700700

600600

500500

400400

300300

2002002211 33 44 55 66 77 88 99 1010CuCu

% en peso, Be% en peso, Be

LíquidoLíquido

6.0

g1 + g2

g1 + g2

(Cu) + g2

(Cu) + g2

g1g1(Cu)(Cu)

1.55

2.7 4.14.3866º 853º, 5.0%

605º

MaduraciónMaduración

SolubilizaciónSolubilización

TempleTemple

Solución sólida metaestable Cu-

Be

Solución sólida metaestable Cu-

Be

Cuproberilios: MicroestructuraCuproberilios: Microestructura


500500

10001000

TiempoTiempo

Tem

pera

tura

Tem

pera

tura

Cu

pro

beri

lios


SolubilizaciónSolubilización

sobresaturada sobresaturada

TempleTempleMaduraciónMaduración

Zonas GPZonas GP


saturada saturada

g2g2


g2g2

Sólida sólida sobresaturadaSólida sólida

sobresaturadaZonas

Guinier-PrestonZonas

Guinier-Preston’’

(barritas, placas)BCT

a = b = 2.79 Åc = 2.54 Å

(barritas, placas)BCT

a = b = 2.79 Åc = 2.54 Å

CuBe (ordenada)BCC

a = 2.70 Å

CuBe (ordenada)BCC

a = 2.70 Å

Moldeo

Forja (sobreenvejecida)

Forja

Cu

pro

beri

lios

Cuproberilios: MicroestructuraCuproberilios: Microestructura



Introducción

Cobre puro:



Cobres comerciales




Bronces

Cuproaluminios

Cuproníqueles

Cuproberilios


Introducción

Cobre puro:



Cobres comerciales




Bronces

Cuproaluminios

Cuproníqueles

Cuproberilios


Índice

Recic

lad

o


Reciclado del cobre y de sus aleacionesReciclado del cobre y de sus aleaciones

Recic

lad

o


Reciclado del cobre y de sus aleacionesReciclado del cobre y de sus aleaciones

BibliografíaBibliografía

Herenguel, J. Metalurgia especial. Tomo II: El cobre y sus aleaciones. Ediciones URMO. Bilbao, 1970.

Avner, S.H. Introducción a la metalurgia física. Ediciones del Castillo. Madrid, 1969.

Barroso Herrero, S. e Ibáñez Ulargui, J. Introducción al conocimiento de materiales. Ediciones UNED. Madrid, 2002.

Smith, W.F. Structure and properties of engineering alloys. 2nd edition. McGraw-Hill International Editions. 1993.

Sancho, J., Verdeja, L.F. y Ballester, A. Metalurgia extractiva. Volumen II: Procesos de obtención. Editorial Síntesis. Madrid, 2000.

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Engineering

Ejemplo trabajo cobre