ResumenIntroducciónGeneralidades del cobreMetalurgia del Cobre

Proceso PirometalúrgicoProceso Hidrometalúrgico

Clasificación del Cobre y Aleaciones de CobreCobre no aleadoLatonesBroncesCuproníquelesCuproaluminios

Mención de aleaciones con Efecto de Memoria de Forma

Evolución de la Ingeniería en Materiales

Edad de Piedra: 2500000 - 3000 a.CEdad de Cobre: 4000 – 3000 a.C Edad de Bronce: 3000 – 1500 a.C Edad de Hierro: 1500 a.C

El cobre fue uno de los primeros metales utilizados por la cultura humana (junto con el oro). Se piensa que este metal fue descubierto alrededor del año 6000 a.C. En aquel tiempo, el cobre se encontraba en estado metálico (cobre nativo). Los pueblos antiguos confeccionaban utensilios y armas, martilleando este metal (forjado en frío). El cobre forjado era más duro (endurecimiento por deformación) y su atractivo color rojizo lo hicieron muy apreciado por las civilizaciones antiguas.Cerca del 4000 a.C. se descubrió que el cobre podía ser fundido y colado en una variedad de formas útiles. Posteriormente se descubrió que el cobre aleado con estaño podría ser fundido más fácilmente que el metal puro. Esto condujo al uso generalizado del bronce, que dio nombre a la Edad del Bronce.Para los antiguos romanos, la isla de Chipre era casi la única fuente de este metal, por lo cual le llamaron “aes cyprium” (metal de Chipre). Luego fue abreviado a “cyprium” y posteriormente a “cuprium”. De aquí deriva el símbolo químico del cobre Cu.El símbolo del cobre se representó con el mismo signo que Venus (la Afrodita griega) pues Chipre estaba consagrada a la diosa de la belleza y los espejos se fabricaban de este metal. El símbolo, espejo de Venus, modificación del Ankh egipcio, fue posteriormente adoptado para simbolizar el género femenino (♀).

Ankh (símbolo egipcio de la vida

eterna) Espejo de Venus

Nota Histórica

Generalidades del Cobre

• Excelente Conductividad Eléctrica (precedido por Ag).• Excelente Conductividad Térmica.• Elevada Ductilidad y Maleabilidad.• Resistencia a la corrosión – Metal Seminoble Pátina Verde.

• Excelente Conductividad Eléctrica (precedido por Ag).• Excelente Conductividad Térmica.• Elevada Ductilidad y Maleabilidad.• Resistencia a la corrosión – Metal Seminoble Pátina Verde.

• Muy buena soldabilidad.• Excelente resistencia a la corrosión.• Endurecimiento por def. plástica en frío y en caliente (Acritud).• Algunas son bonificables.• Relativam. baja Dureza.• Relativam. baja Resistencia Mecánica.• Elevada Ductilidad. • No magnético.• Reciclable.

Conductividad Relativa (Cu=100)

Metal Eléctrica Térmica

Ag 106 108

Cu 100 100

Au 72 76

Al 62 56

Mg 39 41

Zn 29 29

Ni 25 15

Cd 23 24

Co 18 17

Fe 17 17

Acero 13-17 13-17

Pt 16 18

Sn 15 17

Pb 8 9

Aleaciones

El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el aluminio.

Propiedades del Cobre PuroPropiedades del Cobre Puro

Propiedades del Cobre y de aleaciones de cobrePropiedades del Cobre y de aleaciones de cobre

Usos generales del Cu y aleaciones

1) Construcción de edificios 48%: cables eléctricos, fontanería y calefacción, aire acondicionado y refrigeración comercial, terminaciones y usos arquitectónicos.

2) Productos eléctricos y electrónicos 21%: Cables y equipos para la energía y servicios públicos de telecomunicaciones, equipos electrónicos y dispositivos de alumbrado y cableado.

3) Maquinaria y equipo industrial 10%: Equipos de planta, válvulas y accesorios, instrumentos no eléctricos e intercambiadores de calor.

4) Industria Automotriz y transporte en general 10%: Camiones, autos, autobuses, ferrocarril, barcos, vehículos aéreos y espaciales.

5) Productos de consumo y de uso general 11%: electrodomésticos, juegos de cables, pertrechos militares y municiones comerciales, electrónica de consumo, cierres y clausuras, monedas, utensilios y cubiertos, adornos y otros.

Building construction

Electrical andelectronic products

Industrial machineryand equipment

Transportationequipment

Consumer and generalproducts

1

2

4

3

5

http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/copper.xls

USD/KG USD/ton Costo relativoSteel Coil (hot rolled) 0,513 513 1

Alum Alloy 1,730 1730 3Aluminum 1,904 1904 4

Zinc 2,136 2136 4SS304 (hot rolled) 2,21 2210 4

Lead 2,241 2241 4Copper 6,500 6500 13

Tin 14,855 14855 29Nickel 16,185 16185 32Gold 10000 10000000 19493

http://www.metalprices.com/#http://www.steelonthenet.com/prices.html

Comparación de Precios

Estructuras del Cu y sus aleaciones

La celdilla fundamental de la red espacial de un grano cristalino de cobre es cúbica de caras centradas. Si se añade un segundo elemento de aleación, puede ocurrir:

• Solución sólida α. Con pequeñas cantidades de soluto, se obtiene una sustitución desordenada en la red espacial del cobre, conservando la red espacial cúbica de caras centradas. (ejemplos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si)

• Estructura cúbica de cuerpo centrada, fase β (desordenado). Al incrementar la proporción del soluto, en algunos casos se forma una nueva esructura cristalina.

• Estructura cúbica de cuerpo centrada, fase β’ (ordenado). Bajo ciertas condiciones de equilibrio ocurre una nueva ordenación de la red espacial. Por ejemplo, en latones β, cuando Nº átomos Cu ≈ Zn, uno de los los átomos ocupan los vértices de la celdilla findamental.

• Insolubilidad. Algunos átomos no entran en solución sólida con el Cu, los cuales retienen su propia red cristalina. Permaneces distribuidos en la red cristalina del Cu. Ejemplos: Pb, Fe, Bi. Pueden ser beneficiosas perjudiciales.

• Formación de compuestos químicos estables. Ejemplos: O, S, Se, Te. Se producen precipitados. En algunos casos son deseables, según cómo varía la solubilidad del precipitado con la temperatura y la forma y ubicación del precipitado.

• Formación de estructuras martensíticas. En algunos casos, mediante un TT adecuado. Ejemplos: Latón: tetragonal de caras centrada, Cu-Sn β’, Cu-Al β’ (pseudohexagonal) y γ’ (hexagonal compacta).

En la antigüedad, el cobre se encontraba disponible en la naturaleza como elemento libre (cobre nativo).

Debido que actualmente las reservas de Cu nativo están agotadas, se extrae de sus minerales (sulfuros u óxidos), dando origen a dos tipos de procesos de extracción:

Las minas de cobre más importantes se encuentran en EEUU, Cordillera de los Andes, África Central y Rusia.

El mineral de cobre contiene, en general, entre 0.2 y 3% de Cu

Metalurgia del Cobre

Procesos de Extracción Pirometalúrgicos (minerales sulfurados)

Procesos de Extracción Hidrometalúrgico (minerales oxidados)

Procesos de Extracción Pirometalúrgicos (minerales sulfurados)

Procesos de Extracción Hidrometalúrgico (minerales oxidados)

Mina de Chuquicamata

Metalurgia del CobreLas menas se dividen en sulfuradas, oxidadas y mixtas. Las menas sulfuradas suelen ser de origen primario, mientras que las menas oxidadas se forman como resultado de la oxidación de los minerales sulfurados. En general, en las menas hay cantidades considerables de otros metales: Zn, Pb, Au, Ag, Ni, Se, Ta.

Calcosina (Cu2S) Calcopirita (CuFeS2) Cuprita (Cu2O)

Covellina (CuS) Tenerita (CuO)

Procesos de Extracción Pirometalúrgico

Procesos de Extracción Hidrometalúrgico

1) Roca dinamitada (1-6%Cu)

2) Transporte

3) Trituración

4) Molienda

5) Concentración (flotación) 35%Cu

6) Filtrado

Concentradode Cu

Gases de escape: Óxidos de S(Posteriormente H2SO4)

Proceso Pirometalúrgico

http://mineria-chilena.blogspot.com/

7) Secado en horno en medio oxidante a 600ºC (se limina el 50% del S)

Proceso Pirometalúrgico

Concentrado de Sulfuros de Cu y Fe + Metales de Interés

Horno de Reverbero u Horno Eléctrico

Escoria + SO2(sulfuros)

Mata(40%Cu + MI)

ConvertidoresEscoria + 2% Cu(Óxidos Fe, Si, Ca, Mg)

Lingotes de Cu Blister(98%Cu + MI)

Horno de Afino(Afino Térmico)

Escoria

Tough Pitch Copper(99.5%Cu + MI) Cu TP

Afino Electrolítico Fango + MI

Cobre electrolítico(99.9%Cu)

Horno de Inducción Escoria

Electrolitic Tough Pitch Copper(Cu ETP)

Lingotes Barras

Metales de Interés

Proceso Hidrometalúrgico

El mineral debe ser reducido a un tamaño de 1cm de diam para la lixiviación.

El material triturado se transporta canchas de apilamiento, para su posterior tratamiento de Lixiviación.

Riego por goteo o aspersión de una solución de ácido sulfúrico o soluciones de amonio. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre. Luego de 14 a 60 días, se obtiene una solución enriquecida en cobre, pero con muchas impurezas.

Objetivo: Obtener una solución purificada sólo con cobre. En esta etapa se transfiere selectivamente los iones de cobre desde la solución lixiviada hacia la solución electrolítica, mediante una solución orgánica (mezcla de solvente parafínico y un reactivo extractante).

1. Molienda – Trituración: 1. Molienda – Trituración:

2. Apilamiento:2. Apilamiento:

3. Lixiviación:3. Lixiviación:

4. Extracción por solvente (SX)4. Extracción por solvente (SX)

5. Electrodeposición (EW)5. Electrodeposición (EW)

Proceso Hidrometalúrgico1

2

3

4

5http://www.haldeman.cl/minerahmc/index.php/es/proceso-productivo

Clasificación del cobre y de las aleaciones de cobre

1) Cobre no Aleado

2) Latones (Cu-Zn)

3) Alpacas (Cu-Zn-Ni)

4) Latones especiales (Cu-Zn + Sn / Al / Fe / Mn / Ni / Si / Pb)

5) Bronces (Cu-Sn)

6) Cuproníqueles (Cu-Ni)

7) Cuproaluminios

8) Cuproplomos

9) Cuproberilios

10)Cuprosilicios

11)Cupromanganesos

12)Cuproantimonios

Cobre no Aleado

Uso Eléctrico Uso Ingenieril

Cobre no Aleado

Cobre puros: TP, ETPHC, OFHC, DLP, DHP Cobres débilmente aleados. Poseen pequeñas cantidades de algunos aleantes con la finalidad de endurecer (End x ss, End x def, End x pp) y aumentar la T de recristalización. Los aleantes elegidos no deben disminuir demasiado la conductividad. ● Cu-Ag (<1%): 100 IACS. T<200ºC. End por ss. ● Cu-Cd (<1%): 90-97 IACS. T<200ºC. End por ss. ● Cu-Zr (<0.2%): 93 IACS. T<400ºC. End x def + End x pp + End x env. ● Cu-Cr (<1%): 80-85 IACS. T<350ºC. End x pp ● Cu de maquinabilidad mejorada (Te, Pb, S): 95-98 IACS. End por ss.

Conductividad Térmica Resistencia a la Corrosión Soldabilidad (Brazing y Soldering) Ductilidad Tenacidad Antimicrobiano Maleabilidad Rango de Colores y acabados superficiales Reciclabilidad

http://www.copperinfo.co.uk/alloys/copper/homepage.shtml

Cobres de uso eléctrico (elevada conductividad):Cobres de uso eléctrico (elevada conductividad):

Cobres de uso ingenieril (no eléctrico): Arquitectura y cañerías:Cobres de uso ingenieril (no eléctrico): Arquitectura y cañerías:

Grado Proceso % Cu min

% O Susceptible a FPH?

Conductividad(IACS)

TP Refinado térmico 99.85 0.02 a 0.04 Si 95 (tipico)

ETPHC Refinado térmico y electrolítico. 99.90 0.02 a 0.04 Si >100

OFHC Refinado térmico y electrolítico. Refundido bajo condiciones reductoras (CO + N)

99.9599.99

<0.01 No >100>101

Grado Proceso % P Conductividad (IACS)

DHP Refinado térmico y electrolítico. Desoxidado con P 0.02 a 0.03 70-90

DLP Refinado térmico y electrolítico. Desoxidado con P 0.004 a 0.012 90-97

Cobres de uso eléctrico (elevada conductividad)Cobres de uso eléctrico (elevada conductividad)

Cobres DesoxidadosCobres Desoxidados

Cobre OFHC. 50X. Ataque con H2O2/NH4OH.

Estructura: Trabajado en frío + recocido + trabajado en frío nuevamente. Esto se deduce de la curvatura en las líneas de las maclas de recocido.

Cobre OFHCCobre OFHC

Estructura de colada. Cobre TP. 200X.

Se observan dendritas de Cu primario y eutéctico Cu/Cu2O.

Cobre TPCobre TP

O < 0.024%. Dendritas primarias de Cu (zonas claras) + eutéctico. Sin ataque. 100×

O < 0.09%. Dendritas primarias de Cu (zonas claras) + eutéctico. Sin ataque. 100×

OFC. Trabajado en frío y recocido 30” a 850 °C.Granos equiaxiales recristalizados con maclas de recocido.

Cobre afinado (99.85%Cu)Cobre afinado (99.85%Cu)

a b c

d e f

Recocido

Dureza RockwellF B 30T

a 49 - -

b 80 33 -

c 86 41 53

d 89 54 58

e - 62 -

f >92 - >61

con diferentes estadosde acritud. 200X.

LATONES(aleaciones Cu-Zn)

Latones α Latones α + β

Trab. Mec en CalienteTrab. Mec. en Frío (acritud)En gral Zn<36%

Trab. Mec en CalienteBonificablesEn gral 37.5% < Zn < 40%

α,cúbica de caras centrada

cub de cuerpocentrado(desordenado)

ord

enad

o

Latones

Aleación %Zn Aplicaciones

Latón dorado 5 Imitación de oro, joyerías

Bronce Comercial 10 Bisutería, embutidos, forjados, pequeña ferretería (tornillos, remaches)

Latón Rojo (C23000) 15 Embutidos, entallas estampados, radiadoes de automóbiles, tubos

Latón Bajo (C24000) 20 Artículos estirados y estampados, tubos flexibles

Latón de Cartuchería “70-30” (C26000)

30 Mejor zona para la embutición

Latón Alto, Amarillo (C27000)

35 Alfileres, roblones, instrumentos musicales, vainas de cartuchos

Metal Muntz (C28000) 40 Arquitectura, industria naviera

Ejemplos de latones comerciales forjados y usosEjemplos de latones comerciales forjados y usos

Latones

Los latones con más de 50%Zn son frágiles (aprece el microconstituyente γ), por lo que no se lo emplean en la industria.Los latones con más de 50%Zn son frágiles (aprece el microconstituyente γ), por lo que no se lo emplean en la industria.

Latones

Mayor %ZnMayor RESISTENCIAMayor DUREZA

Menor DUCTILIDAD

Latones α (<36%Zn) Puede ser trabajado en caliente (730 – 900ºC) y en frío. En estado recocido es extremadamente dúctil y maleable.

Latones α + β (37.5% < Zn < 40%) Mayor resistencia y dureza por el mayor contenido de Zn (endurecimiento por SS y por borde de grano). Menor ductilidad por la presencia de la fase β. Los latones α+β son difíciles de tabajar en frío.

En los latones especiales se agregan elementos de aleación (pequeñas cantidades de Sn, Al, Fe, Mn, Ni, Si y/o Pb) para incrementar la resistencia mecánica efecto sinérgico. En los latones especiales se agregan elementos de aleación (pequeñas cantidades de Sn, Al, Fe, Mn, Ni, Si y/o Pb) para incrementar la resistencia mecánica efecto sinérgico.

α, FCC

BCC des

BCC ord

Latón α (Cu-30%Zn)Latón α (Cu-30%Zn)

50X. Se observan sólo 3 granos y una triple frontera. La diferencia en los contrastes de cada grano se debe a la diferencia en reflectividad según la orientación de las dendritas. Prácticamente, cada grano consiste en una única dendrita con múltiples ramificaciones. También se observa microsegrecación de los espacios interdendríticos.

(Latón de Cartuchería)

Estructura de colada.

Latón αLatón α

500X. De la figura se deduce la siguiente historia termomecánica:

1) Colado.

2) Trabajado en frío.

3) Recocido. Porque se observan maclas de recocido. Siempre que se observan maclas de recocido en un metal cúbico de caras centrado, podemos deducir que hubo trabajado en frío seguido de un TT de recocido.

4) Trabajado en frío (leve). Por la curvatura en las líneas de macla de recocido.

200X.Enfriamiento en aire desde 825ºC (región monofásica β). Se observa la fase α Widmanstaetten.

La fase α precipita dentro de los granos β y en los bordes de grano.

Habría menor cantidad de fase α (o nada) en caso de haber templado desde 825ºC.

Al contrario, en caso de un enfriamiento lento (en el horno) se obtendría mayor cantidad de fase α y formando precipitados redondeados, es decir una microestructura de equilibrio.

Latón α + β (Cu-40%Zn)Latón α + β (Cu-40%Zn)(Metal Muntz)

500X. Templado desde 825ºC.

Latón α + β (Cu-40%Zn)Latón α + β (Cu-40%Zn)(Metal Muntz)

BRONCES(aleaciones Cu-Sn)

Bronces α Bronces de estructura compleja

Trab. Mec en CalienteTrab. Mec. en Frío (acritud)Aleaciones forjadas

Trab. Mec en CalienteBonificablesAleaciones coladas

Diagrama de equilibrio Diagrama que se presenta en la práctica de aleaciones Cu-Sn moldeadas.

Diagrama que se presenta en la práctica de aleaciones Cu-Sn luego de un recocido.

Bronces

Bronces

Los bronces (aleaciones Cu-Sn) frecuentemente tienen otros elementos de aleación: P (bronces fosforosos), Zn (bronces rojos), Ni, Pb.

Se obtienen generalmente por fusión directa de ambos metales.

Se dividen en dos grupos:

1) Aleaciones forjadas. Estructura α.

2) Aleaciones moldeadas. Estructura α y compleja.

Los bronces de más de 32% de Sn son muy frágiles y no tienen uso masivo en la industria, aunque puede encontrarse bronces de hasta 40%Sn de usos decorativos.

BroncesMicroestructuras

Primer caso:• Sn<8%, Moldeado: Estructura α Blanda, dúctil y maleable.• Sn>8%, Moldeado: Estructura α + eutectoide (α + δ) Duro y frágil. Este

eutectoide aumenta en pocentaje a medida que es mayor el %Zn.

Segundo caso:• 8%<Sn<15.8%, Moldeado: Estructura α + eutectoide (α + δ) Duro y frágil• 8%<Sn<15.8%, Con TT adecuado: Estructura α Blanda, dúctil y maleable.

Mediante un tratamiento termomecánico adecuado (trabajado mecánico + recristalización), puede obtenerse un bronce de estructura α con hasta 15.8%Sn. Conservando una microestrucura blanda, dúctil y maleable, lo cual facilita las técnicas de conformado. Esta es la base por la cual los bronces forjados tienen Sn<15.8%.

El diagrama de fases de no equilibro se genera porque estas aleaciones tienen un campo entre solidus y liquidus muy amplio, produciéndose importante segregación en fase α a medida que solidifica. De esta forma, el líquido remanente va modificando su composición química, generando el diagrama de no equilibrio.

BroncesPropiedades mecánicas

Los bronces α en estado laminado y recocido tienen propiedades mecánicas que dependerán del contenido de Sn. A mayor Sn, mayor dureza y resistencia mecánica. La mejora en la resistencia mecánica alcanza el máximo con 15%Sn. De esta forma, los bronces de hasta 15,8%Sn, pueden conducirse a un estado que les permita conformarse en chapas, bandas, alambres y redondos mediante un trabajo mecánico en frío. Estos bronces así homogeneizados poseen una buena resistencia a la corrosión, y por ello se emplean en los casos donde se requiere elasticidad junto con buena resistencia al ataque químico (por ej, elementos de bombas y válvulas).

BRONCES DE ESTRUCTURA COMPLEJA.El temple y revenido de bronces con más de 15,8% Sn, tienen un incremento de dureza, pero las aleaciones se hacen tan frágiles que pueden presentar microgrietas luego del tratamiento. Por ello, estos bronces se emplean en estado de moldeo, y en las aplicaciones industriales no suelen sobrepasar 20% Sn. Son de estructura compleja, y los constituyentes ricos en Sn son duros y frágiles, mientras que la matriz, solución sólida α rica en Cu, es blanda. Esta combinación hace que estos bronces sean especialmente adecuados para empleo en cojinetes (así como bronces con Sn>8% moldeados y sin tratamiento de homogeneización); y además debido a su excelente resistencia mecánica, en combinación con su resistencia a la corrosión, hace que su empleo se extienda también a numerosos productos, tales como cuerpos de válvulas y uniones de tuberías, empleados en sistemas de vapor y en la industria química.

Bronce (Cu-10%Sn). Estructura de colada.Bronce (Cu-10%Sn). Estructura de colada.

50X.

200X.

50X: Se observa la estructura dendrítica

200X y 500X: Se distingue la fase δ y se observa segregación de la fase α (dendritas).

En las 3 micrografías, las zonas oscuras pueden ser cavidades de rechupe o partículas de plomo.

500X.

δ

α

α

δ

α

Bronce αBronce α

Se observa fase α sin deformación en frío, dado que las maclas son de recocido (y no de deformación), por tener las líneas de macla rectas y paralelas.

50X.

Se observa fase α con deformación en frío. Se observan maclas de deformación y maclas de recocido.

El trabajado en frío fue realizado posterior al tratamiento térmico de recocido Esto se deduce por la curvatura en las líneas de macla.

Las maclas de recocido ponen en evidencia deformación en frío antes del TT, debido a que en las aleaciones de Cu, las estructuras de colada no tienen maclas. Sin embargo, las maclas de recocido también están deformadas, por lo que hubo un segundo trabajado en frío posterior al tratamiento térmico.

Bronce αBronce α

200X 500X

Cu – 22%Sn. 150X. Se observa una estructura de temple, constituida por islas de α y β acicular (Espejo de Java).

Bronce de estructura complejaBronce de estructura compleja

CUPRONIQUELES(aleaciones Cu-Ni)

Fase α

Cu y el Ni dan lugar a series continuas de soluciones sólidas α, ya que, además de ser elementos adyacentes en la tabla periódica, son electroquímicamente similares, tienen átomos de tamaño próximamente iguales en estado sólido y ambos son de estructura cúbica de caras centradas.

Se obtiene como resultado una solución sólida sustitucional. Todas las composiciones son maleables tanto en caliente como en frío, obteniéndose aleaciones industriales en todo el campo de composiciones.

Cuproníqueles

La adición de Ni al Cu aumenta su dureza, resistencia a la tracción, resistencia a la corrosión y disminuye el alargamiento.

Cu: Ra = 0.128nm EN:1.9 +1/+2 Ni: Ra = 0.125nm EN: 1.8 +2

Unidad de escala: 25Micrones

Aleación C72500 (Cu, 10% Ni, 2% Sn)Aleación C72500 (Cu, 10% Ni, 2% Sn)

CUPROALUMINIOS(aleaciones Cu-Al)

Cuproaluminios α Cuproaluminios de estructura compleja

Trab. Mec. en CalienteTrab. Mec. en Frío (acritud)Aleaciones forjadasEn gral Al<8%

Trab. Mec. en CalienteBonificablesAleaciones coladasEn gral 9% < Al <12%

α: ss, cúbica de caras centrada

β: Cu3Al, cúbica de cuerpo centrado.

χ: Cu9Al4, cúbica compleja.

γ1: Cu9Al4,

γ2: Cu9Al4,

Qué se destaca del diagrama de fases:

1) Elevado punto de fusión de las aleaciones Cu-Al.

2) Estrecho intervalo de solidificación (segregación).

3) Variación de los límites de solubilidad α y α + β al disminuir la temperatura.

4) Transformación eutectoide β α + γ2 a 565ºC

Cada uno de estos factores influyen de una etapa a otra en el proceso de fabricación.

CuproaluminiosLos cuproaluminios (mal llamados bronces al aluminio) tienen de 4 a 11% Al, con o sin elementos de aleación (Fe, Ni, Mn). Las aleaciones con más de 12% Al son muy frágiles, con casi ninguna aplicación industrial (excepto aleaciones Al-Cu).

Micoestructuralmente se pueden dividir en 2 grupos:

Cuproaluminios α: con <8%Al tienen una estructura α, que es plástica y dúctil. Al igual que los latones α y bronces α, admiten trabajado mecánico en frío (por ej laminado y estirado en frío) previo tratamiento térmico de homogenización.

Cuproaluminios de estructura compleja: con 9-11%Al dan lugar a la precipitación de γ2, que es duro y frágil. Estas aleaciones pueden ser trabajadas mecánicamente en caliente y son en general empleadas en componentes colados. Generalmente tienen Fe, Ni y Mn.

Los cuproaluminios son aleaciones resistentes a la oxidación, por formar una película de óxido de aluminio en la superficie, protegiéndolo de la oxidación tanto en estado sólido como en el líquido.

Generalmente se añade Fe (del orden del 2%), Ni y en menor medida Mn.Estos elementos entran en solución sólida e influyen en el refinamiento de grano, tanto en productos forjados como colados.

Cuproaluminios

Ejemplo: Aleación Cu-11.8%Al (composición eutectoide):

En resumen, si el enfriamiento es lento:

Β(des) β1(ord)

Al>13%: β1 γ’

Al<13%: β1 β’

TransformacionesMartensíticas

β1 y γ’ son estructuras hexagonales compactas. Difieren en el aspecto radiográfico y en el aspecto micrográfico.

Si el enfriamiento es rápido:

Β(des) β1(ord) α + γ2

@500ºC

@500ºCTransformaciónEutectoide

Enfriamiento rápido. Reacción de ordenamiento @500ºC β (des) β1 (ord). No puede evitarse ni aun con un enfriamiento rápido. A menores temperaturas ocurre una transformación martensítica.

Según la composición química, se pueden dar dos tipos de transformaciones martensíticas: γ’ (para Al>13%) y β’ (para Al<13%).

Enfriamiento isotérmico entre 565-420ºC o enfriamiento contínuo <1ºC/min: Se produce la transformación eutectoide en un agregado perlítico α + γ2.

Cu – 9.5%Al – 2.5%FeCu – 9.5%Al – 2.5%Fe

5000X

Cu – 10.5%Al. 2 horas @ 860ºC + enfriamiento al horno

Se observa una fase α (zonas claras) y eutectoide (α+γ2).

Eutectoide α+γ2 (microscopio electrónico)

100X

Estructura de Enfriamiento LentoEstructura de Enfriamiento Lento

Estructura de Enfriamiento RápidoEstructura de Enfriamiento Rápido

Cu – 10.5%Al. 30 min @ 860ºC + enfriamiento al agua

Estructura α + β’ Fase β’, martensita acicular(microscopio electrónico)

Enfriamiento rápido: a una velocidad superior a la crítica, en función de la composición de la aleación.

5000X100X

De coladaDe colada

Temple de 450ºCTemple de 450ºC

Temple de 600ºCTemple de 600ºC

Temple de 700ºCTemple de 700ºC

Temple de 750ºCTemple de 750ºC

Temple de 800ºCTemple de 800ºC

Temple de 850ºCTemple de 850ºC

Temple de 900ºCTemple de 900ºC

Estructuras de temple crecientes para un cuproaluminio con 10.5%Al.

(temples al agua)

α + (α + γ2)α + (α + γ2)

α + (α + γ2)α + (α + γ2)

α + β’α + β’

α + β’α + β’

α + β’α + β’

α + β’α + β’

α + β’α + β’

β’β’

Aleación UNS Composición Formas Estado TS (Mpa) E% (50mm)Cu no aleado (OFE) C10100 99,99Cu F, R, W, T, P, S M20-H08 221-455 55-1Latón dorado C21000 5Zn F, W OS050-H08 234-441 45-4Bronce Comercial C22000 10Zn F, R, W, T OS050-H08 255-621 45-3Latón Rojo C23000 15Zn F, W, T, P OS070-H08 269-724 48-Latón Bajo C24000 20Zn F, W OS070-H08 290-862 52-3Latón de Cartuchería C26000 30Zn F, R, W, T OS100-H08 303-896 66-3Latón Alto, Amarillo C27000 35Zn F, R, W OS070-H08 317-882 65-3Metal Muntz C28000 40Zn F, R, T M30-H04 358-510 52-10Bronce fosforado C50500 98,75Cu-1,25Sn-P F, W OS025-H08 275-517 48-4Bronce fosforado C51000 95Cu-5Sn-P F, R, W, T O61-H08 317-710 47-2Bronce fosforado C52100 92Cu-8Sn-P F, R, W OS050-H08 379-772 70-3Bronce fosforado C52400 90Cu-10Sn-P F, R, W OS035-H08 455-841 70-4Cuproniquel C70600 88.7 Cu,1.3 Fe,10.0 Ni F, T OS025-H55 303-413 42-10Cuproniquel C71000 79.0 Cu, 21.0 Ni F, W, T OS025-H10 337-655 40-5Cuproniquel C71500 70.0 Cu, 30.0 Ni F, R, T OS035-H80 372-585 45-15Cuproaluminio C61000 92.0 Cu, 8.0 Al R, W O60-H04 358-448 45-30Cuproaluminio C61400 91.0 Cu, 7.0 Al, 2.0 Fe F, R, W, T, P, S O60-H04 524-613 45-32Cuproaluminio C61500 90.0 Cu, 8.0 Al, 2.0 Ni F O60-H04 482-861 55-5F, flat products; R, rod; W, wire; T, tube; P, pipe; S, shapes.

Aleación UNS Composición Tipo de colada Estado Mpa E%Cobre no aleado C80100 99.95 Cu + Ag min, 0.05 other max C, T, I, M, P, S M01 172 40Latón 10Zn C83400 90 Cu, 10 Zn C, S M01 241 30Latón 40Zn C86400 59 Cu, 1 Pb, 40 Zn C, D, M, P, S M01 413 15Bronce 7Sn C90200 93 Cu, 7 Sn C, S M01 262 30Cuproaliminio 10Al C95300 89 Cu, 1 Fe, 10 Al C, T, M, P, S M01-TQ50 448-586 20-15Cuproniquel 30Ni C96400 69.1 Cu, 30 Ni, 0.9Fe C, T, S M01 468 28C, centrifugal; T, continuous; D, die; I, investment; M, permanent mold; P, plaster; S, sand.

Propiedades Mecánicas típicas del Cobre y algunas Aleaciones de Cobre

Aleaciones con Memoria de Forma

Efecto de memoria de

forma

Efecto de memoria de

forma

Superelasticidad o

pseudoelasticidad

Superelasticidad o

pseudoelasticidad

Aleaciones con Memoria de Forma

Efecto de memoria de formaEfecto de memoria de formaEl térmico se aplica a un grupo de aleaciones metálicas que muestran la habilidad de retomar una forma previamente definida cuando se lo somete a un ciclo térmico apropiado. Este efecto se produce gracias a una transformación martensítica termoelástica.Ejemplo: Se tiene un trozo de alambre con una forma predefinida (podría se un resorte). Se le aplica una fuerza, se lo estira y se lo deforma plásticamente (al menos no recupera la forma original al retirar la fuerza). Luego, se somete al alambre deformado a un ciclo térmico adecuado y el alambre recupera la forma de resorte original.

Este efecto se llama efecto de memoria de forma simple porque únicamente la forma caliente es memorizada, a la diferencia del efecto de memoria de forma doble en que tanto la forma fría como la caliente son recordadas.

• La mayoría de los metales comienzan la deformación plástica a partir de 0.2 % de elongación (ensayo de tracción).

• Las aleaciones con memoria de forma pueden ser deformadas hasta un 5 % sin llegar a su plasticidad.

MARTENSITA NO TERMOELÁSTICA (por ej. Aceros)

La transformación tiene un carácter explosivo y se acompaña de un cambio de volumen considerable, lo que crea una deformación plástica importante en la austenita. El mecanismo de deformación plástica predominante es el movimiento de dislocaciones. Tan pronto una plaqueta se forma hasta un cierto tamaño después de ser enfriada, ésta deja de crecer incluso si el enfriamiento continúa, la interfase entonces se ha hecho inmóvil. La transformación inversa no se produce por un movimiento de regreso de la interfase, sino por nucleación de la austenita en el seno de las plaquetas de martensita. Finalmente la fase inicial (austenita) no recupera su orientación original.

MARTENSITA TERMOELÁSTICA (Aleaciones con memoria de forma)

La transformación se produce mediante un crecimiento continuo de la fase martensítica durante el enfriamiento. Si el enfriamiento se detiene, latransformación y el crecimiento de las plaquetas se interrumpe también. Si el enfriamiento continúa de nuevo, el crecimiento de las plaquetas continuará. El mecanismo de deformación plástica predominante es el maclado. La transformación inversa durante el calentamiento, en este caso sí se produce por el movimiento de regreso de la interfase y por consecuencia se recupera la orientación original.

Efecto de memoria de forma

Transformación martensítica termoelástica

Transformación martensítica termoelástica

Superelasticidad o pseudoelasticidadSuperelasticidad o pseudoelasticidad

Si una aleación com memoria de forma es deformada a una temperatura ligeramente superior a Ms, es decir, en fase austenítica, puede provocarse la transformación martensítica (inducida por tensión). En realidad, esto significa que el esfuerzo hace aumentar la Ms.

Cuando se deja de aplicar esta tensión, el material recupera su forma original dado que se encuentra a una temperatura superior a la Ms.

Finalmente, el fenómeno de superelasticidad se basa en la formación de martensita inducida por tensión.

Efecto de memoria de forma y superelasticidad