Cobre y aleaciones de Cobre

MATERIALES METÁLICOS
2012
COBRE Y SUS ALEACIONES
El Cu es un metal poco abundante usado principalmente por su alta
conductividad eléctrica y térmica, buena resistencia a la
corrosión y buena formabilidad. Da origen a una gran variedad de
aleaciones que conservan o mejoran algunas de estas propiedades.
Otras ventajas: posibilidad de obtener una amplia gama de colores
mediante aleación y/o mediante el uso de pátinas, propiedades
antichispa.
Principales desventajas: alto costo, mala soldabilidad en
procesos de soldadura por arco, baja resistencia mecánica
específica.
A diferencia del Fe, el Cu tiene una gran aplicación como metal
puro, principalmente como material eléctrico. Entre los diferentes
grados de Cu puro y aquellos débilmente aleados suman el 70% de
la producción mundial de Cu.

El Cu es un metal relativamente caro debido a su escacez. Su
abundancia en la corteza terrestre es de sólo 0,033% en peso.
Los minerales de Cu (principalmente sulfuros, óxidos y
carbonatos) sólo contienen entre 1 y 5% de Cu. En consecuencia
su explotación minera es muy costosa. La cantidad de material de
la corteza terrestre que se remueve para extraer Cu es mayor que la
correspondiente a la de cualquier otro metal, incluído el Fe cuyo
consumo es 40 veces superior al del Cu.
El Cu tiene un alto valor de reciclaje, más del 40% del Cu que se
produce actualmente proviene del reciclaje.
Estructura electrónica (pertenece al grupo IB junto a Ag y Au):
29 +1 +2
Cu
63,5
Estructura electrónica: 1s2
2S2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s
Principales propiedades del Cu
Estructura cristalina: FCC (a = 0,361 nm)
Punto de fusión: 1083 °C
Densidad: 8,96 g/cm3
Módulo elástico longitudinal E: 110 GPa
Resistividad eléctrica a 20°C: 1,72 μΩ cm (se define como 100
unidades IACS, International Annealed Copper Standard)
Conductividad térmica a 20°C: 385 W m-1 K-1
Tensión de fluencia: Rp0,1 = 60 MPa
Resistencia a la tracción: Rm = 150MPa
Dureza Brinell: 40 HB
Alto coeficiente de endurecimiento por deformación (baja EFA).

Principales aplicaciones
Aplicación Razones principales
Transporte y distribución de
energía eléctrica, electrónica,
telecomunicaciones.
Conductividad eléctrica
Industria automotríz Resistencia a la corrosión,
conductividad eléctrica
Aire acondicionado,
calefacción, plomería,
refrigeración.
Conductividad térmica,
formabilidad, maquinabilidad
Válvulas Resistencia a la corrosión,
maquinabilidad
Intercambiadores de calor Conductividad térmica,
resistencia a la corrosión
Otras aplicaciones: bulonería, productos acuñados, ferretería,
aplicaciones decorativas.

50%
18%
12%
15%
0,7%
0,5%
1,3%
0,3%
2%

Costo relativo de varios grupos de aleaciones y
materiales no metálicos respecto de los aceros al C.

Cables conductores, bujes
autolubricados, frentes y
marquesinas.
Radiadores, propulsores de barcos, herramientas
antichispa, monedas, electrodos de soldadura por
resistencia.

Techados y
tuberías para
calefacción
Conductividad eléctrica y térmica de los principales
conductores metálicos relativo al Cu (en unidades IACS*)
Elemento Ag Cu Au Al Mg Zn Ni Fe Pt
Cond. eléctrica a 20°C 106 100 72 62 39 29 25 17 16
Cond. térmica a 20°C 108 100 76 56 41 29 15 17 18
* IACS: International Annealed Copper Standard
Principales aplicaciones eléctricas
• Cables conductores para distribución de energía eléctrica. Barras
de distribución (busbars).
• Cables para bobinado de máquinas eléctricas (motores,
generadores, transformadores, conmutadores, etc).
• Contactos eléctricos, resortes eléctricos, electrodos para soldar
por resistencia.

Resistencia a la corrosión
El Cu pertenece al grupo de los metales nobles y aunque no posee la
resistencia a la corrosión de la Ag o el Au, está ubicado cerca del
extremo catódico en la serie electroquímica. Presenta muy buena
resistencia a la corrosión en una gran variedad de medios y
condiciones: corrosión atmosférica, aguas de distintos tipos,
soluciones alcalinas, varias sustancias orgánicas, ácidos no oxidantes
(acético, sulfúrico, crómico).
A diferencia de lo que ocurre con el Al y sus aleaciones, varias
aleaciones de Cu poseen mejor resistencia a la corrosión que el
propio Cu. Los aleantes más anódicos (Zn y Al) corren su potencial
hacia el extremo anódico, mientras que los más catódicos (Sn, Si y Ni)
lo hacen hacia el extremo catódico.
En muchos casos la resistencia a la corrosión de varias aleaciones
de Cu depende de la mantención de una capa protectora de óxido o
algún otro producto insoluble.
Aplicaciones de las aleaciones de Cu donde es importante la
resistencia a la corrosión: techos, conductores eléctricos, tubos
de intercambiadores de calor, aplicaciones marinas
(propulsores), bombas y válvulas para distintos medios e
industrias, tubos de conducción de agua, estatuas, aplicaciones
decorativas.

Consideraciones necesarias al elegir aleaciones de Cu por su
resistencia a la corrosión:
(a) los compuestos de Cu sólo son tolerados en pequeñas
proporciones en sustancias para consumo humano.
(b) los compuestos de Cu son altamente coloreados de modo que
pueden decolorar o manchar al producto elaborado.
(c) debe evitarse el contacto con otros metales más anódicos
(efecto galvánico).
(d) pequeñas cantidades de iones de Cu en solución pueden
ocasionar un aumento considerable en la corrosión de otros
metales más anódicos ubicados en otras partes del sistema o
instalación.
Tipos de corrosión localizada más frecuentes en aleaciones de
Cu
Fragilización por hidrógeno: el H que penetra y difunde en el
metal se combina con las partículas de Cu2O en los bordes de
grano formando burbujas de vapor de agua que fragilizan el metal.
Sucede para T>380°C, por ejemplo durante la soldadura por
brazing bajo atmósfera reductora o bien durante el recocido
brillante donde se usa una atmósfera de H. Sólo son susceptibles
algunos cobres “puros” o las aleaciones no desoxidadas.
Corrosión bajo tensión: fenómeno de fisuración ocasionado por
la acción conjunta de tensiones de tracción y la presencia de un
medio específico. En el caso de las aleaciones de Cu son
principalmente medios que contienen NH3 o compuestos
amoniacales, o bien soluciones de sales de Hg. Las aleaciones de
Cu presentan diversos grados de susceptibilidad a este fenómeno

Corrosión bajo tensión: susceptibilidad de los principales grupos
de aleaciones de Cu
Resistencia a la SCC Grupos de aleaciones de Cu
Baja
Latones aleados o simples con
Zn>20%
Media
Latones con Zn<20%, bronces al Al,
alpaca de 12% Ni
Alta
Bronces al Si, Cu desoxidado,
bronces fosforosos, alpaca de 18%
Ni
Muy alta
Cuproníqueles, Cobres TP, TPHC y
OFHC.

Tipos de corrosión localizada más frecuentes en aleaciones de
Cu
Dealeación: en términos generales, la dealeación (dealloying) es el
ataque selectivo del aleante menos noble en una aleación. Se
produce una gran cantidad de vacancias que se aglomeran
formando microporos y debilitando el metal. Las aleaciones más
susceptibles son los latones de Zn>15% y los bronces al Al de
Al>9%. En los latones el fenómeno recibe el nombre específico de
descincificación. Existen aleantes que inhiben esta forma de
corrosión en los latones (Sn, As, Sb, Bi y P en los latones α).
Formabilidad
La baja tensión de fluencia, alto coeficiente de endurecimiento por
deformación y alta ductilidad hacen que los grados de Cu “puros”
tengan alta formabilidad en una gran variedad de operaciones de
conformado en frío (laminación, estampado, doblado, embutido,
recalcado, repujado, acuñado, trefilado). Tampoco presentan
problemas para el conformado en caliente.
El Cu forma soluciones sólidas de amplio rango de solubilidad con
varios aleantes (Cu-Zn hasta 38%, Cu-Sn hasta 8%, Cu-Al hasta
9% y Cu-Ni solubilidad total), las mismas conservan las buenas
cualidades para el conformado y en algunos casos son aún
superiores al Cu puro.

Amplia gama de colores obtenibles
En las aleaciones de Cu es posible obtener diversos colores y
terminaciones superficiales. Algunos son colores intrínsecos de la
aleación, otros se producen mediante sustancias químicas que
generan pátinas naturales o artificiales. Esto es ampliamente
aprovechado para su uso decorativo y arquitectónico.
Propiedades antichsipa
Algunas aleaciones de Cu muy duras y resistentes al desgaste
(bronces al Be, bronces al Al, etc) se usan para fabricar
herramientas antichispa cuyo uso es mandatorio en minería,
refinerías, y otras situaciones con alto riesgo de explosión.
Clasificación de las aleaciones de Cu
A diferencia de las aleaciones base Al, existe una gran variedad de
aleaciones de Cu con metalurgias bien diferentes entre sí. Los
principales grupos se pueden clasificar como sigue.
1. Cobres de buena conductividad para uso eléctrico:
a. Cobres "puros": grados TP, TPHC, OFHC y Cobres desoxidados
DLP y DHP (este último grado no tiene uso eléctrico).
b. Cobres débilmente aleados para uso eléctrico: Cu-Ag, Cu-Cd, Cu-
Cr, Cu-Zr, Cu-Te, Cu-Pb.
2. Cobres débilmente aleados (usos no eléctricos): Cu-As, Cu-P.
Se usan para varios tipos de tuberías por su resistencia a la corrosión
y soldabilidad.
El 65% del total de aleaciones de Cu producidas mundialmente son
de estos dos primeros grupos.

3. Latones: son aleaciones donde el principal aleante es el Zn. De
acuerdo a su estructura se clasifican en latones α, latones bifásicos
(α y β), y latones β. Se caracterizan por su bajo costo (el Zn es más
barato que el Cu), buena resistencia mecánica, buena resistencia a
la corrosión y excelente formabilidad. A pesar de que, fuera del
ámbito técnico, se conoce y se usa mucho más el término
“bronces”, los latones se producen y utilizan mucho más que los
bronces (30% contra sólo 1,5% de la producción total). Muchas
aleaciones que se denominan cotidianamente “bronces” son en
realidad latones.
4. Bronces: bajo esta denominación se abarcan varios grupos de
aleaciones de Cu con diferentes aleantes principales. En general son
aleaciones de mayor resistencia mecánica y a la corrosión que los
latones pero de mayor costo. Muchas de estas aleaciones son sólo
para piezas coladas. Clasificación:
a. Bronces al Sn: son los más utilizados.
b. Bronces al Al: alta resistencia mecánica, buena resistencia a la
corrosión con abrasión.
c. Bronces al Be: muy alta resistencia mecánica, buena
conductividad eléctrica.
d. Bronces al Si: excelente resistencia a la corrosión y soldabilidad.
e. Bronces al Mn: en realidad son latones de alta resistencia
mecánica.
f. Bronces al Pb: aleaciones de alto contenido de plomo usadas para
ciertos tipos de cojinetes.

5. Cuproníqueles: aleaciones Cu-Ni de excelente resistencia a la
corrosión, excelente formabilidad y alto costo. Resisten muy bien
ciertos tipos particulares de corrosión donde encuentran su nicho
especial de aplicación.
6. Alpacas (plata alemana o plata Ni): aleaciones Cu-Zn que
contienen hasta 20% de Ni lo que les confiere un color plateado.
Antiguamente se usaban casi exclusivamente con fines
decorativos, pero desde hace varios años encontraron otros tipos
de aplicación más exigentes. Son muy caras.

Cobres para aplicaciones eléctricas
Se aplican principalmente en la fabricación de cables de transmisión
y distribución, barras de distribución, cables para bobinados de
máquinas eléctricas, contactos y resortes eléctricos, electrodos de
máquinas de soldadura por resistencia, etc.
Para lograr la máxima conductividad eléctrica se necesita una alta
pureza en el metal. Esto trae tres inconvenientes principales:
(a) Alto costo, lo que de todos modos se compensa por las menores
pérdidas y menor caída de tensión debido al efecto Joule.
(b) Baja resistencia mecánica: el Cu puro posee sólo Rp0,2 ≈ 60-70
MPa. En muchas aplicaciones eléctricas se necesita una resistencia
mayor (por ejemplo para tensar el bobinado de una máquina
eléctrica, para resistir las cargas de inercia de la máquinas rotativas,
en electrodos de soldadura por resistencia, en resortes y contactos
eléctricos, etc.).

(b) El principal método de endurecimiento es la deformación en
frío pues eleva fuertemente la resistencia mecánica afectando sólo
levemente la conductividad eléctrica. En menor medida puede
usarse el endurecimiento por precipitación que también aumenta la
resistencia mecánica. Cuando el aleante está precipitado en la fase
endurecedora no afecta sensiblemente la conductividad eléctrica,
pero el exceso que permanezca en solución sólida sí.
(c) El tercer inconveniente es la limitación de la máxima
temperatura de uso. En el caso del Cu puro, el endurecimiento por
deformación se pierde rápidamente cuando la temperatura excede
los 170 ºC. Esto es una gran limitación en varias aplicaciones
eléctricas pues el efecto Joule hace que en muchos casos los
conductores deban trabajar a mayor temperatura.
El uso de aleantes en el Cu usado para aplicaciones eléctricas tiene
dos propósitos fundamentales:
(1) Aumentan la resistencia mécanica. Según el aleante esto
puede deberse al endurecimiento por solución sólida, aumento del
coeficiente de endurecimiento por deformación, o bien por
endurecimiento por precipitación.
(2) Aumentan la máxima temperatura de utilización pues en el
caso de los Cu deformados en frío retrasan la recuperación y
recristalización, o bien endurecen por precipitación y permiten
trabajar hasta una temperatura un poco menor que la de
envejecimiento de la aleación.
De este modo se logra una mayor resistencia mecánica y además
una mayor temperatura máxima de operación. El inconveniente es
que los aleantes bajan la conductividad eléctrica, pero si los mismos
se eligen adecuadamente, el deterioro puede ser muy pequeño.

En resumen puede decirse que existen dos grupos de Cu para uso
eléctrico. Los diferentes grados de los denominados Cobres puros
(sin aleantes) en los que se consigue la máxima conductividad
eléctrica pero poseen menor resistencia mecánica y menor
temperatura máxima de utilización. En estos grados de Cu se
aseguran por lo menos 100 IACS y en ciertos grados hasta 102,5
IASCS, pero sus temperaturas máximas de uso están entre 150 y
200 ºC.
Por otra parte están los denominados Cobres débilmente aleados
donde se logra mayor resistencia mecánica y temperatura de uso,
pero menor conductividad eléctrica. Sus máximas temperaturas de
uso superan los 200 ºC y pueden llegar hasta unos 450 ºC. Sólo dos
grados de este grupo pueden asegurar 100 IACS mínimo.
Cobres para aplicaciones eléctricas - Clasificación
1. Cobre "puros"
Grado TP (tough pitch): Cu refinado solo térmicamente, pureza
mínima 99,85%. Tiene 0,02 a 0,04% de O (en forma de Cu2O), es
susceptible a la fragilización por hidrógeno (FPH). No hay valor de
conductividad mínima garantizada, valor típico 95 IACS.
Grado TPHC (tough pitch high conductivity) o ETPHC
(electrolitic): refinado térmica y electrolíticamente, pureza mínima
99,90%. O ≈ 0,02 a 0,04% (en forma de Cu2O), susceptible a la
FPH. 100 IACS mínimo garantizado.
Grado OFHC (oxygen free high conductivity): refinado térmica y
electrolíticamente y refundido bajo condiciones reductoras. Existen
dos clases: pureza mínima 99,95% y 99,99%. O ≤ 0,01%, no es
susceptible a la FPH. 100 ó 101 IACS mínimo garantizado.

1. Cobre "puros"
Cobres desoxidados: refinados térmica y electrolíticamente y
desoxidados con P. Existen dos clases:
Alto P (DHP) con 0,02 a 0,03% P y 70 a 90 IACS (no tiene
aplicaciones eléctricas)
Bajo P (DLP) con 0,004 a 0,012% P y 90 a 97 IACS
Comparación de los diferentes grados de Cu puro para usos
eléctricos
Grado
Pureza IACS
a 20°C
Resistente
a FPH
Solda-
bilidad
ΔT reblan-
decimien-
to** °C
TP 99,85 95* No Mala 10-50
TPHC 99,90 100 No Mala 0
99,95 100OFHC
99,99 101
Si Buena 20-30
Bajo P 99,90 90-97*Desoxidado
Alto P 99,90 70-90*
Si Buena 100-120
** Variación de la temperatura de reblandecimiento respecto del
Cu TPHC
* Valores típicos, no garantizados

2. Cobres débilmente aleados: poseen pequeñas cantidades de
algunos aleantes con la finalidad de:
(a) endurecer por solución sólida, por aumento del coeficiente de
endurecimiento por deformación, o bien por precipitación.
(b) aumentar la temperatura de reblandecimiento (efecto sobre la T
de recristalización).
Los aleantes elegidos no deben disminuir demasiado la
conductividad.
Cu-Ag (Ag<0,1%): la Ag aumenta débilmente la resistencia
mecánica (unos 10 MPa para este contenido), disminuye muy poco
la conductividad, pero tiene un gran efecto sobre la temperatura de
reblandecimiento. Estas aleaciones pueden usarse hasta 200°C y
poseen 100 IACS. Pertenecen al grupo de los cobres de alta
conductividad
2. Cobres débilmente aleados:
Cu-Cd (Cd = 0,7-1%): el Cd es buen endurecedor por solución sólida,
aumenta el coeficiente de endurecimeinto por deformación y eleva la
T de reblandecimiento, pero disminuye más la conductividad. Este
grado posee mayor resistencia mecánica que el Cu-Ag, una T máxima
de operación similar (200°C), pero sólo 90-97 IACS de conductividad
eléctrica
Cu-Zr (Zr<0,2%): estas aleaciones se endurecen por deformación
plástica en frío y luego son envejecidas para que precipite Cu3Zr que
endurece levemente pero retarda mucho la recuperación y
recristalización y también eleva la conductividad eléctrica. Se logra
alta resistencia mecánica y la posibilidad de operar a alta temperatura.
La T máxima depende de la T de envejecimiento, pero en general no es
menor de 400°C. Conductividad hasta 93 IACS. El inconveniente es
que su aplicación está limitada por la forma del producto ya que se
endurecen principalmente por deformación plástica en frío.

2. Cobres débilmente aleados:
Cu-Cr (Cr<1%): el Cr endurece por precipitación mediante un
tratamiento de envejecimiento entre 400 y 500°C. Se logra alta
resistencia mecánica a alta T y sin las limitaciones de forma y/o
tamaño que ocurren con el Cu-Zr. La T máxima depende de la T de
envejecimiento, en general no es menor a 350°C. Conductividad 80-
85 IACS. Este grado posee mayor resistencia mecánica que el Cu-Zr
pero menor conductividad eléctrica.
Cobres de maquinabilidad mejorada: los aleantes Te, Pb y S
mejoran la maquinabilidad generando una viruta discontinua y
ejerciendo una acción lubrificante. Los tres aleantes son poco
solubles y no disminuyen mucho la conductividad. Conductividad
95-98 IACS, índice de maquinabilidad 80-90 (para los cobres
puros este índice es 20). Tanto la resistencia mecánica como la
máxima temperatura de operación son similares a la de los Cu puros.

Además de los grados presentados, existen aplicaciones donde se
requiere mayor resistencia mecánica y en consecuencia se usan
aleaciones con mayor cantidad de aleantes (por ejemplo los
denominados bronces eléctricos y los bronces al Be). La
conductividad de estas aleaciones es mucho menor que la de los
Cu débilmente aleados, pero su resistencia mecánica es muy
superior.

Nota: las últimas 5
aleaciones no
tienen usos
eléctricos, sólo se
han incluído para
ejemplificar el
hecho de que
muchas aleaciones
base Cu pueden
tener
conductividades
eléctricas muy
bajas.
Estado o grado Conductividad
IACS
Rm
MPa
Cobres TPHC y
OFHC
Recocido 100-101 200-250
Cu-Ag Recocido 100-101 210-260
Recocido 95 310
Cu-Cd Endurecido 80-92 470
Cu-Cr Envejecido 82 400
Cu-Zr Deformado y
envejecido
85 350
Cu-Te Recocido 94-98 210-250
Bronces al Sn 60 780Bronces
eléctricos Bronces al Ni-Si 45 620-780
Normal (≅2%Be) 20-38 Hasta 1550Cu-Be
Bajo(<0,5%Be) 45-52 850
Bronces
fosforosos
10-20 350-450
Plata Ni recocido 3-6 420
Latón 65-35 Recocido 25 310
Bronces al Al Varios 10-15 570 -730
Cuproníqueles Varios 5-10 300-600
Latones
Son aleaciones de Cu donde el principal aleante es el Zn. Pueden
contener además otros aleantes como Sn, Ni, Fe, Si, Pb, As, Sb,
Al, y P. Luego de los Cu para usos eléctricos, los latones son las
aleaciones de Cu de mayor tonelaje producido.
El Zn endurece débilmente por solución sólida, pero es muy
soluble en el Cu. Por otra parte aumenta el coeficiente de
endurecimiento por deformación y así eleva la ductilidad. Algunos
latones monofásicos α poseen mayor ductilidad que el Cu puro.
Sin embargo, cuando el contenido de Zn aumenta por encima del
37%, aparece una fase ordenada que es muy dura y frágil (β´, BCC
y ordenada). Estos latones bifásicos son más resistentes pero
mucho más frágiles. Sólo pueden trabajarse en caliente ya que la
fase β´ se transforma en β desordenada cuya resistencia a la
deformación es baja y su ductilidad alta.

Influencia del Zn en la resistencia mecánica y la ductilidad de
los latones.

Latones - Características principales
• Menor costo y mayor resistencia mecánica que el Cu puro (el Zn
cuesta aproximadamente la mitad que el Cu).
• Excelente formabilidad en frío (latones α) y en caliente (latones
bifásicos α+β).
• Excelente maquinabilidad (latones bifásicos α+β, el agregado de
Pb eleva aún más la maquinabilidad).
• Buena resistencia a la corrosión, aunque algunos son susceptibles
a la SCC y a la descincificación (dealeación).
• Presentan cierta gama de colores según el contenido de Zn, desde
un tono más rojizo para los de bajo Zn, hasta uno más amarillento
para los de mayor contenido de Zn.
• Si bien hay algunas excepciones, sus principales aplicaciones no
son eléctricas.
Latones - Clasificación
1. Latones comunes (no aleados o débilmente aleados). A partir
del diagrama Cu-Zn se clasifican por su estructura:
a. Latones α (Zn<35%). Son los de mayor uso, se caracterizan por
su excelente ductilidad y formabilidad en frío y buena resistencia a
la corrosión.
El Zn endurece débilmente por solución sólida, aumenta el
coeficiente de endurecimiento por deformación y aumenta la
ductilidad (por lo menos hasta contenidos del 30%). Estos latones
poseen una excelente formabilidad en frío.
El contenido de Zn también influye fuertemente en la resistencia a
ciertos tipos de corrosión localizada. Los latones que poseen más
de 15% de Zn son susceptibles a la CBT y a la descincificación. El
agregado de Sn, As, Sb y P eleva la resistencia a la
descincificación.

Diagrama Cu-Zn
Fase α : FCC
Fase β : BCC
desordenada
Fase β’: BCC
ordenada
Las fases γ, ε, y δ son
muy frágiles y las
aleaciones que las
contienen no tiene
usos comerciales. La
reacción eutectoide
β’→α+ γ no tiene
lugar en la práctica
pues es muy lenta.
Comparación del
endurecimiento por
deformación para un
Cu puro y un latón
unifásico α (70:30).
El Zn no sólo
endurece por
solución sólida, sino
que aumenta el
coeficiente de
endurecimiento por
deformación.

a. Latones α (Zn<35%).
Las principales aplicaciones de estos latones se encuentran en
productos terminados de trabajar en frío: chapas, flejes, tubos,
alambres o bien piezas conformadas a partir de alguno de estos
productos.
Como grupo puede decirse que los latones α son los de menor
resistencia mecánica, mayor formabilidad en frío, mayor
resistencia a la corrosión, menor maquinabilidad y mayor costo.
Variación de la
resistencia a la CBT en
medio amoniacal con el
contenido de Zn de los
latones comunes.

b. Latones bifásicos (α+β) (Zn entre 35 y 45%). Cuando el
contenido de Zn supera aproximadamente el 35%, la estructura de
baja temperatura de las aleaciones Cu-Zn se compone de la fase α y
de una fase ordenada BCC (β´) que es muy dura y frágil. A mayor
proporción de esta fase la resistencia mecánica crece pero se
deteriora rápidamente la ductilidad. En consecuencia estos latones
son más resistentes pero no son conformables en frío.
A alta temperatura la estructura pasa a ser completamente β pero
desordenada. Esta fase es de baja resistencia mecánica y muy dúctil.
En consecuencia la formabilidad en caliente de estos latones es
superior a la de los latones α, lo que permite su aplicación en una
gran variedad de piezas estampadas (forjadas) en caliente.
La fase β´ también hace que la maquinabilidad sea muy buena, en
especial si además se agrega Pb como aleante (latones de corte libre).
Maquinabilidad relativa
de varias aleaciones
metálicas referidas al
latón de corte libre. La
alta maquinabilidad de
los latones bifásicos hace
que, en muchos casos, el
costo total de una pieza
fabricada con estas
aleaciones y que necesita
gran cantidad de
mecanizado sea menor
que si se fabricara en
acero de corte libre aún
cuando el costo del
material sea mayor.

b. Latones bifásicos (α+β)
La fase β´ también influye en la resistencia a la corrosión. Los
latones bifásicos son muy susceptibles a la CBT y a la
descinsificación. A diferencia de los latones α con más de 15% de
Zn, el agregado de ciertos aleantes no puede evitar la
descincificación de la fase β´.
En resumen puede decirse que como grupo, los latones bifásicos
son de mayor resistencia mecánica que los α, menor formabilidad
en frío pero mayor formabilidad en caliente y mayor
maquinabilidad, menor resistencia a la corrosión, y menor costo.
Sus principales aplicaciones se encuentran en forma de piezas
forjadas, estampadas, laminadas o extrudadas en caliente o bien en
piezas terminadas por operaciones de mecanizado intenso.

Ejemplo de piezas de latón bifásico estampadas
(forjadas) en caliente.
c. Latones β (Zn>45%). Debido a las propiedades de la fase β’,
este tipo de latones se usan sólo como material de aporte de
soldadura por brazing.

2. Latones aleados y latones de alta resistencia
Además de Zn poseen cantidades apreciables de Al, Si, Mn, Fe y
Ni. Los aleantes aumentan la resistencia mecánica, la resistencia a
la corrosión y la resistencia a la abrasión. Los de alta resistencia se
denominan impropiamente bronces al Mn.
La mayoría de estos aleantes favorecen la formación de una mayor
cantidad de fase β (son elementos betágenos). Esto, junto con el
endurecimiento por solución sólida, permite endurecer la aleación.
El Si, Al y Sn son los más efectivos en este sentido.
Otra forma de lograr mayor resistencia en estos latones es
mediante el endurecimiento por dispersión de ciertas fases
promovidas por los aleantes.
2. Latones aleados y latones de alta resistencia
Se mencionan sólo algunos grupos:
Latones al Ni: latones bifásicos de alta formabilidad en caliente y
color más plateado.
Latones al Al: alta resistencia a la corrosión con abrasión.
Latones al Si: muy buena resistencia a la corrosión y buena
colabilidad.
Latones de alta resistencia (bronces al Mn): latones bifásicos
que contienen Al, Fe y Mn, se caracterizan por su alta resistencia
mecánica.

3. Latones para piezas coladas
Son aleaciones Cu-Zn-Sn-Pb, el agregado del Sn y el Pb elevan
notablemente la colabilidad de las aleaciones Cu-Zn. La mayoría de
estas aleaciones pueden ser consideradas bronces o latones ya que
los contenidos de Zn y Sn son parecidos. Entre los más conocidos
figuran los denominados gunmetals (metales para cañones).
Ejemplos de los latones para fundición más usados:
85Cu-5Zn-5Sn-5Pb (85-5-5-5, latón rojo para fundición)
83Cu-4Zn-6Sn-7Pb (85-4-6-7)
60Cu-38Zn-1Sn-1Pb (60-38-1-1, latón amarillo para fundición)
Aplicaciones más comunes: cuerpos de válvulas, bridas, estatuas,
etc.
Algunos ejemplos de los latones para trabajado (wrought) más
utilizados:
•Latón 90-10 (commercial bronze) (Rp0,2=70MPa, A=45%)
•Latón rojo 85-15 (red brass) (Rp0,2=75MPa, A=48%)
•Latón 80-20 (low brass) (Rp0,2=84MPa, A=48%)
•Latón para cartuchos 70-30 (catridge brass) (A=65-70%)
•Latón amarillo 65-35 (yellow brass)
•Latón almirantazgo 70-29 + 1% Sn (admiralty brass) (el Sn lo hace
más resistente a la descincificación y a la corrosión en agua de mar)
•Muntz metal 60-40 (es el de mayor trabajabilidad en caliente, muy
buena maquinabilidad pero muy susceptible a la descincificación)
•Latón naval 60-39 + 0,75% Sn (naval brass)
•Latón de corte libre 62-35 + 3% Pb (free cutting brass) (es usado
como material de referencia para evaluar la maquinabilidad del resto
de las aleaciones de Cu y a veces también de otras aleaciones).

Bronces
Denominación usada para diferentes grupos de aleaciones base Cu,
cada uno con un aleante principal distinto tal como Sn, Al, Be, Si o
Pb. En general poseen mayor resistencia mecánica y resistencia
a la corrosión que los latones aunque son más caros. Muchos
bronces son aleaciones exclusivamente para piezas coladas.
Clasificación:
Bronces al Sn (o simplemente bronces): poseen entre 3 y 12% Sn
con adiciones pequeñas de P, Pb y/o Zn. Tienen muy buena
resistencia a la corrosión (el Sn desplaza el potencial del Cu hacia el
extremo catódico, son muy resistentes a la CBT, y no hay problemas
de dealeación). En estado recocido poseen aproximadamente el
doble de Rp0,2 que los latones comunes.
Poseen buenas propiedades mecánicas excepto los que contienen
Sn>9% (presencia de fases frágiles Cu3Sn, fase δ y otras).
Diagrama de
equilibrio Cu-Sn

Bronces al Sn – Principales aleantes secundarios
El P es desoxidante y eleva la resistencia al desgaste por formación
de Cu3P, de allí la denominación de “bronces fosforosos”.
El Pb aumenta la maquinabilidad. En proporciones altas da origen a
los denominados bronces plásticos usados para ciertos cojinetes que
trabajan en condiciones de lubricación deficiente.
El Zn aumenta la colabilidad y ductilidad, se usa además como
desoxidante.
Dentro de este tipo de bronces existen varios grupos como los
bronces fosforosos, bronces eléctricos y gunmetals.
Algunos bronces al Sn más utilizados:
•Bronce fosforoso A: 94,8Cu-5Sn-0,2P (todos % en peso)
(Rp0,2=135MPa, A=64%)
•Bronce fosforoso C: 91,8Cu-8Sn-0,2P (Rp0,2=155MPa, A=68%)
•Bronce forforoso B-2: 88Cu-4Sn-4Pb-4Zn

Bronces - Clasificación
Bronces al Al: aleaciones Cu-Al con 7 a 12% de Al que además
contienen Fe, Mn y Ni. Se caracterizan por su alta resistencia
mecánica, muy buena resistencia a la corrosión y a la corrosión
con abrasión.
Los de Al<9% son unifásicos α y sólo se endurecen por
deformación, pero los de Al>9% pueden endurecerse mediante una
transformación martensítica o bainítica desde la fase β y son los de
mayor resistencia mecánica (alcanzan Rp0,2=450MPa). Los
aleantes Fe, Ni y Mn modifican el rango de estabilidad de la fase
β, hacen aparecer fases intermetálicas, e influyen marcadamente en
las complejas transformaciones de fase que suceden en estas
aleaciones. Esto tiene consecuencias tanto sobre las propiedades
mecánicas como sobre la resistencia a la corrosión.
Diagrama de
equilibrio
Cu-Al

Bronces al Be: aleaciones Cu-Be con pequeñas adiciones de otros
aleantes (principalmente Co), se endurecen por precipitación.
Son las aleaciones de Cu donde se alcanza el mayor valor de
resistencia mecánica. También poseen buena conductividad
eléctrica y alta resistencia a la corrosión. Existen dos grupos:
“Cu-Be normal” con Be≤1,9%. Son los de mayor resistencia
mecánica pero de menor conductividad (20-38 IACS). Según el
tratamiento puede llegar a Rp0,1=1500MPa.
“Cu-Be bajo” con Be≤0,5%. Menor resistencia mecánica y mayor
conductividad (45-52 IACS). Su resistencia puede llegar a la mitad
de la del Cu-Be normal.
Estos bronces, entre otras, tienen aplicaciones eléctricas. De allí la
importancia que en el envejecimiento se llegue a un compromiso
entre la resistencia mecánica y la conductividad eléctrica.
Bronces al Si: son aleaciones con 3 a 4% de Si que pueden
contener además Fe, Zn, Mn, y Sn. Poseen excelente resistencia a
la corrosión, buena formabilidad, excelente soldabilidad en casi
todos los procesos y resistencia mecánica media. Muy usados en
ciertas industrias químicas para tanques de almacenamiento y
tuberías.
Bronces al Mn: en realidad son latones de alta resistencia.
Bronces al Pb: aleaciones de Cu-Sn con hasta 25% de Pb usadas
para cojinetes de aplicaciones generales.

Cuproníqueles
Aleaciones Cu-Ni de excelente resistencia a la corrosión, corrosión
con abrasión (impingement attack), corrosión biológica (biofuling),
y CBT; excelente ductilidad y formabilidad, y muy alto costo.
Otras propiedades destacables son su color plateado (por lo que se
los utiliza para acuñado de monedas) y su alta resistividad eléctrica
junto con su bajo coeficiente de variación con la T (por lo que se los
usa para alambres de resistencias).
Sus mayores aplicaciones son los tubos de condensadores que
trabajan con agua de mar a altas velocidades de circulación y
partículas en suspensión (corrosión-erosión).
Los grados más conocidos son: el 90-10, el 70-30 y el 80-20. Los
tres grados contienen pequeñas proporciones de Fe que mejora la
resistencia a la corrosión.
Diagrama de equilibrio Cu-Ni
En estado laminado poseen Rp0,1=120 a 150MPa, valor que
aumenta 3 a 4 veces por deformación intensa en frío.

Alpacas (plata Ni o plata alemana, nickel silver)
Son aleaciones Cu-Zn con cantidades importantes de Ni (hasta
20%).
El Ni mejora la resistencia a la corrosión, inhibe la
descincificación, pero fundamentalmente otorga un color plateado
muy usado en aplicaciones decorativas.
Su ductilidad y formabilidad son muy altas, su costo también.
Algunas alpacas:
Plata Ni 65-18 65Cu-17Zn-18Ni

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