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Fundamentos de Ciencia
de los Materiales
Asignatura:
El 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.
Índice
El 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.
Índice
Introducción
6
0
4
0
2
0
0
Alargamiento,%
100 9
0
8
0
7
0
6
0Cobre, %
5
0
Propiedades
Procesado
Estructura
Objetivos
Función
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
Fuente: Codelco Chile
Fundamental en el desarrollo de la humanidad…
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
3500 – 2500 a.C. : Edad de Bronce
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1500 a.C. : Primeros instrumentos musicales
700 a.C.: Monedas
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
100 a.C. : Objetos decorativos de latón y bronce
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1400: Instrumentos astronómicos en latón
1447: Imprenta en Alemania (cobre y latón)
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1510: Engranajes y caja de relojes de bolsillo
1608: Telescopio de latón en Holanda
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1710: Más instrumentos musicales…
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1795: Máquina de vapor
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1830: Hélices de bronce
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1876: Teléfono
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1881: Primera bombilla con cables de cobre
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1906: Radio eléctrica
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1931: Televisión
… y con una historia muy larga
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción
1954: Células solares
… y con una historia muy larga
El cobre y sus aleaciones
 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
 Reciclado del cobre y de sus aleaciones.
Índice
Cobre puroCobre
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
CobrePropiedades principales
Cobre
Excelente
conductor
No magnético
Dúctil y
maleable
Nutriente
esencial
Mecanizable
y
conformable
Excelente
transmisor
de calor
Altamente
duradero y
reciclable
Alta
resistencia a
la corrosión
Excelentes
características
aleantes
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cu
29
1s22s2p63s2p1
Cobre
26.98154
Número atómico
Símbolo
Peso atómico
Configuración electrónica
CobrePropiedades principales
Propiedad Valor
Densidad, r 8.94 g/cm3
Límite elástico,
sy
33.3 MPa
Resistencia, st 210 MPa
Módulo
elástico, E
110 GPa
Ductilidad
60%
alargamiento
Conductividad
térmica, kc
385 W/m·K
Conductividad
eléctrica
100% IACS
Apariencia Brillo rojizo
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cu
29
1s22s2p63s2p1
Cobre
26.98154
Número atómico
Símbolo
Peso atómico
Configuración electrónica
0
100
200
300
400
500
600
Ti Fe Cu Al Acero
Resistencia,st(MPa)
Fuente: http://www.matweb.com
0
50
100
150
200
250
300
350
Ti Fe Cu Al Acero
Límiteeléstico,sy(MPa)
CobrePropiedades principales
Propiedad Valor
Densidad, r 8.94 g/cm3
Límite elástico,
sy
33.3 MPa
Resistencia, st 210 MPa
Módulo
elástico, E
110 GPa
Ductilidad
60%
alargamiento
Conductividad
térmica, kc
385 W/m·K
Conductividad
eléctrica
100% IACS
Apariencia Brillo rojizo
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cu
29
1s22s2p63s2p1
Cobre
26.98154
Número atómico
Símbolo
Peso atómico
Configuración electrónica
Fuente: http://www.matweb.com
Móduloelástico,E(GPa)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Ti Fe Cu Al Acero
Ductilidad(%alargamiento)
0
10
20
30
40
50
60
Ti Fe Cu Al Acero
CobrePropiedades principales
Propiedad Valor
Densidad, r 8.94 g/cm3
Límite elástico,
sy
33.3 MPa
Resistencia, st 210 MPa
Módulo
elástico, E
110 GPa
Ductilidad
60%
alargamiento
Conductividad
térmica, kc
385 W/m·K
Conductividad
eléctrica
100% IACS
Apariencia Brillo rojizo
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cu
29
1s22s2p63s2p1
Cobre
26.98154
Número atómico
Símbolo
Peso atómico
Configuración electrónica
Fuente: http://www.matweb.com
Conductividadtérmica(W/m·K)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Ti Fe Cu Al Acero
0
10
20
30
40
50
60
Ti Fe Cu Al Acero
Resistividadeléctrica(mo/cm)
CobrePropiedades principales
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
{111}
<110>
<110>
Sistemas de deslizamiento
12 {111} <110>ζC bajo
0.65-0.94 MPa
FCC
Estructura cristalina
Cobre
Conductividad
eléctrica
Resistencia a la
corrosión
Conductividad
térmica
Usos
estructurales
Estética
60%
1%7%
11%
21%
Fuente: Copper Development Association
Principales
razones de uso
Propiedades principales
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Producción de cobreCobre
 Zona oxidada (ley < 0.5%)
 Zona de sulfuros secundarios
(ley: 1-5%)
 Zona de sulfuros primarios
(ley: 1%)
Río Tinto
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Producción de cobreCobre
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)2 Azurita: Cu3(CO3)2(OH)2
Fuente: Museo Ciencias Naturales de La
Salle, Son Rapinya (Palma de Malorca)
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Pórfidos
Producción de cobreCobre
Pórfidos
Zona oxidada (ley < 0.5%)
Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%)
Zona de sulfuros primarios (ley: 1%)
Calcosina: Cu2S
Fuente: Museo Don Felipe de Borbón y Grecia - ETSI de Minas, Madrid / Colección Elduayen
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Producción de cobreCobre
Pórfidos
Zona oxidada (ley < 0.5%)
Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%)
Zona de sulfuros primarios (ley: 1%)
Bornita: Cu5FeS4
Fuente: Colección de D. Benjamín Calvo, Madrid
Fuente: Museo Mollfulleda de Mineralogía,
Arenys de Mar (Barcelona)
Calcopirita: CuFeS2
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Producción de cobreCobre
Pórfidos
Zona oxidada (ley < 0.5%)
Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%)
Zona de sulfuros primarios (ley: 1%)
Pirometalurgia
ÁnodosCátodos
Hidrometalurgia
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cobre
Proceso
pirometalúrgico
Proceso
hidrometalúrgico
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cobre
CobreCobre puro: Productos
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.
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
CobreCobre puro: Aplicaciones
Consumos por
sector
40%
25%
15%
10%
10%
Construcción
Eléctrico y Electrónica
Equipos y Maquinaria Industrial
Transportes
Consumo y Productos Generales
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
CobreCobres comerciales
Cobres afinados
(cátodo electroafinado) 0.02-0.05 % O
Cobres desoxidados
(con fósforo)
Formación de
P2O5
Cobre
electrorrecuperado
Calidad 99.9 %
1100
1150
Temperatura,ºC
1050
1000
Cu 0.4
% en peso, O
0.8 1.2
a 0.39
Líquido
1066º
a + Cu2O
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cobres sin oxígeno < 0.001 % O
CobreCobre calidad cátodo electroafinado: tenaz (ETP)
 En el Cu tenaz fundido, formación de dendritas y de eutéctico Cu-
Cu2O interdendrítico.
125 mm
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
CobreCobre calidad cátodo electroafinado: tenaz (ETP)
 En el Cu tenaz fundido, formación de dendritas y de eutéctico Cu-
Cu2O interdendrítico.
 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
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
CobreCobre tenaz (ETP): Fragilización
Cu2O + H2 (disuelto en Cu) → 2Cu + H2O (vapor)
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
60
Profundidaddelazonafragilizada Tiempo, min
120 180 240
125 mm
 Problemas de soldabilidad asociados a roturas.
CobreCobre 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.
125 mm
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
CobreCobre 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.
Desaprovechamiento de
parte del material
500 mm
Grandes rechupes
durante la solidificación
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
El 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.
Índice
AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes
Cu
P
Zn
Cr
Zr
Sn
Al
Fe
Si
Ni
Mn
Zn
Ni
Sn
ZnTe
S
Pb
SnCd
Ag
Si
Al
Sn
As
Si
Fe
Mn
Al
Ni
Color
Resistencia
Desgaste
Corrosión
Maquinabilidad
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes
100
80
60
40
20
10
30
70
50
90
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
P
Fe
Si
As
Be
Al
Mg
Ni
Sn
Zn
Cd
Ag
Aleante, %
Conductividadeléctrica,%IACS
100
99
98
97
96
95
94
Conductividadeléctrica,%IACS
0 0.05 0.10 0.15 0.20
Aleante, %
Ag
Cd
Zn
Sn
MgNi
As
AlP Fe
Pb
Te
S
O
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes
80
70
60
50
40
30
20
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Cd
Cd
Al
Al
Sn
Sn
Zn
Zn
Ni
Ni
Recocido
100% deformación
Resistencia,kg/mm2
Aleante, %
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
d
ke
psde  sssss 0
Relación de Hall-Petch
Precipitación
Solución sólida
Dislocaciones
Límite elástico del metal
puro monocristalino
AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes
80
70
60
50
40
30
20
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Cd
Cd
Al
Al
Sn
Sn
Zn
Zn
Ni
Ni
Recocido
100% deformación
Resistencia,kg/mm2
Aleante, %
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.
Elemento
Radio
atómico (nm)
Cu 0.128
Zn 0.133
Sn 0.151
Mn 0.112
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Mecanismos de endurecimiento:
AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes
80
70
60
50
40
30
20
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Cd
Cd
Al
Al
Sn
Sn
Zn
Zn
Ni
Ni
Recocido
100% deformación
Resistencia,kg/mm2
Aleante, %
Endurecimiento por
formación de solución
sólida a.
Mecanismos de endurecimiento:
Endurecimiento por
formación de compuestos
u otra fase.
Endurecimiento por
precipitación.
Endurecimiento por
formación de estructuras
martensíticas.
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Aleante Aleación
Zn Latón
Sn Bronce
Sn + P Bronce fosforoso
Ni Cuproníquel
Al Cuproaluminio
Be Cuproberilio
Aleaciones de mayor interés en ingenieríaLatones
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cu Zn20 40 60 80
0
200
400
600
800
1000
1200
L
a
b
b’
g
d
e
h
1084.5º
903º
456º 468º
835º
700º
598º
558º
424º
419.58º
Temperatura,ºC
% en peso, Zn
LatonesAleaciones Cu-Zn: Latones
Hasta 40% Zn
Latones aleados:
Sn, Al, Si, Mn,
Ni, Pb (x < 4%)
• latones rojos
• latones semi-rojos
• latones amarillos
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Aleaciones Cu-Zn: LatonesLatones
250
600
800
1000
1200
Temperatura,ºC
400
Cu Zn2010 30 40 50
% en peso, Zn
Líquido
a
b
b’
ab
ab’
835º
1084,5º
903º
32,5
456º
468º
45,5
48,9
bg
b’g
Latones a
 Hasta un 39% Zn
 Pueden contener pequeñas
proporciones de fase b
Latones a+b
 37,5 - 46% Zn
 Porcentajes de fase b
mayores al aumentar el
contenido de Zn
Latones b
 A partir de un 46% Zn
 Incrementos de Zn hasta un
50% provocan la aparición
de la fase g
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones a: Microestructura
95/5
90/10 70/30
70/30
Latones
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones a: Propiedades mecánicasLatones
60
60
50
40
30
Resistencia,kg/mm2
20
40
20
0
Alargamiento,%
100 90 80 70 60
Cobre, %
50
Efecto del
endurecimiento por
solución sólida
Aumento de la
ductilidad con el
contenido de Zn
La aparición de la fase b
frágil modifica la tendencia
en estas propiedades
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones a: Propiedades mecánicasLatonesEspaciadoentrelíneasdedeslizamiento,A
30201510
% Alargamiento
50 25
0
1000
2000
3000
4000
5000
30% Zn
15% Zn
3% Zn
Cu
Tamaño de grano: 0.01 mm
5
30201510 255
30
20
15
40
25
35
45
% en peso de Zn
Energíadefallodeapilamiento,J/m2x103
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
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 frío
Alta maquinabilidad
Baja formabilidad en caliente
Buena
formabilidad
en caliente
Buena
formabilidad en
caliente
902ºC
454ºC
Cu 20 4010 30
% en peso, Zn
50
200
400
600
800
1000
1083
1100
Temperatura,ºC
LatonesLatones a: Propiedades mecánicas
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones
Corrosión bajo tensiones (“season cracking”)
Latones a: Corrosión
Latones con
contenidos de
Zn elevados
(>20% Zn)
Deformación
en frío
Atmósferas
amoniacales
+
+
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
LatonesLatones a: Corrosión
    


4OHNHZnNHCu
O2HO8NHZnCu
2
43
2
43
223
Disolución anódica del metal:

 4OH4eO2HO 22
Reacción catódica:
Disolución en los
límites de grano
conduce a
concentración de
tensiones y a
rotura corrosión
bajo tensión
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
LatonesLatones a: Corrosión
Descincado / Desaleación
Latones con
contenidos de
Zn moderados
(>15% Zn)
Ausencia de
inhibidores
Condiciones
de servicio
adecuadas
+
+
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
LatonesLatones a: Corrosión
Descincado / Desaleación
 Disolución de la aleación
 Posterior deposición de
cobre poroso poco
adherente
As, Sb y Sn como
inhibidores
Zn
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones
250
600
800
1000
1200
Temperatura,ºC
400
Cu Zn2010 30 40 50
% en peso, Zn
Líquido
a
b
b’
ab
ab’
835º
1084,5º
903º
32,5
456º
468º
45,5
48,9
bg
b’g
Latón de cartuchería
70Cu-30Zn
Latones a: Aleaciones comerciales
 Excelente deformabilidad en frío
 Excelente formabilidad
 Buena soldabilidad
 Susceptibles a la corrosión bajo
tensiones y al descincado
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
250
600
800
1000
1200
Temperatura,ºC
400
Cu Zn2010 30 40 50
% en peso, Zn
Líquido
a
b
b’
ab
ab’
835º
1084,5º
903º
32,5
456º
468º
45,5
48,9
Latones
bg
b’g
Latón bajo (tombac)
80Cu-20Zn
Latones a: Aleaciones comerciales
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones
250
600
800
1000
1200
Temperatura,ºC
400
Cu Zn2010 30 40 50
% en peso, Zn
Líquido
a
b
b’
ab
ab’
835º
1084,5º
903º
32,5
456º
468º
45,5
48,9
bg
b’g
Latón rojo
85Cu-15Zn
Latones a: Aleaciones comerciales
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones
250
600
800
1000
1200
Temperatura,ºC
400
Cu Zn2010 30 40 50
% en peso, Zn
Líquido
a
b
b’
ab
ab’
835º
1084,5º
903º
32,5
456º
468º
45,5
48,9
bg
b’g
Bronce comercial
90Cu-10Zn
Latones a: Aleaciones comerciales
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones
250
600
800
1000
1200
Temperatura,ºC
400
Cu Zn2010 30 40 50
% en peso, Zn
Líquido
a
b
b’
ab
ab’
835º
1084,5º
903º
32,5
456º
468º
45,5
48,9
bg
b’g
Latón de dorar (metal Gilding)
95Cu-5Zn
Latones a: Aleaciones comerciales
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones a+bLatones
37,5% < Zn% < 46%
% en peso, Zn
Líquido
ab
ab’ b’
b
Lb
ZONA DE TRABAJO EN CALIENTE
ZONA DE RECRISTALIZACIÓN
ZONA DE ALIVIO DE
TENSIONES Baja formabilidad en frío
Alta maquinabilidad
Buena
formabilidad
en caliente
Buena
formabilidad en
caliente
902ºC
454ºC
4030 50
a
La
Baja maquinabilidad
Buena formabilidad en frío
Baja formabilidad en caliente
Cu 2010
200
400
600
800
1000
1083
1100
Temperatura,ºC
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cu Zn
50% Cu, 50% Zn
Desordenada:
Ordenada:
Fase b
Fase b’
456ºC
Latones a+bLatones
60/40
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones b
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 frío
Alta maquinabilidad
Baja formabilidad en caliente
Buena
formabilidad
en caliente
Buena
formabilidad en
caliente
902ºC
454ºC
Cu 20 4010 30
% en peso, Zn
50
200
400
600
800
1000
1083
1100
Temperatura,ºC
Latones
Zn% ~ 46%
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones bLatones
50/50
Enfriamiento lento:
formación de
dendritas de b
primaria rodeadas
de fase a
Enfriamiento rápido:
sólo aparece fase b
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
LatonesLatones aleados
 Mejorar su maquinabilidad
 Mejorar su resistencia mecánica
 Mejorar su resistencia a la corrosión
 Otras razones especiales
Razones para alear los latones:
Pb
(hasta 4%)
Forma una fase
globular dispersa
Si
Aumenta el
contenido de
fase b
Sn
(aprox. 1%)
Latón almirantazgo (base 70/30)
Latón naval (base 60/40)
As
Protege contra la descinficación
Ni
10-20%: alpacas
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Latones
Cu Pb2010 30 40 50
% en peso, Pb
60 70 80 90
200
600
800
1000
1200
400
300
500
700
900
Líquido1
aL2
1084,5º
36 955º
87
326º
99,94
Latones aleados: Latones al Pb
Líquido1 (36% Pb)  a (100% Cu) + líquido2 (87% Pb)
Líquido2 (99.94% Pb)  a (100% Cu) + b (99.993% Pb)
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
LatonesLatones aleados: Latones al Sn y Al
Latón de cartuchería (70/30) + 1% Sn Latón de almirantazgo
Resistencia a la corrosión
77.5% Cu / 20.5% Zn / 2.0% Al% Latón al Al
Metal de Muntz (60/40) + 1% Sn
Fundición
Latón naval
Laminado en caliente
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Aleaciones de mayor interés en ingenieríaBronces
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
 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: BroncesBronces
Elemento
Radio
atómico (nm)
Cu 0.128
Zn 0.133
Sn 0.151
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
% en peso, Sn
200
400
600
800
1000
1100
Temperatura,ºC
300
500
700
900
70 80 90 Sn
Líquido
a
b g
d
ae
e
h
h’
520º
350º
586º
798º
11,0
15,8
13,5
Cu 20 4010 30 50 60
BroncesAleaciones Cu-Sn: Bronces
 Fase a: solución
sólida FCC.
 Fase b: Cu5Sn.
 Fase g.
 Fase d: Cu31Sn8.
 Fase e: Cu3Sn.
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
R. Peritéctica
Líquido + a → b
R. Eutectoides
b → a + g
g → a + d
d → a + e
% en peso, Sn
Temperatura,ºC
Cu 20 4010 30 50
200
400
600
800
1000
1100
300
500
700
900
60
a
b g
d
e520º
350º
586º
798º
11,0
15,8
13,5
70
Líquido
h
h’
BroncesAleaciones Cu-Sn: Bronces
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
90 Sn
% en peso, Sn
Temperatura,ºC
Cu 20 4010 30 50
200
400
600
800
1000
1100
300
500
700
900
60
a
b g
d
e520º
350º
586º
798º
13,5
70 80
Líquido
h
h’
90 Sn
% en peso, Sn
Temperatura,ºC
Cu 20 4010 30 50
200
400
600
800
1000
1100
300
500
700
900
60
a
b g
d
e520º
350º
586º
798º
13,5
70 80
Líquido
h
h’
90 Sn
% en peso, Sn
Temperatura,ºC
Cu 20 4010 30 50
200
400
600
800
1000
1100
300
500
700
900
60
a
b g
d
e520º
350º
586º
798º
13,5
70 80
Líquido
h
h’
90 Sn
% en peso, Sn
Temperatura,ºC
Cu 20 4010 30 50
200
400
600
800
1000
1100
300
500
700
900
60
a
b g
d
e520º
350º
586º
798º
13,5
70 80
Líquido
h
h’
90Cu - 10Sn + trazas P
BroncesBronces ordinarios: Microestructura
Eutectoide a + d
Segregación
80Cu - 15Sn
Maclas de
recocido
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Bronces
90Cu - 10Sn
Bronces ordinarios: Aplicaciones
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Aleaciones de mayor interés en ingenieríaCuproaluminios
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cuproaluminios
 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
Aleaciones Cu-Al: Cuproaluminios
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cuproaluminios
11,8
% en peso, Al
a
b
g1
1037º7,5
g2
Líquido
9,5
565º
Temperatura,ºC
600
800
1000
1100
500
700
900
2 4 8 106 12 14 16 18 20Cu
9,4
Cuproaluminios: Microestructura
Fase a
 7.5 - 9.4% Al
 Muy dúctil, admite deformación
en frío
Fase b
 BCC
 Fácilmente deformable en
caliente
 Descomposición eutectoide
Fases g1 / g2
 Cu9Al4
 g2 muy dura y frágil
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
a
b
g1
1037º7,5
g2
Líquido
9,5
565º
Temperatura,ºC
600
800
1000
1100
500
700
900
2 4 8 106 12 14 16 18 20Cu
9,4
Cuproaluminios: MicroestructuraCuproaluminios Fase a
(Estructura
Windmanstätten)
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cuproaluminios
Temperatura
Tiempo
a
b
g1
1037º7,5
g2
Líquido
9,5
565º
11,8
% en peso, Al
Temperatura,ºC
600
800
1000
1100
500
700
900
2 4 8 106 12 14 16 18 20Cu
9,4
Cuproaluminios: Microestructura
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cuproaluminios: Propiedades mecánicas
 La fase g2 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.
Cuproaluminios
% en peso, Al
2 4 8 106
20
10
30
40
50
60
70
80
Resistencia(ton/pulg.2)yAlargamiento,%
Alargamiento
Resistencia
Cuproaluminios a Aparece b
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Aleaciones de mayor interés en ingenieríaCuproníqueles
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
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.
2-30% Ni
Fuente: Copper Development Association, U.S.A.
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cuproníqueles: Propiedades mecánicasCuproníqueles
20
10
30
40
50
60
70
80
Tensión(ksi)
Alargamiento,%
% en peso, Ni
20 40 80 10060
0
0
20
10
30
40
50
60
0
0
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
Resistividad(mo·cm)
Coeficientedetemperatura
% en peso, Ni
20 40 80 10060
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cuproníqueles
30% Ni
10% Ni
Cuproníqueles: Microestructura
% en peso, Ni
20 40 80 Ni6010 30 50 70 90Cu
200
300
1100
1200
1300
1400
1500
aCu,Ni
1455º
Líquido
1084,5º
a1
a2
322º
358º
TEMPERATURA DE CURIE
a1  a2
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Aleaciones de mayor interés en ingenieríaCuproberilios
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Cuproberilios
Aleaciones con alto contenido de cobre:
cobre-berilio / cobre-berilio-cobalto
Aleaciones Cu-Be de alta
resistencia
Aleaciones Cu-Be de alta
conductividad
Forja
1.6-2% Be
0.3% Co
Fundición
Hasta 2.7% Be
0.2-0.7% Be
Mayores 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.
Fuente: Copper Development Association, Reino Unido
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
500
1000
Tiempo
Temperatura
Cuproberilios
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
21 3 4 5 6 7 8 9 10Cu
% en peso, Be
Líquido
6.0
g1  g2
(Cu)  g2
g1(Cu)
1.55
2.7 4.1
4.3866º 853º, 5.0%
605º
Maduración
Solubilización
Temple
Solución sólida
metaestable
Cu-Be
Cuproberilios: Microestructura
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
500
1000
Tiempo
Temperatura
Cuproberilios
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Solubilización
a
a sobresaturada
Temple
Maduración
Zonas GP
a sobresaturada
a saturada
g2
a sobresaturada
g2
Sólida sólida
sobresaturada
Zonas
Guinier-Preston
g’ g
(barritas, placas)
BCT
a = b = 2.79 Å
c = 2.54 Å
CuBe (ordenada)
BCC
a = 2.70 Å
Moldeo
Forja
(sobreenvejecida)
Forja
CuproberiliosCuproberilios: Microestructura
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
El 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.
Índice
Reciclado
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Reciclado del cobre y de sus aleaciones
Reciclado
Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
Reciclado del cobre y de sus aleaciones
Bibliografía
 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.
 http://www.copper.org
 http://www.eurocopper.org
 http://www.cda.org.uk
 http://www.codelco.com

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Ejemplo trabajo cobre

  • 1. Fundamentos de Ciencia de los Materiales Asignatura:
  • 2. El 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. Índice
  • 3. El 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. Índice
  • 5. Introducción Fuente: Codelco Chile Fundamental en el desarrollo de la humanidad… Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 6. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción… y con una historia muy larga
  • 7. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 3500 – 2500 a.C. : Edad de Bronce … y con una historia muy larga
  • 8. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1500 a.C. : Primeros instrumentos musicales 700 a.C.: Monedas … y con una historia muy larga
  • 9. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 100 a.C. : Objetos decorativos de latón y bronce … y con una historia muy larga
  • 10. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1400: Instrumentos astronómicos en latón 1447: Imprenta en Alemania (cobre y latón) … y con una historia muy larga
  • 11. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1510: Engranajes y caja de relojes de bolsillo 1608: Telescopio de latón en Holanda … y con una historia muy larga
  • 12. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1710: Más instrumentos musicales… … y con una historia muy larga
  • 13. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1795: Máquina de vapor … y con una historia muy larga
  • 14. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1830: Hélices de bronce … y con una historia muy larga
  • 15. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1876: Teléfono … y con una historia muy larga
  • 16. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1881: Primera bombilla con cables de cobre … y con una historia muy larga
  • 17. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1906: Radio eléctrica … y con una historia muy larga
  • 18. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1931: Televisión … y con una historia muy larga
  • 19. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Introducción 1954: Células solares … y con una historia muy larga
  • 20. El cobre y sus aleaciones  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  Reciclado del cobre y de sus aleaciones. Índice
  • 21. Cobre puroCobre Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 22. CobrePropiedades principales Cobre Excelente conductor No magnético Dúctil y maleable Nutriente esencial Mecanizable y conformable Excelente transmisor de calor Altamente duradero y reciclable Alta resistencia a la corrosión Excelentes características aleantes Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Cu 29 1s22s2p63s2p1 Cobre 26.98154 Número atómico Símbolo Peso atómico Configuración electrónica
  • 23. CobrePropiedades principales Propiedad Valor Densidad, r 8.94 g/cm3 Límite elástico, sy 33.3 MPa Resistencia, st 210 MPa Módulo elástico, E 110 GPa Ductilidad 60% alargamiento Conductividad térmica, kc 385 W/m·K Conductividad eléctrica 100% IACS Apariencia Brillo rojizo Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Cu 29 1s22s2p63s2p1 Cobre 26.98154 Número atómico Símbolo Peso atómico Configuración electrónica 0 100 200 300 400 500 600 Ti Fe Cu Al Acero Resistencia,st(MPa) Fuente: http://www.matweb.com 0 50 100 150 200 250 300 350 Ti Fe Cu Al Acero Límiteeléstico,sy(MPa)
  • 24. CobrePropiedades principales Propiedad Valor Densidad, r 8.94 g/cm3 Límite elástico, sy 33.3 MPa Resistencia, st 210 MPa Módulo elástico, E 110 GPa Ductilidad 60% alargamiento Conductividad térmica, kc 385 W/m·K Conductividad eléctrica 100% IACS Apariencia Brillo rojizo Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Cu 29 1s22s2p63s2p1 Cobre 26.98154 Número atómico Símbolo Peso atómico Configuración electrónica Fuente: http://www.matweb.com Móduloelástico,E(GPa) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Ti Fe Cu Al Acero Ductilidad(%alargamiento) 0 10 20 30 40 50 60 Ti Fe Cu Al Acero
  • 25. CobrePropiedades principales Propiedad Valor Densidad, r 8.94 g/cm3 Límite elástico, sy 33.3 MPa Resistencia, st 210 MPa Módulo elástico, E 110 GPa Ductilidad 60% alargamiento Conductividad térmica, kc 385 W/m·K Conductividad eléctrica 100% IACS Apariencia Brillo rojizo Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Cu 29 1s22s2p63s2p1 Cobre 26.98154 Número atómico Símbolo Peso atómico Configuración electrónica Fuente: http://www.matweb.com Conductividadtérmica(W/m·K) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Ti Fe Cu Al Acero 0 10 20 30 40 50 60 Ti Fe Cu Al Acero Resistividadeléctrica(mo/cm)
  • 26. CobrePropiedades principales Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado {111} <110> <110> Sistemas de deslizamiento 12 {111} <110>ζC bajo 0.65-0.94 MPa FCC Estructura cristalina
  • 27. Cobre Conductividad eléctrica Resistencia a la corrosión Conductividad térmica Usos estructurales Estética 60% 1%7% 11% 21% Fuente: Copper Development Association Principales razones de uso Propiedades principales Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 28. Producción de cobreCobre  Zona oxidada (ley < 0.5%)  Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%)  Zona de sulfuros primarios (ley: 1%) Río Tinto Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 29. Producción de cobreCobre 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)2 Azurita: Cu3(CO3)2(OH)2 Fuente: Museo Ciencias Naturales de La Salle, Son Rapinya (Palma de Malorca) Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Pórfidos
  • 30. Producción de cobreCobre Pórfidos Zona oxidada (ley < 0.5%) Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%) Zona de sulfuros primarios (ley: 1%) Calcosina: Cu2S Fuente: Museo Don Felipe de Borbón y Grecia - ETSI de Minas, Madrid / Colección Elduayen Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 31. Producción de cobreCobre Pórfidos Zona oxidada (ley < 0.5%) Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%) Zona de sulfuros primarios (ley: 1%) Bornita: Cu5FeS4 Fuente: Colección de D. Benjamín Calvo, Madrid Fuente: Museo Mollfulleda de Mineralogía, Arenys de Mar (Barcelona) Calcopirita: CuFeS2 Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 32. Producción de cobreCobre Pórfidos Zona oxidada (ley < 0.5%) Zona de sulfuros secundarios (ley: 1-5%) Zona de sulfuros primarios (ley: 1%) Pirometalurgia ÁnodosCátodos Hidrometalurgia Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 33. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Cobre Proceso pirometalúrgico
  • 34. Proceso hidrometalúrgico Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Cobre
  • 35. CobreCobre puro: Productos 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. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 36. CobreCobre puro: Aplicaciones Consumos por sector 40% 25% 15% 10% 10% Construcción Eléctrico y Electrónica Equipos y Maquinaria Industrial Transportes Consumo y Productos Generales Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 37. CobreCobres comerciales Cobres afinados (cátodo electroafinado) 0.02-0.05 % O Cobres desoxidados (con fósforo) Formación de P2O5 Cobre electrorrecuperado Calidad 99.9 % 1100 1150 Temperatura,ºC 1050 1000 Cu 0.4 % en peso, O 0.8 1.2 a 0.39 Líquido 1066º a + Cu2O Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Cobres sin oxígeno < 0.001 % O
  • 38. CobreCobre calidad cátodo electroafinado: tenaz (ETP)  En el Cu tenaz fundido, formación de dendritas y de eutéctico Cu- Cu2O interdendrítico. 125 mm Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 39. CobreCobre calidad cátodo electroafinado: tenaz (ETP)  En el Cu tenaz fundido, formación de dendritas y de eutéctico Cu- Cu2O interdendrítico.  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 Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 40. CobreCobre tenaz (ETP): Fragilización Cu2O + H2 (disuelto en Cu) → 2Cu + H2O (vapor) Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 60 Profundidaddelazonafragilizada Tiempo, min 120 180 240 125 mm  Problemas de soldabilidad asociados a roturas.
  • 41. CobreCobre 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. 125 mm Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 42. CobreCobre 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. Desaprovechamiento de parte del material 500 mm Grandes rechupes durante la solidificación Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 43. El 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. Índice
  • 44. AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes Cu P Zn Cr Zr Sn Al Fe Si Ni Mn Zn Ni Sn ZnTe S Pb SnCd Ag Si Al Sn As Si Fe Mn Al Ni Color Resistencia Desgaste Corrosión Maquinabilidad Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 45. AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes 100 80 60 40 20 10 30 70 50 90 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 P Fe Si As Be Al Mg Ni Sn Zn Cd Ag Aleante, % Conductividadeléctrica,%IACS 100 99 98 97 96 95 94 Conductividadeléctrica,%IACS 0 0.05 0.10 0.15 0.20 Aleante, % Ag Cd Zn Sn MgNi As AlP Fe Pb Te S O Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 46. AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Cd Cd Al Al Sn Sn Zn Zn Ni Ni Recocido 100% deformación Resistencia,kg/mm2 Aleante, % Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado d ke psde  sssss 0 Relación de Hall-Petch Precipitación Solución sólida Dislocaciones Límite elástico del metal puro monocristalino
  • 47. AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Cd Cd Al Al Sn Sn Zn Zn Ni Ni Recocido 100% deformación Resistencia,kg/mm2 Aleante, % 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. Elemento Radio atómico (nm) Cu 0.128 Zn 0.133 Sn 0.151 Mn 0.112 Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Mecanismos de endurecimiento:
  • 48. AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Cd Cd Al Al Sn Sn Zn Zn Ni Ni Recocido 100% deformación Resistencia,kg/mm2 Aleante, % Endurecimiento por formación de solución sólida a. Mecanismos de endurecimiento: Endurecimiento por formación de compuestos u otra fase. Endurecimiento por precipitación. Endurecimiento por formación de estructuras martensíticas. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 49. AleacionesdeCobre Efecto de los principales aleantes Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Aleante Aleación Zn Latón Sn Bronce Sn + P Bronce fosforoso Ni Cuproníquel Al Cuproaluminio Be Cuproberilio
  • 50. Aleaciones de mayor interés en ingenieríaLatones Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 51. Cu Zn20 40 60 80 0 200 400 600 800 1000 1200 L a b b’ g d e h 1084.5º 903º 456º 468º 835º 700º 598º 558º 424º 419.58º Temperatura,ºC % en peso, Zn LatonesAleaciones Cu-Zn: Latones Hasta 40% Zn Latones aleados: Sn, Al, Si, Mn, Ni, Pb (x < 4%) • latones rojos • latones semi-rojos • latones amarillos Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 52. Aleaciones Cu-Zn: LatonesLatones 250 600 800 1000 1200 Temperatura,ºC 400 Cu Zn2010 30 40 50 % en peso, Zn Líquido a b b’ ab ab’ 835º 1084,5º 903º 32,5 456º 468º 45,5 48,9 bg b’g Latones a  Hasta un 39% Zn  Pueden contener pequeñas proporciones de fase b Latones a+b  37,5 - 46% Zn  Porcentajes de fase b mayores al aumentar el contenido de Zn Latones b  A partir de un 46% Zn  Incrementos de Zn hasta un 50% provocan la aparición de la fase g Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 53. Latones a: Microestructura 95/5 90/10 70/30 70/30 Latones Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 54. Latones a: Propiedades mecánicasLatones 60 60 50 40 30 Resistencia,kg/mm2 20 40 20 0 Alargamiento,% 100 90 80 70 60 Cobre, % 50 Efecto del endurecimiento por solución sólida Aumento de la ductilidad con el contenido de Zn La aparición de la fase b frágil modifica la tendencia en estas propiedades Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 55. Latones a: Propiedades mecánicasLatonesEspaciadoentrelíneasdedeslizamiento,A 30201510 % Alargamiento 50 25 0 1000 2000 3000 4000 5000 30% Zn 15% Zn 3% Zn Cu Tamaño de grano: 0.01 mm 5 30201510 255 30 20 15 40 25 35 45 % en peso de Zn Energíadefallodeapilamiento,J/m2x103 Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 56. 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 frío Alta maquinabilidad Baja formabilidad en caliente Buena formabilidad en caliente Buena formabilidad en caliente 902ºC 454ºC Cu 20 4010 30 % en peso, Zn 50 200 400 600 800 1000 1083 1100 Temperatura,ºC LatonesLatones a: Propiedades mecánicas Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 57. Latones Corrosión bajo tensiones (“season cracking”) Latones a: Corrosión Latones con contenidos de Zn elevados (>20% Zn) Deformación en frío Atmósferas amoniacales + + Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 58. LatonesLatones a: Corrosión        4OHNHZnNHCu O2HO8NHZnCu 2 43 2 43 223 Disolución anódica del metal:   4OH4eO2HO 22 Reacción catódica: Disolución en los límites de grano conduce a concentración de tensiones y a rotura corrosión bajo tensión Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 59. LatonesLatones a: Corrosión Descincado / Desaleación Latones con contenidos de Zn moderados (>15% Zn) Ausencia de inhibidores Condiciones de servicio adecuadas + + Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 60. LatonesLatones a: Corrosión Descincado / Desaleación  Disolución de la aleación  Posterior deposición de cobre poroso poco adherente As, Sb y Sn como inhibidores Zn Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 61. Latones 250 600 800 1000 1200 Temperatura,ºC 400 Cu Zn2010 30 40 50 % en peso, Zn Líquido a b b’ ab ab’ 835º 1084,5º 903º 32,5 456º 468º 45,5 48,9 bg b’g Latón de cartuchería 70Cu-30Zn Latones a: Aleaciones comerciales  Excelente deformabilidad en frío  Excelente formabilidad  Buena soldabilidad  Susceptibles a la corrosión bajo tensiones y al descincado Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 62. 250 600 800 1000 1200 Temperatura,ºC 400 Cu Zn2010 30 40 50 % en peso, Zn Líquido a b b’ ab ab’ 835º 1084,5º 903º 32,5 456º 468º 45,5 48,9 Latones bg b’g Latón bajo (tombac) 80Cu-20Zn Latones a: Aleaciones comerciales Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 63. Latones 250 600 800 1000 1200 Temperatura,ºC 400 Cu Zn2010 30 40 50 % en peso, Zn Líquido a b b’ ab ab’ 835º 1084,5º 903º 32,5 456º 468º 45,5 48,9 bg b’g Latón rojo 85Cu-15Zn Latones a: Aleaciones comerciales Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 64. Latones 250 600 800 1000 1200 Temperatura,ºC 400 Cu Zn2010 30 40 50 % en peso, Zn Líquido a b b’ ab ab’ 835º 1084,5º 903º 32,5 456º 468º 45,5 48,9 bg b’g Bronce comercial 90Cu-10Zn Latones a: Aleaciones comerciales Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 65. Latones 250 600 800 1000 1200 Temperatura,ºC 400 Cu Zn2010 30 40 50 % en peso, Zn Líquido a b b’ ab ab’ 835º 1084,5º 903º 32,5 456º 468º 45,5 48,9 bg b’g Latón de dorar (metal Gilding) 95Cu-5Zn Latones a: Aleaciones comerciales Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 66. Latones a+bLatones 37,5% < Zn% < 46% % en peso, Zn Líquido ab ab’ b’ b Lb ZONA DE TRABAJO EN CALIENTE ZONA DE RECRISTALIZACIÓN ZONA DE ALIVIO DE TENSIONES Baja formabilidad en frío Alta maquinabilidad Buena formabilidad en caliente Buena formabilidad en caliente 902ºC 454ºC 4030 50 a La Baja maquinabilidad Buena formabilidad en frío Baja formabilidad en caliente Cu 2010 200 400 600 800 1000 1083 1100 Temperatura,ºC Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Cu Zn 50% Cu, 50% Zn Desordenada: Ordenada: Fase b Fase b’ 456ºC
  • 67. Latones a+bLatones 60/40 Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 68. Latones b 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 frío Alta maquinabilidad Baja formabilidad en caliente Buena formabilidad en caliente Buena formabilidad en caliente 902ºC 454ºC Cu 20 4010 30 % en peso, Zn 50 200 400 600 800 1000 1083 1100 Temperatura,ºC Latones Zn% ~ 46% Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 69. Latones bLatones 50/50 Enfriamiento lento: formación de dendritas de b primaria rodeadas de fase a Enfriamiento rápido: sólo aparece fase b Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 70. LatonesLatones aleados  Mejorar su maquinabilidad  Mejorar su resistencia mecánica  Mejorar su resistencia a la corrosión  Otras razones especiales Razones para alear los latones: Pb (hasta 4%) Forma una fase globular dispersa Si Aumenta el contenido de fase b Sn (aprox. 1%) Latón almirantazgo (base 70/30) Latón naval (base 60/40) As Protege contra la descinficación Ni 10-20%: alpacas Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 71. Latones Cu Pb2010 30 40 50 % en peso, Pb 60 70 80 90 200 600 800 1000 1200 400 300 500 700 900 Líquido1 aL2 1084,5º 36 955º 87 326º 99,94 Latones aleados: Latones al Pb Líquido1 (36% Pb)  a (100% Cu) + líquido2 (87% Pb) Líquido2 (99.94% Pb)  a (100% Cu) + b (99.993% Pb) Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 72. LatonesLatones aleados: Latones al Sn y Al Latón de cartuchería (70/30) + 1% Sn Latón de almirantazgo Resistencia a la corrosión 77.5% Cu / 20.5% Zn / 2.0% Al% Latón al Al Metal de Muntz (60/40) + 1% Sn Fundición Latón naval Laminado en caliente Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 73. Aleaciones de mayor interés en ingenieríaBronces Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 74.  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: BroncesBronces Elemento Radio atómico (nm) Cu 0.128 Zn 0.133 Sn 0.151 Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 75. % en peso, Sn 200 400 600 800 1000 1100 Temperatura,ºC 300 500 700 900 70 80 90 Sn Líquido a b g d ae e h h’ 520º 350º 586º 798º 11,0 15,8 13,5 Cu 20 4010 30 50 60 BroncesAleaciones Cu-Sn: Bronces  Fase a: solución sólida FCC.  Fase b: Cu5Sn.  Fase g.  Fase d: Cu31Sn8.  Fase e: Cu3Sn. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado R. Peritéctica Líquido + a → b R. Eutectoides b → a + g g → a + d d → a + e
  • 76. % en peso, Sn Temperatura,ºC Cu 20 4010 30 50 200 400 600 800 1000 1100 300 500 700 900 60 a b g d e520º 350º 586º 798º 11,0 15,8 13,5 70 Líquido h h’ BroncesAleaciones Cu-Sn: Bronces Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado 90 Sn % en peso, Sn Temperatura,ºC Cu 20 4010 30 50 200 400 600 800 1000 1100 300 500 700 900 60 a b g d e520º 350º 586º 798º 13,5 70 80 Líquido h h’ 90 Sn % en peso, Sn Temperatura,ºC Cu 20 4010 30 50 200 400 600 800 1000 1100 300 500 700 900 60 a b g d e520º 350º 586º 798º 13,5 70 80 Líquido h h’ 90 Sn % en peso, Sn Temperatura,ºC Cu 20 4010 30 50 200 400 600 800 1000 1100 300 500 700 900 60 a b g d e520º 350º 586º 798º 13,5 70 80 Líquido h h’ 90 Sn % en peso, Sn Temperatura,ºC Cu 20 4010 30 50 200 400 600 800 1000 1100 300 500 700 900 60 a b g d e520º 350º 586º 798º 13,5 70 80 Líquido h h’
  • 77. 90Cu - 10Sn + trazas P BroncesBronces ordinarios: Microestructura Eutectoide a + d Segregación 80Cu - 15Sn Maclas de recocido Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 78. Bronces 90Cu - 10Sn Bronces ordinarios: Aplicaciones Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 79. Aleaciones de mayor interés en ingenieríaCuproaluminios Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 80. Cuproaluminios  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 Aleaciones Cu-Al: Cuproaluminios Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 81. Cuproaluminios 11,8 % en peso, Al a b g1 1037º7,5 g2 Líquido 9,5 565º Temperatura,ºC 600 800 1000 1100 500 700 900 2 4 8 106 12 14 16 18 20Cu 9,4 Cuproaluminios: Microestructura Fase a  7.5 - 9.4% Al  Muy dúctil, admite deformación en frío Fase b  BCC  Fácilmente deformable en caliente  Descomposición eutectoide Fases g1 / g2  Cu9Al4  g2 muy dura y frágil Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 82. a b g1 1037º7,5 g2 Líquido 9,5 565º Temperatura,ºC 600 800 1000 1100 500 700 900 2 4 8 106 12 14 16 18 20Cu 9,4 Cuproaluminios: MicroestructuraCuproaluminios Fase a (Estructura Windmanstätten) Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 83. Cuproaluminios Temperatura Tiempo a b g1 1037º7,5 g2 Líquido 9,5 565º 11,8 % en peso, Al Temperatura,ºC 600 800 1000 1100 500 700 900 2 4 8 106 12 14 16 18 20Cu 9,4 Cuproaluminios: Microestructura Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 84. Cuproaluminios: Propiedades mecánicas  La fase g2 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. Cuproaluminios % en peso, Al 2 4 8 106 20 10 30 40 50 60 70 80 Resistencia(ton/pulg.2)yAlargamiento,% Alargamiento Resistencia Cuproaluminios a Aparece b Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 85. Aleaciones de mayor interés en ingenieríaCuproníqueles Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 86. 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. 2-30% Ni Fuente: Copper Development Association, U.S.A. Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 87. Cuproníqueles: Propiedades mecánicasCuproníqueles 20 10 30 40 50 60 70 80 Tensión(ksi) Alargamiento,% % en peso, Ni 20 40 80 10060 0 0 20 10 30 40 50 60 0 0 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 Resistividad(mo·cm) Coeficientedetemperatura % en peso, Ni 20 40 80 10060 Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 88. Cuproníqueles 30% Ni 10% Ni Cuproníqueles: Microestructura % en peso, Ni 20 40 80 Ni6010 30 50 70 90Cu 200 300 1100 1200 1300 1400 1500 aCu,Ni 1455º Líquido 1084,5º a1 a2 322º 358º TEMPERATURA DE CURIE a1  a2 Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 89. Aleaciones de mayor interés en ingenieríaCuproberilios Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 90. Cuproberilios Aleaciones con alto contenido de cobre: cobre-berilio / cobre-berilio-cobalto Aleaciones Cu-Be de alta resistencia Aleaciones Cu-Be de alta conductividad Forja 1.6-2% Be 0.3% Co Fundición Hasta 2.7% Be 0.2-0.7% Be Mayores 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. Fuente: Copper Development Association, Reino Unido Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 91. 500 1000 Tiempo Temperatura Cuproberilios 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 21 3 4 5 6 7 8 9 10Cu % en peso, Be Líquido 6.0 g1  g2 (Cu)  g2 g1(Cu) 1.55 2.7 4.1 4.3866º 853º, 5.0% 605º Maduración Solubilización Temple Solución sólida metaestable Cu-Be Cuproberilios: Microestructura Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado
  • 92. 500 1000 Tiempo Temperatura Cuproberilios Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Solubilización a a sobresaturada Temple Maduración Zonas GP a sobresaturada a saturada g2 a sobresaturada g2 Sólida sólida sobresaturada Zonas Guinier-Preston g’ g (barritas, placas) BCT a = b = 2.79 Å c = 2.54 Å CuBe (ordenada) BCC a = 2.70 Å
  • 94. El 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. Índice
  • 95. Reciclado Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Reciclado del cobre y de sus aleaciones
  • 96. Reciclado Introducción Cobre puro Aleaciones de cobre Reciclado Reciclado del cobre y de sus aleaciones
  • 97. Bibliografía  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.  http://www.copper.org  http://www.eurocopper.org  http://www.cda.org.uk  http://www.codelco.com