clase 17 de ingenieria de materiales

1. COBRE Y SUS ALEACIONES
Dr. Ingº FORTUNATO ALVA DAVILA
Lima, junio del 2014

2. EL COBRE
El cobre (del latín cuprum) cuyo símbolo es Cu, es el
elemento químico de número atómico 29.
Es un metal de color rojizo y brillo metálico, se
caracteriza por ser uno de los mejores conductores
de electricidad, después de la plata.
Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y
maleabilidad, se ha convertido en el material más
utilizado para fabricar cables eléctricos y otros
componentes eléctricos y electrónicos.

3. EL COBRE
El cobre es uno de los pocos metales que pueden encontrarse
en la naturaleza en estado "nativo", es decir, sin combinar con
otros elementos.
Fue uno de los primeros en ser utilizado por el hombre.
Los otros metales nativos son el oro, el platino, la plata y el
hierro.
Se han encontrado utensilios de cobre nativo con 7 000 a.C
en Cayönü Tepesí (actual Turquía) y en Irak.

4. EL COBRE
El cobre forma muy elevada cantidad de aleaciones
que presentan mejores propiedades mecánicas, aunque
tienen una conductividad eléctrica menor.
Las más importantes son conocidas con el nombre de
bronces y latones.
El cobre es un metal duradero, se puede reciclar un
número casi ilimitado de veces sin que pierda sus
propiedades mecánicas.

5. EL COBRE
Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el
ser humano en la prehistoria.
La aleación del cobre con el estaño, el bronce,
adquirieron mucha importancia que los historiadores
han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a
dos períodos de la Antigüedad.
Su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de
la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo
empleados para hacer objetos tan diversos como
monedas, campanas y cañones.

6. EL COBRE
A partir del siglo XIX, con la invención del generador
eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió
de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia
prima principal de cables e instalaciones eléctricas.

7. EL COBRE
El cobre se encuentra en los alimentos tales como: las
ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces
entre otros, además del agua potable y por lo tanto
es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre
en el organismo.
El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una
enfermedad hepática conocida como enfermedad
de Wilson.
El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo,
por detrás del hierro y el aluminio.

8. EL COBRE
No se tiene conocimiento cómo ni dónde surgió la idea
de añadir estaño al cobre, para producir el primer
bronce. Se cree que fue un descubrimiento
imprevisto, ya que el estaño es más blando que el
cobre y, sin embargo, al añadirlo al cobre se obtenía un
material más duro cuyos filos se conservaban más
tiempo. Con el descubrimiento de esta nueva tecnología
se da inicio de la Edad del Bronce, alrededor del año
3 000 a.C para Oriente Próximo, 2 500 a.C para Troya y
el Danubio y 2 000 a.C para China.

9. EL COBRE
Edad Media y Edad Moderna
La resistencia a la corrosión del cobre, el bronce y el
latón permitió que estos metales hayan sido
utilizados no sólo como decorativos sino también
como funcionales desde la Edad Media hasta
nuestros días.
Entre los siglos X y XII se hallaron en Europa
Central grandes yacimientos de plata y cobre.

10. EL COBRE
Edad Contemporánea
Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que
un conductor eléctrico moviéndose perpendicularmente
a un campo magnético generaba una diferencia de
potencial. Aprovechando esto, construyó el primer
generador eléctrico, el disco de Faraday, empleando un
disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán
con forma de herradura, induciendo una corriente
eléctrica. El posterior desarrollo
de generadores eléctricos y su
empleo en la historia de
electricidad ha dado lugar
a que el cobre haya
obtenido una importancia
destacada en la humanidad.
Disco de Faraday

11. r U
EL COBRE
Propiedades físicas
El cobre posee varias propiedades físicas que propician
su uso industrial en múltiples aplicaciones
 Es de color rojizo y de brillo metálico y,
 Después de la plata, es el elemento con mayor
conductividad eléctrica y térmica.
 Es un material abundante en la naturaleza;
 Se recicla de forma indefinida;
 Forma aleaciones para mejorar las propiedades
mecánicas y
 Es resistente a la corrosión y oxidación.

12. -
EL COBRE
Propiedades mecánicas
El cobre como sus aleaciones tienen una buena
maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar.
El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad
lo que permite producir láminas e hilos muy
delgados y finos.
Es un metal blando, con dureza 3 en la escala de
Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la
tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de
33,3 Mpa. En general, sus propiedades mejoran con
bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en
aplicaciones criogénicas.

13. EL COBRE
Características químicas
En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta
estados de oxidación bajos, siendo el más común el
+2, aunque también hay algunos con estado de
oxidación +1.
Expuesto al aire, el color rojo salmón, inicial se torna
rojo violeta por la formación de óxido cuproso
(Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la
formación de óxido cúprico (CuO). La coloración azul
del Cu+2 se debe a la formación del ión [Cu (OH2)6]+2.

14. ALEACIONES Y TIPOS DE COBRE
Desde el punto de vista físico, el cobre puro posee muy bajo
límite elástico (33 MPa) y una dureza escasa. En cambio,
unido en aleación con otros elementos adquiere
características mecánicas muy superiores, pero
disminuye su conductividad.
Existe una amplia variedad de aleaciones de cobre, de
cuyas composiciones dependen las características técnicas
que se obtienen. El cobre se alea principalmente con los
siguientes elementos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si, Cd, Cr y otros
en menor cuantía.

15. LATÓN (Cu-Zn)
El latón, es una aleación de cobre y Zinc y, en menor
proporción, otros metales. En los latones industriales,
el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a
50%. Su composición influye en las características
mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de
conformación por fundición, forja y mecanizado. En
frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente
produciendo láminas, varillas o se cortan en tiras
susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su
densidad depende de su composición y generalmente
ronda entre 8,4 g/cm3 y 8,7 g/cm3.

16. LATÓN
.
El latón es más duro que el cobre, pero fácil de
mecanizar, grabar y fundir. Es resistente a la
oxidación, a las condiciones salinas y es
maleable, por lo que puede laminarse en planchas
finas.
Jarrón egipcio de latón, Museo del Louvre, París

17. LATÓN
El latón tiene un color amarillo brillante, con
parecido al oro, característica que es aprovechada en
joyería, especialmente en bisutería, y en el
galvanizado de elementos decorativos.
Las aplicaciones de los latones abarcan otros campos
muy diversos, como armamento, calderería,
soldadura, fabricación de alambres, tubos de
condensadores y terminales eléctricos. Como no es
atacado por el agua salada, se usa también en las
construcciones de barcos y en equipos pesqueros y
marinos.

18. BRONCE (Cu-Sn)
Las aleaciones del cobre y el estaño (Sn) se conocen
con el nombre de bronce y son conocidas desde la
antigüedad. Hay muchos tipos de bronces que
contienen además otros elementos como aluminio,
berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estaño en
estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22%.
Son de color amarillento y las piezas fundidas de
bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son
más difíciles de mecanizar y más caras.

19. BRONCE
La tecnología metalúrgica de la fabricación de bronce es
uno de los hitos más importantes de la historia de la
humanidad, dio origen a la
llamada Edad de Bronce.
El bronce fue la primera
aleación fabricada por
el ser humano.
Estatua de bronce. David desnudo

20. BRONCE
El bronce se emplea en:
 Aleaciones conductoras del calor,
 Baterías eléctricas y en la fabricación de válvulas,
 Tuberías y uniones de fontanería.
 En uniones deslizantes, como cojinetes y descansos,
discos de fricción; y
 Otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia
a la corrosión como rodetes de turbinas o válvulas de
bombas, etc.

21. ALPACA(Cu-Sn-Ni)
Las ALPACAS o platas alemanas son aleaciones de
cobre, Níquel y Zinc, en una proporción de 50-70% de
cobre, 13-25% de níquel, y 13-25% de zinc.
Hueveras de alpaca

22. ALPACA
Las aleaciones de alpaca tienen una buena resistencia
a la corrosión y buenas cualidades mecánicas.
Su aplicación abarca:
 Materiales de telecomunicaciones,
 Instrumentos y accesorios de fontanería y
electricidad,
 Grifos, abrazaderas, muelles, conectores.
 Se emplea en la construcción y ferretería, para
elementos decorativos y en la industria química
y alimentaria,
 Además de materiales de vajillas y orfebrería.

23. MONEL
Es una aleación que tiene una composición de Cu de
28-30%, Ni de 66-67%, Fe de 3-3,5%.
Este material tiene gran resistencia a los agentes
corrosivos y a las altas temperaturas.
Otro tipo de alpaca es el llamado platinoide, aleación
de color blanco compuesta de 60% de cobre, 14% de
níquel, 24% de Zinc y de 1-2% de Wolframio.