MATERIALES INDUSTRIALES I Capitulo 6 Aleaciones no ferrosas

MATERIALES INDUSTRIALES I
Capitulo 6
Aleaciones no ferrosas
cobre
Estructura FCC
Peso específico: 8,96 g/cm3
Temperatura de fusión: 1083 ºC
Tensión de rotura : aprox. 240 MPa y 40% de alargamiento
Criogénico ( mantiene sus propiedades a -190ºC )
Buena resistencia a corrosión en agua de mar
Pasivado por capa de oxido cuproso ( violáceo) > cúprico ( ennegrece )
con mucho tiempo > carbonato cúprico ( color verde )
Muy buena conductividad eléctrica ( solo superada por la Plata )
Muy buena conductividad térmica
cobre y cobre aleado
Del mineral de Cu ( en general sulfuros ) se obtiene cobre blister con mas del
98% de Cu denominado Cobre comercial ordinario
Afinado por arco eléctrico se obtiene Cobre comercial ordinario electrolítico
( ETP ) con 99,5 % de Cu .Mediante tratamiento metalúrgico se obtiene el Cu
99,99% libre de Oxígeno (OFHC certificado)
Latones
Aleaciones de cobre
Aleaciones de Cobre con Zinc
Latones α desde 5% a 20% de Zn ( latones rojos )
Latones α + β desde 20 a 36% de Zn ( latones amarillos )
Bronces Aleaciones de Cobre con Estaño
Otras aleaciones de Cobre , por Ej. con Be , Si , Pb , etc.
diagrama cobre zinc
latones sus usos
Latón 80-20 ( latón α )
Estructura FCC , de color parecido al oro y muy utilizado en joyería para
bijuterie
Latón 70-30 ( latón α )
Conocido como latón de cartuchería .
Por su alta ductilidad es muy utilizado para fabricar munición
La fase α presenta muy buenas propiedades para ser trabajado en frío.
Relativamente blandos , dúctiles y fáciles de deformar plásticamente.
Latón 60-40 ( latón α + β)
Conocido como metal Muntz .
Mas resistencia y dureza que los anteriores
Usos: radiadores de automóviles, instrumentos musicales, monedas
latones sus usos
Latón naval
Se le agrega aprox. 10% de Sn para evitar la corrosión
Otros latones:
Para mejorar las propiedades mecánicas se les agregan también: Pb , Al o Ni.
No hay aleaciones comerciales de latones con mas del 50% de Zn debido a su
alta fragilidad, por la presencia de la fase γ , que lo hace una aleación sin
interés industrial.
diagrama cobre estaño
bronces sus usos
Hasta 8% de Sn : láminas , alambre , monedas . Fácil trabajo en frío
Entre 8% y 12% de Sn : engranajes , partes de maquinas , cojinetes .
Entre 12% y 20% de Sn: cojinetes y casquillos
Entre 20% y 23% . Campanas es muy duro y frágil
Con el agregado de P ( 0,03% a 0,3% ) que forma un precipitado duro ( Cu3P)
distribuido en la matriz de la fase α en bronces con 1 a 10% de Sn
diagrama cobre berilio
cobre berilio
Aleaciones que se pueden endurecer hasta obtener una resistencia muy alta
Con aprox. 2% de Be se puede llegar a superar los 1000 MPa mediante
tratamiento de solución y posterior envejecido
Tienen muy buena resistencia a la fatiga y desgaste
Muy usada en resortes y para la fabricación de contactos eléctricos,
engranajes y válvulas
Fabricación de herramientas de seguridad contra chispa para ambientes con
peligro de explosión ( algunas petroquímicas , industrias del gas y del
petróleo)
diagrama cobre silicio
cobre silicio
Aprox. 3 a 5% de Silicio
Muy buena resistencia a la corrosión casi equivalente al Cu
Buena resistencia a la corrosión de ácidos orgánicos y agua de mar.
Usos en equipos marinos , calderas , bombas y ejes
endurecimiento por precipitación y envejecido
endurecimiento por precipitación y envejecido
En varias clases de aleaciones de ingeniería como ser las de aluminio . cobre ,
níquel y magnesio el efecto de la disminución de la solubilidad sólida se usa
para producir un material mas fuerte.
1ra etapa: Tratamiento de solución - calentar hasta tener una sola fase
2da etapa: Temple que produce una sol sol sobresaturada de la fase α
3ra etapa : Envejecido precipitación de partículas sub. microscópicas de la
fase θ ( en este caso CuAl2) en la matriz α . Puede ser Natural o artificial.
Condiciones para poder llevarlo a cabo:
1. Curva de Solvus pronunciada
2. Dos fases a temperatura ambiente
3. Precipitados coherentes
aluminio
Estructura FCC
Peso específico: 2,7 g/cm3
Temperatura de fusión: 660 ºC
Tensión de rotura : aprox. 100 MPa
Buena resistencia a corrosión , excepto soluciones alcalinas
No toxico
Pasivado por capa de oxido de Al
Buena conductividad eléctrica ( menor al Cu )
Muy buena conductividad térmica
Mala resistencia al desgaste por fricción
aluminio y sus aleantes
Aluminio mínimo 99% o mas
Cobre
Manganeso
Silicio
Magnesio
Magnesio y Silicio
Zinc
1XXX
2XXX
3XXX
4XXX
5XXX
6XXX
7XXX
F: tal como se fabricó. Sin control de cantidad de endurecimiento
O: Recocido y recristalizado
H: Endurecido por deformación
T: Tratado térmicamente
Los grupos 2XXX , 6XXX y 7XXX son endurecibles por sol y envejecido
aluminio y sus aleantes
H representa Endurecido por deformación
H1 : trabajado en frío
H2 : trabajado en frío y recocido
H3: Endurecido por deformación y estabilizado
T representa Tratado térmicamente
T1 T2: Enfriamiento natural desde alta temperatura hasta una condición
estable
T3: Trat térmico de solubilización, trabajado en frío y envejecido natural
T4: Trat térmico de solubilización y envejecido natural
T5: Enfriamiento natural desde alta temperatura y envejecido natural
T6: Trat térmico de solubilización y envejecido artificial
T7:Trat térmico de solubilización y estabilización
T8: Trat térmico de solubilización, trabajado en frío y envejecido artificial
Ej.: 1060 H14
1060 H19
aleaciones de Al
Aleaciones del grupo 2XXX
Una de las mas importantes la 2024 con 4,5% de Cu, 1,5 de Mg y 0,6% de Mn
Se forma un precipitado de Al2CuMg que refuerza la aleación
En condición T6 tiene aprox. 440 Mpa y se usa en estructuras de aviones
Aleaciones del grupo 6XXX
Una de las mas importantes la 6061 con 1% de Mg , 0,6% de Si que en estado
T6 tiene aprox. 280 Mpa
Usos estructurales
Aleaciones del grupo 7XXX
Una de las mas importantes la 7075 con 5,6 de Zn , 2,5 % de Mg y 0,25 de Cr
en estado T6 llega a 500 Mpa
Uso en aeronáutica
aluminio y aleaciones
diagrama aluminio cobre
diagrama aluminio silicio
diagrama aluminio magnesio
aleaciones de Al de fusión
Utilizadas para fundición en molde permanente o fijo y por coquilla o a
presión.
Si entre 5 y 12%
Es el principal elemento de aleación que
le otorga fluidez a temperatura de
metal liquido
anodizado del aluminio-colaminado-soldadura
ANODIZADO Tratamiento electroquímico de superficie en el que se forma
una capa de oxido de alúmina que es dura , transparente , compacta y
protectora
El ánodo es el aluminio , el electrolito acido sulfúrico y el cátodo es un
electrodo no consumible de Pb
Opcionalmente se puede obtener una capa coloreada que le da aspecto
decorativo
COLAMINADO El aluminio presenta una de estas ventajas para importante
uso industrial lo que permite unir dos chapas de diferentes calidades ,
Consiste en pasar por dos rodillos de laminación a aprox. 350ºC
SOLDADURA método TIG Tungsteno Gas Inerte
níquel
Estructura FCC
Peso específico: 8,9 g/cm3
Temperatura de fusión: 1460 ºC
Excelente resistencia a corrosión.
Muy buena resistencia a la corrosión a alta temperatura
Son las denominadas superaleaciones
Monel . Inconel , Hastelloy
monel
Es una aleación de Níquel Cobre (cerca de 67% Ni-23% Cu), que puede ser
endurecida solamente por trabajo en frío.
Buena resistencia en un rango amplio de altas temperaturas y además tiene una
excelente resistencia a ambientes de corrosión agua de mar a temperatura .
Muy buenas propiedades mecánicas a temperaturas bajo cero
Por su alto contenido en Cu atacado rápidamente por acido nítrico y amoniaco
Especialmente usado en la industria marítima, y de procesos petroquímicos.
Tanques para combustible - Destiladores de Petróleo crudo - Válvulas y bombas
Bombas y ejes para hélices - Tornillería y conexiones para la industria marítima
Tubería y tanques de presión - Intercambiadores de calor y calderas
inconel
Es una aleación de Níquel Cromo (cerca de 15% de Cr ), que puede ser
endurecida por precipitación y envejecido.
Buena resistencia a la termo fluencia
Especialmente usado en:
Palas y alabes de turbinas de gas
Intercambiadores de calor
aleaciones industriales de níquel
bibliografía
Ciencia e Ingeniería de los Materiales Callister
Ciencia e Ingeniería de los Materiales - Smith
Ciencia e Ingeniería de los Materiales - Askeland