Aleaciones no férreas
El elemento base, solvente, no es el fierro sino un material
diferente
Aleaciones no férreas: especificadas para aplicaciones
estructurales que requieren reducido peso, alta resistencia,
propiedades no magnéticas, altos puntos de fusión o resistencia
química y a la corrosión atmosférica. También están especificadas
para aplicaciones eléctricas y electrónicas.
Las piezas de estos materiales se pueden producir por moldeo, como
producto semi-terminado (lingote, planchas) y luego trabajados
mediante laminado, forja, extrucción, etc, en frío o en caliente,
etc; también se pueden producir vía metalurgia de polvos.
- Aluminio y sus aleaciones
- Cobre y sus aleaciones
- Magnesio y sus aleaciones
- Titanio y sus aleaciones
- Zinc y sus aleaciones
- Níquel y sus aleaciones
- Otras aleaciones no férreas
Exxxxx Tierras raras y sus aleaciones
Fxxxxx Fundiciones férreas
Hxxxxx Aceros para temple y revenido
Jxxxxx Aceros moldeados
Mxxxxx Miscelánea de metales no férreos y sus
aleaciones
Nxxxxx Níquel y sus aleaciones
Pxxxxx Metales preciosos
Sxxxxx Aceros inoxidables y superaleaciones
Txxxxx Aceros para herramientas
Wxxxxx Aceros para electrodos
PRINCIPALES ALEACIONES BASE COBRE
Las aleaciones base cobre: Se utilizan aprovechando las propiedades
intrínsecas del cobre y los efectos que sobre él producen otros
elementos de aleación tales como el Sn, Zn, Ni, Al, etc.
COBRE
El cobre es un metal de estructura fcc, dúctil y maleable. Su
principal propiedad física es la buena conductividad eléctrica y
térmica. Para aprovechar estas propiedades físicas se utiliza el
cobre electrolítico (Cu desoxidado electrolíticamente) que es el de
más alta pureza (99.9%)
En general, las aleaciones base se requieren por su buena
resistencia a la corrosión, buenas propiedades
mecánicas –depende de la composición química- y por su buena
aptitud para diferente métodos de conformado.
Las principales son:
Aleaciones Cu-Zn : Latones
Aleaciones Cu-Sn : Bronces
Aleaciones Cu-Ni: Cuproníqueles
Aleaciones Cu-Al: Cuproaluminios
transformación
CuZn3 b.c.c. 21/12
Cu21Zn79 Hex. compacta
Latones
Aleaciones cobre y zinc que contienen hasta 45% de Zn. Son
los más importantes debido a
sus excelentes propiedades y relativo bajo costo. Teniendo en
cuenta las variaciones de
solubilidad del Zn en Cu y los compuestos que forman, los latones
se clasifican en:
Latones alfa: Son monofásicos. Presentan solución sólida alfa de Zn
en Cu hasta un 36%.
Son muy blandos y dúctiles, se utilizan para trabajos de
deformación en frío. Tienen buena
resistencia a la corrosión. La propiedades de estas aleaciones
dependen del porcentaje de
Zinc: a mayor contenido de este elemento mayor resistencia
mecánica. El color de estos
latones varía según el contenido de cobre y se tienen dos grupos
:
latones alfa rojos: Contenido de Zn entre 5-20%. Muy buena
resistencia a la corrosión.
Aplicaciones: válvulas, accesorios, remaches, núcleos de
radiador. Se pueden conformar
por estampado, embutido, forja, colada, etc.
Latones alfa amarillos: 20-36% de Zn. Tiene muy buena ductilidad
que permite su empleo
como material para trabajos de conformado severos, como embutición
profunda,
estampado. Se utilizan para fabricar chapas metálicas, alambres,
cartuchos para
proyectiles, etc. Sufren corrosión bajo tensión y deszincificación.
El más común es el 70/30.
El latón laminado y recocido presenta una m = 1960 Kg/cm2, en
estado de acritud m =
7000 Kg/cm2 . Estos latones sólo admiten tratamiento térmicos
de recocido (entre 590-
650°C)
Latones
Latones alfa + beta: Contienen entre 54 y 62% de Cu ( 38-42% Zn)
son de mayor resistencia que los alfa y se usan para trabajos en
caliente (deformación entre 750 y 650C°). Su dureza la deben a la
fase beta. El más común es el 60/40 llamado metal Muntz. Se usan
para la fabricación de tornillos y piezas de maquinaria, chapas
para recubrir barcos, colectores de condensadores, tubos de
condensador, redondos para soldaduras,
Cobre y estaño también forman solución sólida y compuestos
electrónicos:
: Solución sólida de sustitución de Sn en Cu: fase muy
blanda y dúctil
El diagrama es industrialmente útil hasta el 20%-30% Sn
Compuesto Formula Sistema Cristalino Relación
de
Hume-Rothery
(R)
Propiedades
transformación
Bronces al estaño
Bronces al estaño: Aleaciones Cu-Sn con contenido de estaño de
hasta 30%. El estaño
aumenta la resistencia a la tracción del cobre más que el zinc. Las
piezas fabricadas de
esta aleación pueden producirse mediante deformación y/o colada.
Bronces alfa: Contiene hasta 10% de Sn. A temperatura ambiente
presentan fase alfa
(solución sólida de de Sn en Cu) con algunos precipitados muy
pequeños de fase delta. Es
muy dúctil y poco resistente, por eso puede laminarse en frío. En
comparación con los
latones son más duros, tenaces y resistentes a la corrosión que los
latones pero más caros.
Generalmente se suministra como lámina rolada, varilla estirada u
hojas de turbina
estiradas.
Bronces alfa + delta: Contienen hasta 18% de Sn. Su microestructura
corresponde a fase
alfa con partículas precipitadas de fase delta que es muy dura y
frágil. Estas aleaciones se
usan generalmente para fabricar piezas por colada -como por ejemplo
las chumaceras-, ya
que la fase delta las hace resistentes al desgaste.
Bronces al estaño alfa + delta . a) bruto de colada . b)
homogenizado
Cuproníqueles
-Excelente resistencia a la corrosión, especialmente en agua de mar
en movimiento.
- Resistencia a la corrosión en condiciones de altas
presiones.
- Mantienen la resistencia mecánica en condiciones de altas
temperaturas entre 300 a 400 ºC.
- Conductividad eléctrica y térmica relativamente débil.
Latones C20500-C28580 Cu-Zn
Bronces fosforados C50100-C52400 Cu-Sn-P
Bronces al aluminio C60600-C64400 Cu-Al-Ni-Fe-Si-
Sn
Otras aleaciones cobre-zinc C66400-C69900 . . .
Latones rojos y latones rojos al plomo C83300-C85800 Cu-Zn-Sn-Pb
(75-
89% Cu)
Latones amarillos y latones amarillos al plomo C85200-C85800
Cu-Zn-Sn-Pb (57-
74% Cu)
manganeso con plomo
Bronces al estaño y bronces estañados al
plomo
Bronces al aluminio C95200-C95810 Cu-Al-Fe-Ni
Cuproníqueles C96200-C96800 Cu-Ni-Fe
Ni-Cu-Zn-Pb-Sn C97300-C97800 Cu-Ni-Zn-Pb-Sn
Aleaciones especiales C99300-C99750 . . .
Designaciones de temperizado
Las aleaciones de cobre pueden describirse por su “temper”. Este
término
define la condición metalúrgica, tratamiento térmico y/o método
de
colada.
La norma ASTM B 601, "Standard Practice for Temper Designations
for
Copper and Copper Alloys--Wrought and Cast," se ha desarrollado
para
la designación de los estados de las aleaciones base cobre.
Este
estándard establece un código alfanumérico que puede ser asignado
a
condition
H58 Drawn general purpose
H60 Cold heading; forming
Aluminio y sus aleaciones
El aluminio es el segundo material más consumido en el mundo
después
del hierro. Es uno de los materiales más versátiles y atractivos,
para una
gran gama de aplicaciones, desde una fina hoja de papel aluminio,
hasta
una exigente aplicación en ingeniería.
Su baja densidad y alta resistencia específica, la hacen muy útil
para
vehículos espaciales y en la industria aeronáutica. Tiene una
alta
resistencia a la corrosión atmosférica, en agua fresca y salada,
en
muchos productos químicos y sus soluciones.
Al contacto con otros materiales, no se forman sales de
colores que
puedan mancharlos. No tiene reacciones tóxicas y, por tanto, es
muy
adecuado para la transformación, manipulación, almacenamiento
y
envasado de alimentos y bebidas. Por último, el aluminio tiene una
alta
conductividad eléctrica y térmica.
- Algunas aleaciones logran alta resistencia
- Buena conductividad eléctrica y térmica
- Alta reflectividad de la luz y el calor
- Resistente a la corrosión en diversas condiciones
- No es tóxico
Alta afinidad por el oxígeno
Muy dúctil, deformable, muy poco resistente
Alta tenacidad al choque - Aplicaciones criogénicas
Posibilidad de mejorar sus propiedades aleándolo y tratándolo
térmicamente.
Material estructural
La resistencia a la tracción del aluminio puro, en estado recocido
es
aproximadamente 10MPa (1.5 Ksi), mientras que una aleación
comercial tratada
térmicamente puede llegar a tener 550 MPa (80KSi)
Alta reflectividad de la luz y el calor
Conductividad eléctrica, casi el doble que la del cobre para un
peso equivalente.
Utilizando cables de aluminio reforzados con núcleos de acero, se
pueden atender los requerimientos de alta conductividad y
resistencia mecánica, para líneas de alta tensión.
La conductividad térmica de las aleaciones de aluminio, de 50 a 60%
la del cobre, es ventajosa en intercambiadores de calor,
evaporadores, aparatos de calefacción eléctrica, utensilios,
radiadores de automóviles, etc.
El aluminio es no ferromagnético, una propiedad importante en la
industria eléctrica y electrónica.
Es no pirofórico (no arde), que es importante en aplicaciones que
impliquen manejo de materiales inflamables o explosivos
Aleaciones de aluminio
Las propiedades mecánicas, físicas y químicas de las aleaciones de
aluminio
dependen de la composición y de la microestructura.
Principales elementos de aleación: cobre, manganeso, silicio,
magnesio y zinc. La
cantidad total de esos elementos puede constituir más del 10% de la
composición
de la aleación, las impurezas llegan a menos de 0,15%.
Generalmente las aleaciones de aluminio se clasifican como forjadas
y
moldeadas.
o no.
Nomenclatura de las aleaciones de aluminio
Desarrollada por la Aluminum Association, Inc.
Para las aleaciones forjadas el sistema usa 4 dígitos: Aleación:
X1 X2 X3 X4, donde:
- X1 caracteriza el principal elemento de aleación
- 1 Al 99%
- 7 Zn
- 8 Otros
X2 indica una aleación modificada respecto de la original, (si
X2 = 0, indica la aleación original).
Designación del estado del material
- F : (as fabricated), no se dan límites a las propiedades
mecánicas.
- O : Recocido y recristalización
- H : Endurecido por deformación
1 Endurecido sólo por deformación
X1 2 Endurecido por deformación + recocido
parcial
3 Endurecimiento por deformación + estabilización a
baja
temperatura
X2 Indica el grado de endurecimiento por deformación, donde 1
es mínimo y 8 es máximo
Ejemplo: 1099 H18
- T1 : Producto enfriado desde la temperatura de fabricación, y
luego
envejecido naturalmente
- T4 : Solución con envejecimiento natural
- T5 : igual a T1, pero con envejecimiento artificial
- T6 : igual a T4, pero con envejecimiento artificial
- T7 : Solución y estabilizado
Aleaciones de aluminio para moldeo
Se utiliza un sistema de tres dígitos seguido de una cifra
decimal.
La composición se describe con los tres primeros
dígitos.
El decimal 0 en todos los casos indica los límites de composición
de la aleación.
Los decimales 1 y 2 dan la composición del lingote después de la
colada y el procesado.
1 xx.x : Aluminio no aleado, especialmente para
manufactura de rotors.
2 xx.x : Principal elemento de aleación es el cobre, pero
pueden especificarse otros elementos.
3 xx.x : Principal elemento de aleación es el silicio. Se
puede especificar también cobre y magnesio. Esta serie comprende
cerca del 90% de los productos de aluminio moldeados.
4 xx.x : Principal elemento de aleación es el
silicio.
6 xx.x : No usado
7 xx.x : Principal element de aleación es el zinc. Pueden
especificarse
otros elementos de aleación como el cobre y magnesio.
8 xx.x : Principal elemento de aleación es el
estaño.
9xx.x: no usado
que lo hace muy resistente a
la corrosión: ANODIZADO
Tipos de aleaciones normalizadas
Las aleaciones de aluminio forjado se dividen en dos grandes
grupos, las que no reciben tratamiento térmico y las que reciben
tratamiento térmico
Aleaciones de aluminio forjado sin tratamiento térmico
Las aleaciones que no reciben tratamiento térmico solamente pueden
ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia. Hay tres
grupos principales de estas aleaciones según la
norma AISI-SAE que son los siguientes:
Aleaciones 1xxx. Son aleaciones de aluminio técnicamente puro, al
99,9% siendo sus principales impurezas el hierro y el silicio como
elemento aleante. Se les aporta un 0.12% de cobre para aumentar su
resistencia. Tienen una resistencia aproximada de 90 MPa. Se
utilizan principalmente par trabajos de laminados en frío.
Aleaciones 3 xxx. El elemento aleante principal de este grupo de
aleaciones es el manganeso (Mn) que está presente en un 1,2% y
tiene como objetivo reforzar al aluminio. Tienen una resistencia
aproximada de 16 ksi (110MPa) en condiciones de recocido. Se
utilizan en componentes que exijan buena mecanibilidad.
Aleaciones 5xxx. En este grupo de aleaciones es el magnesio es el
principal componente aleante su aporte varía del 2 al 5%. Esta
aleación se utiliza cuando para conseguir reforzamiento en solución
sólida. Tiene una resistencia aproximada de 28 ksi (193MPa) en
condiciones de recocido.
Aleaciones de aluminio forjado con tratamiento térmico
Algunas aleaciones pueden reforzarse mediante tratamiento
térmico en un proceso de precipitación. El nivel de tratamiento
térmico de una aleación se representa mediante la letra T seguida
de un número por ejemplo T5. Hay tres grupos principales de este
tipo de aleaciones.
Aleaciones 2xxx: El principal aleante de este grupo de aleaciones
es el cobre (Cu), aunque también contienen magnesio Mg. Estas
aleaciones con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la
tracción aproximada de 64ksi (442 MPa) y se utiliza en la
fabricación de estructuras de aviones.
Aleaciones 6xxx. Los principales elementos aleantes de este grupo
son magnesio y silicio. Con unas condiciones de tratamiento térmico
T6 alcanza una resistencia a la tracción de 42 ksi (290MPa) y es
utilizada para perfiles y estructuras en general.
ventanas, pantallas, boquillas y canales de desagüe.
Construcción
industrial.
El transporte: el segundo gran mercado:
oMuchos aviones comerciales y militares están hechos casi en su
totalidad
de aluminio.
o En los automóviles, el aluminio aparece en interiores y
exteriores como
molduras, parrillas, llantas (rines), acondicionadores de
aire,
transmisiones automáticas y algunos radiadores, bloques de motor
y
paneles de carrocería.
señales de carretera, división de carriles y alumbrado.
oEn la industria aeroespacial, se encuentra en motores de
aeroplanos,
estructuras, cubiertas y trenes de aterrizaje e interiores; a
menudo cerca
de 80% del peso del avión es de aluminio.
La industria de empaques para alimentos es un mercado en
crecimiento
rápido.
Aplicaciones eléctricas: alambres y cables de aluminio.
En el hogar en forma de utensilios de cocina, papel de
aluminio,
herramientas, aparatos portátiles, acondicionadores de aire,
congeladores, refrigeradores, y en equipo deportivo como esquíes
y
raquetas de tenis.
Existen cientos de aplicaciones químicas del aluminio y sus
compuestos.
El aluminio en polvo se usa en pinturas, combustible para cohetes
y
explosivos y como reductor químico.
Aleaciones Ligeras
Se pueden tratar térmicamente. Varias de sus aleaciones son
susceptibles de
endurecimiento por precipitación, mediante tratamiento térmico de
hipertemple y
maduración. La aleación más común que sufre este proceso es el
Duraluminio (Al+
4%Cu+1%Mg), se calienta a 500°C y se induce la precipitación de
CuAl2.
Otras aleaciones ligeras de alta resistencia y de interés para la
industria aeronáutica son:
Grupo Al-Cu.- Tienen una elevada resistencia mecánica debido
al cobre, pero son menos
resistentes a la corrosión. A este grupo pertenecen los
duraluminios que contienen además
del cobre (4-5%), magnesio, manganeso y silicio en cantidades
menores. Para aplicaciones
a elevadas temperaturas, suele agregarse níquel, magnesio, silicio,
hierro y titanio.
Grupo Al-Mg. Tienen buenas características mecánicas y resistencia
a la corrosión. Las
más importantes son las que contienen 3, 5 y 7% de Mg. Por su buen
comportamiento
frente al agua de mar y ambientes salinos se usan ampliamente en la
construcción naval.
Grupo Al-Zn. Son las más resistentes de las aleaciones base
aluminio, pero su
comportamiento a frente a la corrosión no es de los mejores.
Grupo Al-Mn. El Manganeso eleva las características mecánicas del
aluminio sin perder la
resistencia a la corrosión que este posee.
Algunas aleaciones para aplicaciones específicas
6063 (0,67%Mg, 0,4% Si) para construcción de puertas y ventanas.
Su
resistencias está en el orden de 90-290MPa.
6061 1%Mg, 0,5%Si, 0,3%Cu, 0,2%Cr). Resistencia máxima
400MPa.
Usada en construcción.
3003 (1,2% Mn, 0,12%Cu), tiene excelentes propiedades frente a
la
corrosión por lo que suele usarse en la fabricación de utensilios
de cocina
y quirúrgicos.
2124 es un duraluminio (4,4%Cu, 1,5%Mg, 0,6%Mn).Usado en la
construcción de estructuras de aviones.
2014 (0,4%Cu, 0,8%Si, 0,8%Mn, 05% Mg) también para partes de
aviones.
5052 (2,5%Mg, 0,25%Cr) para tanques de combustible, líneas de
combustible y aceite de los aviones.
7178 (6,8%Zn, 2,7% Mg, 2% Cu, 0,3%Cr) para aplicaciones
aeroespaciales. Resistencia del orden de 730 MPa.