MATERIALES INDUSTRIALES I. Capitulo 6 Aleaciones no ferrosas

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Beatriz de la Cruz Hidalgo
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1 MATERIALES INDUSTRIALES I Capitulo 6 Aleaciones no ferrosas

2 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

agua de mar Pasivado por capa de oxido cuproso ( violáceo) > cúprico ( ennegrece ) con mucho tiempo > carbonato

3 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.

Mediante tratamiento metalúrgico se obtiene el Cu 99,99% libre de Oxígeno (OFHC certificado) Latones Aleaciones de cobre Aleaciones de Cobre con Zinc

4 diagrama cobre zinc

5 latones sus usos Latón n ( latón α ) Estructura FCC, de color parecido al oro y muy utilizado en joyería para bijuterie Latón n ( 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 n ( latón α + β) Conocido como metal Muntz. Mas resistencia y dureza que los anteriores Usos: radiadores de automóviles, instrumentos musicales, monedas

Por su alta ductilidad es muy utilizado para fabricar munición La fase α presenta muy buenas propiedades para ser trabajado en frío.

6 latones sus usos Latón n 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.

mecánicas se les agregan también: Pb, Al o Ni.

7 diagrama cobre estaño

8 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 ( Cu 3 P) distribuido en la matriz de la fase α en bronces con 1 a 10% de Sn

Entre 12% y 20% de Sn: cojinetes y casquillos Entre 20% y 23%.

9 diagrama cobre berilio

10 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)

resistencia a la fatiga y desgaste Muy usada en resortes y para la fabricación de contactos eléctricos, engranajes y

11 diagrama cobre silicio

12 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

13 endurecimiento por precipitación n y envejecido

14 endurecimiento por precipitación n 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

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

15 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

100 MPa Buena resistencia a corrosión, excepto soluciones alcalinas No toxico

16 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

Sin control de cantidad de endurecimiento O: Recocido y recristalizado H: Endurecido por

17 H representa Endurecido por deformación H1 : trabajado en frío H2 : trabajado en frío y recocido H3: Endurecido por deformación y estabilizado aluminio y sus aleantes T representa Tratado térmicamente t 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 H H19

envejecido natural T4: Trat térmico de solubilización y envejecido natural T5: Enfriamiento natural desde alta temperatura y envejecido natural T6: Trat térmico de

18 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

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

19 aluminio y aleaciones

20 diagrama aluminio cobre

21 diagrama aluminio silicio

22 diagrama aluminio magnesio

23 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

24 anodizado del aluminio-colaminado 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

25 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

26 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

27 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

28 aleaciones industriales de níqueln

29 bibliografía Ciencia e Ingeniería de los Materiales Callister Ciencia e Ingeniería de los Materiales - Smith Ciencia e Ingeniería de los Materiales - Askeland

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