Aleaciones de Cobre No Ferrosas

El cobre es un metal fundamental en la ingeniería, valorado por su excepcional combinación de propiedades. Aunque a menudo se utiliza en su forma casi pura, se alea con otros metales como zinc, estaño, silicio, aluminio o berilio para mejorar características específicas, como su resistencia mecánica. Este artículo explorará las principales aleaciones de cobre no ferrosas, incluyendo latones y bronces, destacando sus composiciones, propiedades y aplicaciones. Comprender estas aleaciones es clave para estudiantes de metalurgia y materiales.

Cobre: Propiedades y Características Esenciales

El cobre puro es notable por su alta conductividad eléctrica y térmica, siendo superado solo por la plata. De hecho, su conductividad sirvió como estándar en 1913 para el International Annealed Copper Standard (IACS), asignándole un 100%. Pequeñas impurezas como el hierro, manganeso, arsénico y aluminio disminuyen su conductividad, mientras que el oro y la plata tienen menos impacto. La deformación en frío (acritud) también reduce la conductividad, por lo que para aplicaciones eléctricas de alta conducción se prefiere el cobre recocido (blando).

Además, el cobre exhibe buena resistencia a la corrosión atmosférica y en agua de mar, formando una capa de óxido protectora. Es un metal no magnético, soldable, y su red cristalina FCC le confiere excelente deformabilidad y facilidad para ser conformado en frío. Sin embargo, su conformabilidad en caliente no es buena debido al excesivo aumento del tamaño de grano. Pequeñas cantidades de bismuto o plomo pueden causar fragilidad en caliente. El cobre arsenical mejora la resistencia a condiciones corrosivas especiales.

En cuanto a sus propiedades mecánicas, en estado recocido, el cobre tiene una resistencia a la tracción entre 200 y 220 MPa y una ductilidad de hasta 45%. La deformación en frío puede incrementar su resistencia hasta 350-400 MPa, aunque reduce la ductilidad a 6-8%. A bajas temperaturas, como -196 °C, su resistencia mecánica aumenta un 50%. Su maquinabilidad puede mejorarse con pequeñas adiciones de fósforo o azufre.

Designación del Estado de Acritud en Cobre y Aleaciones

Dado que la mayoría de las aleaciones de cobre son fases homogéneas y no pueden endurecerse por tratamiento térmico, su resistencia mecánica se modifica por deformación en frío. Para obtener máxima ductilidad, se someten a recocido. Los grados de deformación en frío se designan de la siguiente manera:

• Estado cuarto duro: 10% de reducción para tiras, 20% para alambres.
• Estado semiduro: 20% de reducción para tiras, 37% para alambres.
• Estado tres cuarto duro: 30% de reducción para tiras, 50% para alambres.
• Estado duro: 37% de reducción para tiras, 60% para alambres.
• Estado extra duro: 50% de reducción para tiras, 75% para alambres.
• Estado resorte: 60% de reducción para tiras, 85% para alambres.
• Estado extra resorte: 70% de reducción para tiras, 90% para alambres.

Clasificación de las Aleaciones de Cobre

Las aleaciones de cobre no ferrosas se clasifican principalmente en dos grandes categorías:

• Latones: Aleaciones de cobre y zinc.
• Bronces: Aleaciones de cobre con cualquier otro elemento principal que no sea zinc (hasta aproximadamente 12%).

También existen cuproníqueles (cobre y níquel) y platas níquel (cobre, níquel y zinc), que aunque contienen níquel, son consideradas por algunos como variaciones de los bronces o latones especiales.

Aleaciones de Latón (Cobre-Zinc)

Los latones son aleaciones de cobre y zinc que pueden contener pequeñas adiciones de plomo, estaño o aluminio para ajustar sus propiedades. Se clasifican según su contenido de zinc:

Latones Alfa (Unifásicos)

Contienen hasta un 36% de zinc y presentan una única fase (FCC) a temperatura ambiente. Son conocidos por su buena resistencia a la corrosión y excelentes propiedades de trabajo en frío. Su color varía de rojo (alto cobre) a amarillo (aprox. 62% cobre).

• Latones Rojos (5% a 20% Zn):
• Oropel (95Cu – 5Zn): Mayor resistencia mecánica que el cobre puro. Usado en monedas, medallas, fichas, emblemas y bases para artículos recubiertos de oro.
• Latón Comercial (90Cu – 10Zn): Excelentes propiedades para deformación en frío y caliente. Aplicaciones en joyería de fantasía, ferretería marina, remaches y tornillos.
• Latón Rojo (85Cu – 15Zn): Utilizado en conductos eléctricos, tubos para condensadores y plomería, estuches de lápiz labial.
• Latón con 20% Zn: Ideal para trabajos ornamentales, medallones, instrumentos musicales y artículos que requieren grandes deformaciones. Estos latones tienen mejor resistencia a la corrosión que los amarillos y no son susceptibles a fisuras por corrosión bajo tensión o dezincificación.
• Latones Amarillos (20% a 36% Zn):
• Latón para Cartuchería (70Cu – 30Zn) y Latón Amarillo (65Cu – 35Zn): Combinan buena resistencia mecánica con alta ductilidad, adecuados para deformación en frío. Se usan en radiadores, tanques de gasolina, cubiertas de linternas, cerrajería, remaches, resortes y accesorios de plomería.
• Son susceptibles a fisuras intercristalinas (corrosión bajo tensión) si se someten a deformación en frío severa sin alivio de tensiones, especialmente en atmósferas de amoníaco. También pueden sufrir dezincificación, donde el zinc se disuelve y deja cobre poroso. Pequeñas adiciones de estaño o antimonio minimizan este problema. Añadir 0.5-3% de plomo mejora la maquinabilidad.
• Metal Admiralty (71Cu – 28Zn – 1Sn): Resistencia mejorada a la corrosión por agua salada. Para tubos de condensadores e intercambiadores de calor.
• Latón Alumínico (76Cu – 22Zn – 2Al): Mejor resistencia a la corrosión, forma una película protectora tenaz contra el agua a alta velocidad.

Latones Alfa-Beta (Bifásicos)

Contienen de 38% a 46% de zinc, con fases alfa y beta. La fase beta es más dura y frágil a temperatura ambiente, pero muy plástica a alta temperatura, lo que les confiere excelentes propiedades de trabajo en caliente.

• Metal Muntz (60Cu – 40Zn): Alta resistencia y excelentes propiedades de trabajo en caliente. Se utiliza en cubiertas de barcos, cabezas de condensador, engranajes y vástagos de válvulas. Puede ser tratado térmicamente.
• Latón Naval (60Cu – 39.25Zn – 0.75Sn) (también conocido como bronce Tobin): Resistencia incrementada a la corrosión por agua salada. Empleado en placas de condensador, varillas de soldar y ejes para propelas. El latón naval plomado mejora la maquinabilidad.
• Bronce al Manganeso (58.5Cu – 39Zn – 1.4Fe – 1Sn – 0.1Mn): En realidad, es un latón con alto contenido de zinc. Alta resistencia y excelente resistencia al desgaste. Usado en discos de embrague, piezas forjadas y varillas de bomba.
• Latón de Alta Maquinabilidad (61.5Cu – 35.5Zn – 3Pb): La mejor maquinabilidad de cualquier latón, combinada con buenas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. Utilizado en ferretería y piezas para maquinaria automática.
• Latón Forjable (60Cu – 38Zn – 2Pb): Las mejores propiedades de trabajo en caliente. Para piezas forjadas en caliente y accesorios de plomería.
• Bronce para Arquitectura (57Cu – 40Zn – 3Pb): Excelentes propiedades de forjado y alta maquinabilidad. Aplicaciones en pasamanos, piezas decorativas y herrajes.

Aleaciones de Bronce (General)

El término