Aleaciones No Ferrosas

Aleaciones no ferrosas

El acero y otras aleaciones ferrosas son demandadas en grandes cantidades porque tienen su amplio rango de propiedades mecánicas, pueden ser de relativamente fácil fabricación y son económicamente factibles. Sin embargo, ellas tiene algunas limitaciones distintivas como:

a) Tienen una densidad relativamente alta;

b) Comparativamente baja conductividad eléctrica

c) Una susceptibilidad inherente a la corrosión en algunos medios comunes.

De tal forma que esto es desventajoso y es por ello que se utiliza otros tipos de aleaciones con una amplia variedad de propiedades como son las aleaciones no ferrosas.

En las aleaciones ferrosas e incluso los aceros inoxidables y las fundiciones utilizan tratamientos similares para controlar las microestructuras y las propiedades. Sin embargo, la estructura y el comportamiento de las aleaciones no ferrosas tienen enormes diferencias, como por ejemplo: la temperatura de fusión, van desde temperaturas casi ambientales para el galio, hasta temperaturas de 3000 °C para el tungsteno. Las resistencias mecánicas varían desde 1000 psi hasta los 200,000 psi para algunas aleaciones de cobre.

El aluminio, magnesio y el berilio se consideran como metales ligeros con densidades bajas, en tanto que el plomo y el tungsteno tienen densidades excepcionalmente altas.

Otro factor en el diseño con metales no ferrosos es su costo, que también baria de manera significante. Sin embargo, el precio del metal es solo una parte del costo de un componente. Su fabricación y terminado, sin mencionar la comercialización y la distribución constituyen el costo total de una pieza.

Cobre y sus aleaciones

El cobre se obtiene por un proceso pirometalúrgico (de alta temperatura); en el que se concentra mineral de cobre con alto contenido de azufre y después se convierte en una masa de sulfuro de hierro y de sulfuro de cobre. El Oxígeno que se introduce en la masa convierte el sulfuro de hierro en óxido de hierro y el sulfuro de cobre en un cobre impuro, llamado cobre blister, que posteriormente es purificado. Otros métodos incluyen lixiviar el cobre a partir de minerales de bajo azufre con ácido débil y después se extrae electrolíticamente de la solución.

Tostación parcial

Calcopirita

Tostación

Calcinación

El cobre puro (99.5 % a 99.95 %) se usa en conductores eléctricos, tubería, tanques de uso domestico y en la industria alimenticia.

Propiedades y características de las aleaciones de cobre

1) Las aleaciones en base cobre son mas pesadas que las de base hierro,

2) Tienen mejor resistencia a la fatiga, a la termofluencia y al desgaste que las de aluminio y magnesio ligeras,

3) Muchas de las aleaciones de cobre tienen excelente ductilidad, resistencia a la corrosión, y conductividad eléctrica y térmica,

4) La mayor parte puede soldarse fácilmente o fabricarse en formas útiles,

5) Sus aplicaciones incluyen componentes eléctricos alambres, bombas, válvulas y componentes de plomería.

El cobre puro es rojo; la adición de Zn lo torna amarillo y el níquel plateado. Los cobres con menos de 1 % de impurezas se utilizan para aplicaciones eléctricas, pequeñas cantidades de cadmio, de plata y de Al2O3 mejoran su dureza, sin disminuir de manera significativa la conductividad. Las aleaciones de cobre de una sola fase se endurecen por trabajo en frío.

Latones

Las aleaciones de cobre más comunes son los latones, en las cuales se adiciona zinc como una impureza sustitucional y es por consecuencia el elemento de aleación predominante.

El diagrama de fases de Cu-Zn muestra que la fase  es estable para concentraciones de aproximadamente 35 % en peso de Zn, esta fase tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras, y los latones con fases son relativamente suaves, dúctiles y fácilmente se puede realizar trabajado en frío.

Las aleaciones con mas alto contenido de zinc, contienen las fases y ’ a temperatura ambiente. La fase ’ tiene un ordenamiento cristalino de cúbica entrada en el cuerpo y es más resistente y más dura que la fase ; por consecuencia las aleaciones de fases  y ’ son trabajadas en caliente.

Diagrama de fases Cu-Zn

Algunos de los usos comunes de los latones incluyen: Joyería de fantasía, cubierta de cartuchos, radiadores automotrices, instrumentos musicales, piezas electrónicas y monedas.

Los bronces son aleaciones de cobre y otros elementos, incluyendo Estaño (Sn), aluminio, silicón y níquel. Estas aleaciones son más resistentes que los latones, e incluso tienen un alto grado de resistencia a la corrosión. Generalmente son utilizados cuando en adición a la resistencia a corrosión se requiere buenas propiedades de tensión.

El cobre al berilio, son las aleaciones de cobre más comunes obtenidas por precipitación de alta dureza, los cuales poseen una remarcada combinación de propiedades como: alta resistencia a la tensión (200,000 psi), excelentes propiedades eléctricas y de resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste cuando son lubricadas. Este tipo de aleaciones pueden ser moldeadas, trabajadas en frío o en caliente, además son caras debido a la adición de berilio entre 1 y 2.5 % en peso. Son muy utilizadas en resortes, solera, herramientas antichispa, instrumentos quirúrgicos y dentales.

Aluminio y sus aleaciones

El aluminio es el segundo metal más abundante sobre la tierra. El desarrollo de la energía eléctrica y del proceso Hall-Heroult para la reducción electrolítica del Al2O3 hacia metal líquido, permitió que el aluminio se convirtiera en unos de los materiales de ingeniería más ampliamente usado y económico. Las aplicaciones se suman por millones incluyendo botes de bebidas, aplicaciones domésticas, equipo para procesos químicos, equipo de transmisión de energía eléctrica, componentes automotrices y partes y ensambles aeroespaciales.

El aluminio y sus aleaciones son caracterizadas por su relativamente baja densidad (2.7 g/cm3 compara da con la del acero 7.9 g/cm3), alta conductividades eléctricas y térmicas, comportamiento no magnético, excelente resistencia a la oxidación y a la corrosión. Este elemento reacciona frente al oxígeno, incluso a temperatura ambiente para formar una capa extremadamente delgada de óxido de aluminio que protege el metal subyacente de muchos entornos corrosivos.

El aluminio no exhibe un alto límite de endurecimiento, por lo que finalmente puede ocurrir

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