Latones y bronces: aleaciones de cobre, composición y usos

Latones

Latones alfa + beta prima 60/40

Al contener beta', se les da forma por trabajado en caliente, ya que presenta una estructura bifásica que no puede ser trabajada en frío. El mejor intervalo de temperaturas para trabajar es 750-650 °C, en el que alfa precipita y el trabajado en caliente rompe la fase beta en pequeñas partículas, evitando que se forme una estructura Widmanstätten. La aleación que destaca en este tipo de latones es el MÜntz metal. Las propiedades mecánicas van a ser mejores que las de los latones 70-30, pero tendrán peor ductilidad.

Latones de Elevada Resistencia (Latones beta)

Son elementos con una composición 50/50 que se utilizan como soldaduras, ya que no funden hasta los 870 °C. Tienen alta resistencia, pero gran fragilidad, que para corregirla se suelen añadir Al, Mn o Fe. Al fundirse, pierden gran cantidad de Zn en forma de óxido.

Elementos Aleantes

Normalmente se añaden para mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión:

• Sn ≥ 1%: presenta alta resistencia a la corrosión en tubos de condensación (Latón Admiralty).
• As = 0.01-0.05%: para tubos de condensación, ya que mejora la resistencia a la corrosión e inhibe la descinficación.
• Pb = 2%: mejora la maquinabilidad, ya que, al ser insoluble en el Cu, forma pequeños glóbulos que facilitan el mecanizado.
• Al ≥ 2%: presenta una excelente resistencia a la corrosión y se suele utilizar en tubos de condensación navales.
• Ni: también aumenta la resistencia a la corrosión.

Latones Aleados con Pb

Sabemos que el Cu es insoluble en plomo líquido a temperatura elevada, pero a baja temperatura son insolubles el uno en el otro (estado sólido). Por lo que el enfriamiento de equilibrio de la aleación Cu-3Pb se produce por precipitación primaria de cristales de Cu puro a 955 °C, seguido de la formación del eutéctico. La reacción eutéctica se produce en los espacios interdendríticos. En el proceso de deformación, los glóbulos de Pb se aíslan, mejorando la mecanización, ya que interrumpen el arranque de viruta.

Latones de Sn y Al

La adición de 1% Sn al latón 70-30 puede mejorar la resistencia a la corrosión en agua de mar (Latón Admiralty). La adición de 0,04% As evita la descinficación, aumentando la vida de los condensadores. Si se reemplaza el Sn por Al, se origina una capa protectora en la superficie que puede resistir la acción del agua a alta velocidad. Se usan sobre todo en latón marino y naval para hélices de barcos, turbinas de agua, timones, montajes de cañones y condensadores.

Bronces

Bronces de Estaño

Los bronces son una aleación de Cu-10Sn. En el diagrama de equilibrio, podemos ver que la velocidad de difusión de Sn en Cu es menor que la velocidad de difusión del Zn en Cu. Por tanto, tenemos un amplio campo alfa + líquido, ya que, como la velocidad de difusión es baja, conduce a un alto grado de segregación durante la solidificación. En las aleaciones preparadas por moldeo, incluso con una concentración de Sn del 6%, la fase delta precipita en los límites de grano y la fase beta se enriquece en cobre. A una temperatura < 400 °C, las transformaciones son muy lentas y la aleación de moldeo enfriada al aire raramente exhibe la microestructura determinada por el diagrama de equilibrio.

Reacciones:

• Reacción peritéctica: T = 798 °C
• Reacción eutectoide: T = 586 °C
• Reacción eutectoide: T = 520 °C (ocurren a velocidades normales de enfriamiento)
• Reacción eutectoide: T = 350 °C (a enfriamiento extremadamente lento no ocurre)

Industrialmente, la fase gamma (Cu₃Sn) no existe, incluso en bronces con más del 11% Sn. Ignoraremos la parte del diagrama de equilibrio por debajo de 400 °C y nos quedaremos con la microestructura que existe a 400 °C, ya que persistirá a temperatura ambiente a velocidad de enfriamiento industrial. Por tanto, las fases que presentará nuestro bronce serán:

• Fase alfa: tenaz y dúctil. Las aleaciones monofásicas alfa pueden ser trabajadas en frío.
• Fase delta: componente intermetálico (Cu₁₃Sn₈). Frágil.

Si queremos trabajar en frío, debemos evitar la presencia de delta, disolviéndolo mediante un recocido a 700 °C durante 6 h con un posterior enfriamiento rápido que inhibe la precipitación de delta y produce una fase alfa uniforme a temperatura ambiente. Con este tratamiento se pueden preparar bronces hasta el 14% Sn, aunque en general se utilizan con un 7% Sn.

Clasificación de Bronces de Estaño

• Forja: hasta el 8% Sn. Se les da forma por trabajado en frío. Uno de los usos más corrientes es en monedas. Dúctil y blando. El bronce Admiralty (88Cu-10Sn-2Zn) se usa en casquillos, cojinetes y cierres marinos. Buenas características antifricción.
• Moldeo: 12-20% Sn. No trabajables. Se utilizan en cojinetes de elevada resistencia e instrumentos musicales. Añadiendo Pb (0.5-1%), se mejora la maquinabilidad, y con 5-15% Pb, la antifricción. Con 30-40% Sn, no presenta fase alfa, es un metal plateado muy duro y resistente al rayado.

Bronces al Zn

Se reemplaza el Sn por Zn, abaratando el producto. El Zn es desoxidante. Se clasifican en:

• Forja: 3% Sn - 2.5% Zn. Fabricación de monedas y bronces semejantes al alfa-Sn.
• Moldeo: Bronces Admiralty gunmetal (88Cu-10Sn-2Zn). Artillería naval. Alta resistencia a la corrosión.

Bronces al P

Pueden ser Cu+P o Cu+P+Sn. El P se usa como desoxidante. Si se retiene P, se forma Cu₃P, que aumenta la resistencia al desgaste y la rigidez. Suelen contener 0.5-11% Sn y 0.01-1% P.

Propiedades:

• Buenas para muelles
• Alta resistencia a la fatiga
• Resistencia al desgaste
• Alta conformabilidad
• Alta soldabilidad
• Alta resistencia a la corrosión

Clasificación:

• Forja: 1.25-10% Sn y hasta 0.3% P. Alta resistencia, dureza y resistencia a la corrosión.
• Moldeo: 13% Sn y hasta 1% P. Cojinetes de bajo coeficiente de fricción, alta resistencia y tenacidad. A veces se añade plomo para aumentar la resistencia al desgaste.