ResumenIntroduccinGeneralidades del cobreMetalurgia del CobreProceso PirometalrgicoProceso HidrometalrgicoClasificacin del Cobre y Aleaciones de CobreCobre no aleadoLatonesBroncesCupronquelesCuproaluminiosMencin de aleaciones con Efecto de Memoria de Forma

Evolucin de la Ingeniera en MaterialesEdad de Piedra: 2500000 - 3000 a.CEdad de Cobre: 4000 3000 a.C Edad de Bronce: 3000 1500 a.C Edad de Hierro: 1500 a.C

El cobre fue uno de los primeros metales utilizados por la cultura humana (junto con el oro). Se piensa que este metal fue descubierto alrededor del ao 6000 a.C. En aquel tiempo, el cobre se encontraba en estado metlico (cobre nativo). Los pueblos antiguos confeccionaban utensilios y armas, martilleando este metal (forjado en fro). El cobre forjado era ms duro (endurecimiento por deformacin) y su atractivo color rojizo lo hicieron muy apreciado por las civilizaciones antiguas.Cerca del 4000 a.C. se descubri que el cobre poda ser fundido y colado en una variedad de formas tiles. Posteriormente se descubri que el cobre aleado con estao podra ser fundido ms fcilmente que el metal puro. Esto condujo al uso generalizado del bronce, que dio nombre a la Edad del Bronce.Para los antiguos romanos, la isla de Chipre era casi la nica fuente de este metal, por lo cual le llamaron aes cyprium (metal de Chipre). Luego fue abreviado a cyprium y posteriormente a cuprium. De aqu deriva el smbolo qumico del cobre Cu.El smbolo del cobre se represent con el mismo signo que Venus (la Afrodita griega) pues Chipre estaba consagrada a la diosa de la belleza y los espejos se fabricaban de este metal. El smbolo, espejo de Venus, modificacin del Ankh egipcio, fue posteriormente adoptado para simbolizar el gnero femenino (). Ankh (smbolo egipcio de la vida eterna)Espejo de VenusNota Histrica

Generalidades del Cobre

Excelente Conductividad Elctrica (precedido por Ag). Excelente Conductividad Trmica. Elevada Ductilidad y Maleabilidad. Resistencia a la corrosin Metal Seminoble Ptina Verde.

Muy buena soldabilidad. Excelente resistencia a la corrosin. Endurecimiento por def. plstica en fro y en caliente (Acritud). Algunas son bonificables. Relativam. baja Dureza. Relativam. baja Resistencia Mecnica. Elevada Ductilidad. No magntico. Reciclable.AleacionesEl cobre es el tercer metal ms utilizado en el mundo, por detrs del hierro y el aluminio.Propiedades del Cobre PuroPropiedades del Cobre y de aleaciones de cobre

Conductividad Relativa (Cu=100)MetalElctricaTrmicaAg106108Cu100100Au7276Al6256Mg3941Zn2929Ni2515Cd2324Co1817Fe1717Acero13-1713-17Pt1618Sn1517Pb89

Usos generales del Cu y aleaciones1) Construccin de edificios 48%: cables elctricos, fontanera y calefaccin, aire acondicionado y refrigeracin comercial, terminaciones y usos arquitectnicos.

2) Productos elctricos y electrnicos 21%: Cables y equipos para la energa y servicios pblicos de telecomunicaciones, equipos electrnicos y dispositivos de alumbrado y cableado.

3) Maquinaria y equipo industrial 10%: Equipos de planta, vlvulas y accesorios, instrumentos no elctricos e intercambiadores de calor.

4) Industria Automotriz y transporte en general 10%: Camiones, autos, autobuses, ferrocarril, barcos, vehculos areos y espaciales.

5) Productos de consumo y de uso general 11%: electrodomsticos, juegos de cables, pertrechos militares y municiones comerciales, electrnica de consumo, cierres y clausuras, monedas, utensilios y cubiertos, adornos y otros.12435http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/copper.xls

Comparacin de Precios

Estructuras del Cu y sus aleacionesLa celdilla fundamental de la red espacial de un grano cristalino de cobre es cbica de caras centradas. Si se aade un segundo elemento de aleacin, puede ocurrir:

Solucin slida . Con pequeas cantidades de soluto, se obtiene una sustitucin desordenada en la red espacial del cobre, conservando la red espacial cbica de caras centradas. (ejemplos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si) Estructura cbica de cuerpo centrada, fase (desordenado). Al incrementar la proporcin del soluto, en algunos casos se forma una nueva esructura cristalina. Estructura cbica de cuerpo centrada, fase (ordenado). Bajo ciertas condiciones de equilibrio ocurre una nueva ordenacin de la red espacial. Por ejemplo, en latones , cuando N tomos Cu Zn, uno de los los tomos ocupan los vrtices de la celdilla findamental. Insolubilidad. Algunos tomos no entran en solucin slida con el Cu, los cuales retienen su propia red cristalina. Permaneces distribuidos en la red cristalina del Cu. Ejemplos: Pb, Fe, Bi. Pueden ser beneficiosas perjudiciales. Formacin de compuestos qumicos estables. Ejemplos: O, S, Se, Te. Se producen precipitados. En algunos casos son deseables, segn cmo vara la solubilidad del precipitado con la temperatura y la forma y ubicacin del precipitado. Formacin de estructuras martensticas. En algunos casos, mediante un TT adecuado. Ejemplos: Latn: tetragonal de caras centrada, Cu-Sn , Cu-Al (pseudohexagonal) y (hexagonal compacta).

En la antigedad, el cobre se encontraba disponible en la naturaleza como elemento libre (cobre nativo).

Debido que actualmente las reservas de Cu nativo estn agotadas, se extrae de sus minerales (sulfuros u xidos), dando origen a dos tipos de procesos de extraccin:

Las minas de cobre ms importantes se encuentran en EEUU, Cordillera de los Andes, frica Central y Rusia.

El mineral de cobre contiene, en general, entre 0.2 y 3% de CuMetalurgia del Cobre Procesos de Extraccin Pirometalrgicos (minerales sulfurados)

Procesos de Extraccin Hidrometalrgico (minerales oxidados)

Mina de Chuquicamata

Metalurgia del CobreLas menas se dividen en sulfuradas, oxidadas y mixtas. Las menas sulfuradas suelen ser de origen primario, mientras que las menas oxidadas se forman como resultado de la oxidacin de los minerales sulfurados. En general, en las menas hay cantidades considerables de otros metales: Zn, Pb, Au, Ag, Ni, Se, Ta.Calcosina (Cu2S)Calcopirita (CuFeS2)Cuprita (Cu2O)Covellina (CuS)Tenerita (CuO)Procesos de Extraccin PirometalrgicoProcesos de Extraccin Hidrometalrgico

1) Roca dinamitada (1-6%Cu)2) Transporte3) Trituracin4) Molienda5) Concentracin (flotacin) 35%Cu6) FiltradoConcentradode CuGases de escape: xidos de S(Posteriormente H2SO4)Proceso Pirometalrgicohttp://mineria-chilena.blogspot.com/7) Secado en horno en medio oxidante a 600C (se limina el 50% del S)

Proceso PirometalrgicoConcentrado de Sulfuros de Cu y Fe + Metales de IntersHorno de Reverbero u Horno ElctricoEscoria + SO2(sulfuros)Mata(40%Cu + MI)ConvertidoresEscoria + 2% Cu(xidos Fe, Si, Ca, Mg)Lingotes de Cu Blister(98%Cu + MI)Horno de Afino(Afino Trmico)EscoriaTough Pitch Copper(99.5%Cu + MI) Cu TPAfino ElectrolticoFango + MICobre electroltico(99.9%Cu)Horno de InduccinEscoriaElectrolitic Tough Pitch Copper(Cu ETP)LingotesBarrasMetales de Inters

Proceso Hidrometalrgico

El mineral debe ser reducido a un tamao de 1cm de diam para la lixiviacin.

El material triturado se transporta canchas de apilamiento, para su posterior tratamiento de Lixiviacin.

Riego por goteo o aspersin de una solucin de cido sulfrico o soluciones de amonio. Esta solucin se infiltra en la pila hasta su base. La solucin disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solucin de sulfato de cobre. Luego de 14 a 60 das, se obtiene una solucin enriquecida en cobre, pero con muchas impurezas.

Objetivo: Obtener una solucin purificada slo con cobre. En esta etapa se transfiere selectivamente los iones de cobre desde la solucin lixiviada hacia la solucin electroltica, mediante una solucin orgnica (mezcla de solvente parafnico y un reactivo extractante).

1. Molienda Trituracin: 2. Apilamiento:3. Lixiviacin:4. Extraccin por solvente (SX)5. Electrodeposicin (EW)

Proceso Hidrometalrgico12345http://www.haldeman.cl/minerahmc/index.php/es/proceso-productivo

Clasificacin del cobre y de las aleaciones de cobreCobre no AleadoLatones (Cu-Zn) Alpacas (Cu-Zn-Ni)Latones especiales (Cu-Zn + Sn / Al / Fe / Mn / Ni / Si / Pb)Bronces (Cu-Sn)Cupronqueles (Cu-Ni)Cuproaluminios Cuproplomos CuproberiliosCuprosiliciosCupromanganesosCuproantimonios

Cobre no AleadoUso ElctricoUso Ingenieril

Cobre no Aleado

Cobre puros: TP, ETPHC, OFHC, DLP, DHP Cobres dbilmente aleados. Poseen pequeas cantidades de algunos aleantes con la finalidad de endurecer (End x ss, End x def, End x pp) y aumentar la T de recristalizacin. Los aleantes elegidos no deben disminuir demasiado la conductividad. Cu-Ag (

Cobres de uso elctrico (elevada conductividad)Cobres Desoxidados

GradoProceso% Cu min% OSusceptible a FPH?Conductividad(IACS)TPRefinado trmico99.850.02 a 0.04Si95 (tipico)ETPHCRefinado trmico y electroltico.99.900.02 a 0.04Si>100OFHCRefinado trmico y electroltico. Refundido bajo condiciones reductoras (CO + N)99.9599.99100>101

GradoProceso% PConductividad (IACS)DHPRefinado trmico y electroltico. Desoxidado con P0.02 a 0.03 70-90DLPRefinado trmico y electroltico. Desoxidado con P0.004 a 0.01290-97

Cobre OFHC. 50X. Ataque con H2O2/NH4OH. Estructura: Trabajado en fro + recocido + trabajado en fro nuevamente. Esto se deduce de la curvatura en las lneas de las maclas de recocido. Cobre OFHC

Estructura de colada. Cobre TP. 200X.Se observan dendritas de Cu primario y eutctico Cu/Cu2O.Cobre TP

O < 0.024%. Dendritas primarias de Cu (zonas claras) + eutctico. Sin ataque. 100O < 0.09%. Dendritas primarias de Cu (zonas claras) + eutctico. Sin ataque. 100OFC. Trabajado en fro y recocido 30 a 850 C.Granos equiaxiales recristalizados con maclas de recocido.

Cobre afinado (99.85%Cu)

abcdefRecocidocon diferentes estadosde acritud. 200X.

Dureza RockwellFB30Ta49--b8033-c864153d895458e-62-f>92->61

LATONES(aleaciones Cu-Zn)Latones Latones + Trab. Mec en CalienteTrab. Mec. en Fro (acritud)En gral Zn

,cbica de caras centradacub de cuerpocentrado(desordenado)ordenadoLatones

Ejemplos de latones comerciales forjados y usosLatonesLos latones con ms de 50%Zn son frgiles (aprece el microconstituyente ), por lo que no se lo emplean en la industria.

Aleacin%ZnAplicacionesLatn dorado5Imitacin de oro, joyerasBronce Comercial10Bisutera, embutidos, forjados, pequea ferretera (tornillos, remaches)Latn Rojo (C23000)15Embutidos, entallas estampados, radiadoes de autombiles, tubosLatn Bajo (C24000)20Artculos estirados y estampados, tubos flexiblesLatn de Cartuchera 70-30 (C26000)30Mejor zona para la embuticinLatn Alto, Amarillo (C27000)35Alfileres, roblones, instrumentos musicales, vainas de cartuchosMetal Muntz (C28000)40Arquitectura, industria naviera

LatonesMayor %ZnMayor RESISTENCIAMayor DUREZAMenor DUCTILIDAD Latones (

Latn (Cu-30%Zn)50X. Se observan slo 3 granos y una triple frontera. La diferencia en los contrastes de cada grano se debe a la diferencia en reflectividad segn la orientacin de las dendritas. Prcticamente, cada grano consiste en una nica dendrita con mltiples ramificaciones. Tambin se observa microsegrecacin de los espacios interdendrticos.(Latn de Cartuchera)Estructura de colada.

Latn 500X. De la figura se deduce la siguiente historia termomecnica:Colado.Trabajado en fro. Recocido. Porque se observan maclas de recocido. Siempre que se observan maclas de recocido en un metal cbico de caras centrado, podemos deducir que hubo trabajado en fro seguido de un TT de recocido.Trabajado en fro (leve). Por la curvatura en las lneas de macla de recocido.

200X.Enfriamiento en aire desde 825C (regin monofsica ). Se observa la fase Widmanstaetten. La fase precipita dentro de los granos y en los bordes de grano.Habra menor cantidad de fase (o nada) en caso de haber templado desde 825C. Al contrario, en caso de un enfriamiento lento (en el horno) se obtendra mayor cantidad de fase y formando precipitados redondeados, es decir una microestructura de equilibrio.Latn + (Cu-40%Zn)(Metal Muntz)

500X. Templado desde 825C.Latn + (Cu-40%Zn)(Metal Muntz)

BRONCES(aleaciones Cu-Sn)Bronces Bronces de estructura complejaTrab. Mec en CalienteTrab. Mec. en Fro (acritud)Aleaciones forjadasTrab. Mec en CalienteBonificablesAleaciones coladas

Diagrama de equilibrioDiagrama que se presenta en la prctica de aleaciones Cu-Sn moldeadas.Diagrama que se presenta en la prctica de aleaciones Cu-Sn luego de un recocido.Bronces

BroncesLos bronces (aleaciones Cu-Sn) frecuentemente tienen otros elementos de aleacin: P (bronces fosforosos), Zn (bronces rojos), Ni, Pb.Se obtienen generalmente por fusin directa de ambos metales. Se dividen en dos grupos:1) Aleaciones forjadas. Estructura .2) Aleaciones moldeadas. Estructura y compleja.Los bronces de ms de 32% de Sn son muy frgiles y no tienen uso masivo en la industria, aunque puede encontrarse bronces de hasta 40%Sn de usos decorativos.

BroncesMicroestructurasPrimer caso: Sn8%, Moldeado: Estructura + eutectoide ( + ) Duro y frgil. Este eutectoide aumenta en pocentaje a medida que es mayor el %Zn.Segundo caso: 8%

BroncesPropiedades mecnicasLos bronces en estado laminado y recocido tienen propiedades mecnicas que dependern del contenido de Sn. A mayor Sn, mayor dureza y resistencia mecnica. La mejora en la resistencia mecnica alcanza el mximo con 15%Sn. De esta forma, los bronces de hasta 15,8%Sn, pueden conducirse a un estado que les permita conformarse en chapas, bandas, alambres y redondos mediante un trabajo mecnico en fro. Estos bronces as homogeneizados poseen una buena resistencia a la corrosin, y por ello se emplean en los casos donde se requiere elasticidad junto con buena resistencia al ataque qumico (por ej, elementos de bombas y vlvulas).BRONCES DE ESTRUCTURA COMPLEJA.El temple y revenido de bronces con ms de 15,8% Sn, tienen un incremento de dureza, pero las aleaciones se hacen tan frgiles que pueden presentar microgrietas luego del tratamiento. Por ello, estos bronces se emplean en estado de moldeo, y en las aplicaciones industriales no suelen sobrepasar 20% Sn. Son de estructura compleja, y los constituyentes ricos en Sn son duros y frgiles, mientras que la matriz, solucin slida rica en Cu, es blanda. Esta combinacin hace que estos bronces sean especialmente adecuados para empleo en cojinetes (as como bronces con Sn>8% moldeados y sin tratamiento de homogeneizacin); y adems debido a su excelente resistencia mecnica, en combinacin con su resistencia a la corrosin, hace que su empleo se extienda tambin a numerosos productos, tales como cuerpos de vlvulas y uniones de tuberas, empleados en sistemas de vapor y en la industria qumica.

Bronce (Cu-10%Sn). Estructura de colada.50X.200X. 50X: Se observa la estructura dendrtica

200X y 500X: Se distingue la fase y se observa segregacin de la fase (dendritas).

En las 3 micrografas, las zonas oscuras pueden ser cavidades de rechupe o partculas de plomo.500X.

Bronce Se observa fase sin deformacin en fro, dado que las maclas son de recocido (y no de deformacin), por tener las lneas de macla rectas y paralelas.50X.

Se observa fase con deformacin en fro. Se observan maclas de deformacin y maclas de recocido.El trabajado en fro fue realizado posterior al tratamiento trmico de recocido Esto se deduce por la curvatura en las lneas de macla.Las maclas de recocido ponen en evidencia deformacin en fro antes del TT, debido a que en las aleaciones de Cu, las estructuras de colada no tienen maclas. Sin embargo, las maclas de recocido tambin estn deformadas, por lo que hubo un segundo trabajado en fro posterior al tratamiento trmico.Bronce 200X500X

Cu 22%Sn. 150X. Se observa una estructura de temple, constituida por islas de y acicular (Espejo de Java).Bronce de estructura compleja

CUPRONIQUELES(aleaciones Cu-Ni)Fase

Cu y el Ni dan lugar a series continuas de soluciones slidas , ya que, adems de ser elementos adyacentes en la tabla peridica, son electroqumicamente similares, tienen tomos de tamao prximamente iguales en estado slido y ambos son de estructura cbica de caras centradas.

Se obtiene como resultado una solucin slida sustitucional. Todas las composiciones son maleables tanto en caliente como en fro, obtenindose aleaciones industriales en todo el campo de composiciones.

CupronquelesLa adicin de Ni al Cu aumenta su dureza, resistencia a la traccin, resistencia a la corrosin y disminuye el alargamiento. Cu: Ra = 0.128nm EN:1.9 +1/+2 Ni: Ra = 0.125nm EN: 1.8 +2

Unidad de escala: 25Micrones Aleacin C72500 (Cu, 10% Ni, 2% Sn)

CUPROALUMINIOS(aleaciones Cu-Al)Cuproaluminios Cuproaluminios de estructura complejaTrab. Mec. en CalienteTrab. Mec. en Fro (acritud)Aleaciones forjadasEn gral Al

: ss, cbica de caras centrada: Cu3Al, cbica de cuerpo centrado.: Cu9Al4, cbica compleja.1: Cu9Al4,2: Cu9Al4,

Qu se destaca del diagrama de fases: Elevado punto de fusin de las aleaciones Cu-Al. Estrecho intervalo de solidificacin (segregacin). Variacin de los lmites de solubilidad y + al disminuir la temperatura. Transformacin eutectoide + 2 a 565CCada uno de estos factores influyen de una etapa a otra en el proceso de fabricacin.CuproaluminiosLos cuproaluminios (mal llamados bronces al aluminio) tienen de 4 a 11% Al, con o sin elementos de aleacin (Fe, Ni, Mn). Las aleaciones con ms de 12% Al son muy frgiles, con casi ninguna aplicacin industrial (excepto aleaciones Al-Cu).

Micoestructuralmente se pueden dividir en 2 grupos:

Cuproaluminios : con

Ejemplo: Aleacin Cu-11.8%Al (composicin eutectoide):En resumen, si el enfriamiento es lento:(des) 1(ord)Al>13%: 1 Al13%) y (para Al

Cu 9.5%Al 2.5%Fe5000XCu 10.5%Al. 2 horas @ 860C + enfriamiento al hornoSe observa una fase (zonas claras) y eutectoide (+2).Eutectoide +2 (microscopio electrnico)100XEstructura de Enfriamiento Lento

Estructura de Enfriamiento RpidoCu 10.5%Al. 30 min @ 860C + enfriamiento al aguaEstructura + Fase , martensita acicular(microscopio electrnico)Enfriamiento rpido: a una velocidad superior a la crtica, en funcin de la composicin de la aleacin.5000X100X

De coladaTemple de 450CTemple de 600CTemple de 700CTemple de 750CTemple de 800CTemple de 850CTemple de 900CEstructuras de temple crecientes para un cuproaluminio con 10.5%Al. (temples al agua) + ( + 2) + ( + 2) + + + + +

Propiedades Mecnicas tpicas del Cobre y algunas Aleaciones de Cobre

Aleaciones con Memoria de FormaEfecto de memoria de formaSuperelasticidad o pseudoelasticidad

Aleaciones con Memoria de FormaEfecto de memoria de formaEl trmico se aplica a un grupo de aleaciones metlicas que muestran la habilidad de retomar una forma previamente definida cuando se lo somete a un ciclo trmico apropiado. Este efecto se produce gracias a una transformacin martenstica termoelstica.Ejemplo: Se tiene un trozo de alambre con una forma predefinida (podra se un resorte). Se le aplica una fuerza, se lo estira y se lo deforma plsticamente (al menos no recupera la forma original al retirar la fuerza). Luego, se somete al alambre deformado a un ciclo trmico adecuado y el alambre recupera la forma de resorte original.Este efecto se llama efecto de memoria de forma simple porque nicamente la forma caliente es memorizada, a la diferencia del efecto de memoria de forma doble en que tanto la forma fra como la caliente son recordadas. La mayora de los metales comienzan la deformacin plstica a partir de 0.2 % de elongacin (ensayo de traccin). Las aleaciones con memoria de forma pueden ser deformadas hasta un 5 % sin llegar a su plasticidad.

MARTENSITA NO TERMOELSTICA (por ej. Aceros)La transformacin tiene un carcter explosivo y se acompaa de un cambio de volumen considerable, lo que crea una deformacin plstica importante en la austenita. El mecanismo de deformacin plstica predominante es el movimiento de dislocaciones. Tan pronto una plaqueta se forma hasta un cierto tamao despus de ser enfriada, sta deja de crecer incluso si el enfriamiento contina, la interfase entonces se ha hecho inmvil. La transformacin inversa no se produce por un movimiento de regreso de la interfase, sino por nucleacin de la austenita en el seno de las plaquetas de martensita. Finalmente la fase inicial (austenita) no recupera su orientacin original.

MARTENSITA TERMOELSTICA (Aleaciones con memoria de forma)La transformacin se produce mediante un crecimiento continuo de la fase martenstica durante el enfriamiento. Si el enfriamiento se detiene, latransformacin y el crecimiento de las plaquetas se interrumpe tambin. Si el enfriamiento contina de nuevo, el crecimiento de las plaquetas continuar. El mecanismo de deformacin plstica predominante es el maclado. La transformacin inversa durante el calentamiento, en este caso s se produce por el movimiento de regreso de la interfase y por consecuencia se recupera la orientacin original.

Efecto de memoria de formaTransformacin martenstica termoelstica

Superelasticidad o pseudoelasticidadSi una aleacin com memoria de forma es deformada a una temperatura ligeramente superior a Ms, es decir, en fase austentica, puede provocarse la transformacin martenstica (inducida por tensin). En realidad, esto significa que el esfuerzo hace aumentar la Ms.Cuando se deja de aplicar esta tensin, el material recupera su forma original dado que se encuentra a una temperatura superior a la Ms. Finalmente, el fenmeno de superelasticidad se basa en la formacin de martensita inducida por tensin.

Efecto de memoria de forma y superelasticidad

El cobre y la mayora de sus aleaciones se caracterizan por su resistencia mecnica moderada junto a una elevada ductilidad, y esta circunstancia hace que sean especialmente adecuados para tratamientos mecnicos en fro destinados a la fabricacin de chapas, bandas y alambres.

El trabajo en fro confiere al material cierto grado de acritud, que aumenta su dureza y su resistencia mecnica en detrimento de su ductilidad, dificultando con ello deformaciones plsticas posteriores. Para muchas aplicaciones, este estado puede ser de inters, pero igualmente podemos volver al estado primitivo de ablandamiento mediante un recocido adecuado, permitiendo de esta manera tratamientos en fro posteriores, tales como el hilado, prensado, estirado duro, acuado, curvado y otros procesos de conformacin que transformen al material en productos acabados.

Por otra parte, ciertas aleaciones de cobre son bonificables, de manera que con un adecuado tratamiento trmico se logra aumentar de una manera notable su dureza y resistencia, con propiedades similares a la de algunos aceros de herramientas.Se producen igualmente gran nmero de productos por tratamiento mecnico en caliente por estampacin, forjado y extrusin; y en muchos de estos materiales se ajusta la composicin para incrementar su fcil mecanizado.

Igualmente se emplean con gran extensin los productos moldeados, no slo por la facilidad con que se obtienen en la mayora de los casos, sino tambin por sus ptimas propiedades mecnicas que les caracterizan, tales como la resistencia y la tenacidad.

En el vasto campo de las aleaciones de cobre encontramos materiales que cumplen muy variados requisitos respecto a las propiedades mecnicas, a las que hay que aadir otras ventajas tales como elevada conductibilidad elctrica y trmica, cualidades no magnticas y excelente resistencia a la corrosin y al desgaste. De manera que encontramos aleaciones que a una excelente mecanizacin unen una conductibilidad elctrica elevada, y otros cuya composicin se ajusta para resistir a la corrosin al agua del mar.

Building construction includes electrical wire, plumbing and heating, air conditioning and commercial refrigeration, builders hardware, and architectural uses.Electrical and electronic products include wire and equipment for the power and telecom utilities, business electronics, and lighting and wiring devices. Industrial machinery and equipment includes in-plant equipment, industrial valves and fittings, nonelectrical instruments, off-highway vehicles, and heat exchangers.Transportation equipment includes road (cars, trucks, and buses), rail, marine, and air and space vehicles.Consumer and general products includes appliances, cord sets, military ordnance and commercial ammunition, consumer electronics, fasteners and closures, coinage, utensils and cutlery, and miscellaneous products. Solucin slidaCuando un elemento se introduce en la red espacial del cobre formando una solucin slida, se genera cierta distorsin de la red, y su efecto se traducir, en general, en un endurecimiento del material, aumentando su resistencia mecnica a expensas de su ductilidad. De esta manera, las aleaciones de cobre son normalmente ms duras y resistentes que el cobre puro.

InsolubilidadLos elementos que no entran en solucin slida en el cobre, pueden ser beneficiosas perjudiciales. Por ejemplo, el bismuto tiende precipitarse en los bordes de grano, a manera de una pelcula intercristalina, produciendo fragilidad en el cobre desoxidado.

Formacin de compuestos qumicos establesLos compuestos de seleniuro y telurio de cobre son prcticamente insolubles en el cobre. Se distribuyen uniformemente en la matriz de cobre bajo la forma de partculas finas. Dan lugar a un fcil mecanizado del material por provocar la rotura rpida de las virutas formadas por la herramienta.Endurecimiento por precipitacin: Si templamos una aleacin de cobre endurecible por precipitacin desde una temperatura elevada, los elementos adicionales quedarn retenidos en solucin slida a temperatura ambiente; pero volviendo a calentar a una temperatura media se provoca una precipitacin de partculas submicroscpicas que distorsionan la red espacial del cobre en mayor grado que la mera presencia de los elementos de solucin slida, dando lugar al fenmeno que hemos denominado endurecimiento por precipitacin. Desde este punto se han desarrollado un gran nmero de aleaciones de este tipo de base cobre y latn.

Formacin de estructuras martensticas.Sabemos que la estructura martenstica presenta siempre una dureza superior a la de la solucin slida de donde procede. Por ello han alcanzado gran desarrollo las aleaciones del sistema Cu-Al, bonificables por un adecuado tratamiento trmico.

Un mineral con menos del 0.5%Cu no se somete al proceso por no ser rentable.El secado tiene como objetivo disminuir el contenido de S hasta valores aceptables para el proceso, con el fin de disminuir el consumo de combustible en el horno de reverbero.Horno de Reverbero: Se separa la mata (Cu y compuestos sulfurados) de la escoria (compuestos oxidados).Convertidor: La mata lquida se sopla con aire caliente, en donde los compuestos sulfurados (FeS) se oxidan formando la escoria. Se separa el cobre Blister. Etapas: a) Oxidacin del sulfuro de Fe. Se obtiene la mata blanca en 6-25h. b) Se agrega fundente y se comienza a soplar. Se obtiene el Cu Blister en 2-3h. En todo el proceso, se evacua la escoria a medida que se forma y se va agregando al convertidor nuevas cargas de mata, manteniendo un nivel requerido.Horno de afino (horno de reverbero): Se oxidan las impurezas presentes en el cobre blister, evacundolas con los gases y escoria. Proceso: 24h. Etapas: Fusion b) Oxidacin de impurezas (se sopla aire) c) Eliminacin de gases disueltos d) Desoxidacin del Cu e) ColadaLos metales nobles (Al, Fe, Ni, Zn, As, Sb) no se oxidan, por tener menor afinidad con el oxgeno que el Cu.El Se y Te quedan combinados con el S, por tener mayor afinidad con ste que con el O.Afino electroltico. Duracin: 5-12 dasCajas revestidas en Pb o plstico.nodos: a partir del Cu del horno de afinoCtodo: Cu electrolticoElectrolito: Solucin de sulfato cprico + H2SO4.

MATA: Mezcla de sulfuros de Cu y Fe. No es Cu elemental.Cu Blister: Es Cu elemental + impurezas.Cu TP: Cobre comercialCu ETP: Cobre electroltico comercialAlpacas: Cu-Zn-Ni Ni: 10-30% / Cu: 54-64% / Zn: RestoDentro de estos lmites, la estructura de las alpacas comerciales es una solucin slida alfa homognea, similar a la del latn alfa.. Aleaciones de cobre no aleadas de uso elctrico:Se clasifican de acuerdo al contenido de oxgeno disuelto y al contenido de impurezas.Caractersticas generales:Buena conductividad electrica y trmicaElevada resistencia a la corrosinMuy buena formabilidadRazonable resistencia a la traccinSoldabilidad

TP: Tough PitchTPHC: Tough Pitch High ConductivityETPHC: Electrolitic Tough Pitch High Conductivity. El oxgeno es casi insoluble en el cobre y forma un eutctico interdendrtico (Cu2O) en la solidificacin.Los procesos de trabajado en caliente rompen esta res de Cu2O quedando como partculas alineadas en la direccin del trabajado.Si se lo expone a H2 a T>400C ocurre Hydrogen Embrittlement: Cu2O + 2H(disuelto) 2Cu + H2O(vapor).OFHC: Oxygen Free High Conductivity. Refundido en condiciones reductoras (CO + N) para prevenir el O. La microstructura de colada (as cast) est libre del eutctico interdendrtico Cu2O. No es afectado por HE.DHP: De- Oxidised High Phosforous. El fsforo se agrega en cantidad suficiente para producir P2O5 (pentxido de fosforo). Esto reduce la cantidad de O disuelto, dando lugar a un cobre de elevada conductividad. El exceso de P perjudica a la conductividad.DLP: De- Oxidised Low Phosforous. Idem

IACS: International Annealed Copper Standard. A value for conductivity agreed in 1913 with copper being given the value of 100%, equivalent to 58MS/m or a mass resistivity of 0.15176 g/m2. Advances in refining mean that high conductivity copper is now frequently of 103% conductivity. Un hilo de cobre de 1 metro de longitud y un gramo de masa, que da una resistencia de 0,15388 a 20C al que asign una conductividad elctrica de 100% IACS (International Annealed Cooper Standard, Estndar Internacional de Cobre no Aleado).

Gas Solubility. Hydrogen and oxygen are quite soluble in liquid copper, but the solubility in solid copper isvery small. The metal therefore rejects a considerable amount of these (and other) gases on solidification.Oxygen content must be carefully controlled so that detrimental quantities of Cu2O, which decreasesworkability, are not formed. In molten copper, oxygen can react with dissolved hydrogen to form water vapor,which evolves as voids during solidification, called hydrogen illness. The voids cause hairline cracks that canlead to fracture during hot rolling and produce a variety of defects on the surface of wire rods (Ref 2).Oxygen and hydrogen interfere with conductivity; however, small and controlled amounts of oxygen areactually beneficial to conductivity in that they combine with and remove from solution impurities such as ironthat are far more detrimental. A copper-oxygen phase diagram would show a eutectic at 0.4 wt% O (or 3.4 wt%

En el latn al plomo, el plomo es prcticamente insoluble en el latn, y se separa en forma de finos glbulos, lo que favorece la fragmentacin de las virutas en el mecanizado. Tambin el plomo tiene un efecto de lubricante por su bajo punto de fusin, lo que permite disminuir el desgaste de la herramienta de corte.

El latn admite pocos tratamientos trmicos y slo se realizan recocidos de recristalizacin y homogeneizacin. Solucin slida : Estructura cbicas de caras centradas. Los tomos de Zn reemplazan tomos de Cu de una manera desordenada.

Fase : Estructura cbica de cuerpo centrado. Entre las zonas y existe un campo donde coexisten ambas fases, y a travs de la cual la proporcin de fase se incrementa a expensas de la a medida que el contenido en Zn de la aleacin se incrementa.

Fase : Es un compuesto Cu5Zn8, de estructura cbica compleja. Su fragilidad hace que estos latones no tengan aplicacin industrial.

Lnea de trazos: cruza los campos (+) , , (+) a 454 y 468C, indica un cambio progresivo de la fase , desordenada, a una estructura ', ordenada, o viceversa. La reaccin de ordenacin es tan rpida que no puede evitarse ni aun retardarse por un enfriamiento rpido.

Ejemplo de un caso prctico: Aleacin 62,5% Cu 37.5%Zn Bajo condiciones de equilibrio tiene una estructura completamente a 900C y una estructura uniforme alrededor de 500CSi se templa desde 880C, inmediatamente por debajo de su temperatura de solidificacin, consistir enteramente en fase , o, mejor dicho, en fase ordenada, ya que no hay procedimiento de enfriamiento lo suficientemente drstico para evitar la ordenacin regular de los tomos cuando se cruza la lnea de trazos.Si se templa desde 830C, justo por debajo de la lnea de precipitacin de , se presentar una pequea proporcin de estructura secundaria junto con la fase . A medida que la temperatura de temple se disminuye, la proporcin de fase decrecer, hasta que hacia unos 550C la aleacin consistir enteramente en estructura .Por debajo de 350C, sin embargo, existe la tendencia terica a volver a precipitar la fase , pero el alcance del equilibrio es tan lento (a esta baja T) que tal transformacin raramente se presenta en la prctica.

Si se templa desde 880C en una solucin de agua salada helada (-14C), la aleacin experimenta una transformacin sin difusin, dando lugar a una estructura martenstica. Mediante este enfriamiento rpido no se permite la oportunidad a la fase para consumir el tiempo de difusin en el intervalo de 900-500C; as, pues, la fase retenida, o ms bien la , se transforma hacia los -14C en una estructura tetragonal centrada de caras. Esta estructura es similar a la , su diferencia es que tiene una arista ms larga que las otras dos. La transformacin martenstica de este latn no tiene importancia industrial, ya que, por una parte, la necesidad de un calentamiento de unos pocos grados por debajo del punto de fusin da lugar a un grano muy basto, y por otra parte, el rpido enfriamiento requerido puede alcanzarse solamente en probetas relativamente delgadas.Latones aleados: Se agregan pequeas cantidades de elementos (Sn, Al, Si, Mg, Ni, Pb).Los latones se dividen comercialmente en 2 grupos:Latones alfa (hipoperitctico): estructura alfa (solucin slida de Zn en Cu) con estructura FCC hasta un 36% Zn.Latones alfa + beta (hiperperitctico): estructura bifsica. Beta es BCC.

Microestructura: Se observan maclas de recocido slo en los granos alfa, en los latones alfa que han sido trabajados en frio y despus recocidos. En el recocido, se produce una recristalizacin + maclas de recocido.

Aleaciones moldeadasEn la prctica, las aleaciones comerciales Cu-Sn en estado de moldeo, con contenidos de Sn superiores al 8%, se encuentran fuera de equilibrio,mostrando la presencia de un segundo constituyente, fase .

Aleaciones recocidas luego de un trabajado en fro excesivo.En la prctica raramente se presenta la disminucin de solubilidad del Sn en fase alfa por debajo de 520C, y en las aleaciones comerciales recocidas durante tiempos extremadamente largos luego de un trabajado mecnico en fro severo, puede considerarse constante la solubilidad por debajo de 520C hasta un contenido de 15,8% Sn. Igualmente, la descomposicin de la fase por debajo de 350C es muy lenta, y por consiguiente, en la prctica puede considerarse que la regin alfa + se extiende verticalmente por debajo del nivel de 520C. Por ello, la fase se podra considerar estable a T ambiente, ya que la transformacin eutectoide alfa + es demasiado lenta.Por ejemplo, en un bronce de 33%Sn, despus de 23 das a 300C, slo se transforma aproximadamente un 5% de fase .

-----------------------------------------------Los campos y gamma fueron objeto de muchas discusiones entre los investigadores, ya que estas fases no difieren mucho en su estructura cristalina y sus microestructuras son difciles de distinguir. Ninguna de las dos pueden retenerse a temperatura ambiente por temple de las aleaciones puras, pero dan lugar a una serie de estructuras de transicin complejas metaestables.

Los dos primeros factores influyen apreciablemente en el proceso de fusin y colada, pues, por una parte, el estrecho intervalo de solidificacin obliga a prestar un cuidado especial en la alimentacin durante la colada, pero, por otro lado, este mismo factor hace que se presente poca segregacin en las grandes piezas moldeadas, y la segregacin inversa, tan seria en los bronces Cu-Sn, apenas se manifiesta en las aleaciones Cu-Al de base cobre.

A causa de la reduccin en los lmites de solubilidad con el aumento de temperatura, el enfriamiento de las aleaciones Cu-Al de determinada composicin, desde temperaturas suficientemente elevadas, provocar la retencin de cierta cantidad de fase en exceso, y esto, junto con latransformacin eutectoide @ 565C, constituye la base de la mayor parte de los tratamientos trmicos de los cuproaluminios.

Aleaciones con Memoria de Forma1.- En primer lugar el material se enfra sin esfuerzo, partiendo desde una temperatura superior a Af (Austenite finish), hasta una temperatura inferior a Mf (Martensite Start). En este paso se produce la transformacin directa (de austenita a martensita) y la martensita se forma de una manera autoacomodada para minimizar la energa del sistema, de manera que la forma macroscpica del material no cambia.

2.- Posteriormente se aplica un esfuerzo creciente de manera que la aleacin se deforma. Esta deformacin es el resultado de la deformacin elstica de la martensita, as como de la reorientacin de las variantes formadas durante el enfriamiento, las cuales se mueven con facilidad, de manera que se acomodan al esfuerzo aplicado. En este punto cabe destacar que si el esfuerzo es muy grande se puede introducir deformacin plstica u otro tipo de efectos que hagan que el proceso no sea totalmente reversible.

3.- A continuacin el esfuerzo se relaja conservndose una deformacin residual.

4.- Finalmente la aleacin recupera su forma original mediante la elevacin de la temperatura por encima de Af. La deformacin residual desaparece a travs de la transformacin inversa a austenita de una forma reversible.

El efecto de memoria de forma simple resulta de un proceso termomecnico:- Enfriar el material hasta una temperatura por debajo de Mf sin aplicar ninguna tensin. Esto provoca una transformacin martenstica completa pero sin deformacin macroscpica porque se forman distintas variantes que no son orientadas por la tensin.- Aplicacin de una carga y despus una descarga cuando lo material se encuentra en el estado martenstico. Esta secuencia reorienta las variantes de la martensita.- Calentar el material hasta una temperatura superior a Af, bajo un tensin nula. Este ultimo paso da lugar a la transformacin inversa, de la martensita a austenita. Eso provocaCurva aLa aleacin se encuentra en fase austetica. Ocurre deformacin plstica apreciable a un nivel meyor de tensiones y no ocurre cambio de fase. El material no recupera su forma original.

Curva b (efecto de memoria de forma)El material se encuentra a T2, inferior a Ms, por lo que se encuentra en fase martenstica. La martensita se deforma de manera considerable (puede ser de hasta un 10%, segn la aleacin) a un nivel bajo de tensiones. Al retirar la carga, el material queda con una deformacin aparentemente plstica. Luego de un calentamiento, a una temperatura superior a Af, el material recupera la forma original (lnea de puntos).

Curva c (superelasticidad)El material se encuentra a una temperatura ligeramente superior a Ms. A esta temperatura, la martensita puede ser inducida por tensin, con lo cual ocurre una deformacin que aumenta a un nivel de tensiones constante (curva A-B).Al retirar la carga, el material vuelve a transformar a austenita por tener un nivel de tensiones menor (curva C-D), ocurriendo la recuperacin de la forma original.