ALEACION COBRE - NIQUEL

INTRODUCCION Las aleaciones corresponden a uniones de elementos metálicos en proporciones definidas con la finalidad de:

Mejorar las propiedades de los elementos por separado

Aumentar su plusvalía

Como actúa cada elemento.

COBRE: NIQUEL: El niquel es fácilmente deformable, excelente resistencia a la corrosión,

mantiene su resistencia mecánica a altas temperaturas

CUPRONIQUEL:

La gran mayoría de plantas y equipos ubicados en ambientes marinos utilizan, por lo general, aleaciones base cobre con níquel porque son las más adecuadas para soportar los embates corrosivos propios del aire de mar como así también de los sistemas de refrigeración con agua marina usados en buques, submarinos y plantas “off-shore” entre otros. De esta manera, el mantenimiento y las salidas de servicio activo por este inconveniente en función del tiempo pasan por un mínimo, debido, fundamentalmente, a la experiencia y aplicación de principios básicos de diseño, gestión, fabricación, instalación, etc. Estas aleaciones son las más apropiadas para la fabricación de accesorios expuestos a la acción agresiva de iones presentes en el agua de mar.

Si observamos el comportamiento en una representación grafica del contenido de níquel (expresado en por ciento de peso en peso [ % p/p] ) en función de la resistencia a la corrosión expresado en unidades de tiempo vemos que hasta un máximo de m = 35 % p/p responden a una función matemática irracional y que contenidos superiores de este elemento no registran variaciones[2], o sea que y = x ½ para valores de x entre 0 y m e y = k para valores de x superiores a m.

El hierro es adicionado con el fin de incrementar la resistencia a la erosión y al ataque por choque[3]; el plomo, el fósforo y el azufre, que se encuentran como impurezas deben ser controladas para mantener constante su ductilidad y así evitar, inconvenientes durante su manufactura, fabricación y soldadura[4]. Cobre y níquel forman una fase sólida altamente soluble o sea que forman una aleación con estructura metalúrgica de solución sólida α homogénea, cúbica de cara centrada.

Es una aleación extremadamente versátil, que combina una excelente resistencia a la corrosión por agua de mar, con buenas propiedades mecánicas y alta ductilidad. Existen distintas variantes de esta aleación, siendo las más típicas las 90/10 y 70/30. A estas aleaciones se les añade pequeñas cantidades de Hierro (Fe) y Manganeso (Mn), para mejorar la resistencia al flujo de agua de mar y a la erosión debida a la arena transportada en el agua. La aleación 70/30 presenta las mismas características que la 90/10, pero además ofrece un excelente resistencia a la corrosión a altas velocidades de agua de mar y en mayores rangos de temperatura.

Principales Características

>Excelente resistencia al ataque por erosión y choque de agua de mar en movimiento.>Excelente resistencia a la fractura por corrosión bajo tensión y corrosión por fatiga.>Buena resistencia a picaduras en agua de mar inmóvil.>Muy buenas propiedades para trabajo en frío.>Buena soldabilidad.>Virtualmente inmune a bio-incrustaciones marinas.

El cobre y el níquel dan lugar a una serie continua de soluciones sólidas. Todas las composiciones son maleables tanto en caliente como en frío,

obteniéndose aleaciones industriales en todo el amplio campo. Frecuentemente se añaden otros elementos, como el Si, Sn, Fe y Co. Adiciones de menos del 1% de Ni y Si al cobre dan lugar a una aleación

endurecible por precipitación, ocurriendo lo mismo que la adición de Al en lugar de Si.

El Fe y el Co confieren propiedades magnéticas. Los cuproníqueles binarios presentan una estructura α en toda la gama de

composiciones. La adición de Ni al cobre aumenta su dureza y resistencia a la tracción y

disminuye el alargamiento, especialmente hasta contenidos del 45% de Ni.

Composición química

Cupro - Níquel 90/10 (ASTM B - 111 aleacion C70600) Cubre (Cu) Niquel (Ni) Hierro (Fe) Manganeso (Mn) Plomo (Pb) Zinc (Zn)Min. Resto 9.0 1.0 Max. 11.o 1.8 1.0 0.05 1.0

Cupro - Níquel 70/30 (ASTM B - 111 aleacion C70500) Cubre (Cu) Niquel (Ni) Hierro (Fe) Manganeso (Mn) Plomo (Pb) Zinc (Zn)Min. Resto 9.0 1.0 Max. 11.o 1.8 1.0 0.05 1.0

Monel 400

Monel 400 es la aleación resistente a la corrosión que tiene cantidad máxima, el más utilizado y amplio rendimiento excelente. Esta aleación tiene resistencia a la corrosión en ácido fluorhídrico y medio de gas flúor, también ha resistencia a la corrosión en caliente concentrado alcalina. Mientras tanto, puede también resistente a la corrosión de soluciones neutrales, agua, mar, aire, etc. de compuestos orgánicos. Una característica importante de la aleación generalmente no es producir grietas de corrosión de estrés, rendimiento de buen corte.

Monel 400 Composición química datos

Aleacion % Nickel Copper Iron Carbon Manganese SiliconMonel 400 MIN 63 28 ? ? ? ?

MAX ? 34 2.5 0.3 2 0.5

Monel 400 propiedades físicas:

Densidad (lb / cu. in.) 0.318

Gravedad Especifica 8.8

Calor Especifico (Btu/lb/Deg F - [32-212Deg F]) 0.105

Resistividad Electrica (microhm-cm (at 68Deg F) 307

Punto de Fusion (Deg F) 2425

Relacion de Poisson 0.32

Conductividad Termica 167

Coeficiente de expansión térmica 7.7

Modulo de elastisidad Tension 26

El mínimo de propiedades mecánicas:

Aleacion y estadoResistencia a la

traccion Rendimiento de Fuerza ElongacionRm N/mm2 RPO.2N/mm2 A5%

Monel 400 480 170 35

Resistencia a la corrosión

400 Monel aleación tiene una resistencia a la corrosión muy buena en gases fluorados, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico y sus derivados. Y tiene mejor resistencia a la corrosión que el cobre en el agua de mar. Medio ácido: Monel 400 son resistentes a la corrosión en concentración inferior al 85% de ácido sulfúrico. Monel 400 es uno de los materiales más importantes y muy pocos en resistentes al ácido fluorhídrico.

La erosión del agua: en la mayoría de los casos de erosión hídrica, Monel 400 aleación no sólo corrosión excelente resistencia y enfrentando a corrosión, corrosión de estrés, también raramente se encuentran, la corrosión tasa de menos de 0,025 mm / a.

Corrosión de alta temperatura: trabajo continuo Monel 400 en la más alta temperatura del aire es generalmente sobre 600 o c, de vapor de alta temperatura, a la corrosión tasa inferior a 0.026 mm /. amoníaco: aleación como Monel 400 tienen alto contenido de níquel, que puede ser resistente a amoníaco anhidro debajo de 585 o c en las condiciones de corrosión y amonificación.

Monel 400 aplicación:

Aleación de Monel 400 es un material versátil en muchas aplicaciones industriales:1. transparente canalizaciones, tuberías de vapor en la fábrica de energía;2. Mar conmutador y evaporador;3. ácido sulfúrico y ácido clorhídrico4. Crudo destilación5. Los equipos utilizados en la hélice y eje de la bomba de agua6 la industria nuclear para la fabricación de equipos de separación de enriquecimiento y de isótopos de uraniofabricación de la bomba y la válvula cuando producen ácido clorhídrico

Monel 400 (SNU: N04400, EN: 2.4360)

Es uno de los importantes materiales de resistentes al ácido fluorhídrico. La aleación de gases fluorados, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico y sus derivados tienen una resistencia a la corrosión muy buena. Al mismo tiempo es más resistencia a la corrosión de la aleación de cobre basado en agua de mar.

Aplicación: planta de energía, tubos sin soldadura, tuberías de vapor, conmutadores y agua del evaporador, ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, equipos de destilación de petróleo crudo utilizado en el eje de la bomba de agua y hélice, la industria nuclear para la fabricación de equipos de separación de enriquecimiento y de isótopos de uranio, equipos de fabricación, el uso de bombas de ácido clorhídrico y válvulas.

Es una níquel de procesamiento deformable - aleación de cobre-níquel, tiene buena resistencia a la resistencia del mar corrosión y químicos, resistencia a la corrosión de estrés de cloruro craqueo fuerza. Esta aleación es uno de los pocos capaces de utilizar uno del fluoruro en la aleación. Fluorhídrico gas ácido y flúor en el medio tiene resistencia a la corrosión buena a fisión de estrés de óxido, tales como agua, medio ambiente de agua salada.En la concentración media de soluciones alcalinas y sal, Monel 400 tiene resistencia a la corrosión muy buena.

La aleación se utiliza en ácido débil, como el azufre, entorno de fluoruro de hidrógeno en el frío del medio alcalino.

Tienen buenas propiedades mecánicas de menos a 550 o c alta temperatura, fácil de soldar. áreas de aplicación: intercambiadores marinos, equipos de desalinización, equipos de producción, equipo de procesamiento de marinos y químicos, eje de la hélice de sal y agua bomba, gasolina y agua tanques etc.

Materiales sometidos al ensayo de Dureza comparando con el Cu – Ni.

Las materiales estudiados se presentaban en las siguientes formas y dimensiones:

Acero al carbono S355 (UNE EN 10025): Barra laminada de 30 mm de diámetro.

Acero inoxidable AISI 316L (ASTM A-240): Barra laminada de 30 mm de diámetro.

Cobre electrolítico Cu-ETP, calidad UNS C11000:Barra laminada de 30 mm de diámetro.

Aleación cobre níquel Cu30Ni, calidad UNS C71500 (CDA 715): Barra laminada de 35 mm de diámetro

Caracterización química

Se ha determinado la composición química de los materiales metálicos mediante técnicas de electrodeposición, espectrometría de emisión por plasma y analizadores automáticos por combustión. Los resultados obtenidos vienen recogidos en la tabla 4.1.

Tabla 4.1

Composición química de los metales.

Material Composicion química (% en peso)S355 C 0.17%, Si: 0.40%, Mn: 1.4%, P: 0.020%, S: 0.012%, Al: 0.040%, N: 0.006%,Fe: Base

AISI 316L C 0.021%, Si: 0.31%, Mn: 1.3%, P: 0.029%, S: 0.002%, Cr: 17.4%, Ni: 11.5%, Mo: 2.2%,Fe: BaseCu-ETP Fe <0.005%, Pb:<0.01%, Bi:<0.01%, Zn:<0.005%, S: 0.0015%, P:<0.01%,Cu: BaseCu30Ni Ni 31.2%, Mn:1.0%, Fe: 0.70%, Pb:<0.01%, Zn:<0.01%, S: 0.005%, P:<0.01% , C: 0.011%, Si:<0.01,Cu: Base

Las propiedades mecánicas de los materiales se han determinado mediante ensayos de tracción y medidas de dureza. Los ensayos de tracción se han realizado a temperatura ambiente, sobre probetas longitudinales al sentido de la laminación, según norma ASTM A370, determinándose los parámetros el límite elástico, carga máxima y alargamiento. Las medidas

de dureza Vickers (5 y 10 Kg) se han realizado sobre probetas metalográficas, según norma ASTM E8M. Los resultados obtenidos se recogen en la tabla 4.2.

Tabla 4.2Propiedades mecánicas de los materiales.Material Límite elástico

(Mpa) Carga máxima (Mpa)

Alargamiento (%)

Dureza (Vickers)

S355 427 568 28 164 (HV10)AISI 316L 257 565 65 141 (HV10)Cu - ETP 273 283 24 95 (HV5)Cu30Ni 142 343 50 89 (HV5)

Monel K-500 Composición Química

Alloy % Ni Cu Al Ti Fe Mn S C SiMonle K500 Min. 63 27.0 2.30 0.35

Max. 33.0 3.15 0.85 2.0 1.5 0.01 0.25 0.5

Monel K-500 Propiedades Físicas

Density 8.44 g/cm3Melting point 1315-1350oC

Monel K-500 Propiedades mecánicas mínimas

Status Tensile strengthRm N/mm2

Yield strengthRP0.2N/mm2

ElongationA5 %

Monel K500 1100 790 20

Monel K-500 tiene aproximadamente el doble de la resistencia a la tracción y el triple de la resistencia a la fluencia de Monel 400 . La fuerza de Monel K-500 se mantiene a 1200 grados Fahrenheit, pero permanece dúctil y resistente a temperaturas de -400 grados Fahrenheit. Monel K-500 también se mantiene no magnético a -200 grados Fahrenheit.Características adicionales de Monel K-500 incluyen una destacada resistencia a la corrosión en una amplia gama de productos químicos y entorno marino, a partir de sales y álcalis, ácidos no oxidantes a agua pura. Monel K-500 es no magnético y resistente a las chispas. También se recomienda que Monel K-500 recocerse cuando se suelda y que cualquier soldaduras ser liberado de tensiones antes de envejecimiento.

Industrias atendidas

Gas y la extracción de petróleo Procesamiento químico Ingeniería naval

Constantán (Cu55Ni45): es una aleación formada por un 55% de cobre y un 45% de níquel. Se caracteriza por tener un una resistividad eléctrica de 4,9•10−7 Ω•m casi constante en un amplio rango de temperaturas, con un coeficiente de temperatura de 10−5 K−1. Es uno de los materiales más utilizados para la fabricación de monedas. También se usa habitualmente en el diseño de galgas extensiométricas dadas sus apropiadas características para este uso. Hay otras aleaciones conocidas por tener también un muy pequeño coeficiente de temperatura, por ejemplo el manganin(Cu86Mn12Ni2)

TABLA 1: Metales, aleaciones y su resistencia a la corrosión

Metal o aleación

Nombre común Composición Propiedades anticorrosivas

Aceros comunes

Acero al carbono

0.3-1.2% de carbono.

Se corroen en el aire y agua naturales, pero resisten el ácido

sulfúrico concentrado y las soluciones salinas a

temperaturas normales.

Hierro fundido Fundición 2-5% de carbono Igual que el anterior, pero un tanto mejores.

Hierro fundido aleado

Fundiciones inoxidables.

2- 5% de carbono. 25% de cromo. 20% de níquel. A veces 5-8% de cobre.

Elevadas propiedades anticorrosivas.

Hierro al silicio.

Hasta 14% de silicioResistencia muy alta al ácido sulfúrico en diferente concentraciones y en caliente.

Hierro al silicio-molibdeno

14-17% de silicio. 2.5-3% de molibdeno.

Resiste los ácidos sulfúrico yclorhídrico.

Aceros al cromo.

Acero inoxidable

Común 12-14% de cromo.

Se corroen en los aćidos sulfúrico y clorhídrico, pero resisten el aire húmedo, el agua dulce y el ácido

nítrico. En el agua salina se produce corrosión puntiforme.

0.1 -0.4% de carbono.

Mejorado 16-18% de cromo.0.1% de carbono.A veces 1.2 - 2% de níquel.27-30% de cromo.

Termorresistente 0,1% de carbono.1.2-2% de níquel.

Aceros al cromo-níquel

Acero inoxidable

17- 25% de cromo. Son resistentes a los mismos medios que los anteriores, su tendencia a la corrosión puntiforme es considerablemente menor y resisten un poco mas el ácido sulfúrico y el agua salina.

8-20% de níquel.

0.1% de carbono. Generalmente contienen algo de titanio y a veces de 2-3% de molibdeno.

Aceros al cromo- níquel-titanio

Acero inoxidable

18% de cromo.Resistencia a la corrosión elevada en múltiples medios.

9% de níquel.1% de titanio.

Cobre Cobre Sin aleación

Se corroe en ácido nítrico y en disoluciones de amoníaco, cianuro de potasio y ácido clorhídrico diluido en presencia de oxígeno.Resiste el ácido sulfúrico.

Aleaciones cobre-estaño

Bronces comunes

Hasta 13% de estaño Las mismas cualidades del cobre pero algo mejores.

Aleaciones cobre-cinc Latones Hasta 45% de cinc

Se usa para piezas que trabajan en aguas naturales y aire húmedo.

Aleaciones cobre-aluminio

Bronce al aluminio. Hasta 10% de aluminio.

Buena resistencia a los ácidos diluidos (excepto el nítrico) y a algunas soluciones salinas.

Aleaciones cobre silicio

Bronce al silicio Hasta 3-4% de silicio. Buenas propiedades anticorrosivas.

Níquel Níquel Sin aleación

Es muy resistente al aire húmedo, a las aguas naturales y a los álcalis. Se corroe lentamente en los ácidos sulfúrico y clorhídrico. Al ácido nítrico no es resistente.

Aleaciones de níquel.

Monel

68-69% de níquel.Propiedades como las del níquel pero mejoradas.

28-29% de cobre.

algo de hierro, manganeso y silicio.

Plomo PlomoA veces con 10% de antimonio.

Resiste al ácido sulfúrico y en las disoluciones de sus sales, al ácido clorhídrico hasta el 10% a la temperatura ambiente.Es poco resistente a los ácidos nítrico yacético, el álcalis y en aguas que contienen CO2 .

Aluminio Aluminio Sin aleación Resiste el aire húmedo, las disoluciones de nitratos y

cromatos y en el ácido sulfúrico concentrado. Se corroe lentamente en los ácidos sulfúrico y acético a temperatura normal.No resiste el ácido clorhídrico ni los álcalis.Sus aleaciones tiene peores cualidades anticorrosivas.

Los cuproníqueles propiamente dichos tienen contenidos de níquel del 5 al 44 % y se utilizan, generalmente, por su excelente resistencia a la corrosión, la cual aumenta con el contenido de níquel. Entre las aleaciones con mayor contenido de níquel se encuentra el MONEL, de excepcionales propiedades de resistencia a la corrosión. Además de los cuproníqueles binarios, formados solamente a base de níquel y cobre algunos contienen un tercer o un cuarto elemento. Los que contienen cinc se conocen por alpacas.

BIBLIOGRAFIA

http://www.bangoalloy.com/Spanish/Monel-400/ http://www.termia.cl/tubos_cupro_niquel.html

http://www.petrobul.com.ar/tablas.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Constant%C3%A1n http://www.sabelotodo.org/metalurgia/resiscorrometales.html http://www.metal-service.net/pdf/COURE%20DE%20FUNDICIO.pdf