Bronces y Latones - Estudio y ensayo de materiales

Bronces y Latones
• Clasificación de lo Metales
• Metales No Férricos
• Componentes Principales de los Bronces y
•
•
•
•
•
•
•
Latones
Aleaciones de Cobre
Propiedades Físicas y Mecánicas de las
Al
Aleaciones
i
de
d Cobre
C b
Bronce
Ti
Tipos
y usos del
d l Bronce
B
Latón
Ti
Tipos
y usos del
d l Latón
L tó
Ensayos que se le Realizan
Cl ifi ió de
Clasificación
d lo
l Metales
M t l
M t l No
Metales
N Férricos
Fé i
• Dependiendo de sus características, estos materiales sustituyen con
•
•
•
•
ventaja a los derivados del hierro en múltiples aplicaciones
tecnológicas Sin embargo
tecnológicas.
embargo, resultan más caros de obtener debido a
diversas razones, entre las que destacan las siguientes:
La baja concentración de algunos de estos metales en sus menas.
La energía consumida en los procedimientos de obtención,
obtención y afino,
afino
ya que, la mayoría de los casos, se trata de procesos electrolíticos
para los que se emplea energía eléctrica.
La demanda reducida,, que
q obliga
g a producirlos
p
en pequeñas
p q
cantidades.
Los metales no férricos de mayor aplicación industrial son el cobre y
sus aleaciones: el aluminio, el plomo, el estaño y el cinc. Otros
como ell mercurio
i y ell volframio,
lf
i se aplican
li
en ámbitos
á bit industriales
i d ti l
muy específicos. Los demás metales casi nunca se emplean en
estado puro sino formando aleaciones. Es el caso del níquel, el
cromo el titanio o el manganeso
cromo,
Componentes Principales de los
Bronces y Latones
• El cobre
• El cobre puede encontrarse en estado puro. Es un metal de color
•
•
•
rojizo, se trata de un metal bastante pesado, con una densidad de
, g/ cm³. Cristaliza en la red cúbica centrada en las caras,, y su
8,9
punto de fusión es de 1083 ºC. Es después de la plata, el mejor
conductor del calor y de la electricidad. Sus propiedades mecánicas
más destacables son la maleabilidad y la ductilidad, que le
proporcionan un alargamiento de hasta un 50% más de su longitud
inicial sin romperse. Es poco resistente a los agentes atmosféricos.
El cobre esta presente en diversos minerales:
Cuprita: esta compuesto básicamente por óxido de cobre
cobre. Contiene
hasta un 88% de riqueza, pero es muy escasa.
Calcopirita: es un sulfuro mixto de hierro y cobre; tiene color
p
p mena de cobre.
amarillento,, resulta la principal
Malaquita: es una mezcla de carbonato e hidróxido de cobre; se
presenta en masas cristalinas de color azul y resulta también una
buena mena de cobre.
Componentes Principales de los
Bronces y Latones
• El Estaño
• El estaño
t ñ es un metal
t l de
d color
l blanco
bl
brillante, muy blando, de estructura
cristalina,
i li
poco dúctil
dú il pero muy maleable.
l bl
• Puede ser laminado en finas pplanchas,, que
q
forman el papel de estaño. Es muy estable
y resistente a los agentes
g
atmosféricos a
temperatura ambiente, aunque puede ser
atacado con ácidos y productos alcalinos.
C
Componentes
t P
Principales
i i l
• El Cinc
• El cinc es un metal de color ggris azulado,, brillante,, frágil
g
•
en frío y relativamente blando. Es inalterable al aire
seco, pero el aire húmedo lo oxida y hace que pierda su
brillo.
b
o La
a capa
apa de
d óxido
ó do que
qu lo
o empaña
pa a lo
o protege
p o g de
d una
u a
oxidación más profunda. No resiste la acción de los
ácidos ni de los agentes alcalinos y es soluble en alcohol.
Se encuentra como óxido de cinc en el mineral cincita y
como silicato de cinc en la hemimorfita. También se
encuentra como carbonato de cinc en el mineral
esmitsonita como óxido mixto de hierro y cinc en la
esmitsonita,
franklinita, y como sulfuro de cinc en la esfalerita, o
blenda de cinc. La mena principal es la blenda.
Aleaciones de Cobre
Propiedades Físicas y Mecánicas de
las Aleaciones de Cobre
•
•
•
•
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•
•
Propiedades físicas
Datos para una aleación promedio 89 % cobre y 11 % estaño
estaño::
Densidad: 8,90
8 90 g / cm3.
cm3
Punto de fusión: 830 a 1020 ºC
Coeficiente de temperatura: 0,0006 KK-1
Resistividad eléctrica: 14 a 16 µOhm
µOhm/cm
/cm
Coeficiente de expansión térmica: entre 20 y 100 ºC --->
---> 17,00 x 10
10--6 KK-1
Conductividad térmica a 23 ºC : 42 a 50 WmWm-1
Propiedades mecánicas
Elongación: < 65%
Dureza Brinell:
Brinell: 70 a 200
Módulo
ódu o d
de elasticidad:
elasticidad
a
dad: 80 a 115
5 GPa
G a
Resistencia a la cizalla: 230 a 490 MPa
Resistencia a la tracción
tracción:: 300 a 900 MPa
Modulo de Elasticidad
Tensión de Rotura
σR [ MPa
]
σR [ kp/cm²
]
Acero de alta
resistencia
1550
15500
Acero dulce
comercial
400-500
4000-5000
Material
Tensión
de Rotura
Hierro
colado
100-300
1000-3000
Fundición maleable
140-300
1400-3000
Aluminio
70
700
Aluminio aleado
140-600
1400-6000
Cobre
140
1400
Bronce
100-600
1000-6000
Aleaciones de Mg
200-300
2000-3000
Aleaciones de Ti
700-1400
700-14000
Material
E1 2 [
MPa ]
E [ kg/cm²
]
Polietileno, Nylon
1400
14000
Madera
(laminada)
7000
70 000
Hueso (fresco)
21000
210 000
Hormigón
H
i ó /
Concreto
27 000
270 000
Aleaciones de Mg
42 000
420 000
vidrio
70 000
700 000
Aleaciones de Al
70 000
700 000
Latón
105 000
1 100 000
Bronce
110 000
1 200 000
Hierro forjado
190 000
< 1 900
000
Acero
200 000
2 100 000
Dureza Brinell de algunos
materiales:
•
•
•
•
•
•
Acero de herramientas templado................... 500
Acero dulce (0.80% de carbono)................... 210
Acero dulce (0.10% de carbono)................... 110
Bronce
Bronce.........................................................
100
Latón........................................................... 50
Aluminio....................................................... 25 a 30
Bronce
Bronce
• Bronce es toda aleación metálica de cobre
y esta
estaño
oe
en la
a que e
el p
primero
e o co
constituye
st tuye
su base y el segundo aparece en una
proporción de entre el 3 y el 20%
20%.
Ti
Tipos
y Usos
U
• Bronce de gran elasticidad muy apto para engranajes, coronas,
tornillos sinfin, tuercas y piezas dentadas en general; madrevías de
prensas de fricción o impacto
impacto, placas de fricción.
fricción
• Material de grano fino: resistente a la presión hidráulica y de
vapor: camisas de bomba, válvulas de vapor, accesorios para
calderas.
ld
ruedas
d helicoidales
h li id l con pequeñas
ñ velocidades
l id d de
d
deslizamiento, engranajes menores,camisas de calandras.
• Bronces muy duros: excelentes anticorrosivos,
anticorrosivos especiales para
soportar grandes esfuerzos, impactos y elevada temperatura:
impulsores de bombas centrífugas para agua con materiales en
suspensión, guías de válvulas para motores de competición,
asientos
i t de
d válvulas.
ál l
Ti
Tipos
y Usos
U
• Material standard: para aplicaciones generales en ejes
semiduros con buena lubricación: motores eléctricos
eléctricos,
maquinaria agrícola, rodillos de cintas transportadoras,
maquinaria textil. Bujes de: montacargas y ascensores
con cargas y velocidades normales, poleas, elásticos,
roldanas.
• Aleaciones de gran dureza y resistencia al desgaste:
Usos estructurales, engranajes, tornillos sinfín, levas,
guías de válvulas
válvulas, ejes
ejes, patines para trenes de
laminación, mariposas, piezas de cilindros hidráulicos,
bujes de puentes, pernos y émbolos.
L tó
Latón
• El latón es cualquier aleación de Cobre y Zinc (Cu
(Cu--Zn) se le conoce
•
•
también con la denominación de cuzin o latones.
Su densidad depende de su composición.
composición En general,
general la densidad
del latón ronda entre 8,4gr / cm3 y 8,7gr / cm3
Las aleaciones útiles de cobre y zinc contienen hasta un 40 % de
zinc las que contienen del 30 al 35 % son las de mayor aplicación
zinc,
por ser baratas, muy dúctiles y fáciles de trabajar. Al disminuir el
contenido de zinc, las aleaciones se aproximan cada vez más al
cobre en sus propiedades y mejoran su resistencia a la corrosión.
L aleaciones
Las
l
i
de
d zinc
i del
d l 5 all 20% son de
d aplicación
li ió en
operaciones de soldado con soldadura fuerte, a causa de no ser
susceptibles al agrietamiento por esfuerzos producidos en la
elaboración debido a su color rojo y porque su alto punto de fusión
elaboración,
es conveniente.
Ti
Tipos
y Usos
U
• Latones binarios cobrecobre-cinc:
• Los Latones Binarios tienen características muy específicas y sus
•
•
•
•
•
•
•
•
•
aplicaciones están relacionadas con el porcentaje de zinc que
contenga la aleación. Usos:
• Discos para monedas e insignias.
• Quincallería.
Quincallería
• Fundas de balas.
• Aplicaciones industriales.
• Instrumentos
I t
t musicales.
i l
• Telas metálicas.
• Radiadores de automóviles.
• Accesorios de fontanería sanitaria.
• Arquitectura.
Ti
Tipos
y Usos
U
• Latones con plomo: Desde el punto de vista de la maquinabilidad, los
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
latones con plomo están a la cabeza de todas las demás aleaciones.
• Piezas roscadas para electrotecnia
• Engranajes
• Piezas para circuitos eléctricos instrumentos de precisión
• Relojería
• Válvulas para bicicletas
• Tornos automáticos de gran velocidad
• Accesorios p
para carpintería
p
• Piezas para automóviles
• Elementos mecánicos diversos
• Accesorios decorativos
• Marcos de puertas, ventanas y vitrinas
Ti
Tipos
y Usos
U
• Latones especiales: Los Latones Especiales se obtienen añadiendo uno o
•
•
•
•
•
•
más elementos a los latones simples con el fin de mejorar las características
de estos.
Los elementos utilizados industrialmente, además del plomo, son el estaño,
aluminio, manganeso, hierro, níquel, silicio y, en pequeñas proporciones,
arsénico. Estos elementos se agregan para mejorar las propiedades
mecánicas y aumentar la resistencia a ciertas formas de corrosión.
corrosión La Hélice
naval de latón de alta resistencia, es una aplicación de Latón Especial.
Por sus características, los Latones Especiales son utilizados en la
fabricación de:
• Tubos de Condensadores
• Tubos de Evaporadores y de Cambiadores de Calor
• Quincallería naval
• Engranajes
E
j
• Tuberías para aire comprimido e hidráulica
E
Ensayos
que se lle Realizan
R li
• Tracción: El ensayo de tracción
de un material consiste en
someter a una probeta
normalizada realizada con dicho
material a un esfuerzo axial de
tracción creciente hasta que se
produce la rotura de la probeta.
probeta
Este ensayo mide la resistencia de
un material a una fuerza estática
o aplicada lentamente.
E
Ensayos
que se lle Realizan
R li
• Dureza:
Dureza:La
La dureza es una propiedad
mecánica de los materiales consistente
en la
l dificultad
difi lt d que existe
i t para rayar
(mineralogía) o crear marcas en la
superficie mediante micropenetración
de una punta (penetrabilidad
(penetrabilidad).En
).En
metalurgia
g la dureza se mide utilizando
un durómetro para el ensayo de
penetración. El interés de la
d t
determinación
i
ió de
d la
l dureza
d
estriba
t ib en
la correlación existente entre la dureza
y la resistencia mecánica
mecánica.
E
Ensayos
que se lle Realizan
R li
• Ensayo de Compresión: el
el ensayo de
compresión consiste en aplicar a la probeta,
en la dirección de su eje longitudinal, una
carga estática que tiende a provocar un
acortamiento de la misma y cuyo valor se
irá incrementando hasta la rotura o
suspensión del ensayo. El diagrama
obtenido
obte
do e
en u
un e
ensayo
sayo de co
compresión
p es ó
presenta, al igual que el de tracción un
periodo elástico y otro plástico. En los
gráficos de metales sometidos a
compresión es posible deducir que los
compresión,
materiales frágiles (fundición) rompen
prácticamente sin deformarse, y los
y
dúctiles,, en estos materiales el ensayo
carece de importancia, ya que se deforman
continuamente hasta la suspensión de la
aplicación de la carga, siendo posible
determinar únicamente,
únicamente a los efectos
comparativos, la tensión al limite de
proporcionalidad.
E
Ensayos
que se lles Realizan
R li
• Ensayo de Flexión: El
esfuerzo de flexión puro o
simple se obtiene cuando
se aplican sobre un
cuerpo pares de fuerza
perpendiculares a su eje
longitudinal de modo que
longitudinal,
provoquen el giro de las
secciones transversales
con respecto a los
inmediatos.
E
Ensayos
que se lles Realizan
R li
• Ensayo de Fatiga: En el estudio de los materiales en servicio,
como componentes de órganos de máquinas o estructuras, debe
tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes a que
generalmente están sometidos no resultan estáticas ni cuasi
estáticas, muy por lo contrario en la mayoría de los casos se
encuentran afectados a cambios de tensiones, ya sean de tracción,
compresión,
ió flexión
fl ió o torsión,
t ió que se repiten
it sistemáticamente
i t áti
t y
que producen la rotura del material. Los ensayos de fatiga, evalúan
el comportamiento a la fatiga mediante ciclos predeterminados de
carga o deformación
deformación, generalmente senoidales o triangulares
triangulares, de
amplitud y frecuencia constanteso variables. Son de ampliación en
ensayos de bajo como de alto número de ciclos, ponderan la
capacidad de supervivencia o vida a la fatiga por el número de
ciclos
i l hasta
h t la
l rotura
t
(inicio
(i i i y propagación
ió de
d la
l falla)
f ll ) y la
l
resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión para un número
de ciclos de rotura predeterminado.
E
Ensayos
que se lle realizan
li
• Ensayo de Metalografía:
Metalografía: La metalografía estudia la estructura de los
•
•
metales y sus aleaciones éstos tienen un enorme campo de aplicación en
las construcciones mecánicas y metálicas.
Ensayo de Plegado:El
Plegado:El plegado a temperatura ambiente es un ensayo
tecnológico derivado del de flexión, se realiza para determinar la ductilidad
de los materiales metálicos (de él no se obtiene ningún valor
específico) Este ensayo es solicitado por las especificaciones en la recepción
específico).Este
de aceros en barras y perfiles, para la comprobación de la tenacidad de los
mismos y después de haber sido sometido al tratamiento térmico de
recocido.
E
Ensayo
d
de Ch
Choque: En
E elementos
l
t sometidos
tid a efectos
f t exteriores
t i
instantáneos o variaciones bruscas de las cargas, las que pueden aparecer
circunstancialmente, su falla se produce generalmente, al no aceptar
deformaciones plásticas o por fragilidad, aun en aquellos metales
considerados
id d como dúctiles.
dú il
En
E estos casos es conveniente
i
analizar
li
ell
comportamiento del material en experiencias de choque o impacto.
• Ensayo de Corte: El ensayo de corte tiene poca aplicación práctica
práctica, pues
no permite deducir de él algunas de las características mecánicas de
importancia del material que se ensaya; es por ello que rara vez lo solicitan
las especificaciones.
Gracias Por Su Atención