Unidad 10 - Aleaciones No Ferrosas

Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149

Unidad N° 10 “Aleaci Aleaciones ones No Ferrosas errosas” ” METALES NO FERROSOS COMERCIALMENTE PUROS .................................................... 2 Aplicaciones directas de los metales no-ferrosos ........................................................... 2 Aplicaciones indirectas de los metales no-ferrosos ........................................................ 4

ALEACIONES ALEACIONES DE COBRE................... COBRE.......................................... .............................................. ............................................... .............................. ......5 Latones comunes y aleados .......................................................................................... ............................................................................................ .. 6 Bronces de estaño, comunes

y

aleados ....................................................................... 10

Bronces especiales ................. ............................................................................... ....................................................................................... ......................... 10

ALEACIONES ALEACIONES DE ALUMINIO ALUMINIO................................................ ...................................................................... ....................................... .................12 Aleaciones colables co lables de aluminio ............................................................ ................................................................................... ....................... 12 Aleaciones forjables de aluminio .................................................................................. .................................................................................. 13

ALEACIONES ALEACIONES DE NIQUEL ............................................ .................................................................. .............................................. .......................... 16 Cuproníqueles ............................................................................................................... ............................................................................................................... 17 17 Metales Monel ............................................................................................................. ............................................................................................................... 18 18 Inconel........................................................................................................................ ........................................................................................................................... ... 18 Otras aleaciones de níquel........................................................... ............................................................................................ ................................. 18

ALEACIONES DE MAGNESIO Y DE TITANIO ................................................................ 19 Aleaciones de magnesia ....................................................... ................................................................................................ ......................................... 19 Aleaciones de titanio ................................................ ................................................................................................... ................................................... 21 21

ALEACIONES DE CINC, DE PLOMO Y DE ESTAÑO ........................................................ 21 Aleaciones Zamac....................................................... Zamac.......................................................................................................... ................................................... 22 Aleaciones para cojinetes antifricción .......................................................................... .......................................................................... 22 Aleaciones para varillas de soldadura blanda ................................................... ............................................................... ............ 23

Bibliograf Bibliografía ía ............................................ ................................................................... .............................................. ........................................... ....................24

Industrias mineras de base metálica - 2010

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METALES NO FERROSOS COMERCIALMENTE PUROS A diferencia de lo que sucede con el hierro, muchos metales no-ferrosos tienen gran aplicación industrial en estado comercialmente puro. En estado bruto de colada, los metales puros presentan por lo general bajas resistencias mecánicas. Por ese motivo y por su baja colabilidad, así como por su difícil mecanización, no se utilizan prácticamente piezas de metales puros o btenidas por procesos de fundición. Por otra parte, los metales puros tienen mejor capacidad de deformación plástica que sus aleaciones. Debido a esto, sus aplicaciones industriales se vinculan principalmente con la fabricación previa, por deformación plástica, de productos semielaborados, en especial chapas y alambres. A partir de estos materiales pueden obtenerse artículos industriales por procesos tales como la mecanización, el estampado o la soldadura. El empleo de metales puros en la fabricación de artículos industriales se basa fundamentalmente en sus mejores características (en relación con el uso de aleaciones) en los aspectos siguientes: resistencia a la corrosión, conductibilidad eléctrica y conductibilidad térmica. Los metales puros tienen, además, aplicaciones indirectas, tales como su utilización en la fabricación de aleaciones y en el revestimiento protector de otros materiales metálicos o no metálicos.

Aplicaciones directas de los metales no-ferrosos El cobre tiene una gran aplicación industrial en la fabricación de conductores eléctricos y radiadores de calor. La resistencia mecánica del cobre puro es relativamente baja (comparada con la de sus aleaciones), pero puede ser incrementada en forma importante por procesos de deformación plástica en frío. La resistencia mecánica del cobre es muy importante en relación con su empleo en conductores eléctricos aéreos, en los que el peso propio puede llegar a producir la rotura. En esos casos suele resultar conveniente incrementar la resistencia mecánica por deformación plástica, aunque paralelamente se pierde conductibilidad eléctrica como consecuencia de la distorsión estructural producida por la deformación plástica. Otras aplicaciones del cobre puro incluyen la fabricación de recipientes para sustancias alimenticias y elementos decorativos. La coloración que puede adquirir el cobre por oxidación natural o provocada, puede incrementar el aspecto decorativo de este metal. Las impurezas del cobre perjudican a veces en forma muy importante las propiedades en que se basan las aplicaciones anteriormente mencionadas.


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149 El aluminio puro puede reemplazar al cobre en muchas aplicaciones, con ventajas económicas. Posee el aluminio menor conductibilidad eléctrica que el cobre pero, como es más liviano y más barato, puede compensarse su menor conductibilidad con un aumento de sección de los conductores. Ello justifica el empleo de aluminio en la construcción de conductores aéreos en los que el aumento de sección no es muy importante. 3

La densidad del aluminio (2,7 gramos por cm ) es unas 3 veces inferior a la del cobre. En la misma relación se encuentran aproximadamente sus valores de resistencia a la tracción. La conductibilidad eléctrica del aluminio es, por otra parte, del orden del 60 por ciento de la del cobre. Estos factores, y el costo relativo de ambos materiales, permiten analizar la posibilidad del reemplazo del cobre por el aluminio en conductores aéreos. Debe tenerse también en cuenta que los conductores aéreos soportan esfuerzos de flexión y que, por ello, la resistencia mecánica aumenta no sólo con la resistencia a la tracción del material, sino también con la geometría de la sección. A veces, para aumentar la rigidez de los conquetores de aluminio, se les incorpora un alma central de acero. El aluminio puro de uso industrial presenta distintas propiedades según el grado de pureza exigido. Cuando no es necesaria una elevada conductibilidad eléctrica, puede tolerarse un porcentaje relativamente alto de impurezas. Estas mejoran la resistencia mecánica del material pero, aparte de reducir la conductibilidad eléctrica, reducen también la resistencia a la corrosión y la capacidad de deformación plástica. Cuando se usa para conductores eléctricos, el aluminio debe tener una pureza mínima del 99,45 por ciento, con límites muy ajustados para ciertos tipos de impurezas. El aluminio comercialmente puro, para otras aplicaciones, puede contener hasta un mínimo de 99 por ciento de aluminio. El aluminio puede reemplazar al cobre no sólo en la fabricación de conductores eléctricos, sino también en las restantes aplicaciones mencionadas anteriormente para este metal. En la fabricación de radiadores de calor, pese a sus ventajas en el aspecto económico, el aluminio ve reducidas sus posibilidades por dificultades tecnológicas de fabricación, sobre todo en los procesos de soldadura. En la confección de recipientes para cocina, en cambio, el aluminio ha desplazado casi totalmente al cobre. Otras aplicaciones del aluminio puro se vinculan con la fabricación de perfiles decorativos y estructurales para la construcción de edificios y de automóviles. En estas aplicaciones conviene proteger al aluminio con capas anodizadas para aumentar su resistencia a la corrosión. El agregado en pequeñas proporciones de otros elementos, en especial el magnesio, permite mejorar tanto la resistencia mecánica, como la resistencia a la corrosión de la capa anodizada. Por eso, en perfiles anodizados, el aluminio puro suele ser reemplazado por aleaciones muy ricas en aluminio, con pequeños agregados, sobre todo, de magnesio.


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149 El titanio es otro metal puro que se utiliza para la fabricación directa de elementos a partir de productos 8emielaborados obtenidos por deformación plástica. El costo del titanio es muy elevado con respecto a otros materiales y por ello su empleo está vinculado con características muy específicas del material. Una de ellas es su elevada resistencia mecánica y a la corrosión a temperaturas de hasta 540°C. 2

Teniendo en cuenta que su densidad (4,5 gramos por cm ) es mucho menor que la del cobre y la del acero, el uso del titanio es de fundamental importancia en las aplicaciones aeronáuticas, cuando las temperaturas a alcanzar no permiten el uso de las aleaciones de aluminio. El plomo en estado puro tiene también aplicaciones directas en la fabricación de elementos industriales. Se fabrican con él, entre otras cosas: cañerías para conducción de agua, municiones, y protectores contra radiaciones (en especial contra los rayos X). Los restantes metales puros se utilizan, en forma directa, sólo en la fabricación de elementos con características muy especiales. El tungsteno, por ejemplo, se utiliza para fabricar filamentos de lámparas eléctricas.

Aplicaciones indirectas de los metales no-ferrosos Se consideran aplicaciones indirectas de los metales puros, aquellas en las que estos metales son utilizados como elementos auxiliares de los procesos tecnológicos. Un metal puro puede ser empleado (generalmente en forma de lingotes pequeños) para la fabricación de aleaciones, en las que el mismo constituye el elemento fundamental, o interviene como complemento. Muchas veces, como ya se dijo, los metales complementarios se incorporan en forma de aleaciones especiales, llamadas aleaciones madres. En ese caso, los lingotes de metales puros se usan en la preparación previa de esas aleaciones. En los procesos de pulvimetalurgia, los metales puros son provistos en forma de polvos. Otra aplicación indirecta de los metales puros, cuando son resistentes a la corrosión, es la de proveer capas protectoras a materiales más corrosivos. Con esa finalidad se emplean sobre todo el cinc, el cadmio, el plomo, el estaño, el aluminio, el cobre, el níquel y el cromo, en particular sobre piezas de acero. Cuando las capas son aplicadas electrolíticamente, estos materiales son provistos en formas apropiadas para que puedan actuar como ánodos de una celda electrolítica. Cuando las capas son aplicadas por inmersión, los metales protectores son provistos en forma de lingotes li ngotes pequeños, que se someten a procesos de fusión. Los metales puros se usan también (en forma de alambres o barras), como material de aporte para procesos de soldadura. Los más empleados con ese fin, en estado puro, son el aluminio, el cobre, el titanio y el níquel. El tungsteno puro se emplea como electrodo no consumible en ciertos procesos de soldadura. Otra aplicación importante de los metales puros es el uso de los mismos como desoxidantes, purificadores o afinadores de grano en lo s procesos de refinación termoquímica. Algunos metales puros se utilizan también como pigmentos en la fabricación de pinturas.


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ALEACIONES DE COBRE Las aleaciones cuyo elemento fundamental es el cobre se dividen en latones y bronces. Los latones son las aleaciones de cobre cuyo segundo elemento es el cinc. Las restantes aleaciones de cobre se denominan bronces. Los bronces se subdividen según el segundo elemento de aleación. La designación de estos materiales se obtiene agregando a la palabra bronce el nombre del segundo elemento, precedido de la preposición de. Los bronces de estaño son los más populares. Los restantes bronces son llamados genéricamente bronces especiales. Entre estos los más usados son los bronces de aluminio, los de plomo, los de berilio y los de cromo. Tanto los latones, como los bronces de estaño, se subdividen en comunes y aleados según se trate de aleaciones esencialmente binarias o de aleaciones para las que se exigen contenidos determinados de otro u otros elementos, aparte de los dos principales. Por similitud con lo que sucede en los aceros, las exigencias de porcentajes determinados de ciertos elementos adicionales, no justifica clasificar a los latones y los bronces de estaño como aleados, mientras esos elementos no modifiquen de un modo importante la resistencia mecánica y la estructura de la correspondiente aleación binaria. En ese sentido, el plomo, que se agrega fundamentalmente para mejorar la facilidad de mecanizado y la resistencia al desgaste, tanto en latones como en bronces de estaño, puede ser tolerado hasta un valor nominal del 5 por ciento en las aleaciones comunes. En mayor proporción, la reducción de la resistencia mecánica en beneficio de las otras propiedades arriba mencionadas, justifica la inclusión de los materiales en la categoría de aleados. El fósforo es en general considerado una impureza en las aleaciones de cobre, pero a veces se especifica un mínimo y un máximo, en los bronces de estaño, para asegurar una correcta desoxidación. Este contenido de fósforo, que es muy pequeño, no justifica la inclusión i nclusión de estos bronces, llamados fosforosos, entre los aleados. Por otra parte, el estaño en los latones y el cinc en los bronces de estaño, no modifican en forma fundamental las propiedades mecánicas ni las estructuras correspondientes, mientras el contenido de los mismos no es muy elevado. Por ese motivo se consideran latones comunes las aleaciones dé cobre y cinc, en los que se especifican contenidos de estaño en porcentaje inferior al de cinc (no superando el valor nominal del 5 por ciento), y bronces de estaño comunes a las aleaciones de cobre y estaño, que contienen cinc en porcentaje inferior al de estaño (no superando el valor nominal del 5 por ciento). Un caso límite lo constituye la aleación denominada 85-5-5·5- cuyos contenidos nominales son: 85 por ciento de cobre, 5 de estaño, 5 de cinc y 5 de plomo. Las características de este material figuran en la tabla 8·2. La aleación 85-5·5-5- es considerada como bronce común (aunque por su composición podría ser también llamado latón común), debido a que sus características estructurales corresponden a las de un bronce de estaño.


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Universidad Nacional e Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian Gonz lez Legajo N° 3149 Los bronces especiales se clasifican en binarios o complejos según qu e estén formados sólo por dos elementos o que, en la composición química, se especifi ue otro u otros elementos aparte del que de ine la familia correspondiente. Tanto los latones como los bronces pueden ser sometidos a proceso s de deformación plástica y de fundición. Ciert s aleaciones se comportan mejor en los proceso s de deformación plástica y otras en las de fun dición. Este aspecto debe ser tenido en cuenta en la elección de estos materiales para aplicaciones específicas. Por no estar generaliz do en nuestro país ningún sistema clasificatorio de las aleaciones de cobre, se ha preferido e plear, en relación con ellas, designaciones co merciales de uso corriente.

Latones comunes y aleados Los latones son ale aciones constituidas fundamentalmente po r cobre y cinc. Cuando ningún otro eleme nto es agregado en forma intencional, los l tones se llaman comunes, y aleados cuand

contienen otros elementos agregados con

l fin de impartir

propiedades especiales. La abla 8·1 indica las características de 4 latones (d os comunes y dos aleados) que cubren casi tot lmente el rango de exigencias requeridas por la industria para los latones. Existen muchos lato nes con características intermedias, pero la gr n mayoría de las aplicaciones prácticas puede ser satisfechas adecuadamente, desde el punt o de vista técnico y económico, con alguno de l os materiales de la referida tabla. En algunos ca os son necesarios algunos ajustes en la Comp sición química, según el método de elaboraci n a aplicar en la fabricación de las piezas.


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IX·2. - Latón con estructura α (cristales blan cos) y β’(negros).

La figura IX.3 muestra la variación de las propiedades mecánicas de los latones comunes en función del contenido

e cinc. Puede observarse que las mejores

aracterísticas de

deformación plástica se logran con porcentajes de cinc del orden del 30 por c iento. Las propiedades mecá icas de 1a tabla 8-1 son nominales. Ellas puede n variar en forma más o menos amplia según e l proceso de elaboración y con el tamaño y la f rma de las piezas y probetas. Las designacio es duro y medio duro corresponden a distintos grados de deformación plástica. Los latones tienen car acterísticas mecánicas similares a las de los a eros recocidos o normalizados, pero su costo es mucho mayor. Por esa causa, los latones

eben usarse sólo

cuando se requieren propie dades que no poseen los aceros; en especial resistencia a la


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Universidad Nacional e Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian Gonz lez Legajo N° 3149 corrosión, conductibilidad el ctrica y resistencia al desgaste. Las aplicaciones más importantes son artefactos sanitarios, eng ranajes especiales, tornillos, terminales eléctric s, etcétera. La aleación que figura con la designación alpaca posee un contenido si milar de cinc y de níquel. Como este último ele mento es soluble en estado sólido con el cobre, su porcentaje no influye en la estructura de la aleación, que queda determinada por el porce ntaje de cinc. Las alpacas se utilizan sobre todo en la fabricación de utensilios de mesa por su aspecto decorativo y su resistencia a la corrosió . Cuando el contenido de níquel es elevado (pu diendo superar el de cinc), estas aleaciones tienen coloración plateada, a diferencia de las restantes aleaciones de cobre que se caracterizan por su aspecto dorado.


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Bronces de estaño, comunes y aleados La tabla 8-2 muestra l s características de 4 bronces (dos comunes y dos aleados) que cubren casi totalmente el rango de exigencias de este tipo de materiales. Al igual de lo que suc de con los latones, existen en el comercio una gran cantidad de bronces de estaño con carac terísticas intermedias entre las correspondientes a las aleaciones seleccionadas, y también va iantes, más o menos importantes, de composi ción química que mejoran ligeramente alguna ropiedad. Puede observarse po r comparación de las tablas 8-1 y 8-2 que las propiedades mecánicas de los bronces de estaño y de los latones son similares. El uso de una u otra familia de aleaciones de cobre se ba sa sobre todo en razones de costo (son más bar tos los latones) y en exigencias de resistencia l desgaste y a la corrosión a las que responden mejor los bronces de estaño. También estos s on más colables que los latones, sobre todo en el proceso de fundición de arena. En las notas de la tabla 8-2 figuran particularidades adicionales de l s cuatro bronces seleccionados. En ellas se menciona el comportamiento relativo de estas aleaciones en los procesos de colada y de defo rmación plástica, así como en la resistencia al de sgaste.

Bronces especial s En la tabla 8-3 figur n las características de cuatro aleaciones (d s binarias y dos complejas) que son las más representativas de sus respectivas familias. Otro grupo importante de bronces especiales son los bronces de níquel a los que se hace referenci a más adelante al tratar las aleaciones en las que el níquel es el elemento principal. En: las notas de la tabl a 8·3 se dan características adicionales de los br onces que figuran en: la misma. Se analizan también ahí los cambios de propiedades que pu den lograrse con variantes en la composición química o el procesamiento de estas aleaciones. La figura 8-2 muestra la variación de propiedades mecánicas de los bronces binarios de aluminio, en función del contenido de este elemento para tres procesos de el aboración.


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ALEACIONES DE ALUMINIO La composición química tiene más importancia en las aleaciones de aluminio, que en las de cobre, cuando se debe elegir entre el método de fundición o el de trabajado mecánico, para la obtención de piezas. Esto justifica la clasificación de las aleaciones de aluminio en colables y forjables, según que ellas se adapten más a los procesos de fundición o a los de trabajado mecánico respectivamente. Los elementos de aleación favorecen en general los procesos de fundición y dificultan los de trabajado mecánico. Un contenido de alrededor de un 7 por ciento de elementos de aleación marca un límite aproximado entre las aleaciones colables y las forjables. Ese límite no es riguroso, pues existen algunas aleaciones colables con contenidos del orden del 5 por ciento de elementos de aleación. Algunas aleaciones, cuyo contenido de aleantes es del orden del 7 por ciento, pueden ser empleadas tanto en los procesos de fundición como en los de trabajado mecánico. Las aleaciones de aluminio se clasifican también en binarias y complejas, según que el aluminio esté respectivamente acompañado de uno solo o de varios elementos aleantes.

Aleaciones colables de aluminio En la tabla 8-4 figuran las características de tres aleaciones colables de aluminio, de uso frecuente en la industria. Ellas cubren prácticamente la totalidad de los requerimientos exigidos a este tipo de aleaciones. Existe, sin embargo, como sucede con las aleaciones de cobre, una gran cantidad de aleaciones con propiedades y aplicaciones similares a las seleccionadas, pero con diferentes composiciones químicas. Las aleaciones de la tabla 8-4 han sido designadas de acuerdo con las nomenclaturas SAE y ALCOA, que son las más empleadas en nuestro país. La aleación SAE 329 se utiliza en los procesos de fundición por gravedad, tanto en moldes de arena como en moldes metálicos. En los procesos de fundición a presión, la aleación SAE 306 es la más adecuada de las tres y una de las más empleadas con ese tipo de proceso. El tratamiento de solución y precipitación se aplica poco con las aleaciones colables de aluminio, porque el aumento de resistencia mecánica lograda difícilmente compensa el costo de la operación. En el caso de la aleación SAE 329, como lo muestra la tabla 8.4 el aumento de ,

la resistencia a la tracción es del orden del 35 por ciento. Si el proceso de fundición empleado es el de presión, no se aconseja la aplicación de tratamientos térmicos, pues en el interior de las piezas obtenidas por ese método queda aire atrapado que, al calentar las piezas, puede, por expansión, provocar tensiones internas capaces de agrietarlas. Por ese motivo en la tabla 8.4 se indica que, con la aleación SAE 306 (colada a presión), no se emplean tratamientos térmicos.


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149 Una importante aplicación de las aleaciones de aluminio colables es la fabricación de pistones para motores de combustión interna. En esa aplicación se requiere elevada resistencia en caliente, buena conductibilidad térmica, buena resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de dilatación térmica. Esas propiedades se logran en buena medida con la aleación SAE 332 que figura en la tabla 8-4. 8 -4. Pueden usarse para esa aplicación otras aleaciones que presentan mejores características pero que son de mayor costo. También se emplean otras más económicas que la SAE 332. En cada caso se deberán tener en cuenta las propiedades de cada aleación respecto de las propiedades mencionadas, y el costo de las piezas obtenidas con ellas. La aleación SAE 332 representa un compromiso entre propiedades y costos, que resulta en general adecuado para la mayor parte de las aplicaciones actuales. Otras aleaciones empleadas para pistones reciben los nombres comerciales de aleación Y; aleación Lo-Ex y aleación al 10 por ciento de cobre. Estas aleaciones presentan mejores

características que la SAE 332 sólo cuando se les aplican tratamientos térmicos complejos que las encarecen. Tal como lo indica la tabla 8-4, la aleación SAE 332 requiere sólo un tratamiento de precipitación. Para aplicaciones críticas se emplean, en la fabricación de pistones, aleaciones con muy alto contenido de silicio (alrededor del 20 %) por sus mejores características, sobre todo al desgaste. Las siglas usadas para indicar los tratamientos térmicos de las aleaciones de aluminio, son las establecidas por SAE. Estas siglas son de uso prácticamente universal.

Aleaciones forjables de aluminio Se conocen con este nombre las aleaciones de aluminio que se utilizan en los procesos de trabajado mecánico. Si bien todas estas aleaciones son adecuadas para el proceso de forja, alguna3 de ellas se utilizan casi exclusivamente para fabricar piezas a partir de chapas o perfiles obtenidos por procesos de trabajado mecánico, distintos a la forja. Las aleaciones forjables de aluminio pueden ser clasificadas en dos grupos: las de baja y las de alta resistencia mecánica. Las primeras se utilizan en aplicaciones donde la resistencia a la corrosión es más importante que la resistencia mecánica. Lo contrario sucede con las aleaciones de alta resistencia mecánica. La tabla 8·5 muestra las características de tres aleaciones típicas de las de baja resistencia mecánica, y la tabla 8-6 las tres aleaciones más usadas del grupo de las de alta resistencia. En estas tablas se han adoptado exclusivamente las designaciones SAE, con las que son conocidas en nuestro país estas aleaciones.


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149 Las aleaciones de la tabla 8-5 suelen ser sometidas a procesos de anodizado para incrementar su resistencia a la corrosión. En este grupo podría ser incluido el aluminio comercialmente puro, que se designa en la norma SAE, con el número 1100. La aleación SAE 3003 es más barata pero presenta menor resistencia a la corrosión que las otras dos que figuran en la tabla 8-5. Entre estas últimas, la SAE 6063 es preferida para la fabricación de perfiles extruídos por adaptarse mejor a esa aplicación. La aleación SAE 5457 es más resistente a la corrosión que la anterior, y se usa generalmente en forma de perfiles obtenidos a partir de chapas o bandas. Los tratamientos de recocido indicados en las tablas, se aplican en general durante los procesos de deformación en frío, ya que estas aleaciones e usan casi siempre con un determinado grado de endurecimiento mecánico las siglas usadas en la tabla 8-5, para indicar el grado de endurecimiento son las establecidas por las normas SAE. En el caso de la aleación SAE 6063, la tabla indica un tratamiento de precipitación. Este debe ser aplicado después del proceso de extrusión, que provoca un adecuado grado de sobresaturación. En relación con las aleaciones de la tabla 8-6, el tratamiento de solución y precipitación es imprescindible para aprovechar .la elevada resistencia mecánica que puede obtenerse con estas aleaciones. La relativamente baja resistencia a la corrosión que ellas poseen puede ser incrementada por un procedimiento que recibe el nombre de Alclad. Consiste este procedimiento en la aplicación, en la superficie de los productos (especialmente en las chapas), de una delgada película de aluminio puro. Esto se logra por procesos proc esos de colaminación, o variantes del mismo. Puede observarse en la tabla 8-6 que las aleaciones SAE 2014 y SAE 2024 se endurecen por precipitación a temperatura ambiente. Cuando se desea retardar el proceso de endurecimiento por precipitación, las piezas deben ser mantenidas, después del tratamiento de solución, a bajas temperaturas. Ello resulta necesario cuando se aplican procesos de deformación plástica entre el tratamiento de solución y el de precipitación, como se hace por ejemplo en el remachado. En esta operación los remaches son una de sus cabezas ya formada, se mantienen en un refrigerador (en estado de solución) de donde se retiran a medida que se necesitan para unir chapas mediante el formado de la otra cabeza. Con la aleación SAE 7075, en la que el proceso de precipitación se hace a más de 100°C, los procesos de deformación plástica en frío pueden ser realizados con las piezas solubilizadas, sin ser necesario mantenerlas a baja temperatura. La aleación SAE 7075 es la más resistente mecánicamente del grupo, y también la más costosa, sobre todo por las precauciones que deben tomarse en su elaboración. Esas precauciones se vinculan con la necesidad de evitar problemas de corrosión que a veces provoca el cinc en las aleaciones de aluminio.


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ALEACIONES DE NIQUEL El níquel es un elemento que posee una elevada resistencia intrínseca a la corrosión. Al alearse con otros materiale , transfiere generalmente a los mismos esta característica tan importante. Los latones denomin dos alpacas, de uno de los cuales la tabla 8-1 muestra las características, deben su ele ada resistencia a la corrosión a su contenido de níquel. Lo mismo sucede con el bronce con ní uel de la tabla 8-2. Con contenidos mayores d níquel, aumenta más la resistencia a la corrosi ón de las aleaciones de cobre. En el estudio de las aleaciones de níquel, por no existir una normalización generalmente aceptada de estas aleaciones, se usarán designaciones comerciales.


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Cuproníqueles Las aleaciones binari s de cobre y níquel, llamadas cuproníquel s, aumentan su resistencia a la corrosión en proporción al contenido de níquel. La est ructura de estas aleaciones es uniforme, por poseer el cobre y el níquel solubilidad total en estado sólido en todas proporciones. Los cup oníqueles pueden contener más cobre que níq uel (en cuyo caso deben ser considerados bro ces especiales de níquel) o más níquel que co re (en cuyo caso son considerados como aleaciones de níquel).


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Metales Monel Estas aleaciones son cuproníqueles que poseen aproximadamente 65 por ciento de níquel, y pueden tener, aparte del cobre, otros elementos de aleación. La tabla 8-7 muestra las características de un material de este tipo. Si bien, en la aleación Monel de dicha tabla, todos los elementos adicionales, excepto el cobre, tienen fijado solamente un máximo, el hierro y el manganeso (y a veces también el silicio) suelen ser exigidos en porcentajes variados, según el uso al que estará destinado el material. Las aleaciones Monel se emplean en lugar de los aceros cuando se requiere, además de buena resistencia mecánica, una elevada resistencia a la corrosión. En ese aspecto compiten con los aceros inoxidables.

Inconel Los materiales que se designan con este nombre genérico pertenecen a la familia de aleaciones llamadas comúnmente superaleaciones. Estas se caracterizan por su elevada resistencia mecánica y a la corrosión a elevadas temperaturas. Otras aleaciones de esa familia reciben los nombres de Nimonic y Hastelloy. Todas ellas poseen porcentajes muy elevados de níquel. La tabla 8-7 muestra las características de una aleación típica de las llamadas lnconel. Las superaleaciones se comportan mejor que las aleaciones Monel en aplicaciones tales como alabes de turbinas y otros elementos que trabajan a elevada temperatura en ambientes gaseosos, o en presencia de líquidos corrosivos. Una aplicación típica del lnconel es la fabricación de dispositivos para hornos de tratamientos térmicos del acero. También se lo utiliza (en forma de chapa) para fabricar recipientes y conductos que están en contacto con fluidos a elevada temperatura.

Otras aleaciones de níquel Por el bajo coeficiente de expansión térmica del níquel aleaciones de este elemento se utilizan en la fabricación de termostatos bimetálicos y de aparatos de precisión que deben ser insensibles a los cambios de temperatura ambiente. Para ello se usan generalmente aleaciones de níquel con hierro, conocidas comercialmente con los nombres de Invar; Kovar; Fernico, etc. Estas aleaciones pueden contener además de níquel, porcentajes variados de cromo, tungsteno y cobalto. El nicrome, usado en la fabricación de alambres y cintas para resistencias eléctricas, puede ser considerado como perteneciente a la familia de los Inconel. El Constantan, que también se usa para fabricar resistencias eléctricas, es un cuproníquel que contiene un pequeño porcentaje de manganeso. El Constantan se caracteriza


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149 por presentar elevada resistividad eléctrica y muy poca variación de resistencia eléctrica con la temperatura. Por ello se utiliza en la fabricación de aparatos eléctricos de contraste y como elemento de termocuplas. En la tabla 8-7 figuran las características principales de una aleación típica de las llamadas Constan tan.

ALEACIONES DE MAGNESIO Y DE TITANIO Tanto las aleaciones de magnesia como las de titanio pueden reemplazar a las de aluminio en ciertas aplicaciones en las que el peso de las estructuras tiene gran importancia. La relación resistencia mecánica-peso se mantiene dentro del mismo orden para las aleaciones de aluminio, las de magnesio y las de titanio. La elección de un tipo u otro puede estar regida por factores económicos pero también por factores técnicos, que se analizan al tratar cada tipo de aleaciones. En general el costo total de las piezas fabricadas con aleaciones de aluminio resulta inferior al costo de las piezas fabricadas con aleaciones de titanio o de magnesio. Ello explica la mayor utilización de las piezas hechas con aleaciones de aluminio. En el aspecto económico del empleo de piezas fabricadas con aleaciones de titanio y de magnesia influye, no sólo el mayor costo del metal fundamental, sino también el hecho de que estas aleaciones requieren cuidados muy especiales durante su elaboración.

Aleaciones de magnesia La tabla 8-8 muestra las características de dos de las aleaciones de magnesio de mayor uso industrial. Las designaciones usadas para las aleaciones de magnesio en dicha tabla se basan en las normas SAE y las ASTM. La aleación SAE 501 se utiliza para fabricar piezas por el proceso de fundición (a gravedad y a presión), y la SAE 510 para piezas que requieren procesos de trabajado mecánico. Las razones técnicas que pueden justificar el uso de aleaciones de magnesio en vez de las de aluminio se basan en que la menor densidad puede permitir disminuir el peso de una estructura sin disminuir la resistencia necesaria. Ello sucede cuando los espesores están determinados por razones tecnológicas y no por la resistencia mecánica exigida. Las piezas coladas, por ejemplo, deben tener un espesor mínimo que puede superar las exigencias de resistencia mecánica de la pieza. Por otra parte, cuando las piezas soportan esfuerzos de flexión, aun cuando la relación resistencia-peso sea la misma (sobre la base de ensayos de tracción), el uso de las aleaciones de magnesia permite una reducción de peso, a igualdad de resistencia, por la influencia del momento de inercia de las secciones en la resistencia a la flexión.


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Universidad Nacional e Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian Gonz lez Legajo N° 3149 Las aleaciones de mag nesio, como las de aluminio, son susceptibles d e endurecimiento por solución y precipitación. En la tabla 8-8 se indican las características d ese tratamiento para la aleación SAE 501.

Pese a las ventajas po enciales que representa la menor densidad de las aleaciones de magnesio, con respecto a la de las aleaciones de aluminio, su empleo no s ha extendido en proporción a lo que podía es erarse. Una de las razones rad ica en las dificultades de elaboración vinculadas a la oxidación del magnesio a elevadas temper turas, en presencia de vapor de agua. Ello dificu lta sobre todo los procesos de fundición en are na, exigiendo el empleo de agregados especiale s en las masas de moldeo.


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149 Otra razón que explica que no se haya extendido más el uso de las aleaciones de magnesio, es la utilización cada vez mayor de materiales plásticos en aplicaciones para las cuales las aleaciones de magnesia serían los materiales metálicos más apropiados.

Aleaciones de titanio

Las características y aplicaciones del titanio puro han sido ya analizadas en el punto A-l de este capítulo. Lo allí dicho se aplica también a las aleaciones de titanio, que compiten con el titanio puro en muchas aplicaciones. En la tabla 8-8 figura la aleación de titanio más empleada actualmente en la industria. Le sigue en consumo, dentro de los materiales a base de titanio, el metal puro. Las ventajas (respecto al titanio puro) de la aleación cuyas características figuran en la tabla 8-8, se vinculan fundamentalmente con su mayor resistencia mecánica y su mayor facilidad de mecanización. El titanio puro, por otra parte, tiene mayor resistencia a la corrosión y mayor soldabilidad. Tal como se menciona en el punto A-I, la principal razón técnica del uso' de titanio (y también de sus aleaciones) respecto del aluminio y sus aleaciones, es la alta resistencia mecánica y a la corrosión a elevadas temperaturas (hasta 540°C).

ALEACIONES DE CINC, DE PLOMO Y DE ESTAÑO Estas tres familias de aleaciones poseen en c omún ciertas propiedades. Ellas son principalmente: bajo punto de fusión; densidad relativamente elevada; coloración similar (blanco grisáceo); elevada colabilidad y baja relación entre su resistencia mecánica y su densidad. Las aleaciones de cinc son las de mayor resistencia mecánica del grupo. Ellas se emplean para fabricar piezas coladas, en competencia con las aleaciones de aluminio, cuando el peso no es un problema y se requiere elevada colabilidad. Las aleaciones de plomo y de estaño se emplean principalmente para fabricar cojinetes antifricción. Otra aplicación común de estos materiales es la fabricación de varillas para procesos de soldadura blanda. Debido sobre todo al elevado costo del estaño, las aleaciones de plomo se emplean más que las de estaño, c uando ambas pueden ser utilizadas.


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149 Aleado con el antimonio, el plomo se utiliza en la fabricación de tipos de imprenta, placas de batería, elementos decorativos y juguetes. El porcentaje de antimonio de estas aleaciones es del orden del 10 por ciento. Ciertas aleaciones de estaño, por su elevada resistencia a la corrosión, se emplean, en escala muy reducida, para fabricar utensilios tales como jarras y fuentes. El material correspondiente, que se conoce con el nombre de peltre, contiene un 92 por ciento de estaño, siendo el principal elemento de aleación el antimonio. A continuación se analizan las características de algunas familias de aleaciones del grupo que estamos considerando.

Aleaciones Zamac Se conocen con este nombre las aleaciones de cinc, con porcentajes de aluminio del orden del 4 por ciento, pudiendo contener cobre y magnesio. La aplicación más importante de las aleaciones Zamac es la fabricación de piezas por el proceso de fundición a presión llamado de cámara caliente. En la tabla 8-9 figuran las características más importantes del material llamado Zamac-3 que es el de mayor uso industrial. Con contenido de aluminio algo más elevado (alrededor del 5 por ciento), se aumenta la colabilidad de estas aleaciones, lo cual permite empleadas en procesos de fundición por gravedad. La soldadura de las aleaciones Zamac presenta serias dificultades y no es aconsejable. Los procesos de acabado superficial, y en especial el cro mado electrolítico, son aplicados a las piezas de Zamac para mejorar su aspecto decorativo y su resistencia a la co rrosión. Los materiales plásticos están reemplazando a las aleaciones de Zamac en muchas de sus aplicaciones, sobre todo por razones de costo.

Aleaciones para cojinetes antifricción Se conocen con el nombre de metales blancos antifricción, o metales Babbit, alas aleaciones de plomo o de estaño usadas, por sus bajos coeficientes de fricción, en la fabricación de cojinetes resistentes al desgaste. Estos materiales son aptos en aplicaciones en las cuales las presiones específicas de trabajo son bajas. La principal aplicación de los metales Babbit son los cojinetes de los cigüeñales de motores a explosión. Cuando, en éstos, las presiones específicas son mayores que las que


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Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria Alumno: Cristian González Legajo N° 3149 permiten los metales blancos, deben usarse los bronces de plomo, conocidos como metal rosado. También se utilizan, para presiones intermedias, aleaciones de aluminio, aleadas principalmente con estaño. La elección entre las aleaciones de plomo y las de estaño para fabricar cojinetes antifricción, se basan en consideraciones económicas y técnicas. Las aleaciones de plomo son más económicas y las de estaño más resistentes a la corrosión. Como este último aspecto no es de gran importancia (cuando los cojinetes trabajan bañados en aceite), y las otras características son muy similares, el uso de las “aleaciones de plomo es más general que el de las aleaciones de estaño”. En la tabla 8-9 se dan las características principales de las aleaciones Babbit de mayor uso en cada una de las dos familias indicadas. Tanto los metales Babbit, como las otras aleaciones empleadas en sustitución de las mismas para fabricar cojinetes de cigüeñales, se utilizan en forma de capas delgadas, depositadas sobre un soporte de acero. El conjunto recibe el nombre de casquillo. Cuanto más delgada es la capa del metal antifricción, más elevada es su resistencia a la fatiga. Otra propiedad importante de este tipo de materiales es la resistencia en caliente. Las aleaciones de plomo se comportan ligeramente mejor que las de estaño en ese aspecto. De todos modos, la resistencia en caliente de las aleaciones Babbit es inferior a la de sus sustitutos sobre la base del cobre y el aluminio. La capacidad de absorber partículas arrastradas por el aceite (para impedir que ellas rayen los ejes), es otra característica importante en los materiales antifricci6n. En relación con esta característica, los metales Babbit, por la menor dureza de su matriz estructural, se comportan mejor que las aleaciones de cobre o de aluminio.

Aleaciones para varillas de soldadura blanda Estas aleaciones están constituidas por plomo y estaño en proporciones variadas según el tipo de aplicación. Ellas contienen a veces otros componentes, en especial el antimonio, en pequeños porcentajes. Las aleaciones de plomo y estaño constituyen un sistema que es casi de insolubilidad total, con una temperatura eutéctica de 183°C. Las aleaciones más empleadas para soldaduras corrientes contienen alrededor de 80 por ciento de plomo y 20 por ciento de estaño. En algunos casos, cuando se requiere una rápida solidificación, se emplean aleaciones con composiciones próximas al eutéctico. Este corresponde al 63 por ciento de estaño. Cuando las soldaduras deben soportar temperaturas superiores a las del eutéctico del sistema, suelen emplearse aleaciones de muy poco estaño (alrededor del 5 por ciento) que no forman eutéctico.


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Bibliografía  Abril, E.R. “Metalurgia técnica y fundición”. Librería y editorial Alsina. Buenos Aires,

Argentina, Año 1956.


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Unidad 10 - Aleaciones No Ferrosas

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