Cobre y sus aleaciones

Unidades II y III

Se continuará con el estudio de los diversos materiales de ingeniería clasificados como: ferrosos y no ferrosos. ¿Qué se conocerá?

Principalmente…

 La composición,  Las propiedades típicas,  Principales aplicaciones.

EL COBRE y SUS ALEACIONES

UNIDAD II: Semana 10

Ing. Enrique De La Cruz Sosa

PROPĂ“SITO DE LA SESIĂ“N DE CLASE

Comprender porque de la necesidad de utilizar aleaciones no ferrosas, en particular las del cobre y reforzar las interpretaciones de los diagramas de fase.

MATERIALES METÁLICOS NO FERROSOS Agrupa aquellos metales que carecen de hierro en su composición o poseen un bajo nivel de éste. Éstos, son imprescindibles en la industria metalúrgica para la fabricación de multitud de productos.

Tipos : a) Metales no férricos pesados – Aquellos cuya densidad >= 5kg/dm³.

Entre ellos se encuentran el cobre, el estaño, el plomo, el zinc, el níquel, el cromo, el wolframio y el cobalto. b) Metales no férricos ligeros – Aquellos con densidad comprendida entre 2 – 5 kg/dm³. Los más empleados son el aluminio y el titanio. c) Metales no férricos ultraligeros – Se emplean como elementos de aleación, y pocas veces en estado puro. El más conocido es el magnesio.

MATERIALES METÁLICOS NO FERROSOS

Pesados

Ligeros

Ultraligeros

si ρ >= 5kg/dm3

si ρ < 2 – 5kg/dm3>

si ρ <= 2kg/dm3

Estaño (Sn) Cobre (Cu) Cinc (Zn) Plomo (Pb), etc.

Aluminio (Al) Titanio (Ti)

Magnesio (Mg) Berilio (Be)

1. TRITURACION

MÉTODOS DE EXTRACCIÓN

Reducción de tamaño del mineral rocoso en pequeñas virutas.

2. MOLIENDA Reducción más fina en un molino de bolas de acero, que pulverizan y eliminan todas las impurezas que pueda tener el mineral.

3. SEPARACIÓN Dicho mineral en pulpa agitado y removido es separado por decantación, el mineral que es más pesado se va al fondo y se separa de la ganga.

4. OXIDACIÓN En el horno, se oxidan los sulfuros del mineral para transformarlos en óxidos.

5. REDUCCIÓN En el horno de reverbero se produce la reducción del óxido a metal, que se concentra en la parte inferior, la escoria va a la parte superior.

6. ELECTRÓLISIS Para refinar el metal, obtener más del 99% de pureza, se le recoge del cátodo.

MÉTODOS DE EXTRACCIÓN

El Cobre (Cu)

Estas son:

PRINCIPALES MENAS:

malaquita y la cuprita.

Cobre nativo:

Cobre nativo, la calcopirita, la calcosina, la

Sulfuros: Calcopirita

Calcosina ﾃ度idos: Malaquita

Melaconita Cuprita

El Cobre (Cu) OBTENCIÓN:

El Cobre (Cu) DE CONCENTRADO A CÁTODOS DE COBRE:

Pulpa obtenida de la etapa de flotación en el proceso productivo, en la que se encuentra una mezcla de sulfuro de cobre, fierro y una serie de sales de otros metales. Su proporción depende de la mineralogía de la mina.

Son placas de cobre de alta pureza (99.99%) que se obtienen en el proceso de electro refinación y electro obtención.

El Cobre (Cu) PROPIEDADES:  Densidad = 8,9 kg/dm³.  Tf = 1083ºC. Color atractivo  Buena maquinabilidad, poca resistencia mecánica.  Puede ser soldado y galvanizado o barnizado.  Es muy dúctil y maleable.  No es magnético y es completamente reciclable.  Es bactericida  Alta conductividad térmica y eléctrica.  Metal manipulable en caliente y en frío  Presenta gran resistencia a la corrosión y oxidación, de oxidarse, sólo lo hace

a nivel de su superficie y adquiere una pátina de color verde.

El Cobre (Cu) USOS: • Fabricación de cables eléctricos • Componentes de coches camiones (tuercas, tornillos…)

y

• Construcción y ornamentación • Monedas • Hélices de barcos, turbinas…

• Se usa en la fabricación de conductores eléctricos, en elementos de cocinas, cañerías y placas de circuitos impresos, entre otras.

El Cobre (Cu) ALEACIONES y APLICACIONES: BRONCE: Cu + Sn: 5 - 30% + …

Campanas, engranajes, esculturas y cables eléctricos, monedas, elementos mecánicos como engranajes y cojinetes, grifería, etc.

LATON: Cu + Zn: 30 - 55% + …

Producto muy dúctil y maleable, alta resistencia mecánica y a la corrosión. Se usa en tornillería construcción naval, joyería, orfebrería, piezas de máquinas, etc.

CUPROALUMINIO: Cu + Al. Hélices de barco y turbinas ALPACA: Cu + Ni + Zn. Joyería barata, cubiertos.

CUPRONIQUEL: Cu + Ni Uso en monedas y contactos eléctricos, son altamente resistentes a la corrosión por agua de mar, no son susceptibles a TT.

ALEACIONES DEL COBRE

Bronces (Cu y Sn)

Ordinarios

Latones (Cu y Zn)

Especiales

Bronces al cinc

Cuproaluminio (Cu y Al)

Ordinarios

Especiales

Latones al manganeso

Bronces al f贸sforo Bronces al plomo Bronces al silicio

Latones al plomo

Alpacas (Cu, Ni y Zn)

Cupron铆quel (Cu y Ni)

El Cobre (Cu) DIAGRAMA DE FASES Cu - Zn

El Cobre (Cu) ALEACIONES y APLICACIONES: LATONES ( α + β ) 33 - 46 % Zn No pueden deformarse en frio A elevadas temperaturas son extremadamente plásticos Resisten la corrosión por agua de mar Ejemplo : Latón naval 60 - 39.25 Cu, 0.75 Sn Uso : Fabricación de partes de condensadores ( plantas de energía ) LATONES β Limitadas aplicaciones Cristaliza en BCC De menor resistencia a la corrosión Ejemplo : Metal Muntz 60 Cu - 40 Zn Uso : Equipo de intercambio de calor y material para soldadura

El Cobre (Cu) ALEACIONES y APLICACIONES: LATONES: Además de los elementos principales Cu y Zn, tienen pequeñas cantidades de otros elementos como: Pb, Sn, Al, entre otros, entre los latones más comunes tenemos: Latón ordinario  Adecuado para trabajos en frio, paneles de radiadores, tanques, remaches, accesorios para plomería, etc.

Latones para maquinado  Al contener plomo, Pb, le mejora la maquinabilidad,  Aplicaciones: placa para grabados, llaves, piezas de cerradura, piezas de relojes.

Latón naval  Mejora la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión,  Usos: tubos de condensadores y de intercambiadores de calor, plantas de energía de vapor y ferretería marina.

El Cobre (Cu) ALEACIONES y APLICACIONES: BRONCES Cu – Sn. Aleantes: Sn, Al, Si, Be hasta el total del 12% Bronces al Fósforo  Alta tenacidad  Alta resistencia a la corrosión y bajo coeficiente de fricción  Se le adiciona plomo para mejorar la maquinabilidad Utilidad: arandelas, seguros, bujes, diafragmas, discos de embrague.

Bronces al Silicio

Metal monel: Cu + Ni

El silicio incrementa la resistencia mecánica. Son las más fuertes aleaciones de cobre teniendo propiedades mecánicas similares a los aceros.

 Alta resistencia a las soluciones alcalinas, sal muera y productos alimenticios.

Buena resistencia a la corrosión Utilidad: tanques, construcción marina, conductores hidráulicos y recipientes sujetos a presión.

 Amplia utilización en la industria química y farmacéutica.

El Cobre (Cu) GENERALIZANDO…respecto a sus propiedades químicas…

Podemos decir que los materiales a base de cobre son: 

De buena resistencia a la exposición atmosférica



Las sales oxidantes de metales pesados como el cloruro férrico y el sulfato férrico corroe los materiales base cobre (estos compuestos rompen la película de óxido protector originando corrosión localizada )



No resisten los ácidos oxidantes como por ejemplo el HNO3, tampoco resiste

al H2SO4 concentrado y caliente. 

Resistentes a las soluciones amoniacales dado que se forma el ión complejo Cu(NH3)4+2

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