METALES Y ALEACIONES NO FERROSAS

Son aquellas que no contienen hierro o bien lo contienen solo en un pequeño porcentaje. Estas sustancias poseen las siguientes propiedades:

· Alta conductividad térmica y eléctrica· Bajo o ninguna presencia del hierro · Baja estabilidad química · Son dúctiles o deformables· Buena resistencia metálica

Ejemplos de materiales no ferrosos: aluminio, cobre, zinc, titanio, níquel, magnesio y plomo.

ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

Las características básicas del aluminio son: es un metal blanco, con un brillo bastante característico, ligero, relativamente blando, con una gran conductividad térmica y eléctrica y una muy buena resistencia a la corrosión debido a la película de oxido que se forma en su superficie. Su estructura interna FCC permite que su ductilidad se mantenga aun a temperaturas bajas. La principal limitación del aluminio es su baja temperatura de fusión (660ºC) lo cual restringe su uso por debajo de esta temperatura.

Como curiosidad, mencionemos que el aluminio es el metal más abundante en la superficie terrestre, constituyendo aproximadamente un 8% del total de la corteza de nuestro planeta.

El aluminio puro no se utiliza en la mayoría de las aplicaciones industriales, pues las propiedades mecánicas (dureza y resistencia fundamentalmente) que tiene no son demasiado interesantes. En general, tiene una resistencia mecánica bastante limitada. Lo que se utiliza siempre, aunque lo denominemos aluminio a secas, son aleaciones de aluminio, es decir, aluminio mezclado con pequeñas cantidades de otros elementos, como cinc, magnesio, cobre, silicio, etc. Estos elementos se añaden en cantidades normalmente muy pequeñas y dentro de unos márgenes muy estrictos. Sin embargo,

son suficientes para que las propiedades (de resistencia, tenacidad, ductilidad, resistencia a la fatiga y a la corrosión) cambien, en algunos casos de manera espectacular.

Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas principalmente por su ligereza, endurecibilidad por deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo.

Atomium, Bruselas. Levantado con ocasión de la Feria Mundial de 1958, celebrada en Bruselas, el Atomium esta realizada en acero y aluminio, el conjunto representa a una muy particular molécula de hierro de 102 m de altura, 30 m de longitud y 18 m de diámetro.

La resistencia mecánica del aluminio se puede alcanzar por trabajo en frío o por aleaciones, sin embargo ambos procesos tienden a disminuir su resistencia a la corrosión. Los principales elementos aleantes son Cu, Mg, Si, Mn, y Zn

Las aleaciones de aluminio se clasifican según el aleante mayoritario, es decir, aquel elemento que está en mayor cantidad, aparte por supuesto del aluminio. Según éste, se agrupan las aleaciones en 8 grupos o series, identificadas por cuatro cifras, desde la 1xxx hasta la 8xxx (o, como se dice normalmente, de la "mil" a la "ocho mil").

La clasificación del aluminio y sus aleaciones se dividen en dos grandes grupos bien diferenciados, estos dos grupos son: forja y fundición. Esta división se debe a los diferentes procesos de conformado que puede sufrir el aluminio y sus aleaciones. Dentro del grupo de las aleaciones de aluminio forjado encontramos la de los tratables térmicamente que son 2xxx, 6xxx y 7xxx, y las no tratables térmicamente son: 1xxx, 3xxx y 5xxx.

Aleaciones 1xxx: Tienen contenido mínimo del 99% de aluminio, siendo las principales impurezas hierro y silicio. Se aporta 0.12% de cobre para obtener mayor resistencia.

Aleaciones 2xxx: El principal elemento aleante es el cobre, pero la mayoría contiene también magnesio.

Aleaciones 3xxx: El principal elemento aleante es el manganeso y refuerza el aluminio principalmente por reforzamiento en solución sólida.

Aleaciones 4xxx: El principal elemento aleante es el silicio.

Aleaciones 5xxx: El principal elemento aleante es el magnesio y se añade para conseguir reforzamiento en solución sólida.

Aleaciones 6xxx: Los principales elementos aleantes son el magnesio y el silicio, que se combinan entre si para formar un compuesto intermetálico Mg2Si, que en forma de precipitado refuerza este grupo de aleaciones.

Aleaciones 7xxx: Los principales elementos aleantes son zinc, magnesio y cobre. El zinc y el magnesio se combinan para formar el compuesto intermetálico MgZn2, que es el precipitado básico que refuerza estas aleaciones cuando son tratadas térmicamente.

Aleaciones 8xxx: El principal elemento aleante es el litio, las aleaciones aluminio-litio proporcionan en especial baja densidad, así como un incremento en la rigidez.

Las aleaciones de aluminio para fundición proporcionan calidades de fundición idóneas como fluidez y capacidad de alimentación. Estas aleaciones se clasifican de acuerdo con el sistema de la Aluminun Association. Se encuentran agrupadas según los elementos aleantes principales que pueden contener; mediante la utilización de un número de cuatro dígitos con un periodo entre los últimos digitos.

GRUPO DE ALEACIONES DE ALUMINIO PARA FUNDICION

Aluminio, 99% 1xx.xAleaciones de aluminio agrupadas por elementos aleantes principales: Cobre 2xx.xSilicio, con adición de cobre y/o magnesio 3xx.xSilicio 4xx.xMagnesio 5xx.xZinc 7xx.xEstaño 8xx.xOtros elementos 9xx.xSeries sin emplear 6xx.x

Aplicaciones del aluminio: Debido a su elevada proporción resistencia-peso es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía. Además en la industria química se utiliza para fabricar tubos, recipientes y aparatos. Por su elevada conductividad térmica el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. Debido a su poco peso, a que se moldean fácilmente y a su compatibilidad con comidas y bebidas el aluminio se usa mucho en contenedores envoltorios flexibles, botellas y latas de fácil apertura, recipientes para gaseosas enlatadas. Entre otros.

COBRE Y SUS ALEACIONES

El cobre puro es de apariencia metálica y color pardo rojizo, dúctil y suave, tanto que es difícil de maquinar, también tienen una capacidad casi ilimitada para ser trabajado en frío. Además es altamente resistente a la corrosión en diversos ambientes incluyendo el ambiente atmosférico, agua de mar, y algunos químicos industriales. Tiene alta conductividad eléctrica y térmica, facilidad de fabricación, resistencia media a la tracción, propiedades de recocido y controlables y características generales de soldadura y unión; permite recuperar metales de sus aleaciones. Las propiedades de resistencia mecánica y a la corrosión del cobre se pueden mejorar por aleaciones.

La mayoría de las aleaciones de cobre no pueden ser endurecidas o tensionadas por procedimientos de tratamientos térmicos por lo que

trabajos en frío y/o aleaciones de soluciones sólidas deben utilizarse para mejorar esas propiedades mecánicas. La aleación de cobre más común es el LATON en la cual el cinc como impureza sustitucional es el elemento aleante más importante.

CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES DE COBRE

ALEACIONES PARA FORJADO

C1xxxx cobres y aleaciones de cobre altoC2xxxx aleaciones de cobre-zinc (latones)C3xxxx aleaciones de cobre-zinc-plomo (latones de plomo)C4xxxx aleaciones de cobre-zinc-estaño (latones de estaño)C5xxxx aleaciones de cobre-estaño (bronces de fósforos)C6xxxx aleaciones de cobre-aluminio (bronces de aluminio),

aleaciones de cobre-silicio (bronces de silicio) y diversas aleaciones de cobre-zinc.

C7xxxx aleaciones de cobre-níquel y cobre-níquel-zinc (platas de níquel)

ALEACIONES PARA FUNDICION

C8xxxx cobre de fundición, aleaciones para fundición de cobre alto, latones para fundición de varias clases, aleaciones para fundición de manganeso-bronce y aleaciones para fundición cobre-zinc-silicio.

C9xxxx aleaciones para fundición de cobre-estaño, aleaciones de cobre-estaño-plomo, aleaciones de cobre-estaño-níquel, aleaciones de cobre-aluminio-hierro y aleaciones de cobre-níquel-hierro y cobre-níquel-zinc.

ALEACIONES DE COBRE-ZINC

Los latones de cobre-zinc están compuestos por una serie de aleaciones de cobre con adiciones de zinc entre el 5 y 40%. El cobre forma soluciones sólidas de sustitución con zinc hasta aproximadamente un 35%. La adición de pequeñas cantidades de plomo (de un 0.5 a 3.0%) a algunos latones de cobre-zinc mejoran su mecanizado.

El latón y el cobre trabajados a mano se usan para crear los tradicionales objetos de artesanía de Bagdad.

ALEACIONES DE COBRE-BERILIO

Se producen que contengan entre un 0.6 a un 2% de berilio con condiciones de cobalto desde el 0.2 al 2.5%. Son susceptibles de reforzarse por precipitación y pueden termo tratarse y trabajarse en frió para producir resistencia a la tracción tan altas como 212 Ksi que es la resistencia mas alta desarrollada en aleaciones comerciales de cobre. Las aleaciones de cobre berilio se usan en herramientas que

requieran gran dureza y no desprendan chispas para la industria química. Son útiles para muelles, engranajes, diafragmas y válvulas. Sin embargo son materiales relativamente caros.

BRONCES DE COBRE-ESTAÑO

Se denominan con propiedad de bronce de estaño, se producen por aleación de alrededor de 1 a un 10% de estaño con cobre para formar aleaciones reforzadas por solución sólida. Son más resistentes que los latones de cobre-zinc y tienen mejor resistencia a la corrosión. Se les añade gran cantidad de plomo (entre un 5 y 10%)Para proporcionar lubricación a las superficies de rozamiento. Se usan para la fabricación de cojinetes de alta resistencia y engranajes.

El cobre y sus aleaciones es utilizado en los alambres de cobre transportan energía y transmiten información. El cobre refinado comercializado por empresas como Codelco es transformado posteriormente en materia prima elaborada destinada a abastecer la industria manufacturera de productos para el consumo de la sociedad.

La industria de la construcción es uno de los principales consumidores de cobre, utilizado para el cableado de edificaciones, tuberías de agua y de gas, sistemas térmicos, techumbres, terminaciones, o como componente estructural. Una casa moderna requiere unos 200 kilos de cobre, prácticamente el doble de lo que se usaba hace 40 años, pues tiene más baños, más aparatos eléctricos, mayor confort, más teléfonos y más computadores.

Aparece en las monedas, utensilios de cocina, joyería, objetos de arte, adornos, muebles, maquillajes y pinturas, instrumentos musicales, ropa…

ZINC Y SUS ALEACIONES

Elemento metálico, blanco azulado. Insoluble en agua caliente y fría, soluble en alcohol, ácidos y álcalis, maleable entre los 120 y 150 ºC. No es atacado por el aire seco, pero en aire húmedo se oxida, cubriéndose con una película carbonada que lo protege de una posterior corrosión. No existe libre en la naturaleza, sino que se encuentra como óxido de cinc (ZnO) en el mineral cincita y como silicato de cinc (2ZnO·SiO2H2O) en la hemimorfita.

El latón (llamado también cobre amarillo) es la más conocida de las aleaciones del zinc. Está formada por entre 55 y 90% de cobre, siendo el resto de zinc. La producción de latón representa el segundo mercado para el zinc.

En función de las propiedades que se desea atribuir, las proporciones de la mezcla varían y se pueden agregar otros elementos como el níquel o el estaño. Estas aleaciones se emplean en ámbitos tan variados como el de la construcción naval o la fontanería. Agregando una parte de estaño a la mezcla (sin exceder el 2%), estas aleaciones podrán resistir a la corrosión causada por la sal de mar y podrán ser utilizadas en la industria naval. Por otra parte, añadiendo aluminio a la mezcla (menos de 3% de la mezcla), la aleación será suficientemente resistente como para ser empleada en la fabricación de conductos de tuberías, etc.

Algunos ejemplos menos conocidos:

Maillechort: aleación inalterable de cobre, zinc y níquel. Su nombre viene de la unión de los nombres de sus inventores, Maillet y Chorier (1827). Es una aleación blanca cuyo aspecto es parecido al de la plata por lo que también se le conoce con el nombre de argentán. Se utiliza particularmente en la fabricación de piezas de orfebrería o de instrumentos científicos.

Metal inglés: aleación a base de zinc y de antimonio. Es utilizado sobre todo por los ingleses, lo que justifica su nombre. Esta mezcla contiene entre 70 y 94 % de estaño, 5 a 24 % de antimonio, hasta 5 % de cobre y algunas veces hasta 9% de plomo. Se emplea principalmente en la fabricación de vajilla, cubiertos o teteras.

Tombac (tambac en Taï): Se le da este nombre a distintas aleaciones a base de cobre y de zinc (latones) que contienen más de 80-83% de cobre y que pueden contener pequeñas cantidades de estaño. Es originaria de Oriente Medio y tiene un color cercano al oro. Es utilizado a menudo en joyería bajo la forma de bandas o de hilos.

Zamak: (marca registrada) es la denominación comercial que designa una aleación a base de zinc, aluminio (3,9-4,3%), magnesio (0,03 -0,06%) y eventualmente de cobre (1-3%). En la industria automotriz, es utilizado en la fabricación de manijas, de cuerpos de surtidores y de carburadores. En la industria radio-eléctrica y de telefonía móvil, sirve para realizar pequeñas piezas. Finalmente, tiene un vasto abanico de mercados en la cerrajería y la ferretería.

El 75% del zinc se consume bajo su forma metálica y el 25 % restante se emplea bajo las formas de óxido o de sulfuro de zinc.

El óxido de zinc (ZnO) es utilizado en la fabricación de, pinturas, productos a base de caucho, plásticos, tintas de impresión, productos textiles, cosméticos, jabones y productos farmacéuticos (el zinc esta naturalmente presente en nuestro organismo y representa el segundo oligoelemento después del hierro).

El sulfuro de zinc se utiliza principalmente en la confección de cuadrantes luminosos, pantallas de televisores, pinturas (poco tóxicas) y luces fluorescentes.