UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

FUNDICIÒN EN BRONCE

Aleación UNS Composición Formas Estado TS (Mpa) E% (50mm)Cu no aleado (OFE) C10100 99,99Cu F, R, W, T, P, S M20-H08 221-455 55-1Latón dorado C21000 5Zn F, W OS050-H08 234-441 45-4Bronce Comercial C22000 10Zn F, R, W, T OS050-H08 255-621 45-3Latón Rojo C23000 15Zn F, W, T, P OS070-H08 269-724 48-Latón Bajo C24000 20Zn F, W OS070-H08 290-862 52-3Latón de Cartuchería C26000 30Zn F, R, W, T OS100-H08 303-896 66-3Latón Alto, Amarillo C27000 35Zn F, R, W OS070-H08 317-882 65-3Metal Muntz C28000 40Zn F, R, T M30-H04 358-510 52-10Bronce fosforado C50500 98,75Cu-1,25Sn-P F, W OS025-H08 275-517 48-4Bronce fosforado C51000 95Cu-5Sn-P F, R, W, T O61-H08 317-710 47-2Bronce fosforado C52100 92Cu-8Sn-P F, R, W OS050-H08 379-772 70-3Bronce fosforado C52400 90Cu-10Sn-P F, R, W OS035-H08 455-841 70-4Cuproniquel C70600 88.7 Cu,1.3 Fe,10.0 Ni F, T OS025-H55 303-413 42-10Cuproniquel C71000 79.0 Cu, 21.0 Ni F, W, T OS025-H10 337-655 40-5Cuproniquel C71500 70.0 Cu, 30.0 Ni F, R, T OS035-H80 372-585 45-15Cuproaluminio C61000 92.0 Cu, 8.0 Al R, W O60-H04 358-448 45-30Cuproaluminio C61400 91.0 Cu, 7.0 Al, 2.0 Fe F, R, W, T, P, S O60-H04 524-613 45-32Cuproaluminio C61500 90.0 Cu, 8.0 Al, 2.0 Ni F O60-H04 482-861 55-5F, flat products; R, rod; W, wire; T, tube; P, pipe; S, shapes.

Aleación UNS Composición Tipo de colada Estado Mpa E%Cobre no aleado C80100 99.95 Cu + Ag min, 0.05 other max C, T, I, M, P, S M01 172 40Latón 10Zn C83400 90 Cu, 10 Zn C, S M01 241 30Latón 40Zn C86400 59 Cu, 1 Pb, 40 Zn C, D, M, P, S M01 413 15Bronce 7Sn C90200 93 Cu, 7 Sn C, S M01 262 30Cuproaliminio 10Al C95300 89 Cu, 1 Fe, 10 Al C, T, M, P, S M01-TQ50 448-586 20-15Cuproniquel 30Ni C96400 69.1 Cu, 30 Ni, 0.9Fe C, T, S M01 468 28C, centrifugal; T, continuous; D, die; I, investment; M, permanent mold; P, plaster; S, sand.

Propiedades Mecánicas típicas de algunas Aleaciones de Cobre

BRONCE:

Las aleaciones de cobre con estaño se denominan BRONCES y son conocidas desde la antigüedad.

Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de LATON pero son más difíciles de mecanizar y más caras.Para aumentar la fluidez de las aleaciones empleadas en la fundición se agrega una pequeña cantidad de zinc y para mejorar su maquinabilidad se añade generalmente un porcentaje reducido de plomo.La principal propiedad del bronce es su elevada resistencia a la tracción y dureza. Su resistencia al desgaste es también mayor que la del latón, pero por otra parte, su maquinabilidad es bastante mala.Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como Aluminio, Berilio, Cromo, Silicio y Manganeso.

PROPIEDADES DEL BRONCE:Propiedades físicas

Datos para una aleación promedio con 58% de cobre y 40% de Zinc y 2% de Pb:Densidad: 8,90 g/cm³.Punto de fusión: de 830 a 1020 °CPunto de ebullición: de 2230 a 2420 °CCoeficiente de temperatura: 0,0006 K-1

Resistividad eléctrica: de 14 a 16 µOhmio/cmCoeficiente de expansión térmica: entre 20 y 100 °C ---> 17,00 x 10-6 K-1Conductividad térmica a 23 °C: de 42 a 50 Wm-1

Propiedades mecánicasElongación: <65%Dureza Brinell: de 70 a 200Módulo de elasticidad: de 80 a 115 GPaResistencia a la cizalla: de 230 a 490 MPaResistencia a la tracción: de 300 a 900 MPa

TIPOS DE HORNOS USADOS EN FUNDICIÓN:

• El cubilote de fundición.• Los hornos de reversos.• Hornos rotatorios.• Hornos de crisol.• Hornos de crisol de tipo sosa.• Hornos basculantes.• Hornos de aire.• Hornos eléctricos. Pueden ser de acero o de inducción.

PROCESO DE OBTENCION BRONCE

PESAJE(58%Cu, 40% Zn,2%Pb)

FUNDICIÒN(1100 ºC)

MOLDEADO(1100 ºC)

LIMPIEZA(Impurezas)

ENFRIAMIENTO(Hasta Temp. ambiente)

Pf Pb 327.3Pf Zn 420 Pf Cu 1084.62

Peb Pb 1725Peb Zn 907 Peb Cu 2580

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

CobreZinc

Plomo

Selección de Insumos Metálicos: Para 100 gramos de bronce, necesitaríamos 58gr de Cu, 40gr de Zn y 2gr de Pb.

Selección de Insumos:

Llenar el vaso de fundiciòn(crisol) con los insumos metàlicos y luego agregar 5-10% del fundente (Bórax)

Borax:

Vaso de fundiciòn:

Fundiciòn:

Llevar el horno eléctrico a una temperatura de 1100 °C (porque el cobre tiene mayor punto de fusión 1082 °C). Una vez llegada a esa temperatura, se introduce la copela. Dejarlo hay por 1 hora para que los metales se fundan.

Moldeado:

Luego de 1hora de espera se saca el crisol del horno eléctrico y realizamos el vaciado del metal fundido en la lingotera y/o molde preparado(Previamente pintada de tiza para no tener dificultar a la hora de sacar el bronce de ella).

Limpieza:

Esperamos al enfriamiento de la muestra (20 min), para luego pasar a purificarlo, quitarle la escoria que protege al producto final , y con ello obtener nuestro producto final (Bronce)

Calculo rendimiento del proceso:

% Rendimiento = Masa Final/Masa inicial

% Rendimiento = 96.6 de bronce/100 alimentación

% Rendimiento =96.6%

Calculo costos: Hallamos el costo de producción para 100gr de bronce.

PRODUCTOS COSTO (S/.)

COBRE 0.380

ZINC 0.100

PLOMO 0.003

BORAXENERGIAMANO DE OBRA

0.0551.200

TOTAL 1.638

PRECIO DE VENTA EN EL MERCADOEl precio de venta de bronce en el mercado es de 15-18 soles por kilogramos.

• La ganancia seria 1-2 soles por cada kg de bronce producido.

• OJO (Pero si fundimos el bronce y le damos un acabado como por ejemplo: Objetos para adornar la casa, campanas, etc. La ganancia seria mucho mayor)

DIAGRAMAS TRINAGULARES

En las figuras se aprecia la estructura bifásicaalfa+beta (α+β´) típica de los latones concontenidos de zinc.

α,cúbica de caras centrada

cub de cuerpocentrado(desordenado)

Latones

a

4r

CELDA CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS

Número de coordinación = 12

Átomos por celda = (8 x 1/8) + (6 x ½) = 4

(4.r)2 = a2 + a2

Vocupado/Vcelda = 4.(4/3 π r3)/a3 = 0,74

Eficacia del empaquetamiento = 74 %

a

cb

CELDA CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO

Número de coordinación = 8

Átomos por celda = (8 x 1/8) + 1 = 2

b2 = a2 + a2

c2 = a2 + b2 = 3.a2

c = 4.r = (3.a2)1/2

Vocupado/Vcelda = 2.(4/3 π r3)/a3 = 0,68

Eficacia del empaquetamiento = 68 %

Acero Hipoeutectóide

Acero Hipereutectóide

10% de S10% de Zn80 % de Cu

(58%Cu, 40% Zn,2%Pb)

Cu-Zn-Pb liquidus projection (Okamoto, 1992) [79].

COMPONENTES DE HORNO DE FUNDICIÓN

DISEÑO DE HORNOS DE FUNDICIÒN-CRISOL

Horno de crisol. d – Ladrillo refractario; a – crisol; b – zócalo de refractario; g –ventilador; f – chimenea; c – cenicero.

Materiales Refractarios..

• Clasificación por temperatura

Materiales Refractarios.

Materiales: Aluminiosos. Materiales: No Aluminiosos.

Materiales Refractarios.

Materiales: Sintéticos.

Materiales Refractarios.

DISEÑO DE HORNO A GLP

Balance de energía.

Q combustible

Qutil

Qperdido

Qco = Qu+Qp

Calor por el combustible (Kcal/h) Calor total perdido en el horno (Kcal/h) Calor útil para la cocción (Kcal/h)

CÁLCULO DEL CALOR UTIL (Kcal/mol)

• Qutil = Qcarga metálica+Qcrisol• Qcarga=Calor que se entrega a la carga metálica (Kcal/h) • Calor que es ABSORBIDO por el crisol (Kcal/h)

• Calculo de la Carga metálica

Qcarga metálica= Q1 +Q2 + Q3

• Q1= Conocer el calor que se necesita para elevar de los 20 °C temperatura ambiente, hasta los 660 °C temperatura de fusión del Aluminio.

• Q2 = Se incluye también el calor producto del calor latente de fusión por el peso de la carga. Aluminio 95,29 Kcal/Kg

• Q3= Se recomienda que la temperatura del metal fundido para que pueda estar en condiciones óptimas de colado y ser puesto en moldes adecuados, debe tener alrededor de 800 °C, este será otro dato que se incluye para encontrar la cantidad de calor que se necesita para fundir la carga metálica.

660 ºC

20 ºC660 ºC

800 ºC

Con la ecuacion Q1=m Cp (Tf-Ti)/h

Carga metálica

Con la ecuación Q2=mƛvaporización/h

Con la ecuación Q3=m Cp (Tf-Ti)/h

Calor total entregado a la carga metálica

Calor entregado al crisol

Cp=Calor especifico del crisol =0.31Kcal/Kg-ºCm = peso del crisol =6 Kg

Qutil = Qcarga metálica+Qcrisol

Perdidas totales en el horno

Calculamos el calor de combustión

Calculamos de consumo de combustible

CONTROL DE CALIDAD

Preparación de las probetas de ensayo