METALES NO FERROSOS

METALES NO FERROSOS

Solamente cinco metales superan el milln de toneladas de produccin anual: hierro, aluminio, cobre, zinc y plomo.

La produccin de acero es de casi 800 000 000 de toneladas anuales, lo que equivale al 94% de la produccin anual total de materiales metlicos.

Despus del concreto armado el acero es el material estructural ms utilizado.

En total son ocho los metales que suponen el 99% de la produccin anual, en peso, de materiales metlicos en el mundo: hierro, aluminio, cobre, zinc, plomo, nquel, manganeso y estao.

Una de las alternativas en la seleccin de materiales con respecto a los aceros y los hierros fundidos, son las aleaciones no ferrosas.

METALES NO FERROSOS

METAL Al Mg Ti Fe

Red CCCa Hexagonal Hexagonal CCCu

Densidad (g/cm3) 2,7 1,7 4,5 7,8

TF (C) (puro) 660 650 1 660 1 535

Cond. Trmica (W/m*K) 238 146 17 71

Dilatacin 23,5 26 8,9 12

Resistencia Corrosin Buena Mala Excelente Regular

Mdulo Young 70 45 120 210

MAX (MPa) aleaciones 700 400 1 400 1 600

Precio relativo 1 2 10 0,2

METALES NO FERROSOS

ALUMINIO Y ALEACIONES

METALES NO FERROSOS

ALUMINIO PURO

Densidad 2,7 g/cm3 (un tercio la densidad del acero)

Cbico centrado en las caras (FCC o CCCa)

Temperatura de fusin 660 C

Propiedades en estado de recocido:

mx = 5 9 kg/mm2 (resistencia mecnica)

% = 45 60 % (ductilidad)

HB = 17 20 (dureza Brinell)

Su resistencia mecnica se incrementa con la deformacin en fro

METALES NO FERROSOS

Ductilidad y conformabilidad (papel de Al) Buena conductividad trmica y elctrica

Buena afinidad por el oxgeno (Al2O3)

Cuanto ms puro mayor resistencia a la corrosin

Maquinable (fresar, tornear, cortar, etc.)

Es no magntico y no produce chispa

CALIDAD ESTADO MX (MPa) (%) HB

99,999 RECOCIDO 40 50 15

99,80 RECOCIDO 55 45 18

DURO 130 8 30

99,00 RECOCIDO 80 40 32

DURO 160 30 40

METALES NO FERROSOS

ALEACIONES DE ALUMINIO

Los elementos aleantes mas importantes son: Cobre, manganeso, silicio, magnesio, zinc

Otros: litio

Con el fin de mejorar sus propiedades mecnicas se aaden pequeas cantidades de elementos aleantes

Endurecimiento por formacin de soluciones slidas y compuestos

Endurecimiento por precipitacin, mediante tratamiento trmico de temple y solubilizacin

Para nombrar a las aleaciones de aluminio se utiliza una designacin formada inicialmente por dos letras AA seguido de cuatro nmeros:

Por ejemplo: AA6082, donde el primer nmero indica el o los aleantes principales

METALES NO FERROSOS

DESIGNACION ANSI

SERIE ALEANTES CARACTERSTICA

AA 1XXX Al (99 % mnimo) No tratable trmicamente

AA 2XXX Al Cu Tratable trmicamente

AA 3XXX Al Mn (Mg) No tratable trmicamente

AA 4XXX Al Si Alambres de aportacin

AA 5XXX Al Mg No tratable trmicamente

AA 6XXX Al Mg Si Tratable trmicamente

AA 7XXX Al Zn Tratable trmicamente

AA 8XXX Otros Tratable no tratable

METALES NO FERROSOS

Aleaciones No Tratables Trmicamente

La resistencia mecnica depende de su estado de endurecimiento tanto por deformacin en fro o elementos de aleacin como el Mn y el Mg (series 1XXX, 3XXX y 5XXX)

Algunas aleaciones de la serie 8XXX no son tratables trmicamente.

Las aleaciones de la serie 5XXX son las que alcanzan mayor resistencia mecnica, pues el Mg es el elemento que ms endurece por solucin slida.

El Fe y el Si son las impurezas ms abundantes en los aluminios comerciales.

METALES NO FERROSOS

DESIGNACION ANSI : SUFIJOS

F: Condicin de fabricado, no hay garanta en sus propiedades

O: Recocido (mxima ductilidad) H: Endurecido por deformacin en fro T: Tratado trmicamente. Le sigue los nmeros del 2 al

10

T4: Solubilizado, temple y envejecimiento natural a temperatura ambiente de 6 a 8 das

T5: Solubilizado, templado inmediatamente despus de un proceso de fabricacin a alta temperatura y envejecido naturalmente

T6: Solubilizado, templado y envejecido artificialmente en horno, a una temperatura de 90 a 100 C, durante 6 u 8 horas

METALES NO FERROSOS

Ejemplos : NO TRATABLES TERMICAMENTE

Tapas de latas de bebida,

componentes marinos

25

4

290

420 4,5% Mg

AA5182 O

AA5182 - H18

Metal de aportacin para

soldaduras, Fundiciones

22

1

145

285 5,2%Si

AA4043 O

AA4043 - H18

Cuerpos de latas de bebidas,

usos arquitectnicos

25

9

180

285

1,2%Mn

1,0% Mg

AA3004 O

AA3004 - H18

Componentes

elctricos,forja,

procesamiento de alimentos

40

10

90

165 > 99% Al

AA1100-O

AA1100-H18

APLICACIONES

(%)

ESF

(Mpa) ALEACION

METALES NO FERROSOS

Ejemplos : TRATABLES TERMICAMENTE

ALEACION ESF

(Mpa)

( %)

APLICACIONES

AA2024

T4

4,4Cu-

1,5Mg-

0,6Mn

471 20 Remaches, Estructuras de

aviones

AA2090

T6

2,7%Cu

2,4% Li 550 6

Lmina externa de

aeronaves

AA6061

T6

1,0%Mg

0,6%Si 310 15

Embarcaciones marinas,

carros de ferrocarril

AA7075

T6

5,6% Zn

2,5% Mg 570 11 Bastidores de aeronaves

METALES NO FERROSOS

ALEACIONES TRATABLES TRMICAMENTE

La dureza y la resistencia mecnica del material dependen de la composicin qumica de la aleacin, deformacin en fro y

tratamiento trmico

Generalmente es un tratamiento trmico de solubilizacin y un temple seguido de envejecimiento, bien natural o bien artificial

Estas aleaciones pueden someterse tambin a un recocido para que alcancen la mxima ductilidad

Las aleaciones de aluminio tratables trmicamente quedan recogidas en las series 2XXX (Al-Cu), 6XXX (Al-Mg-Si), 7XXX (Al-Zn) y algunas de la serie 8XXX

METALES NO FERROSOS

DESIGNACION DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO O: Recocido, H18: Estado duro mediante deformacin

en fro y H19: Estado

extraduro mediante deformacin en fro con una resistencia superior a la

obtenida con H18.

F: Condicin de fabricado, no hay garanta en sus propiedades

O: Recocido (mxima ductilidad)

H: Endurecido por deformacin en fro

T: Tratado trmicamente. Le sigue los nmeros del 2 al 10

METALES NO FERROSOS

TRATAMIENTO TERMICO DEL ALUMINIO

METALES NO FERROSOS

SOLUBILIZACIN Y TEMPLE

Solubilizacin Se hace a temperatura elevada. Esta temperatura es ms

elevada cuando la aleacin est cargada de los elementos aleantes

La duracin de mantenimiento a temperatura depende del espesor del material base

Los compuestos intermetlicos se redisuelven y la aleacin forma entonces una solucin slida homognea (CuAl2 en la serie 2XXX y Mg2Si en la serie 6XXX)

METALES NO FERROSOS

Temple

Se trata de un enfriamiento muy rpido del metal,

que se hace normalmente por inmersin o ducha en

agua fra

El enfriamiento brutal del metal tiene por efecto

impedir la precipitacin de los compuestos

intermetlicos (CuAl2, Mg2Si)

METALES NO FERROSOS

ENVEJECIMIENTO

Despus del temple la solucin slida sobresaturada est en un estado metaestable (no esta en equilibrio)

Precipitacin de los compuestos intermetlicos que provocan el endurecimiento estructural:

Por envejecimiento a temperatura ambiente (envejecimiento natural), estado T4

Por envejecimiento artificial, es decir un calentamiento de varias horas, estado T6

Si se quiere realizar un envejecimiento artificial, se tiene que hacer inmediatamente despus del temple, pues de lo contrario ocurrir envejecimiento natural

METALES NO FERROSOS

COBRE Y ALEACIONES

METALES NO FERROSOS

COBRE PURO

Normalmente se considera COBRE PURO al que

contiene ms del

99% de cobre en su composicin qumica.

El COBRE PURO, en cualquiera de sus formas es

muy apreciado en el

medio industrial por sus diversas propiedades.

METALES NO FERROSOS

PROPIEDADES FSICAS Color rojizo

Pesado (alta densidad)

Extraordinariamente dctil y maleable

Despus de la plata EL COBRE ES EL MEJOR CONDUCTOR DE LA ELECTRICIDAD

EL COBRE es el mejor conductor del calor

Es amagntico (no tiene magnetismo).

METALES NO FERROSOS

PROPIEDADES QUMICAS

Suele ser considerado como un METAL NOBLE, despus

del platino, el oro y la plata.

Es resistente a los agentes atmosfricos, y no se corroe

fcilmente, a temperaturas normales.

Esta propiedad de resistencia a la corrosin es, obviamente, muy ventajosa.

Un techo de cobre o una aplicacin de cobre en alguna

construccin puede resistir por mucho tiempo el efecto de los

agentes atmosfricos.

METALES NO FERROSOS

PROPIEDADES BIOLGICAS

Debido a que el cobre ayuda a formar la hemoglobina de la sangre, el organismo humano necesita absorber diariamente 1,6 a 2,0 mg, aproximadamente, de cobre.

En el caso de mujeres embarazadas, esta dosis debe subir a una cantidad aproximada de 3 a 4 mg diarios.

Destruye microorganismos y bacterias existentes en el ambiente.

Canalizacin para distribucin de agua, fabricacin de

cerveza, destilacin de alcoholes, etc.

Pasamanos de los hospitales (bronces o latones)

Impide la fijacin de algas y organismos marinos.

METALES NO FERROSOS

Aplicaciones del cobre

A la izquierda, malla de acero inoxidable con incrustaciones

marinas. A la derecha, malla de aleacin de cobre, (Cobre-

Nquel, 7030) libre de incrustaciones.

METALES NO FERROSOS

COBRE DE ALTA PUREZA

Cobre Blister: 98,5 %Cu como mnimo obtenido del mineral de Cu.

Cobre electroltico ETP: 99,9 % Cu y 0,02 0,05 %O (presente en forma de xido de Cu).

Obtenido por refinacin electroltica del cobre Blister.

Es muy empleado.

Cobre OFHC: cobre desoxidado de alta conductividad elctrica. Se obtiene a partir del cobre electroltico en hornos elctricos.

Cobre de alta maquinabilidad: con aproximadamente 0,6 % de telurio. Para tornillos, puntas para soldar, dispositivos de control para motores elctricos, etc.

METALES NO FERROSOS

Caracterstica Unidades COBRE HIERRO

Red Cristalina CCCa CCCu

Densidad g/cm3 8,93 7,87

Punto de Fusin C 1 084 1 535

Conduct. Trmica W / m K 370 71

Coef. Dilatacin x 10-6 16,5 12

Resistiv. Elctrica ohm . cm 1,7 9,7

Mdulo de Rigidez GPa 120 210

Resist. Traccin MPa 230 250 280

Alargamiento % 50 40

P

R

O

P

I

E

D

A

D

E

S

METALES NO FERROSOS

ALEACIONES DE COBRE

METALES NO FERROSOS

LATONES

Aleaciones de cobre y zinc. Contienen hasta 46% en peso de Zn. Dependiendo de la cantidad de Zn pueden ser monofsicos (1 fase: ) o bifsicos (2 fases: y ). El color vara de acuerdo con el contenido de Cu desde rojo en las aleaciones al alto cobre, hasta

amarillo en los contenidos de 36 % Zn.

El Bronce Comercial (90Cu-10Zn) para ferretera marina, piezas forjadas, remaches, tornillos, etc. Se le

agrega plomo para mejorarle la maquinabilidad

METALES NO FERROSOS

% Zn mx (MPa)

DUCTILIDAD

( % ) DUREZA

HB

0 220 46 38

5 250 49 49

10 280 52 54

15 290 56 58

20 297 59 56

30 320 65 55

40 375 45 75

LATONES

METALES NO FERROSOS

BRONCES

Originalmente se les llamaba as a las aleaciones cobre-estao, ahora se emplea para designar cualquier aleacin de cobre, con excepcin del Zn

BRONCES AL ESTAO: contienen entre 1 y 11 % de Sn. Se les suele llamar bronces al fsforo ya que ste se halla presente como un desoxidante..Contiene entre 0,01 a 0,5% de P

Los bronces al fsforo C510-Bronce al fsforo, 5 A (95Cu-5Sn-traza P): se caracterizan por su tenacidad, alta resistencia a la corrosin, bajo coeficiente de friccin . Se emplea en discos de embrague, resortes, etc.

Se le aade plomo para mejorar la maquinabilidad y la resistencia al desgaste.

Pueden contener hasta 25% de plomo, se utilizan para bujes y cojinetes sujetos a carga moderadas o ligeras.

METALES NO FERROSOS

TRATAMIENTO TRMICO DEL COBRE Y SUS ALEACIONES

Recocido para Recristalizacin del Cobre

Para remover los efectos del trabajo en fro y reducir la dureza, el cobre debido a las impurezas como, por ejemplo, el oxgeno, debe ser calentado de 500 a 700 C, en atmsfera neutra, seguido del enfriamiento en el horno, aire o agua,

Se sabe que, en el caso del agua, las escamas se desprenden ms fcilmente.

Encima de 700 C, en atmsfera ambiental, el cobre se oxida intensamente.

TRATAMIENTO TRMICO DE LOS LATONES

Recocido a Baja Temperatura Todos los latones trabajados en fro deben sufrir un

alivio de tensiones a 300C, para evitar fisuras (tensin y corrosin) cuando son mantenidos en atmsfera hmedas o industriales.

Piezas de latn para fundicin, que deben presentar una mnima deformacin durante el maquinado o servicio, pueden ser tratados de 300-350 C de 2 a 4 horas.

METALES NO FERROSOS

TITANIO Y SUS ALEACIONES

METALES NO FERROSOS

Propiedades del Titanio

Densidad 4,5 g/cm3 El titanio y sus aleaciones tienen menor densidad que el Fe; pero mayores que el Mg y Al

Temperatura de fusin 1 660 C mayor que Al, Mg y Fe Tiene una fuerte afinidad por el oxgeno Su capa de xido es fino y muy adherente que le proporciona excelente resistencia a la corrosin

Su resistencia a la traccin oscila entre 250 a 560 MPa Su ductilidad esta entre el 15 25 %

METALES NO FERROSOS

Propiedades del Titanio

Mantienen su resistencia mecnica a temperaturas de servicio moderadas

Su estructura es hexagonal compacta (fase hasta 882 C) por lo que tiene baja ductilidad a temperatura ambiente

Por encima de 882 C (fase ) con una estructura cristalina BCC (CCCu)

Es posible estabilizar a temperatura ambiente su estructura BCC de alta temperatura mediante aleaciones

como el vanadio o aluminio

Se le emplea para aplicaciones en aviacin Se emplea particularmente en los lugares donde hay una importante friccin superficial a altas velocidades

METALES NO FERROSOS

METALES NO FERROSOS

METALES NO FERROSOS