Aleaciones de cobre y níquel

Materiales. Propiedades. Aplicaciones. Ductibilidad. Maleabiblidad. Tratamiento térmico. ICONEL

  • Enviado por: Melisa
  • Idioma: castellano
  • País: Argentina Argentina
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TRABAJO PRACTICO

COBRE-NIQUEL

TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

EL SIGUIENTE TRABAJO PRATICO DISPONE DE LOS SIGUIENTES TITULOS Y TEMAS DESARROLLADOS

INDICE

OBJETO DE LA PRACTICA PAGINA 3

INTRODUCCIÓN TEORICA PAGINA 3 A 6

DESARROLLO DE LA PRACTICA PAGINA 7 A 9

OBJETO DE LA PRACTICA

El objetivo de este trabajo es realizar una investigación acerca de determinadas aleaciones de cobre y níquel; como son por ejemplo el inconel 718, y la aleación de bronce al aluminio C 91600 o, C97800; para mayor conocimiento y entendimiento de sus propiedades físicas, químicas, mecánicas y tecnológicas. Gracias a esto se podrá obtener un alto grado de expresión y vocabulario técnico, acorde con la materia, carrera e institución.

INTRODUCCIÓN TEORICA

El cobre y sus aleaciones

El cobre fue conocido por primera vez por los romanos; denominándolo metal de Chipre; el cual deriva su nombre. De símbolo Cu, es uno de los metales de mayor uso. El cobre al estado natural ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Frecuentemente se encuentra agregado con otro metales, tales como el oro, la plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas, aunque se han hallado masas compactas de hasta 420 toneladas.

A continuación se encuentran clasificadas las propiedades del cobre:

Propiedades físicas: Elemento metálico de color rojo pardo, brillante, maleable y dúctil. Más pesado que el níquel y más duro que el oro y la plata.

Propiedades químicas: su símbolo química es el Cu; su punto de fusión es de 1083 grados centígrados, mientras que su punto de ebullición es de unos 2567 grados centígrados; y tiene una densidad de 8,9 gramos / centímetros cúbicos. Su masa atómica es de 63,546

Propiedades mecánicas: posee buenas propiedades eléctricas, lo que lo hace de suma importancia para la industria eléctrica. El cobre es muy dúctil, posee gran resistencia a la acción atmosférica. Su ductibilidad es sobrepasada únicamente por la plata y el oro.

El cobre colado tiene una resistencia a la tracción de 1680 kg/ centímetro cuadrados y una dureza de 35 Brinell, el cobre puede ser mas duro trabajándolo en frió, en este estado tiene una resistencia a la tracción de 4900 kg/ centímetro cuadrados y una dureza de 100 Brinell.

El cobre es extremadamente tenaz, teniendo una notable resistencia a la rotura para cargas de choque repentinas. El hecho de que su limite elástico sea solamente un 50% de su coeficiente de rotura, puede tomarse como índice de su habilidad para deformarse sin romperse, cuando se carga por encima de su limite elástico.

El cobre tiene una elevada conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad, ductilidad.

La resistencia a la tracción de un alambre de cobre estirado es de unos 4200 kg/ centímetros cuadrados. Presenta un alto grado de acritud (se vuelve quebradizo si es sometido a martilleo).

Propiedades tecnológicas: el cobre se puede galvanizar fácilmente como tal o como base para otros metales.

El cobre en bruto se tritura, se lava y se prepara en barras. Los óxidos y carbonatos se reducen con carbono.

Aleaciones de cobre

El cobre tiene numerosas aleaciones, las más conocidas son el latón y el bronce. Las aleaciones de cobre son mas resistentes y duras que el cobre puro, y pueden mejorar sus propiedades mecánicas, tales que la resistencia a la corrosión de la mayoría de las aleaciones es superior a la del cobre comercial. En general estas aleaciones se mecanizan mucho mas fácil.

Latón: es la aleación de cobre y cinc. El latón es mas duro que el cobre, es dúctil y puede forjase en planchas finas. Su maleabilidad varia según la composición y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas. Algunos tipos de latones son maleables únicamente en frió, otros son en caliente, y algunos no lo son en ninguna temperatura. Todos estos tipos de aleaciones se vuelven quebradizas cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión.

Bronce: cualquiera delas distintas aleaciones compuestas sobre todo de cobre y estaño. Los componentes del bronce varían; así, cuando contiene al menos un 10% de estaño, la aleación es dura y tiene un punto de fusiona bajo. El bronce es mas resistente y duro que cualquier otra aleación común, excepto el acero.

Bronce fosforoso: el fósforo se añade al bronce que contiene desde 1,5% a 10% de estaño, durante la fusión y el colado para fines desoxidantes. El fósforo aumenta la fluidez del metal fundido, por lo tanto, aumenta la facilidad de colarlo en piezas finas y ayuda a obtener piezas coladas más sanas. Aumenta la dureza y resistencia al desgaste.

Bronce al plomo: el plomo no se alea con el cobre, pero puede mezclarse con el por agitación o mezcla mecánica mientras se halla en el estado liquido y se cuela en moldes, dando como resultado que el plomo quede bien distribuido en toda la pieza en forma de partículas pequeñas. El plomo se añade al bronce con el fin de aumentarla facilidad de mecanizado, y actúa como un autolubricante en piezas que están sometidas a desgaste por deslizamiento. Las partículas de plomo reducen el coeficiente de rozamiento de la aleación.

Bronce al manganeso: es latón de 60% de cobre, 40% de cinc y manganeso hasta 3.5%.

Bronces al níquel: la adición de níquel al bronce y latón mejora sus propiedades mecánicas y se emplea para aumentar la dureza y resistencia al desgaste de los ronces.

Bronce al silicio: contiene de 1 a 4% de silicio, el cual se añade para mejorar las características de endurecimiento por el trabajo en frió.

Bronce al aluminio.

Con estas aleaciones se consiguen materiales dúctiles y maleables (latones), buena conductividad eléctrica, resistencia a ciertas corrosiones, sonoridad (bronces de campana), color (monedas y objetos decorativos). Por estos motivos el cobre es tan utilizado.

Níquel y sus aleaciones

El níquel ocupa el lugar 24 en abundancia entre todos los elementos, constituye como promedio el 0.016% de la corteza terrestre en sus 16 km mas cercanos a la superficie. Sin embargo los depósitos de níquel dispersos por todo el mundo tienen importancia economía. Las menas de oxido, por lo común llamadas lateritas, se encuentran principalmente en los trópicos. Del total de yacimientos conocidos, mas del 80% consisten en lateritas.

El níquel tiene numero atómico 28 y es uno de los elementos de transición de la cuarta serie de la tabla periódicas. Su masa atómica es de 58.71, y su densidad es de 8.902 gramos/ centímetros cúbicos. Entre sus propiedades útiles se encuentra su modulo de elasticidad, propiedades magnéticas, y elevadas conductividades térmicas y eléctricas. Tiene una capacidad de absorción superficial sin formar compuestos estables, convirtiéndolo en un importante catalizador.

Como elemento de aleación, el níquel se utiliza en aceros endurecibles, inoxidables, en aquellos resistentes a la corrosión y para servicios a altas temperaturas.

Aproximadamente el 10% de la producción anual total del níquel se consume en procesos de electrorrecubrimiento (galvanostegia).este metal puede depositarse electroliticamente para desarrollar propiedades mecánicas del mismo orden que las de níquel forjado; sin embargo, existen procesos de baño para depositar capas de níquel con una dureza de 425 Brinell. El uso mas difundido del niquelado es para proteger contra la corrosión partes del hierro y el acero, así como piezas coladas en matriz (moldes de inyección) a base de cinc utilizadas en la industria automovilística.

Aleaciones de níquel

El níquel y su aleaciones pueden clasificarse en los siguientes grupos:

Níquel: puede ser puro, electrolítico (99.56% Ni), níquel carbonilo en polvo y comprimidos (99.95%Ni). También pude ser níquel forjado comercialmente puro (de 99.6 a 99.97% de Ni); y ánodos (99.3%Ni). En estas aleaciones se encuentran el Permaniquel y el Duraniquel. La resistencia a la corrosión del níquel lo hace particularmente útil para conservar la pureza de los productos en el manejo de alimentos, fibras sintéticas álcalis cáusticos, así como en aplicaciones estructurales, cuando es fundamental dicha estructura.

Otras características dela aleación son sus propiedades magnéticas y magnetoestrictivas, sus elevadas conductividades térmicas y eléctricas, su bajo contenido de gas, y su baja presión de vapor.

Níquel y cobre: en esta aleación hay bajo níquel (2 a 13% Ni), cuproníqueles (de 10 a 30% Ni), aleaciones para monedas (25% Ni), aleaciones de resistencia eléctrica controlada (45% Ni), aleaciones no magnéticas (hasta 60% Ni), y aleaciones de alto níquel, metal monel (mas de 50% Ni). A estas aleaciones se la denominan Monel, se caracterizan por tener elevada resistencia mecánica, soldabilidad, excelente resistencia a la corrosión, y tenacidad en un amplio intervalo de temperatura. Tienen un excelente rendimiento en la exposición al agua de mar o salobre en condiciones de alta velocidad.

Níquel y hierro: aleaciones de aceros forjados (de 0.5 a 9% Ni), aceros de aleación colados (de 0.5 a 9% Ni), hierros colados de aleación ( de 1 a 6 y de 14 a 36% Ni), aleaciones magnéticas ( de 20 a 90% Ni), aleaciones no magnéticas (10 a 20% Ni), aceros revestidos de acero inoxidable ( de 5 a 49% Ni), superaleaciones en base de hierro (de 0.2 a 9% Ni), y aleaciones de dilatación térmica controlada, de bajo coeficiente (de 36 a 50% Ni), de dilatación seleccionada (de 22 a 50% Ni). Estas aleaciones son denominadas como Nilo 42, Ni-Span- C 902, y una serie de Incoloy. Estas aleaciones tienen bajo coeficiente de dilatación térmica, que pertenece virtualmente a una temperatura menor que la de Curie para cada aleación.

Hierro, níquel y cromo: son aleaciones resistentes al calor (de 40 a 85% Ni), aleaciones de resistencia eléctrica controlada (de 35 a 60% Ni), superaleaciones a base de hierro (de 9 a 26% Ni), aceros inoxidables (de 2 a 25% Ni), superaleaciones en base de hierro (de 0.2 a 9% Ni), y aceros martensitico de alto níquel (18% Ni).

Níquel, cromo, molibdeno y hierro: se utiliza para aleaciones reforzadas por solucione en base de níquel (de 40 a 80% Ni), y para aleaciones reforzadas por precipitación en base de níquel (de 40 a 90% Ni). Esta aleaciones recibe los nombres de Hastelloy, Inconel, MAR-M- 252, Rene' , Astroloy Udimet, y Waspaloy. Estas aleaciones se crearon principalmente para el servicio en ambientes altamente corrosivos, muchas de ellas poseen buena resistencia a la oxidación, y algunas tienen una resistencia mecánica útil hasta 1093 grados centígrados.

Aleaciones pluvimetalurgicas: estas aleaciones son reforzadas por dispersión en base de níquel (de 78 a 98% Ni), y reforzadas por dispersión de oxido (ODS) ligadas mecánicamente en base de níquel (de 69 a 80% Ni). Se producen por un proceso de metalurgia de polvos patentando en el que se usa dióxido de torio como dispersoide. Las propiedades mecánicas son determinadas en gran medida por la forma de procesamiento.

DESARROLLO DE LA PRACTICA

ALEACIÓN DE NIQUEL-CROMO-HIERRO INCONEL 718

INCONEL® es una marca registrada que abarca aleaciones a base de níquel-cromo, cubriendo un amplio espectro de composiciones y de propiedades. La combinación de níquel y cromo en estas aleaciones provee resistencia tanto a soluciones corrosivas reductoras como oxidantes. El níquel y el cromo actúan también en conjunto para resistir oxidación, carburización y otras formas de deterioro a altas temperaturas. Estas aleaciones no se tornan quebradizas a temperaturas criogénicas, poseen buena resistencia a la tracción y a la fatiga a temperaturas moderadas, y presentan excelentes propiedades de resistencia al flujo y rotura  a altas temperaturas.

En la mayoría de las aleaciones INCONEL® las características básicas del sistema níquel-cromo son aumentadas mediante la adición de otros elementos. Algunas de las aleaciones aumentan su resistencia mediante la adición de aluminio, titanio y niobio (columbio). Otras contienen cobalto, cobre, molibdeno o tungsteno para mejorar atributos específicos de resistencia mecánica o a la corrosión. Las aleaciones también contienen hierro en cantidades que varían desde 1% a más del 20%. En la mayoría de los casos los efectos dominantes en las propiedades se deben a los aleantes, salvo el hierro.

Las aplicaciones de estas aleaciones son muy amplias: recipientes para tratamiento térmico, turbinas, aviación, plantas nucleares generadoras de energía, etc.

Sus propiedades químicas:

Níquel
Ni

Cromo
Cr

Hierro
Fe

Molibdeno
Mo

Niobio
Nb (+Ta)

Carbono
C

Manganeso
Mn

50,0 a 55,0

17,0 a 21,0

Resto

2,80 a 3,30

4,75 a 5,50

0,08 máx.

0,35 máx.

Silicio
Si

Fósforo
P

Azufre
S

Aluminio
Al

Titanio
Ti

Cobalto
Co

 

0,35 máx.

0,015 máx.

0,015 máx.

0,20 a 0,80

0,65 a 1,15

1,0 máx.

 

Sus propiedades físicas:

Densidad: 8,19 g/cm3
Calor Específico: 435 J/Kg-°C
Punto de Fusión: 1260-1336°C

Sus propiedades mecánicas:

Su resistencia de fluencia a la tensión 0.2% (kg/pulg2) es igual a 168; la resistencia ultima a la tensión (kg/pulg2) es e 205; su elongación (%) es de 20; su dureza Rockwell es de 46 Rc.

Tensión de Ruptura (1000 h)

Temp.

Psi

MPa

595°C

110.000

760

650°C

86.000

590

705°C

53.000

370

760°C

24.000

170

Sus propiedades tecnológicas: estas se manifiestan en la soldadura; donde a temperaturas elevadas, el níquel y sus aleaciones son susceptibles a la fragilizacion por el azufre, fósforo, plomo, y otras sustancias de bajo punto de fusión. Nos practico evitar el uso de estos materiales' pero resulta imprescindible limpiar cuidadosamente el metal antes de cualquier operación de soldadura.

El níquel y sus aleaciones pueden labrarse con las mismas técnicas utilizadas para las aleaciones a base de hierro. Sin embargo, el trabajo se efectúa con mayores cargas, lo cual lo hace necesario usar equipo de alta resistencia para soportarlas y refrigerantes para disipar el calor generado.

ALEACIÓN DE COBRE - BRONCE AL ALUMINIO C9160-C97800

las aleaciones de cobre que contienen aluminio, se denominan en lugar de estaño, bronce al aluminio. También puede contener otros elementos tale como silicio, hierro y níquel, frecuentemente añadidos para aumentar la resistencia mecánica de la aleación. La influencia de las velocidades de enfriamiento del material extraído esta constituido prácticamente por 100% de fase alfa; la probeta forjada a retenido algo de la fase beta enfriada en agua desde una temperatura de 927 grados centígrados.

La estructura de las aleaciones enfriadas lentamente de esta composición puede transformarse completamente en fase alfa y alcanzar la temperatura ambiente. Es posible mejorar la dureza y otras propiedades de la mayoría de estas aleaciones, calentando a la temperatura de la fase beta, aproximadamente a 899 grados centígrados, seguido de un enfriamiento rápido.

Al recalentar la fase beta retenida se hace inestable y sufre una transformación convirtiéndose en cristales finos alfa y beta. Tal como es a causa de un aumenta de dureza y resistencia mecánica a expensas dela ductibilidad.

La resistencia a la tracción de la aleación colada, con un 10% de aluminio, es casi 4550 kg/centímetros cuadrados. Es casi tan dúctil como el latón y tiene una ductibilidad doble, del bronce de estaño-cobre. Existen muchos bronces al aluminio los cuales poseen dureza y resistencia mecánica muy elevada.

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Introducción teórica grupo 10

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Desarrollo de la practica grupo 10

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