Versión para imprimir de 19.02.PM
Imprimir
http://www.cimsaww.com/internet/content/cimsa/es/cupropedia/aleaciones_1/serie_b/serie_b.jsp
  • Imprimir

Bronces

Serie B - Aleaciones cobre - estaño

Cintas de bronce

Introducción a las aleaciones cobre - estaño (Bronces)

El grupo de los bronces de estaño y compuestos de bronce engloba aleaciones binarias cobre – estaño con un contenido en estaño de hasta el 20% en peso con otras adiciones como zinc o plomo. Las denominaciones usuales más antiguas como bronce laminado o bronce de fósforo deberían evitarse dado que pueden inducir a la equivocación. El fósforo se añade en pequeñas proporciones para favorecer la desoxidación, aunque puede llegar al 0,4% en peso de fósforo en la composición de determinadas aleaciones.

Las aleaciones cobre – estaño pertenecen a los materiales de cobre más antiguos conocidos ( “La edad del Bronce” ). Hoy en día van adquiriendo de nuevo importancia debido a su alta resistencia mecánica, excelente resistencia a la corrosión y su buena conductividad eléctrica y térmica. Los materiales de cobre se usan en resortes y rodamientos, producidos a partir de material laminado o tubería. Los campos de aplicación más significativos están en electrónica de la industria de la automoción o la industria naval, del papel o la química.

Además de materiales forjados, las aleaciones cobre – estaño producidas mediante fundición tienen amplia utilización en el sector tecnológico.

Diagrama de fases

Vista grande Diagrama de fases para la aleación Cu-Sn(Raynor, 1949)

La estructura de las aleaciones cobre – estaño sólo se conocía de forma aproximada durante un largo periodo de tiempo. La causa estaba en que posee intervalos de solidificación amplios y que, consecuentemente, en grandes proporciones tiende a la formación de segregaciones. El equilibrio resulta tan difícil y lento de alcanzar, que en la ingeniería actual con tratamientos térmicos comunes raras veces se alcanza. En la imagen a la izquierda se puede ver el estado de equilibrio, en la parte del diagrama rica en proporción de cobre, para un sistema Cu – Sn.

En estado líquido por encima de la línea liquidus AD encontramos a cobre y estaño como totalmente miscibles. Las aleaciones por debajo de un 13,5 % en peso de Estaño al enfriar y caer por debajo de la línea AD segregan cristales fase α y forman la parte sólida, y por debajo de la línea de solidus AB en una única y sólida fase cristalina α. La pérdida de solubilidad del estaño en cobre por debajo de los aproximadamente 500ºC no tiene significado práctico debido a que no se alcanza el estado de equilibrio hasta después de un larguísimo tratamiento de recocido y una deformación en frío muy severa. En condiciones de trabajo habituales las aleaciones con un 10% de estaño en peso de componen a temperatura ambiente de una estructura únicamente de fase α.

Las aleaciones con un contenido de estaño entre 13,5 y 22% en peso segregan al enfriar parcialmente cristales fase α de la misma forma. Sin embargo, a los 798ºC (línea BCD) tiene lugar una reacción peritéctica entre la masa líquida y los cristales fase α, formándose una nueva clase de cristales, los de fase β. Los cristales fase β sólo son estables por encima de 586ºC, por debajo de esta temperatura se transforman en cristales fase α y γ, que por debajo de 520ºC pasan a ser fase α y δ. La conversión de los cristales fase δ a cristales fase α y ε, que debería ocurrir a los 350ºC según el diagrama de equilibrio, es extremadamente lenta. Por lo tanto se pueden considerar los cristales fase δ, en términos generales, como estables.

El proceso de transformación descrito es significativo para todos los productos de fundición, aunque debe tenerse en consideración para los producidos mediante forja, debido al enriquecimiento localizado en estaño que puede tener lugar en cristales fase δ y sus consecuencias. Esto hace que el material sea duro, frágil y difícil de deformar en frío.

Como otros elementos susceptibles de ser adicionados a las aleaciones para formar compuestos de bronce destacan el zinc y el plomo. El plomo en estado sólido es prácticamente insoluble y se presenta como una fase cristalina adicional. Las adiciones de zinc provocan un desplazamiento de los límites de la fase α proporciones más pequeñas de estaño. Sucede entonces, por ejemplo a 500ºC (y debido a la lenta evolución del equilibrio prácticamente a temperatura ambiente también), que las proporciones de estaño y zinc, ambas solubles, son:

Vista grande Solubilidad simultánea del Estaño y el Zinc en los bronces de estaño(valores sistemáticos)

Aplicaciones

Vista grande Aleaciones cobre-estaño

La tabla superior nos da un resumen de las aleaciones cobre – estaño ofrecidas por Wieland.

De las aleaciones cobre – estaño empleadas en la ingeniería se describen las aleaciones de forja en la norma DIN 17662. Estos son los productos semiacabados Wieland - Werke de forja con contenidos de estaño de 4, 5, 6 o 8% en peso, así como el compuesto de bronce – estaño S12 (CuSn3Zn9).

S12 – Este material se usa de forma predominante en la ingeniería electrónica. Esta aleación compleja se diferencia de otras aleaciones cobre – estaño por ser mucho menos susceptible a la fisuración por corrosión bajo tensiones (stress corrosion cracking) . Sus propiedades elásticas son similares a la aleación cobre – estaño B14 . Eso explica su utilización extensa, especialmente en América del Norte, para conectores en la electrónica de la automoción.

B05 / B14 / B15 – Las aleaciones de este grupo muestran una resistencia claramente mejorada con buena deformabilidad en frío enfrente de otras aleaciones cobre – estaño. El B05 se usa en forma de tubo para muelles de manómetro o tubo de manguera. Las cintas de B14 y B15 se usan para muelles de contacto y conectores. En esencia el campo de aplicación es similar al del B16, aunque debido al menor contenido en estaño estos presentan conductividad eléctrica más elevada y una resistencia algo más baja.

B06 / B16 – Este material de alta aleación se define por una extraordinaria y favorable combinación de resistencia y deformabilidad en frío, y por lo tanto, se usa, en gran medida para conectores, muelles de relé, membranas (B16) así como la producción de tubos de Bourdon y mangueras metálicas (B06). Debido a su buena resistencia a la corrosión se usa en producción de componentes que sufren elevados esfuerzos en la industria papelera, de la celulosa, textil y química así como en la construcción de navíos, maquinaria y aparatos varios. Debido a su baja resistencia a la formación de "pátina", a los componentes tipo resorte se les hace un tratamiento superficial de protección.

B09 / B10 / B18 – Estas tres aleaciones de distinguen mínimamente entre ellas por su composición química. En comparación con las aleaciones previamente mencionadas, tienen una mejor resistencia a corrosión y resistencia mecánica así como buena capacidad para el deslizamiento. Además los campos de aplicación mencionados para B06/B16, también se usan en cojinetes y raíles de deslizamiento, para tornillos, roscas y engranajes para trabajos pesados. Se sirven en forma de tubo o barra (B09) o cojinetes listos para usarse (B10) así como cinta (B18). El B18 se diferencia del B16 mayormente por sus mejores propiedades elásticas, y se usa, además de en muelles de relé y conectores, en muelles resistentes a desgaste bajo grandes tensiones, por ejemplo, las bobinas telefónicas. Otros campos de aplicación son en la fabricación de placas base y circuitos integrados.

Propiedades mecánicas

Las aleaciones cobre – estaño no se pueden endurecer mediante tratamiento térmico. La única forma de conseguir un endurecimiento es mediante deformación en frío. La dependencia de las propiedades mecánicas del contenido en estaño se describe en las imágenes inferiores para aleaciones binarias en estado recocido y tras un 50% de deformación en frío.

Propiedades de resitencia del bronce en función del contenido en estaño y la deformación en frío
Vista grande Propiedades de la resistencia de las aleaciones Cu-Sn dependiendo del contenido en estaño y la deformación en frío
Propiedades de la resistencia de las aleaciones Cu-Sn dependiendo del contenido en estaño y la deformación en frío
Endurecimiento del bronce por la deformación en frío
Vista grande Endurecimiento del B16 por deformación en frío
Endurecimiento del B16 por deformación en frío

La dureza aumentada se puede reducir mediante un tratamiento de recocido. En las siguientes imágenes se ve el comportamiento de reblandecimiento para el B18 para diferentes deformaciones en frío. Para el recocido blando se requieren temperaturas más elevadas que para el latón.

Vista grande Reblandecimiento del B16 tras 3 h recocido, 25% deformación
Reblandecimiento del B16 tras 3 h recocido, 25% deformación
Vista grande Reblandecimiento del B16 tras 3 h recocido, 50% deformación
Reblandecimiento del B16 tras 3 h recocido, 50% deformación

Los recocidos para la relajación de tensiones es mejor que se realicen entre los 200ºC y 300ºC. Para aleaciones cobre – estaño con otros contenidos en estaño se recomienda, en general, seguir las mismas condiciones de recocido. Debido a que, como se ha descrito en el apartado del diagrama de fase, las aleaciones cobre – estaño muestran comportamientos dónde se solidifican segregaciones, estos materiales pueden someterse primero a un tratamiento térmico de homogeneizado a los 700ºC para luego estar en una posición inicial muy buena para iniciar esta transformación. Los cristales de fase originados en la masa fundida desaparecen en este punto, y se generan cristales de composición uniforme. El resultante de la fase segregada se disuelve y se restablece el estado de equilibrio de la estructura.

Propiedades químicas

La resistencia a la corrosión de las aleaciones cobre – estaño equivale al del cobre. En general el proceso de pérdida de material tiene lugar de en las aleaciones cobre – estaño producidas por forja. Los bronces son inmunes a la corrosión por picadura y a la fisuración por corrosión bajo tensión . También resisten bien la corrosión causada por la agua de mar, donde una corrosión generalizada predomina por encima de una ataque localizado.

Precios actuales de metal

Responsables 18.07.2019
Cu (Settlement) 5.948,00 in USD / t
Zn (Settlement) 2.477,00 in USD / t
EUR (Bid) 1,11895 USD
Todos los detalles y gráficos