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Cobre

Serie K - Cobre puro

Perfiles de cobre

Introducción al cobre

El cobre está altamente valorado en la tecnología por su alta conductividad, tanto térmica como eléctrica. La conductividad eléctrica específica (58 MS/m) es una de las más altas entre la de los metales más comúnmente utilizados y está un poco por debajo que la conductividad eléctrica de la plata. En consecuencia, aproximadamente un 70%, tanto de los cobres puros como los de baja aleación , son utilizados en la industria de la electrónica. Su buena conductividad térmica hace que se use en aplicaciones donde es necesaria una buena capacidad de conducción de calor, en la construcción y ensamblaje de aparatos y maquinaria.

Debido a su resistencia a la corrosión y su excelente deformabilidad, el cobre es usado, en forma de conducciones tubulares en instalaciones de agua y gas, así como en la industria química y alimentaria. Se destinan también cantidades importantes de material laminado para su uso en fachadas y tejados.

El cobre tiene además, y en mayor o medida las aleaciones con base cobre también, la capacidad intrínseca de combatir los microorganismos. Esto lo hace excelente para aplicaciones sanitarias. Sepa más sobre las capacidades antimicrobiales del cobre aquí .

Aplicaciones

El cobre sin alear se puede clasificar entre:

  • Con oxigeno
  • Libres de oxigeno
  • Desoxigenados mediante fósforo

El cobre electrolítico o ETP ( K32 ), contiene entre un 0,005 hasta un 0,04% de oxigeno, que aparece en forma de óxido de cobre (I) (Cu2O). El oxigeno oxida además las impurezas presentes en el cobre, de forma que disminuye el efecto perjudicial de éstas sobre la conductividad eléctrica del metal base. El cobre con oxigeno es usado en prácticamente todos los campos de la electrónica y electrotecnia debida a la elevada conductividad de por lo menos 57 MS/m (E-Cu57) o 58 MS/m ( E-Cu58 ). Sin embargo debe señalarse, que el cobre con oxigeno es propenso a ser reactivo a elevadas temperaturas en un ambiente reductor.

Los cobres K09 y K10, libres de oxigeno o OFE, tienen conductividades eléctricas de como mínimo 58 MS/m, qué, sin la adición de desoxidantes, provienen de cátodos de cobre extraordinariamente puros. Así pues, están libres de elementos evaporables (como el Zinc) y se usan en aplicaciones tales como montajes de vacío o superconductores. El cobre libre de oxigeno es resistente al hidrógeno después del recocido, con lo que no resulta problemático en los procesos de soldadura blanda o dura.

El K12 , K14 , K15 y K19 son cobres libres de oxigeno debido a la acción desoxidante del fósforo, a cambio de una pequeña disminución de la conductividad eléctrica y térmica. El Cu–SE ( K12 y K14 ), con el contenido en fósforo más bajo (0,003% P) tiene una conductividad eléctrica mínima del 57 MS/m, mientras que SW–Cu ( K15 , con 0,005 – 0,015% P) alcanza los 52 MS/m. Finalmente el SF–Cu ( K19 ) contiene el % de fósforo más alto (0,015 – 0,04% P) y una conductividad eléctrica entre los 41 y los 52 MS/m. Éstos cobres son utilizados en productos semiacabados donde se precisan elevados requerimientos a la maleabilidad y buena predisposición a soldadura blanda y dura. Éste seria el caso, por ejemplo, de la electrónica, el ensamblaje de aparatos, construcción y la fabricación de tubería y cable.

La siguiente tabla nos da un vistazo de los tipos de cobre puro producidos por el grupo Wieland:

Propiedades mecánicas

Endurecimiento del K10 por deformación en frío
Vista grande Endurecimiento del K10 por deformación en frío
Endurecimiento del K10 por deformación en frío

Los cobres puros solo pueden endurecerse mediante deformación en frío. Tras el tratamiento, hay incrementos en el límite de elástico, la resistencia a tracción y la dureza. La resistencia a la deformación aumenta, y a la vez la deformabilidad disminuye (caracterizada por la elongación y la estricción). Como ejemplo típico la primera imagen nos describe las curvas de endurecimiento del material K10. Un endurecimiento alcanzado a través de una deformación en frío puede revertirse a través de un tratamiento térmico posterior, como un revenido.

Deformación en frío del 25% para un K10 reblandecido por recocido blando (3 h.)
Vista grande Deformación en frío del 25% para un K10 reblandecido por recocido blando (3 h.)
Deformación en frío del 25% para un K10 reblandecido por recocido blando (3 h.)

En las siguientes imágenes podemos ver la evolución de la resistencia mecánica (Rm), limite elástico o de cedencia al 0’2%(σ0,2 o Rp0,2), Elongación porcentual tras fractura (A11,3) y la dureza Brinell dependiendo de la temperatura, tras un recocido de tres horas con posteriores deformaciones en frío del 25% al 50%. El inicio del ablandamiento depende en gran medida del grado de deformación en frío que ha tenido lugar. A partir del 50% éste se inicia a los 250ºC, y al 25% a los 300ºC. Después del recocido a 400ºC, en ambos casos los valores de resistencia vuelven a ser los valores correspondientes al estado inicial blando.

Vista grande Deformación en frío del 50% para un K10 reblandecido por recocido blando (3 h.)

Propiedades físicas

Influencia de la adición de elementos de aleación en la conductividad eléctrica del cobre (Pawlek y Reichel, 1956)
Vista grande Influencia de la adición de elementos de aleación en la conductividad eléctrica del cobre (Pawlek y Reichel, 1956)
Influencia de la adición de elementos de aleación en la conductividad eléctrica del cobre (Pawlek y Reichel, 1956)

La conductividad eléctrica del cobre puro y blando a 20ºC es de 58 MS/m. El estándar internacional IACS (International Annealed Copper Standard) nos define este valor como el 100% IACS para recocidos blandos a 20ºC. Este valor se ve reducido por deformaciones en frío, aumentos de temperatura o impurezas.

La imagen a la izquierda nos expone la disminución de la conductividad a través de la adición de pequeñas impurezas de distintos elementos. Se deduce pues que, en particular, la presencia de fósforo y hierro tiene una fuerte influencia al respecto. Debido a que ambos elementos se pueden encontrar de forma frecuente en el cobre técnicamente puro, en la imagen inferior derecha se puede ver la influencia que tienen ambos elementos combinados entre sí sobre la conductividad.

Influencia del contenido de hierro y fósforo en la conductividad eléctrica del cobre (Hess y Pawlek, 1956)
Vista grande Influencia del contenido de hierro y fósforo en la conductividad eléctrica del cobre (Hess y Pawlek, 1956)
Influencia del contenido de hierro y fósforo en la conductividad eléctrica del cobre (Hess y Pawlek, 1956)

La inversa de la conductividad eléctrica específica es la resistencia eléctrica específica. La caracterización de la influencia de un aumento de la temperatura sobre la resistencia específica nos viene definido por el coeficiente de temperatura αp. Este tiene un valor de 0,0035/K en un rango de temperaturas de 20ºC a 200ºC para el cobre puro.

Conductividad eléctrica frente a temperatura. Cu-OFE(K10) en estado blando (Bibliografia diversa).
Vista grande Conductividad eléctrica frente a temperatura. Cu-OFE(K10) en estado blando (Bibliografia diversa).
Conductividad eléctrica frente a temperatura. Cu-OFE(K10) en estado blando (Bibliografia diversa).

Para los tipos de cobre de elevada pureza y sin fósforo la conductividad eléctrica aumenta de forma impresionante a temperaturas bajísimas. Este fenómeno también tiene lugar en el caso de la conductividad térmica. Las impurezas o restos de elementos desoxidantes operan en contra de una disminución de la conductividad térmica con el descenso de la temperatura, particularmente al alcanzar temperaturas extremadamente bajas.

Precios actuales de metal

Responsables 23.11.2017
Cu (Settlement) 6.895,50 in USD / t
Zn (Settlement) 3.263,00 in USD / t
EUR (Bid) 1,18130 USD
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