Los metales ferrosos se usan ampliamente en la industria de la ingeniería debido a su superioridad, rango de propiedades mecánicas y costos más bajos.Aún así, los metales no ferrosos también se utilizan en diversas aplicaciones por sus propiedades específicas en comparación con las aleaciones ferrosas a pesar de su alto costo general.Las propiedades mecánicas deseadas se pueden obtener en estas aleaciones mediante endurecimiento por trabajo, endurecimiento por envejecimiento, etc., pero no mediante los procesos normales de tratamiento térmico que se utilizan para las aleaciones ferrosas.Algunos de los principales materiales no ferrosos de interés son el aluminio, el cobre, el zinc y el magnesio.
1. Aluminio
De todas las aleaciones no ferrosas, el aluminio y sus aleaciones son las más importantes debido a sus excelentes propiedades.Algunas de las propiedades del aluminio puro por las que se utiliza en la industria de la ingeniería son:
- 1) Excelente conductividad térmica (0,53 cal/cm/C)
- 2) Excelente conductividad eléctrica (376 600/ohm/cm)
- 3) Baja densidad de masa (2,7 g/cm)
- 4) Bajo punto de fusión (658C)
- 5) Excelente resistencia a la corrosión
- 6) No es tóxico.
- 7) Tiene una de las reflectividades más altas (85 a 95%) y muy baja emisividad (4 a 5%)
- 8) Es muy suave y dúctil por lo que tiene muy buenas propiedades de fabricación.
Algunas de las aplicaciones en las que generalmente se usa aluminio puro son conductores eléctricos, materiales de aletas de radiadores, unidades de aire acondicionado, reflectores ópticos y de luz, y materiales de embalaje y láminas.
A pesar de las aplicaciones útiles anteriores, el aluminio puro no se usa mucho debido a los siguientes problemas:
- 1) Tiene baja resistencia a la tracción (65 MPa) y dureza (20 BHN)
- 2. Es muy difícil de soldar o soldar.
Las propiedades mecánicas del aluminio se pueden mejorar sustancialmente mediante la aleación.Los principales elementos de aleación utilizados son cobre, manganeso, silicio, níquel y zinc.
El aluminio y el cobre forman el compuesto químico CuAl2.Por encima de una temperatura de 548 C se disuelve completamente en aluminio líquido.Cuando se apaga y envejece artificialmente (mantenimiento prolongado a 100 - 150C), se obtiene una aleación endurecida.El CuAl2, que no se envejece, no tiene tiempo de precipitar de la solución sólida de aluminio y cobre y, por lo tanto, se encuentra en una posición inestable (sobresaturada a temperatura ambiente).El proceso de envejecimiento precipita partículas muy finas de CuAl2, lo que provoca el endurecimiento de la aleación.Este proceso se llama endurecimiento por solución.
Los demás elementos de aleación utilizados son hasta un 7 % de magnesio, hasta un 1,5 % de manganeso, hasta un 13 % de silicio, hasta un 2 % de níquel, hasta un 5 % de zinc y hasta un 1,5 % de hierro.Además de estos, también se pueden añadir titanio, cromo y columbio en pequeños porcentajes.La composición de algunas aleaciones de aluminio típicas utilizadas en moldeo permanente y fundición a presión se proporciona en la Tabla 2.10 con sus aplicaciones.En la Tabla 2.1 se muestran las propiedades mecánicas que se esperan de estos materiales después de su fundición mediante moldes permanentes o fundición a presión.
2. Cobre
Similar al aluminio, el cobre puro también encuentra una amplia aplicación debido a sus siguientes propiedades
- 1) La conductividad eléctrica del cobre puro es alta (5,8 x 105 /ohm/cm) en su forma más pura.Cualquier pequeña impureza reduce drásticamente la conductividad.Por ejemplo, 0,1 % de fósforo reduce la conductividad en un 40 %.
- 2) Tiene una conductividad térmica muy alta (0. 92 cal/cm/C)
- 3) Es un metal pesado (gravedad específica 8.93)
- 4) Se puede unir fácilmente mediante soldadura fuerte.
- 5) Resiste la corrosión,
- 6) Tiene un color agradable.
El cobre puro se utiliza en la fabricación de cables eléctricos, barras colectoras, cables de transmisión, tubos y tuberías para refrigeradores.
Las propiedades mecánicas del cobre en su estado más puro no son muy buenas.Es suave y relativamente débil.Se puede alear de manera rentable para mejorar las propiedades mecánicas.Los principales elementos de aleación utilizados son zinc, estaño, plomo y fósforo.
Las aleaciones de cobre y zinc se llaman latones.Con un contenido de zinc de hasta el 39 %, el cobre forma una estructura monofásica (fase α).Tales aleaciones tienen una alta ductilidad.El color de la aleación permanece rojo hasta un contenido de zinc del 20%, pero más allá se vuelve amarillo.Un segundo componente estructural llamado fase β aparece entre el 39 y el 46% de zinc.En realidad, es el compuesto intermetálico CuZn el responsable del aumento de la dureza.La resistencia del latón aumenta aún más cuando se agregan pequeñas cantidades de manganeso y níquel.
Las aleaciones de cobre con estaño se llaman bronces.La dureza y la fuerza del bronce aumentan con un pliegue en el contenido de estaño.La ductilidad también se reduce con el aumento del porcentaje de estaño por encima de 5. Cuando también se agrega aluminio (4 a 11%), la aleación resultante se denomina bronce al aluminio, que tiene una resistencia a la corrosión considerablemente mayor.Los bronces son comparativamente costosos en comparación con los latones debido a la presencia de estaño, que es un metal costoso.
3. Otros metales no ferrosos
Zinc
El zinc se utiliza principalmente en ingeniería debido a su baja temperatura de fusión (419,4 C) y su mayor resistencia a la corrosión, que aumenta con la pureza del zinc.La resistencia a la corrosión es causada por la formación de una capa protectora de óxido en la superficie.Las principales aplicaciones del zinc son la galvanización para proteger el acero de la corrosión, la industria gráfica y la fundición a presión.
Las desventajas del zinc son la fuerte anisotropía exhibida bajo condiciones deformadas, la falta de estabilidad dimensional bajo condiciones de envejecimiento, una reducción en la resistencia al impacto a temperaturas más bajas y la susceptibilidad a la corrosión intergranular.No se puede utilizar para servicio por encima de una temperatura de 95 °C porque causará una reducción sustancial en la resistencia a la tracción y la dureza.
Su uso generalizado en la fundición a presión se debe a que requiere una presión más baja, lo que da como resultado una mayor vida útil de la matriz en comparación con otras aleaciones de fundición a presión.Además, tiene muy buena maquinabilidad.El acabado obtenido por fundición a presión de zinc es a menudo adecuado para garantizar cualquier procesamiento posterior, excepto por la eliminación de la rebaba presente en el plano de partición.
Magnesio
Debido a su peso ligero y buena resistencia mecánica, las aleaciones de magnesio se utilizan en velocidades muy altas.Para la misma rigidez, las aleaciones de magnesio requieren solo el 37,2% del peso del acero C25, lo que ahorra peso.Los dos principales elementos de aleación utilizados son el aluminio y el zinc.Las aleaciones de magnesio pueden ser fundidas en arena, fundidas en molde permanente o fundidas a presión.Las propiedades de los componentes de aleación de magnesio fundidos en arena son comparables con las de los componentes fundidos en molde permanente o fundidos a presión.Las aleaciones de fundición a presión generalmente tienen un alto contenido de cobre para permitir que se fabriquen a partir de metales secundarios para reducir costos.Se utilizan para fabricar ruedas de automóviles, cárteres de cigüeñales, etc. Cuanto mayor sea el contenido, mayor será la resistencia mecánica de las aleaciones forjadas con magnesio, como los componentes laminados y forjados.Las aleaciones de magnesio se pueden soldar fácilmente mediante la mayoría de los procesos de soldadura tradicionales.Una propiedad muy útil de las aleaciones de magnesio es su alta maquinabilidad.Solo requieren alrededor del 15% de potencia para el mecanizado en comparación con el acero con bajo contenido de carbono.
Hora de publicación: 18-dic-2020