Resistencia máxima a la tracción de los aceros inoxidables dúplex – SAF 2205 es 620 MPa. La dureza Brinell de los aceros inoxidables dúplex – SAF 2205 es de aproximadamente 217 MPa. Resistencia y dureza del acero inoxidable dúplex
Los aceros inoxidables dúplex, como su nombre indica, son una combinación de dos de los principales tipos de aleaciones. Tienen una microestructura mixta de austenita y ferrita, el objetivo suele ser producir una mezcla 50/50, aunque en las aleaciones comerciales la proporción puede ser 40/60. Su resistencia a la corrosión es similar a la de sus homólogos austeníticos, pero su resistencia a la corrosión por tensión (especialmente al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro), resistencia a la tracción y límites de fluencia.(aproximadamente el doble del límite elástico de los aceros inoxidables austeníticos) son generalmente superiores a los de los grados austeníticos. En los aceros inoxidables dúplex, el carbono se mantiene a niveles muy bajos (C <0,03%). El contenido de cromo varía de 21,00 a 26,00%, el contenido de níquel varía de 3,50 a 8,00% y estas aleaciones pueden contener molibdeno (hasta 4,50%). La tenacidad y la ductilidad generalmente se encuentran entre las de los grados austenítico y ferrítico. Los grados dúplex generalmente se dividen en tres subgrupos según su resistencia a la corrosión: dúplex magro, dúplex estándar y superdúplex. Los aceros Superdúplex tienen una mayor resistencia y resistencia a todas las formas de corrosión en comparación con los aceros austeníticos estándar. Los usos comunes son en aplicaciones marinas, plantas petroquímicas, plantas desalinizadoras, intercambiadores de calor e industria de fabricación de papel. Hoy en día, la industria del petróleo y el gas es el mayor usuario y ha impulsado grados más resistentes a la corrosión, lo que ha llevado al desarrollo de aceros superdúplex.
La resistencia de los aceros inoxidables a los efectos químicos de los agentes corrosivos se basa en la pasivación. Para que se produzca la pasivación y permanezca estable, la aleación Fe-Cr debe tener un contenido mínimo de cromo de aproximadamente 10,5% en peso, por encima del cual puede producirse pasividad y por debajo del cual es imposible. El cromo se puede utilizar como elemento de endurecimiento y se utiliza con frecuencia con un elemento de endurecimiento como el níquel para producir propiedades mecánicas superiores.
Aceros inoxidables dúplex – SAF 2205 – 1,4462
Un acero inoxidable dúplex común es SAF 2205 (una marca comercial propiedad de Sandvik para un acero inoxidable dúplex 22Cr (ferrítico-austenítico)), que contiene típicamente 22% de cromo y 5% de níquel. Tiene una excelente resistencia a la corrosión y alta resistencia, 2205 es el acero inoxidable dúplex más utilizado. Las aplicaciones de SAF 2205 se encuentran en las siguientes industrias:
Transporte, almacenamiento y procesamiento químico
Procesando equipamiento
Ambientes marinos y con alto contenido de cloruro
Exploración de petróleo y gas
Máquinas de papel
Resistencia y dureza del acero inoxidable dúplex
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
Máxima resistencia a la tracción de los aceros inoxidables dúplex: el SAF 2205 es de 620 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
Límite elástico de los aceros inoxidables dúplex: SAF 2205 es 440 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez superado el límite elástico, una parte de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young de los aceros inoxidables dúplex – SAF 2205 es 200 GPa.
El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta un esfuerzo limitante, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza del acero inoxidable dúplex
La dureza Brinell de los aceros inoxidables dúplex – SAF 2205 es de aproximadamente 217 MPa.
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie (deformación plástica localizada) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico durobajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar. La prueba típica utiliza una bola de acero endurecido de 10 mm (0,39 pulg.) De diámetro como penetrador con una fuerza de 3000 kgf (29,42 kN; 6,614 lbf). La carga se mantiene constante durante un tiempo determinado (entre 10 y 30 s). Para materiales más blandos, se usa una fuerza menor; para materiales más duros, una bola de carburo de tungsteno se sustituye por la bola de acero.
La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante el número de dureza Brinell – HB. El número de dureza Brinell está designado por las normas de prueba más comúnmente utilizadas (ASTM E10-14 [2] e ISO 6506-1: 2005) como HBW (H de dureza, B de Brinell y W del material del penetrador, tungsteno ( wolfram) carburo). En las normas anteriores se utilizaba HB o HBS para referirse a las medidas realizadas con penetradores de acero.
El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:
Existe una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell, Knoop, Vickers y Rockwell). Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de prueba donde la correlación es aplicable. En todas las escalas, un número de dureza alto representa un metal duro.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
Ver arriba:
Acero inoxidable dúplex
Esperamos que este artículo, Resistencia y dureza del acero inoxidable dúplex , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
Los aceros inoxidables PH (endurecimiento por precipitación) contienen alrededor de un 17% de cromo y un 4% de níquel. Los aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación tienen alta tenacidad, resistencia y resistencia a la corrosión.
En metalurgia, el acero inoxidable es una aleación de acero con al menos un 10,5% de cromo con o sin otros elementos de aleación y un máximo de 1,2% de carbono en masa. Los aceros inoxidables, también conocidos como aceros inox o inox de francés inoxidables (inoxidables), son aleaciones de acero muy conocidas por su resistencia a la corrosión, que aumenta al aumentar el contenido de cromo. La resistencia a la corrosión también se puede mejorar mediante la adición de níquel y molibdeno. La resistencia de estas aleaciones metálicas a los efectos químicos de los agentes corrosivos se basa en la pasivación. Para que se produzca la pasivación y se mantenga estable, la aleación Fe-Cr debe tener un contenido mínimo de cromo de aproximadamente el 10,5% en peso, por encima del cual puede ocurrir la pasividad y por debajo del cual es imposible. El cromo se puede utilizar como elemento de endurecimiento y se utiliza con frecuencia con un elemento de endurecimiento como el níquel para producir propiedades mecánicas superiores.
PH acero inoxidable
Los aceros inoxidables PH (endurecimiento por precipitación) contienen alrededor de un 17% de cromo y un 4% de níquel. Estos aceros pueden desarrollar una resistencia muy alta mediante la adición de aluminio, titanio, niobio, vanadio y / o nitrógeno, que forman precipitados intermetálicos coherentes durante un proceso de tratamiento térmico denominado envejecimiento por calor. A medida que los precipitados coherentes se forman en toda la microestructura, tensan la red cristalina e impiden el movimiento de dislocaciones o defectos en la red cristalina. Dado que las dislocaciones son a menudo los portadores dominantes de plasticidad, esto sirve para endurecer el material. Los aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación tienen alta tenacidad, resistencia y resistencia a la corrosión. Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación se han utilizado cada vez más para una variedad de aplicaciones en la construcción marina, aviones y turbinas de gas, industrias químicas y plantas de energía nuclear.
17-4PH Acero inoxidable
Por ejemplo, el acero inoxidable 17-4 PH endurecido por precipitación (AISI 630) tiene una microestructura inicial de austenita o martensita. Los grados austeníticos se convierten en grados martensíticos mediante tratamiento térmico (por ejemplo, tratamiento térmico a través de aproximadamente 1040°C seguido de enfriamiento) antes de que se pueda realizar el endurecimiento por precipitación. El tratamiento de envejecimiento posterior a aproximadamente 475 ° C precipita fases ricas en Nb y Cu que aumentan la resistencia hasta por encima de 1000 MPa límite elástico. En todos los tratamientos térmicos realizados la microestructura predominante es la martensita de listones. Sin embargo, a diferencia de las aleaciones austeníticas, el tratamiento térmico fortalece los aceros PH a niveles más altos que las aleaciones martensíticas. Los aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación están designados por la serie AISI 600. De todos los grados de acero inoxidable disponibles, generalmente ofrecen la mejor combinación de alta resistencia junto con excelente tenacidad y resistencia a la corrosión. Son tan resistentes a la corrosión como los austeníticos. Los usos comunes se encuentran en la industria aeroespacial y en algunas otras industrias de alta tecnología.
Resumen
Nombre
PH acero inoxidable
Fase en STP
N / A
Densidad
7750 kg/m3
Resistencia a la tracción
1000 MPa
Límite de elasticidad
850 MPa
Módulo de Young
200 GPa
Dureza Brinell
400 BHN
Punto de fusion
1450°C
Conductividad térmica
18 W/mK
Capacidad calorífica
460 J/gK
Precio
9 $/kg
En la industria nuclear, el acero 17-4PH puede usarse en barras de control. Las barras de control generalmente constituyen conjuntos de barras de control de grupo (PWR) y se insertan en dedales guía dentro de un conjunto de combustible nuclear. El material absorbente (p. Ej. Gránulos de carburo de boro) está protegido por un revestimiento generalmente de acero inoxidable. El elemento de control tiene algunos componentes que necesitan tener una alta resistencia a los impactos cuando la función de seguridad está activada, por lo que el material de este componente debe tener una alta resistencia mecánica y tenacidad. Uno de los materiales en los que se puede especificar para esta aplicación es el acero inoxidable PH 17-4PH (UNS 17400).
73%
17%
4%
Propiedades del acero inoxidable PH
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Propiedades mecánicas del acero inoxidable PH
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia del acero inoxidable PH
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
La máxima resistencia a la tracción de los aceros endurecidos por precipitación: el acero inoxidable 17-4PH depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1000 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra,ntemperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
Límite elástico de los aceros endurecidos por precipitación: el acero inoxidable 17-4PH depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 850 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young de los aceros endurecidos por precipitación: el acero inoxidable 17-4PH es de 200 GPa.
El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza del acero inoxidable PH
La dureza Brinell de los aceros endurecidos por precipitación: el acero inoxidable 17-4PH es de aproximadamente 353 MPa.
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie (deformación plástica localizada) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico durobajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar. La prueba típica utiliza una bola de acero endurecido de 10 mm (0,39 pulg.) De diámetro como penetrador con una fuerza de 3000 kgf (29,42 kN; 6,614 lbf). La carga se mantiene constante durante un tiempo determinado (entre 10 y 30 s). Para materiales más blandos, se usa una fuerza menor; para materiales más duros, una bola de carburo de tungsteno se sustituye por la bola de acero.
La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante el número de dureza Brinell – HB. El número de dureza Brinell está designado por las normas de prueba más comúnmente utilizadas (ASTM E10-14 [2] e ISO 6506-1: 2005) como HBW (H de dureza, B de Brinell y W del material del penetrador, tungsteno (wolfram) carburo). En las normas anteriores se utilizaba HB o HBS para referirse a las medidas realizadas con penetradores de acero.
El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:
Existe una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell, Knoop, Vickers y Rockwell). Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de prueba donde la correlación es aplicable. En todas las escalas, un número de dureza alto representa un metal duro.
Propiedades térmicas del acero inoxidable PH
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
Punto de fusión de los aceros endurecidos por precipitación: el acero inoxidable 17-4PH es de alrededor de 1450°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica del acero inoxidable PH
La conductividad térmica de los aceros endurecidos por precipitación – acero inoxidable 17-4PH es 18 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Acero inoxidable
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Las superaleaciones, o aleaciones de alto rendimiento, son aleaciones no ferrosas que exhiben una resistencia y estabilidad de superficie excepcionales a altas temperaturas.
Las superaleaciones, o aleaciones de alto rendimiento, son aleaciones no ferrosas que exhiben una resistencia y estabilidad de superficie sobresalientes a altas temperaturas. Su capacidad para operar de manera segura a una alta fracción de su punto de fusión (hasta el 85% de sus puntos de fusión (Tm) expresados en grados Kelvin, 0,85) son sus características clave. Las superaleaciones se utilizan generalmente a temperaturas superiores a 540°C (1000°F), ya que a estas temperaturas el acero común y las aleaciones de titanio están perdiendo sus resistencias, también la corrosión es común en los aceros a esta temperatura. A altas temperaturas, las superaleaciones conservan la resistencia mecánica, la resistencia a la fluencia térmica deformación, estabilidad superficial y resistencia a la corrosión u oxidación. Algunas superaleaciones a base de níquel pueden soportar temperaturas superiores a 1200°C, dependiendo de la composición de la aleación. Las superaleaciones a menudo se moldean como un solo cristal, mientras que los límites de grano pueden proporcionar fuerza, disminuyen la resistencia a la fluencia.
Inicialmente se desarrollaron para su uso en turbocompresores de motores de pistón de aviones. Hoy en día, la aplicación más común es en componentes de turbinas de aviones, que deben resistir la exposición a ambientes severamente oxidantes y altas temperaturas durante períodos de tiempo razonables. Las aplicaciones actuales incluyen:
Turbinas de gas para aeronaves
Centrales eléctricas de turbinas de vapor
Aplicaciones médicas
Vehículos espaciales y motores de cohetes
Equipo de tratamiento térmico
Plantas de energía nuclear
El níquel es el elemento base de las superaleaciones, que son un grupo de aleaciones de níquel, hierro-níquel y cobalto que se utilizan en los motores a reacción. Estos metales tienen una excelente resistencia a la deformación por fluencia térmica y conservan su rigidez, resistencia, tenacidad y estabilidad dimensional a temperaturas mucho más altas que los otros materiales estructurales aeroespaciales.
Tipos de superaleaciones
Hay tres categorías principales que se denominan en conjunto superaleaciones como se menciona a continuación. Poseen un alto nivel de insensibilidad o estabilidad a la temperatura y se utilizan ampliamente como materiales de base para aplicaciones de alta temperatura.
Superaleaciones a base de níquel. Las superaleaciones a base de níquel constituyen actualmente más del 50% del peso de los motores de aviones avanzados. Las superaleaciones a base de níquel incluyen aleaciones reforzadas con solución sólida y aleaciones endurecibles por envejecimiento. Las aleaciones endurecibles por envejecimiento consisten en una matriz austenítica (fcc) dispersada con precipitación coherente de un Ni 3(Al, Ti) intermetálico con estructura fcc. Las superaleaciones a base de Ni son aleaciones con níquel como elemento de aleación principal que se prefieren como material de cuchilla en las aplicaciones discutidas anteriormente, en lugar de las superaleaciones a base de Co o Fe. Lo que es significativo para las superaleaciones a base de Ni es su alta resistencia, resistencia a la fluencia y a la corrosión a altas temperaturas. Es común fundir álabes de turbina en forma solidificada direccionalmente o en forma monocristalina. Las palas monocristalinas se utilizan principalmente en la primera fila de la etapa de turbina.
Hierro: superaleaciones a base de níquel. Las superaleaciones a base de Fe han mostrado una resistencia a la oxidación y a la fluencia similar a la de las superaleaciones a base de Ni, aunque su producción es mucho menos costosa. La clase más importante de este grupo son las aleaciones que se refuerzan mediante la precipitación de un compuesto intermetálico en una matriz de FCC.
Superaleaciones a base de cobalto. Esta clase de aleaciones es relativamente nueva. En 2006, Sato et al. descubrió una nueva fase en el sistema Co–Al–W. A diferencia de otras superaleaciones, las aleaciones a base de cobalto se caracterizan por una matriz austenítica reforzada con solución sólida (fcc) en la que se distribuye una pequeña cantidad de carburo. Aunque no se utilizan comercialmente en la medida de las superaleaciones a base de Ni, los elementos de aleación que se encuentran en las aleaciones a base de Co para la investigación son C, Cr, W, Ni, Ti, Al, Ir y Ta. Poseen mejor soldabilidad y resistencia a la fatiga térmica en comparación con la aleación a base de níquel. Además, tienen una excelente resistencia a la corrosión a altas temperaturas (980-1100°C) debido a su mayor contenido de cromo.
Estas aleaciones se utilizan generalmente a temperaturas superiores a 450°C, ya que a estas temperaturas el acero ordinario y las aleaciones de titanio están perdiendo sus resistencias, además la corrosión es común en los aceros a esta temperatura.
Fluencia térmica
La fluencia, también conocida como flujo frío, es la deformación permanente que aumenta con el tiempo bajo carga o tensión constante. Es el resultado de una exposición prolongada a una gran tensión mecánica externa con un límite de fluencia y es más severo en materiales que se someten a calor durante mucho tiempo. La tasa de deformación es función de las propiedades del material, el tiempo de exposición, lathermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»> temperatura de exposicióny la carga estructural aplicada. La fluencia es un fenómeno muy importante si utilizamos materiales a alta temperatura. La fluencia es muy importante en la industria de la energía y es de la mayor importancia en el diseño de motores a reacción. Para muchas situaciones de fluencia de vida relativamente corta (p. Ej., Álabes de turbinaen aviones militares), el tiempo de ruptura es la consideración de diseño dominante. Por supuesto, para su determinación, las pruebas de fluencia deben realizarse hasta el punto de falla; estos se denominan pruebas de rotura por fluencia.
La resistencia a la fluencia de los materiales puede verse influenciada por muchos factores, como la difusividad, el precipitado y el tamaño de grano. En general, existen tres formas generales de prevenir el deslizamiento en el metal. Una forma es utilizar metales con un punto de fusión más alto, la segunda forma es utilizar materiales con mayor tamaño de grano y la tercera forma es utilizar aleaciones. Los metales cúbicos centrados en el cuerpo (BCC) son menos resistentes a la fluencia en altas temperaturas. Por lo tanto, las superaleaciones (típicamente aleaciones austeníticas cúbicas centradas en las caras) basadas en Co, Ni y Fe pueden diseñarse para ser altamente resistentes a la fluencia y, por lo tanto, han surgido como un material ideal en entornos de alta temperatura.
Inconel 718 – Superaleación a base de níquel
En general, Inconel es una marca registrada de Special Metals para una familia de superaleaciones austeníticas a base de níquel-cromo. Inconel 718 es una superaleación a base de níquel que posee propiedades de alta resistencia y resistencia a temperaturas elevadas. También demuestra una protección notable contra la corrosión y la oxidación. La resistencia a altas temperaturas de Inconel se desarrolla mediante el fortalecimiento de la solución sólida o el endurecimiento por precipitación, según la aleación. Inconel 718 está compuesto de 55% de níquel, 21% de cromo, 6% de hierro y pequeñas cantidades de manganeso, carbono y cobre.
Los usos comunes de las superaleaciones se encuentran en la industria aeroespacial y en algunas otras industrias de alta tecnología. Con la combinación de resistencia a la corrosión y resistencia del material frente al calor extremo, este tipo de superaleación funciona bien en la industria nuclear. Algunas plantas nucleares utilizan superaleaciones a base de níquel para el núcleo del reactor, la varilla de control y partes similares. En la industria nuclear, se utilizan especialmente superaleaciones bajas en cobalto (debido a la posible activación del cobalto-59). Algunas de las partes estructurales de los conjuntos de combustible nuclear, como la tobera superior e inferior, pueden producirse a partir de superaleaciones como Inconel. Las rejillas espaciadoras generalmente están hechas de un material resistente a la corrosión con una sección transversal de baja absorción para los neutrones térmicos, generalmente una aleación de circonio (~0,18×10-24 cm2). La primera y última rejilla espaciadora también pueden estar hechas de Inconel con bajo contenido de cobalto, que es una superaleación muy adecuada para el servicio en entornos extremos sujetos a presión y calor.
Corrosión bajo tensión
Uno de los problemas metalúrgicos más graves y una de las principales preocupaciones en la industria nuclear es el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC). El agrietamiento por corrosión por tensión resulta de la acción combinada de una tensión de tracción aplicada y un entorno corrosivo, ambas influencias son necesarias. El SCC es un tipo de corrosión por ataque intergranular que se produce en los límites del grano bajo tensión de tracción. Los aceros de baja aleación son menos susceptibles que los aceros de alta aleación, pero están sujetos a SCC en agua que contiene iones de cloruro. Sin embargo, las aleaciones a base de níquel no se ven afectadas por los iones cloruro o hidróxido. Un ejemplo de una aleación a base de níquel que es resistente al agrietamiento por corrosión bajo tensión es Inconel.
Propiedades de la superaleación – Inconel 718
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Propiedades mecánicas de la superaleación – Inconel 718
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia de la superaleación – Inconel 718
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
Resistencia máxima a la tracción de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1200 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
Límite elástico de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1030 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
Módulo de Young de la superaleación: Inconel 718 es 200 GPa.
El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza de la superaleación – Inconel 718
La dureza Brinell de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 330 MPa.
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie (deformación plástica localizada) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico durobajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar. La prueba típica utiliza una bola de acero endurecido de 10 mm (0,39 pulg.) De diámetro como penetrador con una fuerza de 3000 kgf (29,42 kN; 6,614 lbf). La carga se mantiene constante durante un tiempo determinado (entre 10 y 30 s). Para materiales más blandos, se usa una fuerza menor; para materiales más duros, una bola de carburo de tungsteno se sustituye por la bola de acero.
La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante el número de dureza Brinell – HB. El número de dureza Brinell está designado por las normas de prueba más comúnmente utilizadas (ASTM E10-14 [2] e ISO 6506-1: 2005) como HBW (H de dureza, B de Brinell y W del material del penetrador, tungsteno ( wolfram) carburo). En las normas anteriores se utilizaba HB o HBS para referirse a las medidas realizadas con penetradores de acero.
El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:
Existe una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell, Knoop, Vickers y Rockwell). Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de prueba donde la correlación es aplicable. En todas las escalas, un número de dureza alto representa un metal duro.
Propiedades térmicas de la superaleación – Inconel 718
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
Punto de fusión de la superaleación: el acero Inconel 718 es de alrededor de 1400°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica de la superaleación – Inconel 718
La conductividad térmica de la superaleación – Inconel 718 es 6,5 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
Costos de las superaleaciones – Precio
Es difícil conocer el costo exacto de los diferentes materiales porque depende en gran medida de muchas variables como:
el tipo de producto que le gustaría comprar
la cantidad del producto
el tipo exacto de material
Los precios de las materias primas cambian a diario. Están impulsados principalmente por la oferta, la demanda y los precios de la energía.
Sin embargo, como regla general, los aceros inoxidables cuestan entre cuatro y cinco veces más que el acero al carbono en costos de materiales. Acero al carbono es de aproximadamente 500 $/tonelada , mientras acero inoxidable cuesta alrededor de 2000 $/tonelada. Cuantos más elementos de aleación contenga el acero, más caro es. Con base en esa regla, es lógico suponer que el acero inoxidable austenítico 316L y el acero inoxidable martensítico 13% Cr costarán menos que los aceros inoxidables dúplex con 22% Cr y 25% Cr. Los aceros a base de níquel probablemente costarían al menos alrededor del precio de los aceros inoxidables dúplex. Obviamente, existen numerosos tipos de aceros de bajo a alto contenido de carbono y una amplia gama de evaluaciones de aceros inoxidables que cambian enormemente en costo. Por ejemplo, Inconel 600 (marca registrada de Special Metals), que pertenece a una familia de superaleaciones austeníticas a base de níquel-cromo, cuesta alrededor de 40000 $/tonelada.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
Ver arriba:
Aleaciones
Esperamos que este artículo, superaleaciones , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
Inconel 718 es una superaleación a base de níquel que posee propiedades de alta resistencia y resistencia a temperaturas elevadas. También demuestra una protección notable contra la corrosión y la oxidación.
Las superaleaciones, o aleaciones de alto rendimiento, son aleaciones no ferrosas que exhiben una resistencia y estabilidad de superficie sobresalientes a altas temperaturas. Su capacidad para operar de manera segura a una alta fracción de su punto de fusión (hasta el 85% de sus puntos de fusión (Tm) expresados en grados Kelvin, 0,85) son sus características clave. Las superaleaciones se utilizan generalmente a temperaturas superiores a 540°C (1000°F), ya que a estas temperaturas el acero común y las aleaciones de titanio están perdiendo sus resistencias, también la corrosión es común en los aceros a esta temperatura. A altas temperaturas, las superaleaciones conservan la resistencia mecánica, la resistencia a la fluencia térmica deformación, estabilidad superficial y resistencia a la corrosión u oxidación. Algunas superaleaciones a base de níquel pueden soportar temperaturas superiores a 1200°C, dependiendo de la composición de la aleación. Las superaleaciones a menudo se moldean como un solo cristal, mientras que los límites de grano pueden proporcionar fuerza, disminuyen la resistencia a la fluencia.
Resumen
Nombre
Inconel
Fase en STP
N / A
Densidad
8200 kg/m3
Resistencia a la tracción
1200 MPa
Límite de elasticidad
1030 MPa
Módulo de Young
200 GPa
Dureza Brinell
330 BHN
Punto de fusion
1400°C
Conductividad térmica
6,5 W/mK
Capacidad calorífica
460 J/gK
Precio
40 $/kg
Inicialmente se desarrollaron para su uso en turbocompresores de motores de pistón de aviones. Hoy en día, la aplicación más común es en componentes de turbinas de aviones, que deben resistir la exposición a ambientes severamente oxidantes y altas temperaturas durante períodos de tiempo razonables. Las aplicaciones actuales incluyen:
Turbinas de gas para aeronaves
Centrales eléctricas de turbinas de vapor
Aplicaciones médicas
Vehículos espaciales y motores de cohetes
Equipo de tratamiento térmico
Plantas de energía nuclear
El níquel es el elemento base de las superaleaciones, que son un grupo de aleaciones de níquel, hierro-níquel y cobalto que se utilizan en los motores a reacción. Estos metales tienen una excelente resistencia a la deformación por fluencia térmica y conservan su rigidez, resistencia, tenacidad y estabilidad dimensional a temperaturas mucho más altas que los otros materiales estructurales aeroespaciales.
55%
21%
14%
Superaleaciones a base de níquel
Las superaleaciones a base de níquel constituyen actualmente más del 50% del peso de los motores de aviones avanzados. Las superaleaciones a base de níquel incluyen aleaciones reforzadas con solución sólida y aleaciones endurecibles por envejecimiento. Las aleaciones endurecibles por envejecimiento consisten en una matriz austenítica (fcc) dispersa con precipitación coherente de un Ni3 (Al, Ti) intermetálico con estructura fcc. Las superaleaciones a base de Ni son aleaciones con níquel como elemento de aleación principal que se prefieren como material de cuchilla en las aplicaciones discutidas anteriormente, en lugar de las superaleaciones a base de Co o Fe. Lo importante de las superaleaciones a base de Ni es su alta resistencia, resistencia a la fluencia y a la corrosión a altas temperaturas. Es común fundir álabes de turbina en forma solidificada direccionalmente o en forma monocristalina. Las palas monocristalinas se utilizan principalmente en la primera fila de la etapa de turbina.
Inconel 718
En general, Inconel es una marca registrada de Special Metals para una familia de superaleaciones austeníticas a base de níquel-cromo. Inconel 718 es una superaleación a base de níquel que posee propiedades de alta resistencia y resistencia a temperaturas elevadas. También demuestra una protección notable contra la corrosión y la oxidación. La resistencia a altas temperaturas de Inconel se desarrolla mediante el fortalecimiento de la solución sólida o el endurecimiento por precipitación, según la aleación. Inconel 718 está compuesto de 55% de níquel, 21% de cromo, 6% de hierro y pequeñas cantidades de manganeso, carbono y cobre.
Los usos comunes de las superaleaciones se encuentran en la industria aeroespacial y en algunas otras industrias de alta tecnología. Con la combinación de resistencia a la corrosión y resistencia del material frente al calor extremo, este tipo de superaleación funciona bien en la industria nuclear. Algunas plantas nucleares utilizan superaleaciones a base de níquel para el núcleo del reactor, la varilla de control y partes similares. En la industria nuclear, se utilizan especialmente superaleaciones bajas en cobalto (debido a la posible activación del cobalto-59). Algunas de las partes estructurales de los conjuntos de combustible nuclear, como la tobera superior e inferior, pueden producirse a partir de superaleaciones como Inconel. Las rejillas espaciadoras generalmente están hechas de un material resistente a la corrosión con una sección transversal de baja absorción para los neutrones térmicos, generalmente una aleación de circonio (~0,18×10-24 cm2). La primera y última rejilla espaciadora también pueden estar hechas de Inconel con bajo contenido de cobalto, que es una superaleación muy adecuada para el servicio en entornos extremos sujetos a presión y calor.
Fluencia térmica
La fluencia, también conocida como flujo frío, es la deformación permanente que aumenta con el tiempo bajo carga o tensión constante. Es el resultado de una exposición prolongada a una gran tensión mecánica externa con un límite de fluencia y es más severo en materiales que se someten a calor durante mucho tiempo. La tasa de deformación es función de las propiedades del material, el tiempo de exposición, lathermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»> temperatura de exposicióny la carga estructural aplicada. La fluencia es un fenómeno muy importante si utilizamos materiales a alta temperatura. La fluencia es muy importante en la industria de la energía y es de la mayor importancia en el diseño de motores a reacción. Para muchas situaciones de fluencia de vida relativamente corta (p. Ej., Álabes de turbina en aviones militares), el tiempo de ruptura es la consideración de diseño dominante. Por supuesto, para su determinación, las pruebas de fluencia deben realizarse hasta el punto de falla; estos se denominan pruebas de rotura por fluencia.
La resistencia a la fluencia de los materiales puede verse influenciada por muchos factores, como la difusividad, el precipitado y el tamaño de grano. En general, existen tres formas generales de prevenir el deslizamiento en el metal. Una forma es utilizar metales con un punto de fusión más alto, la segunda forma es utilizar materiales con mayor tamaño de grano y la tercera forma es utilizar aleaciones. Los metales cúbicos centrados en el cuerpo (BCC) son menos resistentes a la fluencia en altas temperaturas. Por lo tanto, las superaleaciones (típicamente aleaciones austeníticas cúbicas centradas en las caras) basadas en Co, Ni y Fe pueden diseñarse para ser altamente resistentes a la fluencia y, por lo tanto, han surgido como un material ideal en entornos de alta temperatura.
Corrosión bajo tensión
Uno de los problemas metalúrgicos más graves y una de las principales preocupaciones en la industria nuclear es el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC). El agrietamiento por corrosión por tensión resulta de la acción combinada de una tensión de tracción aplicada y un entorno corrosivo, ambas influencias son necesarias. El SCC es un tipo de corrosión por ataque intergranular que se produce en los límites del grano bajo tensión de tracción. Los aceros de baja aleación son menos susceptibles que los aceros de alta aleación, pero están sujetos a SCC en agua que contiene iones de cloruro. Sin embargo, las aleaciones a base de níquel no se ven afectadas por los iones cloruro o hidróxido. Un ejemplo de una aleación a base de níquel que es resistente al agrietamiento por corrosión bajo tensión es Inconel.
Propiedades de la superaleación – Inconel 718
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Propiedades mecánicas de la superaleación – Inconel 718
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia de la superaleación – Inconel 718
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
Resistencia máxima a la tracción de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1200 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
Límite elástico de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1030 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
Módulo de Young de la superaleación: Inconel 718 es 200 GPa.
El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza de la superaleación – Inconel 718
La dureza Brinell de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 330 MPa.
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie (deformación plástica localizada) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico durobajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar. La prueba típica utiliza una bola de acero endurecido de 10 mm (0,39 pulg.) De diámetro como penetrador con una fuerza de 3000 kgf (29,42 kN; 6,614 lbf). La carga se mantiene constante durante un tiempo determinado (entre 10 y 30 s). Para materiales más blandos, se usa una fuerza menor; para materiales más duros, una bola de carburo de tungsteno se sustituye por la bola de acero.
La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante el número de dureza Brinell – HB. El número de dureza Brinell está designado por las normas de prueba más comúnmente utilizadas (ASTM E10-14 [2] e ISO 6506-1: 2005) como HBW (H de dureza, B de Brinell y W del material del penetrador, tungsteno ( wolfram) carburo). En las normas anteriores se utilizaba HB o HBS para referirse a las medidas realizadas con penetradores de acero.
El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:
Existe una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell, Knoop , Vickers y Rockwell). Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de prueba donde la correlación es aplicable. En todas las escalas, un número de dureza alto representa un metal duro.
Propiedades térmicas de la superaleación – Inconel 718
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
Punto de fusión de la superaleación: el acero Inconel 718 es de alrededor de 1400°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica de la superaleación – Inconel 718
La conductividad térmica de la superaleación – Inconel 718 es 6,5 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción . Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Superalloys
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El acero para herramientas se refiere a una variedad de aceros al carbono y aleados que son particularmente adecuados para convertirse en herramientas (punzones, matrices, moldes, herramientas para cortar, cortar, formar, estirar, dirigir y cortar herramientas).
El acero para herramientas se refiere a una variedad de aceros al carbono y aleados que son particularmente adecuados para convertirse en herramientas.
El acero para herramientas se refiere a una variedad de aceros al carbono y aleados que son particularmente adecuados para convertirse en herramientas (punzones, matrices, moldes, herramientas para cortar, cortar, moldear, estirar, dirigir y cortar herramientas). Su idoneidad proviene de su distintiva dureza, resistencia a la abrasión y deformación, y su capacidad para sostener un filo a temperaturas elevadas. Con un contenido de carbono entre 0,5% y 1,5%, los aceros para herramientas se fabrican en condiciones cuidadosamente controladas para producir la calidad requerida. La presencia de carburos en su matriz juega un papel dominante en las cualidades del acero para herramientas.
Generalmente se agrupan en dos clases:
Aceros al carbono simples que contienen un alto porcentaje de carbono, aproximadamente 0,80-1,50%
Aceros para herramientas de aleación, en los que se agregan otros elementos (cromo, molibdeno, vanadio, tungsteno y cobalto) para proporcionar mayor resistencia, tenacidad, corrosión y resistencia al calor del acero.
Uno de los subgrupos de aceros para herramientas son los aceros de alta velocidad (HSS), que fueron nombrados principalmente por su capacidad para mecanizar y cortar materiales a altas velocidades (alta dureza en caliente). Se utiliza a menudo en hojas de sierras eléctricas y brocas. Este grupo de aceros para herramientas se describe en un artículo separado.
Agentes de aleación en aceros de aleación para herramientas
Acero de alta velocidad – M8
El hierro puro es demasiado blando para ser utilizado con fines de estructura, pero la adición de pequeñas cantidades de otros elementos (carbono, manganeso o silicio, por ejemplo) aumenta en gran medida su resistencia mecánica. El efecto sinérgico de los elementos de aleación y el tratamiento térmico produce una enorme variedad de microestructuras y propiedades. Los cuatro elementos de aleación principales que forman carburos en el acero para herramientas y matrices son: tungsteno, cromo, vanadio y molibdeno. Estos elementos de aleación se combinan con el carbono para formar compuestos de carburo muy duros y resistentes al desgaste.
Tungsteno. Produce carburos estables y refina el tamaño de grano para aumentar la dureza, particularmente a altas temperaturas. El tungsteno se utiliza ampliamente en aceros para herramientas de alta velocidad y se ha propuesto como sustituto del molibdeno en aceros ferríticos de activación reducida para aplicaciones nucleares.
Cromo. El cromo aumenta la dureza, la fuerza y la resistencia a la corrosión. El efecto de fortalecimiento de la formación de carburos metálicos estables en los límites de los granos y el fuerte aumento de la resistencia a la corrosión hicieron del cromo un importante material de aleación para el acero. En términos generales, la concentración especificada para la mayoría de los grados es aproximadamente del 4%. Este nivel parece resultar en el mejor equilibrio entre dureza y tenacidad. El cromo juega un papel importante en el mecanismo de endurecimiento y se considera insustituible. A temperaturas más altas, el cromo contribuye a una mayor resistencia. Normalmente se utiliza para aplicaciones de esta naturaleza junto con el molibdeno.
Molibdeno. El molibdeno (aproximadamente 0,50-8,00%) cuando se agrega a un acero para herramientas lo hace más resistente a las altas temperaturas. El molibdeno aumenta la templabilidad y la resistencia, particularmente a altas temperaturas debido al alto punto de fusión del molibdeno. El molibdeno es único en la medida en que aumenta la resistencia a la tracción y a la fluencia a alta temperatura del acero. Retrasa la transformación de austenita en perlita mucho más que la transformación de austenita en bainita; por tanto, la bainita se puede producir mediante el enfriamiento continuo de aceros que contienen molibdeno.
Vanadio. El vanadio generalmente se agrega al acero para inhibir el crecimiento de granos durante el tratamiento térmico. Al controlar el crecimiento del grano, mejora tanto la resistencia como la tenacidad de los aceros templados y revenido. El tamaño del grano determina las propiedades del metal. Por ejemplo, un tamaño de grano más pequeño aumenta la resistencia a la tracción y tiende a aumentar la ductilidad. Se prefiere un tamaño de grano más grande para mejorar las propiedades de fluencia a alta temperatura.
Ejemplo de acero para herramientas: acero A2
El acero para herramientas A2 es un acero endurecido al aire para trabajo en frío de aceros del grupo A que contienen molibdeno y cromo. El acero A2 contiene un 5% de acero al cromo que proporciona una alta dureza después del tratamiento térmico con una buena estabilidad dimensional. El contenido de carbono en los aceros para herramientas A2 es alto. A2 ofrece una buena tenacidad con una resistencia media al desgaste y es relativamente fácil de mecanizar. El acero para herramientas A2 se puede utilizar en muchas aplicaciones que requieren una buena resistencia al desgaste y una buena tenacidad.
Resumen
Nombre
Herramienta de acero
Fase en STP
N / A
Densidad
7810 kg/m3
Resistencia a la tracción
1860 MPa
Límite de elasticidad
1400 MPa
Módulo de Young
200 GPa
Dureza Brinell
630 BHN
Punto de fusion
1420°C
Conductividad térmica
26 W/mK
Capacidad calorífica
465 J/gK
Precio
2 $/kg
Aplicaciones típicas del acero A2:
Formando muere
Cortadoras
Medidores
Cuchillas de cizalla
Herramientas de obturación
Punzón muere
91%
1%
5%
Propiedades del acero para herramientas – Acero A2
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Propiedades mecánicas del acero para herramientas – Acero A2
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia del acero para herramientas – Acero A2
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
Resistencia máxima a la tracción del acero para herramientas: el acero A2 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1860 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
Límite elástico del acero para herramientas: el acero A2 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1400 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young del acero para herramientas: el acero A2 es de 200 GPa.
El módulo de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza del acero para herramientas – Acero A2
Dureza Rockwell del acero para herramientas: el acero A2 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 60 HRC.
La prueba de dureza Rockwell es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.
La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.
Propiedades térmicas del acero para herramientas – Acero A2
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
Punto de fusión del acero para herramientas: acero A2
El punto de fusión del acero para herramientas: el acero A2 es de alrededor de 1420°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica del acero para herramientas – Acero A2
La conductividad térmica del acero para herramientas – acero A2 es de 26 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con las conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
Ver arriba:
Acero
Esperamos que este artículo, Tool Steel , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
La aleación 6061 es una de las aleaciones más utilizadas en la serie 6000. Tiene buenas propiedades mecánicas, es fácil de mecanizar, es soldable y puede endurecerse por precipitación. Aleación de aluminio – Aleación 6061
Las aleaciones de aluminio se basan en aluminio, en el que los principales elementos de aleación son Cu, Mn, Si, Mg, Mg + Si, Zn. Las composiciones de aleación de aluminio están registradas en The Aluminum Association. Las aleaciones de aluminio se dividen en 9 familias (Al1xxx a Al9xxx). Las diferentes familias de aleaciones y los principales elementos de aleación son:
1xxx: sin elementos de aleación
2xxx: cobre
3xxx: manganeso
4xxx: silicio
5xxx: magnesio
6xxx: magnesio y silicio
7xxx: zinc, magnesio y cobre
8xxx: otros elementos que no están cubiertos por otras series
También hay dos clasificaciones principales, a saber, aleaciones de fundición y aleaciones forjadas, las cuales se subdividen en las categorías tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones de aluminio que contienen elementos de aleación con una solubilidad sólida limitada a temperatura ambiente y con una fuerte dependencia de la solubilidad del sólido con la temperatura (por ejemplo, Cu) pueden reforzarse mediante un tratamiento térmico adecuado (endurecimiento por precipitación). La resistencia de las aleaciones comerciales de Al tratadas térmicamente supera los 550 MPa.
Ejemplo: aleaciones de aluminio: aleación 6061
En general, las aleaciones de aluminio de la serie 6000 se alean con magnesio y silicio. La aleación 6061 es una de las aleaciones más utilizadas en la serie 6000. Tiene buenas propiedades mecánicas, es fácil de mecanizar, es soldable y puede endurecerse por precipitación, pero no a las altas resistencias que pueden alcanzar los 2000 y 7000. Tiene muy buena resistencia a la corrosión y muy buena soldabilidad aunque reducida resistencia en la zona de soldadura. Las propiedades mecánicas del 6061 dependen en gran medida del temple o tratamiento térmico del material. En comparación con la aleación 2024, la 6061 se trabaja más fácilmente y permanece resistente a la corrosión incluso cuando la superficie está desgastada.
Esta aleación estructural estándar, una de las aleaciones tratables térmicamente más versátiles, es popular para requisitos de resistencia media a alta y tiene buenas características de tenacidad. Las aplicaciones van desde componentes de aviones (estructuras de aviones, como alas y fuselajes) hasta piezas de automóviles como el chasis del Audi A8. 6061-T6 se usa ampliamente para cuadros y componentes de bicicletas.
Resumen
Nombre
Aleación 6061
Fase en STP
N / A
Densidad
2700 kg/m3
Resistencia a la tracción
290 MPa
Límite de elasticidad
240 MPa
Módulo de Young
69 GPa
Dureza Brinell
105 BHN
Punto de fusion
600°C
Conductividad térmica
150 W/mK
Capacidad calorífica
896 J/gK
Precio
6 $/kg
97,7%
1%
0,6%
Resistencia de la aleación de aluminio – 6061
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
La resistencia máxima a la tracción de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de aproximadamente 290 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
El límite elástico de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de unos 240 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young de la aleación de aluminio 6061 es de aproximadamente 69 GPa.
El módulo de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza de la aleación de aluminio – 6061
La dureza Brinell de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de aproximadamente 95 MPa.
La prueba de dureza Rockwell es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.
La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.
Propiedades térmicas de la aleación de aluminio – 6061
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura
y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
El punto de fusión de la aleación de aluminio 6061 es de alrededor de 600°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica de la aleación de aluminio – 6061
La conductividad térmica de la aleación de aluminio 6061 es de 150 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con las conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Aleaciones de aluminio
Esperamos que este artículo, Aleación de aluminio – Aleación 6061 , lo ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
Las aleaciones de aluminio se basan en aluminio, en el que los principales elementos de aleación son Cu, Mn, Si, Mg, Mg + Si, Zn. El aluminio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, automotrices, arquitectónicas, litográficas, de embalaje, eléctricas y electrónicas.
El aluminio de alta pureza es un material blando con una resistencia máxima de aproximadamente 10 MPa, lo que limita su facilidad de uso en aplicaciones industriales. El aluminio de pureza comercial (99-99,6%) se vuelve más duro y resistente debido a la presencia de impurezas, especialmente de Si y Fe. Pero cuando se alean, las aleaciones de aluminio son tratables térmicamente, lo que cambia significativamente sus propiedades mecánicas.
Las aleaciones de aluminio se basan en aluminio, en el que los principales elementos de aleación son Cu, Mn, Si, Mg, Mg + Si, Zn. Las composiciones de aleación de aluminio están registradas en The Aluminum Association. Las aleaciones de aluminio se dividen en 9 familias (Al1xxx a Al9xxx). Las diferentes familias de aleaciones y los principales elementos de aleación son:
1xxx: sin elementos de aleación
2xxx: cobre
3xxx: manganeso
4xxx: silicio
5xxx: magnesio
6xxx: magnesio y silicio
7xxx: zinc, magnesio y cobre
8xxx: otros elementos que no están cubiertos por otras series
También hay dos clasificaciones principales, a saber, aleaciones de fundición y aleaciones forjadas, las cuales se subdividen en las categorías tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones de aluminio que contienen elementos de aleación con una solubilidad sólida limitada a temperatura ambiente y con una fuerte dependencia de la solubilidad del sólido con la temperatura (por ejemplo, Cu) pueden reforzarse mediante un tratamiento térmico adecuado (endurecimiento por precipitación). La resistencia de las aleaciones comerciales de Al tratadas térmicamente supera los 550 MPa.
Las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio dependen en gran medida de su composición de fases y microestructura. Se puede lograr una alta resistencia, entre otras cosas, mediante la introducción de una fracción de gran volumen de partículas finas de segunda fase distribuidas homogéneamente y mediante un refinamiento del tamaño de grano. En general, las aleaciones de aluminio se caracterizan por una densidad relativamente baja (2,7 g/cm3 en comparación con 7,9 g/cm3 para acero), alta conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión en algunos entornos comunes, incluida la atmósfera ambiental. La principal limitación del aluminio es su baja temperatura de fusión (660°C), que restringe la temperatura máxima a la que se puede utilizar. Para la producción general, las aleaciones de las series 5000 y 6000 proporcionan una resistencia adecuada combinada con una buena resistencia a la corrosión, alta tenacidad y facilidad de soldadura.
El aluminio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, automotrices, arquitectónicas, litográficas, de embalaje, eléctricas y electrónicas. Es el principal material de construcción para la industria aeronáutica a lo largo de la mayor parte de su historia. Aproximadamente el 70% de las estructuras de las aeronaves civiles comerciales están hechas de aleaciones de aluminio, y sin el aluminio la aviación civil no sería económicamente viable. La industria automotriz ahora incluye el aluminio como piezas de fundición de motores, ruedas, radiadores y, cada vez más, como partes de la carrocería. El aluminio 6111 y la aleación de aluminio 2008 se utilizan ampliamente para paneles externos de carrocería de automóviles. Los bloques de cilindros y los cárteres suelen estar hechos de aleaciones de aluminio.
Fortalecimiento de los mecanismos de las aleaciones de aluminio
La resistencia de las aleaciones de aluminio se puede modificar mediante varias combinaciones de trabajo en frío, aleación y tratamiento térmico. Por ejemplo, una microestructura con granos más finos generalmente da como resultado una resistencia más alta y una tenacidad superior en comparación con la misma aleación con granos físicamente más grandes. En el caso del tamaño de grano, también puede haber una compensación entre las características de resistencia y fluencia. Se consiguen otros mecanismos de refuerzo a expensas de una menor ductilidad y tenacidad.
Endurecimiento en solución sólida (aleación). Los átomos de diferentes elementos disueltos en la fase de matriz pueden conducir a su fortalecimiento mediante el fortalecimiento de la solución sólida. El soluto puede incorporarse en la red cristalina del disolvente de forma sustitutiva, sustituyendo una partícula de disolvente en la red, o intersticialmente, encajando en el espacio entre las partículas de disolvente. Esto impone deformaciones reticulares a los átomos circundantes, lo que da como resultado un campo de deformaciones reticulares. Incluso pequeñas cantidades de soluto pueden afectar las propiedades eléctricas y físicas del solvente. El manganeso y el magnesio son ejemplos de elementos que se agregan al aluminio con el propósito de fortalecerlo. El fortalecimiento de la solución sólida ocurre en las aleaciones 3xxx y 5xxx mediante la adición de manganeso (3xxx) y magnesio (5xxx) al aluminio.
Endurecimiento por deformación (trabajo en frío). El endurecimiento por deformación también se denomina endurecimiento por trabajo o el trabajo en frío es un método de reforzamiento que se utiliza a menudo en materiales cuya resistencia no puede aumentarse mediante tratamiento térmico, por ejemplo, mediante cambios en su composición de fase. Se llama trabajo en frío porque la deformación plástica debe ocurrir a una temperatura lo suficientemente baja como para que los átomos no puedan reorganizarse. Es un proceso de hacer un metal más duro y más fuerte a través de la deformación plástica. Cuando un metal se deforma plásticamente, las dislocaciones se mueven y se generan dislocaciones adicionales. Las dislocaciones pueden moverse si los átomos de uno de los planos circundantes rompen sus enlaces y se vuelven a unir con los átomos en el borde de terminación. La densidad de la dislocación en un metal aumenta con la deformación o el trabajo en frío debido a la multiplicación de la dislocación o la formación de nuevas dislocaciones. Cuantas más dislocaciones haya dentro de un material, más interactuarán y se enredarán o enredarán. Esto dará como resultado una disminución de la movilidad de las dislocaciones y un fortalecimiento del material. El trabajo en frío implica la reducción del espesor de un material. La placa y la hoja de diferentes espesores se producen mediante laminación en frío. Los alambres y tubos de diferentes diámetros y espesores de pared se producen por trefilado. Todas las aleaciones de aluminio pueden reforzarse mediante trabajo en frío.
Precipitación (edad) Endurecimiento. El endurecimiento por precipitación, también llamado endurecimiento por envejecimiento o endurecimiento por partículas, es una técnica de tratamiento térmico basada en la formación de partículas extremadamente pequeñas y uniformemente dispersas (precipitados) de una segunda fase dentro de la matriz de fase original para mejorar la resistencia y dureza de algunas aleaciones metálicas. Las partículas de la segunda fase presentan otro tipo de obstáculos para el movimiento de dislocación. La presencia de una partícula de segunda fase representa una distorsión en la red de la matriz. Por lo tanto, los obstáculos que impiden el movimiento de dislocación son el campo de deformación alrededor de las partículas de la segunda fase o las propias partículas de la segunda fase o ambas. El endurecimiento por precipitación se utiliza para aumentar el límite elástico de los materiales maleables, incluidas la mayoría de las aleaciones estructurales de aluminio, magnesio, níquel, titanio y algunos aceros yaceros inoxidables. En las superaleaciones, se sabe que provoca anomalías en el límite elástico, lo que proporciona una excelente resistencia a altas temperaturas. En el caso de las aleaciones de aluminio, el reforzamiento por precipitación puede incrementar el límite elástico del aluminio desde aproximadamente cinco hasta aproximadamente quince veces el del aluminio sin alear. Especialmente la serie 2xxx, que está aleada con cobre, puede endurecerse por precipitación hasta obtener resistencias comparables al acero. En términos de endurecimiento por envejecimiento, las aleaciones de aluminio-cobre recocidas en solución se pueden envejecer naturalmente a temperatura ambiente durante cuatro días o más para obtener propiedades máximas como dureza y resistencia. Este proceso se conoce como envejecimiento natural. El proceso de envejecimiento también puede acelerarse a cuestión de horas después del tratamiento de la solución y templado calentando la aleación sobresaturada a una temperatura específica y manteniéndola a esa temperatura durante un tiempo específico. Este proceso se llama envejecimiento artificial.
Endurecimiento por dispersión. El endurecimiento por dispersión implica la inclusión de partículas pequeñas y duras en el metal, lo que restringe el movimiento de las dislocaciones y, por lo tanto, aumenta las propiedades de resistencia. Es, en muchos sentidos, muy similar al endurecimiento por envejecimiento. La diferencia radica en los propios precipitados: las partículas se eligen por su estabilidad térmica, es decir, su resistencia al engrosamiento o crecimiento de partículas a altas temperaturas. Las partículas dispersoides influyen en la estructura del grano. El aumento de resistencia se debe a la estructura de grano formada como resultado de la presencia de dispersoides.
Refinamiento de grano (tamaño de grano pequeño). El tamaño del grano determina las propiedades del metal. Por ejemplo, un tamaño de grano más pequeño aumenta la resistencia a la tracción y tiende a aumentar la ductilidad. Se prefiere un tamaño de grano más grande para mejorar las propiedades de fluencia a alta temperatura. La disminución del tamaño de grano también es una forma eficaz de aumentar la ductilidad. Cuando se reduce el tamaño de grano, hay más granos con un mayor número de planos de deslizamiento alineados arbitrariamente para las dislocaciones en los granos. Esto brinda más oportunidades para que se produzca algún deslizamiento en un material sometido a tensión. Por tanto, el refinamiento del grano proporciona un medio importante para mejorar no solo la resistencia, sino también la ductilidad y la tenacidad. Muchos otros mecanismos de fortalecimiento se logran a expensas de la ductilidad y la tenacidad.
Uso del reactor de aluminio
El aluminio, con su bajo costo, baja absorción de neutrones térmicos (0,24 graneros) y libre de corrosión a baja temperatura, es ideal para su uso en reactores de investigación o entrenamiento (por ejemplo, como material de revestimiento) en los rangos de operación de baja potencia y baja temperatura. Generalmente, a altas temperaturas (en agua, la corrosión limita el uso de aluminio a temperaturas cercanas a los 100°C), la resistencia relativamente baja y las malas propiedades de corrosión del aluminio lo hacen inadecuado como material estructural en reactores de potencia debido a la generación de hidrógeno.
Ejemplo – Aleaciones de aluminio – Serie 2000 – Duraluminio
Las aleaciones de aluminio de la serie 2000 están aleadas con cobre y pueden endurecerse por precipitación hasta obtener resistencias comparables al acero. Anteriormente conocidos como duraluminio, alguna vez fueron las aleaciones aeroespaciales más comunes, pero eran susceptibles de agrietarse por corrosión bajo tensión y se reemplazan cada vez más por la serie 7000 en nuevos diseños. Además del aluminio, los principales materiales del duraluminio son el cobre, el manganeso y el magnesio.
El duraluminio (también llamado duraluminio, duraluminio, duralum, dural (l) ium o dural) es una aleación de aluminio resistente y ligera descubierta en 1910 por Alfred Wilm, un metalúrgico alemán. Descubrió que después del enfriamiento, una aleación de aluminio que contenía un 4% de cobre se endurecía lentamente cuando se dejaba a temperatura ambiente durante varios días. Este proceso ahora se conoce como envejecimiento natural. También diseñó una aleación (duraluminio) adecuada para el fortalecimiento mediante este proceso en lo que ahora se conoce como endurecimiento por precipitación. Aunque no se proporcionó una explicación del fenómeno hasta 1919, el duraluminio fue una de las primeras aleaciones de «endurecimiento por envejecimiento» que se utilizó.
En términos de endurecimiento por envejecimiento, las aleaciones de aluminio-cobre recocidas en solución se pueden envejecer naturalmente a temperatura ambiente durante cuatro días o más para obtener propiedades máximas como dureza y resistencia. Este proceso se conoce como envejecimiento natural. A temperatura ambiente, la solubilidad del cobre en aluminio cae a una pequeña fracción del 1%. En este punto, el soluto de cobre está bloqueado dentro de la red de aluminio (matriz), pero debe «precipitar» fuera de la red de aluminio sobresaturado. El proceso de envejecimiento también puede acelerarse a cuestión de horas después del tratamiento de la solución y templado calentando la aleación sobresaturada a una temperatura específica y manteniéndola a esa temperatura durante un tiempo específico. Este proceso se llama envejecimiento artificial.
El duraluminio es relativamente blando, dúctil y fácilmente trabajable a temperatura normal. La aleación se puede laminar, forjar y extruir en diversas formas y productos. El peso ligero y la alta resistencia del duraluminio en comparación con el acero permitieron su aplicación en la construcción de aviones. Aunque la adición de cobre mejora la resistencia, también hace que estas aleaciones sean susceptibles a la corrosión. La conductividad eléctrica y térmica del duraluminio es menor que la del aluminio puro y mayor que la del acero.
Ejemplo: aleaciones de aluminio: aleación 6061
En general, las aleaciones de aluminio de la serie 6000 se alean con magnesio y silicio. La aleación 6061 es una de las aleaciones más utilizadas en la serie 6000. Tiene buenas propiedades mecánicas, es fácil de mecanizar, es soldable y puede endurecerse por precipitación, pero no a las altas resistencias que pueden alcanzar los 2000 y 7000. Tiene muy buena resistencia a la corrosión y muy buena soldabilidad aunque reducida resistencia en la zona de soldadura. Las propiedades mecánicas del 6061 dependen en gran medida del temple o tratamiento térmico del material. En comparación con la aleación 2024, la 6061 se trabaja más fácilmente y permanece resistente a la corrosión incluso cuando la superficie está desgastada.
Esta aleación estructural estándar, una de las aleaciones tratables térmicamente más versátiles, es popular para requisitos de resistencia media a alta y tiene buenas características de tenacidad. Las aplicaciones van desde componentes de aviones (estructuras de aviones, como alas y fuselajes) hasta piezas de automóviles como el chasis del Audi A8. 6061-T6 se usa ampliamente para cuadros y componentes de bicicletas.
Propiedades de las aleaciones de aluminio
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas , lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia de las aleaciones de aluminio
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
La resistencia máxima a la tracción de la aleación de aluminio 2024 depende en gran medida del temple del material, pero es de aproximadamente 450 MPa.
La resistencia máxima a la tracción de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de aproximadamente 290 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
El límite elástico de la aleación de aluminio 2024 depende en gran medida del temple del material, pero es de unos 300 MPa.
El límite elástico de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de unos 240 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young de la aleación de aluminio 2024 es de aproximadamente 76 GPa.
El módulo de Young de la aleación de aluminio 6061 es de aproximadamente 69 GPa.
El módulo de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza de las aleaciones de aluminio
La dureza Brinell de la aleación de aluminio 2024 depende en gran medida del temple del material, pero es de aproximadamente 110 MPa.
La dureza Brinell de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de aproximadamente 95 MPa.
La prueba de dureza Rockwell es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.
La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.
Propiedades térmicas de las aleaciones de aluminio
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
El punto de fusión de la aleación de aluminio 2024 es de alrededor de 570°C.
El punto de fusión de la aleación de aluminio 6061 es de alrededor de 600°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica de las aleaciones de aluminio
La conductividad térmica de la aleación de aluminio 2024 es de 140 W/(mK).
La conductividad térmica de la aleación de aluminio 6061 es de 150 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con las conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
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Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Aleaciones
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Las aleaciones de cobre son aleaciones basadas en cobre, en las que los principales elementos de aleación son Zn, Sn, Si, Al, Ni. El cobre y las aleaciones a base de cobre, incluidos los latones (Cu-Zn) y los bronces (Cu-Sn), se utilizan ampliamente en diferentes aplicaciones industriales y sociales.
El cobre de alta pureza es un metal blando, maleable y dúctil con una conductividad térmica y eléctrica muy alta. Una superficie recién expuesta de cobre puro tiene un color naranja rojizo. El cobre se utiliza como conductor de calor y electricidad, como material de construcción y como componente de diversas aleaciones metálicas, como la plata esterlina utilizada en joyería, el cuproníquel utilizado para fabricar piezas y monedas marinas, y el constantano utilizado en galgas extensométricas y termopares. para medir la temperatura. El cobre de alta pureza tiene una resistencia máxima de aproximadamente 210 MPa y un límite elástico de 33 Mpa, lo que limita su capacidad de uso en aplicaciones industriales. Pero de forma similar a otras aleaciones, el cobre puede reforzarse. El principal mecanismo de refuerzo es la aleación en aleaciones a base de Cu.
Las aleaciones de cobre son aleaciones a base de cobre, en las que los principales elementos de aleación son Zn, Sn, Si, Al, Ni. Las aleaciones a base de Cu constituyen principalmente soluciones sólidas de sustitución, para las cuales los átomos de soluto o impureza reemplazan o sustituyen a los átomos del huésped. Varias características de los átomos del soluto y del solvente determinan el grado en que el primero se disuelve en el segundo. Estos se expresan como las reglas de Hume-Rothery. Hay hasta 400 composiciones diferentes de cobre y aleaciones de cobre agrupados libremente en las categorías: cobre, aleación con alto contenido de cobre, latón, bronces, níquel de cobre, cobre-níquel-zinc (níquel-plata), cobre con plomo y aleaciones especiales. Además, se puede reforzar un número limitado de aleaciones de cobre mediante tratamiento térmico. en consecuencia, se debe utilizar el trabajo en frío y / o la aleación en solución sólida para mejorar estas propiedades mecánicas.
Propiedades del Cobre
El cobre es un material blando, resistente, dúctil y maleable. Estas propiedades hacen que el cobre sea extremadamente adecuado para el conformado de tubos, trefilado, hilado y embutido. Las otras propiedades clave que exhibe el cobre y sus aleaciones incluyen:
Excelente conductividad térmica. El cobre tiene una clasificación de conductividad térmica un 60% más alta que el aluminio, por lo que es más capaz de reducir los puntos calientes térmicos en los sistemas de cableado eléctrico. Las conductividades eléctricas y térmicas de los metales se originan por el hecho de que sus electrones externos están deslocalizados.
Excelente conductividad eléctrica. La conductividad del cobre es el 97% de la de la plata. Debido a su costo mucho menor y mayor abundancia, el cobre ha sido tradicionalmente el material estándar utilizado para aplicaciones de transmisión de electricidad. Sin embargo, el aluminio se usa generalmente en líneas eléctricas aéreas de alto voltaje porque tiene aproximadamente la mitad del peso y el costo más bajo de un cable de cobre de resistencia comparable. A una temperatura dada, las conductividades térmica y eléctrica de los metales son proporcionales, pero el aumento de la temperatura aumenta la conductividad térmica al tiempo que disminuye la conductividad eléctrica. Este comportamiento se cuantifica en la ley de Wiedemann-Franz.
Buena resistencia a la corrosión. El cobre no reacciona con el agua, pero reacciona lentamente con el oxígeno atmosférico para formar una capa de óxido de cobre marrón-negro que, a diferencia del óxido que se forma en el hierro en el aire húmedo, protege el metal subyacente de una mayor corrosión (pasivación). Las aleaciones de cobre-níquel, aluminio, latón y aluminio demuestran una resistencia superior a la corrosión del agua salada.
Buena resistencia a la bioincrustación
Buena maquinabilidad. El mecanizado de cobre es posible, aunque se prefieren las aleaciones por su buena maquinabilidad en la creación de piezas complejas.
Retención de propiedades mecánicas y eléctricas a temperaturas criogénicas
Diamagnético
Usos de cobre y aleaciones de cobre
Históricamente, la aleación de cobre con otro metal, por ejemplo estaño para hacer bronce, se practicó por primera vez unos 4000 años después del descubrimiento de la fundición del cobre y unos 2000 años después de que el «bronce natural» se generalizara. Una civilización antigua se define en la Edad del Bronce ya sea produciendo bronce fundiendo su propio cobre y aleándolo con estaño, arsénico u otros metales. Las principales aplicaciones del cobre son cables eléctricos (60%), techos y plomería (20%) y maquinaria industrial (15%). El cobre se usa principalmente como metal puro, pero cuando se requiere mayor dureza, se coloca en aleaciones como latón y bronce (5% del uso total). El cobre y las aleaciones a base de cobre, incluidos los latones (Cu-Zn) y los bronces (Cu-Sn), se utilizan ampliamente en diferentes aplicaciones industriales y sociales. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas. El bronce, o aleaciones y mezclas similares al bronce, se utilizaron para las monedas durante un período más largo. todavía se utiliza ampliamente en la actualidad para resortes, cojinetes, bujes, cojinetes piloto de transmisión de automóviles y accesorios similares, y es particularmente común en los cojinetes de pequeños motores eléctricos. El latón y el bronce son materiales de ingeniería comunes en la arquitectura moderna y se utilizan principalmente para techos y revestimientos de fachadas debido a su apariencia visual.
Tipos de aleaciones de cobre
Como se escribió, hay hasta 400 diferentes composiciones de cobre y aleaciones de cobre agrupadas libremente en las categorías: cobre, aleación con alto contenido de cobre, latón, bronces, níquel-cobre, cobre-níquel-zinc (níquel plata), cobre con plomo y especial aleaciones. En los siguientes puntos, resumimos las propiedades clave de materiales seleccionados a base de cobre.
Cobre de brea tenaz electrolítica (ETP). El cobre electrolítico de brea tenaz, UNS C11000, es cobre puro (con un máximo de 0,0355% de impurezas) refinado mediante un proceso de refinado electrolítico y es el grado de cobre más utilizado en todo el mundo. ETP tiene una clasificación de conductividad mínima de 100% IACS y se requiere que sea 99,9% puro. Tiene de 0,02% a 0,04% de oxígeno contenido (típico). El cableado eléctrico es el mercado más importante para la industria del cobre. Esto incluye cableado de energía estructural, cable de distribución de energía, alambre para electrodomésticos, cable de comunicaciones, alambre y cable automotriz y alambre magnético. Aproximadamente la mitad de todo el cobre extraído se utiliza para conductores de cables y alambres eléctricos. El cobre puro tiene la mejor conductividad eléctrica y térmica de cualquier metal comercial. La conductividad del cobre es el 97% de la de la plata. Debido a su costo mucho menor y mayor abundancia, el cobre ha sido tradicionalmente el material estándar utilizado para aplicaciones de transmisión de electricidad.
Latón. Latón es el término genérico para una gama de aleaciones de cobre y zinc. El latón se puede alear con zinc en diferentes proporciones, lo que da como resultado un material de diferentes propiedades mecánicas, térmicas y de corrosión. Cantidades mayores de zinc proporcionan al material una resistencia y ductilidad mejoradas. Los latón con un contenido de cobre superior al 63% son los más dúctiles de cualquier aleación de cobre y se moldean mediante complejas operaciones de conformado en frío. El latón tiene una mayor maleabilidad que el bronce o el zinc. El punto de fusión relativamente bajo del latón y su fluidez lo convierten en un material relativamente fácil de fundir. El color de la superficie del latón puede variar de rojo a amarillo según el contenido de zinc. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, acoplamientos de mangueras, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas.
Bronce. Los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel). Los bronces son algo más fuertes que los latones, pero aún tienen un alto grado de resistencia a la corrosión. Generalmente se utilizan cuando, además de la resistencia a la corrosión, se requieren buenas propiedades de tracción. Por ejemplo, el cobre berilio alcanza la mayor resistencia (hasta 1400 MPa) de cualquier aleación a base de cobre.
Aleación de cobre-níquel. Los cuproníquel son aleaciones de cobre-níquel que contienen típicamente de 60 a 90 por ciento de cobre y níquel como principal elemento de aleación. Las dos aleaciones principales son 90/10 y 70/30. También pueden contener otros elementos de refuerzo, como manganeso y hierro. Los cuproníquel tienen una excelente resistencia a la corrosión provocada por el agua de mar. A pesar de su alto contenido de cobre, el cuproníquel es de color plateado. La adición de níquel al cobre también mejora la fuerza y la resistencia a la corrosión, pero se conserva una buena ductilidad.
Alpaca. La plata de níquel, también conocida como plata alemana, latón de níquel o alpaca, es una aleación de cobre con níquel y, a menudo, zinc. Por ejemplo, la aleación de cobre de níquel plata 65-12 UNS C75700 tiene buena resistencia a la corrosión y al deslustre, y alta conformabilidad. La alpaca recibe su nombre por su apariencia plateada, pero no contiene plata elemental a menos que esté chapada.
Gestión de Cobre y Residuos
Actualmente, la opción preferida para la disposición final de desechos radiactivos de alta actividad es un depósito geológico profundo (DGR), que es un emplazamiento subterráneo en formaciones geológicas estables. La roca cristalina (granito, toba soldada y basalto), la sal y la arcilla son las formaciones más adecuadas para la disposición geológica. El ciclo único considera que el combustible nuclear gastado es un residuo de alta actividad (HLW) y, en consecuencia, se elimina directamente en una instalación de almacenamiento sin someterse a ningún proceso químico, donde se almacenará de forma segura durante millones de años hasta que su radiotoxicidad alcance niveles naturales de uranio u otro nivel de referencia seguro.
Una de las posibles opciones es encapsular este combustible gastado en cápsulas de cobre (aleación CuOFP – cobre que contiene fósforo libre de oxígeno) y depositar estos botes en una capa de arcilla bentonita, en un orificio circular, de ocho metros de profundidad y con un diámetro de dos metros, perforado en una cueva a 500 metros de profundidad en roca cristalina. Los depósitos de cobre nativo (puro) en el mundo han demostrado que el cobre utilizado en el contenedor de disposición final puede permanecer inalterado dentro del lecho rocoso por períodos extremadamente largos, si las condiciones geoquímicas son adecuadas (bajos niveles de flujo de agua subterránea). Los hallazgos de herramientas de cobre antiguas, de muchos miles de años, también demuestran la resistencia a la corrosión a largo plazo del cobre, lo que lo convierte en un material de contenedor creíble para el almacenamiento de desechos radiactivos a largo plazo.
Cobre de brea tenaz a los electrolitos (ETP)
El cobre electrolítico de brea tenaz, UNS C11000, es cobre puro (con un máximo de 0,0355% de impurezas) refinado mediante un proceso de refinado electrolítico y es el grado de cobre más utilizado en todo el mundo. ETP tiene una clasificación de conductividad mínima de 100% IACS y se requiere que sea 99,9% puro. Tiene de 0,02% a 0,04% de oxígeno contenido (típico). El cableado eléctrico es el mercado más importante para la industria del cobre. Esto incluye cableado de energía estructural, cable de distribución de energía, alambre para electrodomésticos, cable de comunicaciones, alambre y cable automotriz y alambre magnético. Aproximadamente la mitad de todo el cobre extraído se utiliza para conductores de cables y alambres eléctricos. El cobre puro tiene la mejor conductividad eléctrica y térmica de cualquier metal comercial. La conductividad del cobre es el 97% de la de la plata. Debido a su costo mucho menor y mayor abundancia, el cobre ha sido tradicionalmente el material estándar utilizado para aplicaciones de transmisión de electricidad.
Según la Asociación de Desarrollo del Cobre:
„El término ‘brea tenaz’ se origina en el momento en que el cobre fundido, después del refinado, se vertía en lingoteras. Durante el refinado, el cobre se oxidó para eliminar las impurezas y luego se redujo con hidrógeno para dar el nivel de oxígeno correcto. Para monitorear este proceso, se tomó una pequeña muestra y se observó la superficie de solidificación. Si la superficie se hundía, había demasiado oxígeno; si se elevaba, había demasiado hidrógeno. Si estaba nivelado (tono correcto), el oxígeno era correcto y las propiedades eran buenas; en otras palabras, ‘duro’, por lo tanto, tono duro «.
Fuente: https: //copperalliance.org.u
Latón
Latón es el término genérico para una variedad de aleaciones de cobre y zinc. El latón se puede alear con zinc en diferentes proporciones, lo que da como resultado un material de diferentes propiedades mecánicas, térmicas y de corrosión. Cantidades mayores de zinc proporcionan al material una resistencia y ductilidad mejoradas. Los latón con un contenido de cobre superior al 63% son los más dúctiles de cualquier aleación de cobre y se moldean mediante complejas operaciones de conformado en frío. El latón tiene una mayor maleabilidad que el bronce o el zinc. El punto de fusión relativamente bajo del latón y su fluidez lo convierten en un material relativamente fácil de fundir. El latón puede variar en el color de la superficie de rojo a amarillo a dorado a plateado, dependiendo del contenido de zinc. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, acoplamientos de mangueras, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas. El latón y el bronce son materiales de ingeniería comunes en la arquitectura moderna y se utilizan principalmente para techos y revestimientos de fachadas debido a su apariencia visual.
Por ejemplo, la aleación de latón del cartucho UNS C26000 (70/30) es de la serie de latón amarillo, que tiene la mayor ductilidad. Los latones de cartucho se forman en su mayoría en frío y también se pueden mecanizar fácilmente, lo cual es necesario para fabricar cartuchos. Se puede usar para núcleos y tanques de radiadores, carcasas de linternas, accesorios de lámparas, sujetadores, cerraduras, bisagras, componentes de municiones o accesorios de plomería.
Bronce
Los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel). Los bronces son algo más fuertes que los latones, pero aún tienen un alto grado de resistencia a la corrosión. Generalmente se utilizan cuando, además de la resistencia a la corrosión, se requieren buenas propiedades de tracción. Por ejemplo, el cobre berilio alcanza la mayor resistencia (hasta 1400 MPa) de cualquier aleación a base de cobre.
Históricamente, la aleación de cobre con otro metal, por ejemplo estaño para hacer bronce, se practicó por primera vez unos 4000 años después del descubrimiento de la fundición del cobre y unos 2000 años después de que el «bronce natural» se generalizara. Se define que una civilización antigua se encuentra en la Edad del Bronce ya sea produciendo bronce fundiendo su propio cobre y aleándolo con estaño, arsénico u otros metales. El bronce, o aleaciones y mezclas similares al bronce, se utilizaron para las monedas durante un período más largo. todavía se usa ampliamente en la actualidad para resortes, cojinetes, bujes, cojinetes piloto de transmisión de automóviles y accesorios similares, y es particularmente común en los cojinetes de pequeños motores eléctricos. El latón y el bronce son materiales de ingeniería comunes en la arquitectura moderna y se utilizan principalmente para techos y revestimientos de fachadas debido a su apariencia visual.
Tipos de bronces
Como se escribió, los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel).
Bronce de estaño y fósforo. En general, los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, comúnmente con alrededor de 12 a 12,5% de estaño. La adición de pequeñas cantidades (0,01–0,45) de fósforo aumenta aún más la dureza, la resistencia a la fatiga y la resistencia al desgaste. La adición de estas aleaciones conduce a aplicaciones tales como resortes, sujetadores, fijaciones de mampostería, ejes, husillos de válvulas, engranajes y cojinetes. El bronce es también el metal preferido para las campanas en forma de una aleación de bronce con alto contenido de estaño, conocida coloquialmente como metal de campana, que tiene aproximadamente un 23% de estaño. Las aleaciones de bronce con alto contenido de estaño se encuentran típicamente también en engranajes, así como también en aplicaciones de cojinetes y cojinetes de alta resistencia donde están presentes cargas pesadas y de alta resistencia. Otras aplicaciones de estas aleaciones son impulsores de bombas, anillos de pistón y accesorios de vapor. Por ejemplo, La aleación de fundición de cobre UNS C90500 es una aleación de fundición de cobre y estaño, que también se conoce como metal de pistola. Originalmente utilizado principalmente para fabricar armas de fuego, ha sido reemplazado en gran parte por acero.
Bronce de silicio. El bronce de silicio generalmente contiene aproximadamente un 96 por ciento de cobre. El bronce de silicio tiene una composición de Si: 2,80–3,80%, Mn: 0,50–1,30%, Fe: 0,80% máx., Zn: 1,50% máx., Pb: 0,05% máx. Los bronces de silicio tienen una buena combinación de resistencia y ductilidad, buena resistencia a la corrosión y fácil soldabilidad. Los bronces de silicio se desarrollaron originalmente para la industria química debido a su excepcional resistencia a la corrosión en muchos líquidos. Se utilizan en aplicaciones de productos arquitectónicos como:
Herrajes para puertas
Barandillas
Puertas de la iglesia
Marcos de ventana
Bronce de aluminio. Los bronces de aluminio son una familia de aleaciones a base de cobre que ofrecen una combinación de propiedades mecánicas y químicas incomparables con cualquier otra serie de aleaciones. Contienen entre un 5 y un 12% de aluminio. Además, los bronces de aluminio también contienen níquel, silicio, manganeso y hierro. Tienen una resistencia excelente, similar a la de los aceros de baja aleación, y una excelente resistencia a la corrosión, especialmente en agua de mar y entornos similares, donde las aleaciones a menudo superan a muchos aceros inoxidables. Su excelente resistencia a la corrosión se debe al aluminio de las aleaciones, que reacciona con el oxígeno atmosférico para formar una capa superficial delgada y resistente de alúmina (óxido de aluminio) que actúa como barrera a la corrosión de la aleación rica en cobre. Se encuentran en forma forjada y fundida. Los bronces de aluminio suelen ser de color dorado.
Servicios generales relacionados con el agua de mar
Aspectos
Accesorios de tuberia
Bombas y componentes de válvulas
Intercambiadores de calor
Bronce de berilio. El berilio de cobre, también conocido como bronce de berilio, es una aleación de cobre con 0,5 a 3% de berilio. El berilio de cobre es el más duro y resistente de todas las aleaciones de cobre (UTS hasta 1400 MPa), en condiciones de tratamiento térmico completo y trabajo en frío. Combina alta resistencia con cualidades no magnéticas y antichispas y es similar en propiedades mecánicas a muchos aceros aleados de alta resistencia pero, en comparación con los aceros, tiene una mejor resistencia a la corrosión. Tiene una buena conductividad térmica (210 W / m ° C) 3-5 veces más que el acero para herramientas. Estas aleaciones de alto rendimiento se han utilizado durante mucho tiempo para herramientas que no producen chispas en las industrias de minería (minas de carbón), gas y petroquímica (plataformas petrolíferas). Para estos entornos se encuentran disponibles destornilladores, alicates, llaves inglesas, cinceles, cuchillos y martillos de cobre-berilio. Debido a la excelente resistencia a la fatiga,
Latón rojo (Bronce de alto estaño). En general, los metales de campana se refieren generalmente a bronces con alto contenido de estaño que son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, comúnmente con más del 20% de estaño (típicamente, 78% de cobre, 22% de estaño en masa). El metal de campana se utiliza para la fundición de campanas de alta calidad. El mayor contenido de estaño aumenta la rigidez del metal y aumenta la resonancia. Se ha descubierto que el aumento del contenido de estaño aumenta el tiempo de decaimiento del golpe de campana, lo que hace que la campana sea más sonora. Los bronces con alto contenido de estaño también se encuentran en engranajes, así como en aplicaciones de cojinetes y cojinetes de alta resistencia donde están presentes cargas pesadas y de alta resistencia.
Propiedades de las aleaciones de cobre
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Propiedades mecánicas de las aleaciones de cobre
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia de las aleaciones de cobre
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
La máxima resistencia a la tracción del cobre de brea tenaz electrolítica (ETP) es de aproximadamente 250 MPa.
La máxima resistencia a la tracción del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente 315 MPa.
La máxima resistencia a la tracción del bronce de aluminio: UNS C95400 es de aproximadamente 550 MPa.
La máxima resistencia a la tracción del bronce de estaño (UNS C90500) es de aproximadamente 310 MPa.
La resistencia máxima a la tracción del berilio de cobre – UNS C17200 es de aproximadamente 1380 MPa.
La máxima resistencia a la tracción del cuproníquel – UNS C70600 es de aproximadamente 275 MPa.
Resistencia última a la tracción de plata de níquel – UNS C75700 es de aproximadamente 400 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
La resistencia a la prueba del cobre de brea tenaz electrolítica (ETP) se encuentra entre 60 y 300 MPa.
El límite elástico del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 250 MPa.
El límite elástico del bronce de estaño (UNS C90500) es de aproximadamente 150 MPa.
El límite elástico del berilio de cobre – UNS C17200 es de aproximadamente 1100 MPa.
El límite elástico del cuproníquel – UNS C70600 es de aproximadamente 105 MPa.
Límite elástico de plata de níquel – UNS C75700 es de aproximadamente 170 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young del cobre de brea tenaz a los electrolitos (ETP) es de aproximadamente 120 GPa.
El módulo de Young del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente 95 GPa.
El módulo de Young del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 110 GPa.
El módulo de Young del bronce de estaño (UNS C90500) es de aproximadamente 103 GPa.
El módulo de Young del berilio de cobre – UNS C17200 es de aproximadamente 131 GPa.
El módulo de Young del cuproníquel – UNS C70600 es de aproximadamente 135 GPa.
El módulo de Young de plata de níquel – UNS C75700 es de aproximadamente 117 GPa.
El módulo de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza de las aleaciones de cobre
La dureza Vickers del cobre de brea tenaz electrolítica (ETP) depende en gran medida del temple del material, pero está entre 50 y 150 HV.
La dureza Brinell del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente 100 MPa.
La dureza Brinell del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 170 MPa. La dureza de los bronces de aluminio aumenta con el contenido de aluminio (y otras aleaciones), así como con las tensiones causadas por el trabajo en frío.
La dureza Brinell del bronce de estaño (UNS C90500) es de aproximadamente 75 BHN.
La dureza Rockwell del cobre berilio – UNS C17200 es de aproximadamente 82 HRB.
La dureza Brinell del cuproníquel – UNS C70600 es aproximadamente HB 100.
Dureza Rockwell de plata de níquel – UNS C75700 es de aproximadamente 45 HRB.
La prueba de dureza Rockwell es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.
La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.
Propiedades térmicas de las aleaciones de cobre
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
El punto de fusión del cobre de brea tenaz electrolítica (ETP) es de alrededor de 1085°C.
El punto de fusión del latón de cartucho – UNS C26000 es de alrededor de 950°C.
El punto de fusión del bronce de aluminio – UNS C95400 es de alrededor de 1030°C.
El punto de fusión del bronce de estaño (UNS C90500) es de alrededor de 1000°C.
El punto de fusión del berilio de cobre – UNS C17200 es de alrededor de 866°C.
El punto de fusión del cuproníquel – UNS C70600 es de alrededor de 1100°C.
Punto de fusión de la plata de níquel – UNS C75700 es de alrededor de 1040°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica de las aleaciones de cobre
La conductividad térmica del cobre de brea tenaz electrolítica (ETP) es 394 W/(mK).
La conductividad térmica del latón de cartucho – UNS C26000 es de 120 W/(mK).
La conductividad térmica del bronce de aluminio – UNS C95400 es 59 W/(mK).
La conductividad térmica del bronce de estaño, UNS C90500, es de 75 W/(mK).
La conductividad térmica del cobre berilio – UNS C17200 es 115 W/(mK).
La conductividad térmica del cuproníquel – UNS C70600 es de 40 W/(mK).
La conductividad térmica de la plata de níquel – UNS C75700 es 40 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con las conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
Conductividad eléctrica de las aleaciones de cobre
La conductividad eléctrica del cobre de brea tenaz electrolítica (ETP) es 101% IACS (alrededor de 58,6 MS/m).
La conductividad eléctrica del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente 30% IACS (alrededor de 17 MS/m).
La resistividad eléctrica y su inversa, la conductividad eléctrica, es una propiedad fundamental de un material que cuantifica la fuerza con la que resiste o conduce el flujo de corriente eléctrica. Una resistividad baja indica un material que permite fácilmente el flujo de corriente eléctrica. El símbolo de resistividad suele ser la letra griega ρ (rho). La unidad SI de resistividad eléctrica es el ohmímetro (Ω⋅m). Tenga en cuenta que la resistividad eléctrica no es lo mismo que la resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica se expresa en ohmios. Mientras que la resistividad es una propiedad material, la resistencia es propiedad de un objeto.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Aleaciones
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Latón es el término genérico para una variedad de aleaciones de cobre y zinc. El latón se puede alear con zinc en diferentes proporciones, lo que da como resultado un material de diferentes propiedades mecánicas, térmicas y de corrosión. Cantidades mayores de zinc proporcionan al material una resistencia y ductilidad mejoradas. Los latón con un contenido de cobre superior al 63% son los más dúctiles de cualquier aleación de cobre y se moldean mediante complejas operaciones de conformado en frío. El latón tiene una mayor maleabilidad que el bronce o el zinc. El punto de fusión relativamente bajo del latón y su fluidez lo convierten en un material relativamente fácil de fundir. El latón puede variar en color de la superficie de rojo a amarillo a dorado a plateado dependiendo del contenido de zinc. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, acoplamientos de mangueras, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas. El latón y el bronce son materiales de ingeniería comunes en la arquitectura moderna y se utilizan principalmente para techos y revestimientos de fachadas debido a su apariencia visual.
Resumen
Nombre
Latón
Fase en STP
N / A
Densidad
8530 kg/m3
Resistencia a la tracción
315 MPa
Límite de elasticidad
95 MPa
Módulo de Young
110 GPa
Dureza Brinell
100 BHN
Punto de fusion
677°C
Conductividad térmica
120 W/mK
Capacidad calorífica
380 J/gK
Precio
5 $/kg
Por ejemplo, la aleación de latón del cartucho UNS C26000 (70/30) es de la serie de latón amarillo, que tiene la mayor ductilidad. Los latones de cartucho se forman en su mayoría en frío y también se pueden mecanizar fácilmente, lo cual es necesario para fabricar cartuchos. Se puede usar para núcleos y tanques de radiadores, carcasas de linternas, accesorios de lámparas, sujetadores, cerraduras, bisagras, componentes de municiones o accesorios de plomería.
69%
29%
1%
Propiedades del latón – Cartucho de latón – UNS C26000
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Propiedades mecánicas del latón – Cartucho de latón – UNS C26000
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia del latón – Cartucho de latón – UNS C26000
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
La máxima resistencia a la tracción del latón de cartucho: UNS C26000 es de aproximadamente 315 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
El límite elástico del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente 95 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente 110 GPa.
El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza del latón – Cartucho de latón – UNS C26000
La dureza Brinell del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente 100 MPa.
La prueba de dureza Rockwell es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.
La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.
Propiedades térmicas del latón – Cartucho de latón – UNS C26000
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura
y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
Punto de fusión del latón – Cartucho de latón – UNS C26000
El punto de fusión del latón del cartucho – UNS C26000 es de alrededor de 950°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica de latón – Cartucho de latón – UNS C26000
La conductividad térmica del latón de cartucho – UNS C26000 es de 120 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con las conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
Conductividad eléctrica de latón – Cartucho de latón – UNS C26000
La conductividad eléctrica del latón de cartucho – UNS C26000 es de aproximadamente un 30% de IACS (alrededor de 17 MS/m).
La resistividad eléctrica y su inversa, la conductividad eléctrica, es una propiedad fundamental de un material que cuantifica la fuerza con la que resiste o conduce el flujo de corriente eléctrica. Una resistividad baja indica un material que permite fácilmente el flujo de corriente eléctrica. El símbolo de resistividad suele ser la letra griega ρ (rho). La unidad SI de resistividad eléctrica es el ohmímetro (Ω⋅m). Tenga en cuenta que la resistividad eléctrica no es lo mismo que la resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica se expresa en ohmios. Mientras que la resistividad es una propiedad material, la resistencia es propiedad de un objeto.
References:
Ciencia de los materiales:
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JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Aleaciones de cobre
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Los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel). Los bronces son algo más fuertes que los latones, pero aún tienen un alto grado de resistencia a la corrosión.
El cobre de alta pureza es un metal blando, maleable y dúctil con una conductividad térmica y eléctrica muy alta. Una superficie recién expuesta de cobre puro tiene un color naranja rojizo. El cobre se utiliza como conductor de calor y electricidad, como material de construcción y como componente de diversas aleaciones metálicas, como la plata esterlina utilizada en joyería, el cuproníquel utilizado para fabricar piezas y monedas marinas, y el constantano utilizado en galgas extensométricas y termopares. para medir la temperatura. El cobre de alta pureza tiene una resistencia máxima de aproximadamente 210 MPa y un límite elástico de 33 Mpa, lo que limita su capacidad de uso en aplicaciones industriales. Pero de forma similar a otras aleaciones, el cobre puede reforzarse. El principal mecanismo de refuerzo es la aleación en aleaciones a base de Cu.
Las aleaciones de cobre son aleaciones a base de cobre, en las que los principales elementos de aleación son Zn, Sn, Si, Al, Ni. Las aleaciones a base de Cu constituyen principalmente soluciones sólidas de sustitución, para las cuales los átomos de soluto o impureza reemplazan o sustituyen a los átomos del huésped. Varias características de los átomos del soluto y del solvente determinan el grado en que el primero se disuelve en el segundo. Estos se expresan como las reglas de Hume-Rothery. Hay hasta 400 composiciones diferentes de cobre y aleaciones de cobre agrupados libremente en las categorías: cobre, aleación de alto contenido de cobre, latón, bronces, níquel de cobre, cobre-níquel-zinc (níquel-plata), cobre con plomo y aleaciones especiales. Además, se puede reforzar un número limitado de aleaciones de cobre mediante tratamiento térmico. en consecuencia, se debe utilizar el trabajo en frío y / o la aleación en solución sólida para mejorar estas propiedades mecánicas.
Propiedades del Cobre
El cobre es un material blando, resistente, dúctil y maleable. Estas propiedades hacen que el cobre sea extremadamente adecuado para el conformado de tubos, trefilado, hilado y embutido. Las otras propiedades clave que exhibe el cobre y sus aleaciones incluyen:
Excelente conductividad térmica. El cobre tiene una clasificación de conductividad térmica un 60% más alta que el aluminio, por lo que es más capaz de reducir los puntos calientes térmicos en los sistemas de cableado eléctrico. Las conductividades eléctricas y térmicas de los metales se originan por el hecho de que sus electrones externos están deslocalizados.
Excelente conductividad eléctrica. La conductividad del cobre es el 97% de la de la plata. Debido a su costo mucho menor y mayor abundancia, el cobre ha sido tradicionalmente el material estándar utilizado para aplicaciones de transmisión de electricidad. Sin embargo, el aluminio se usa generalmente en líneas eléctricas aéreas de alto voltaje porque tiene aproximadamente la mitad del peso y el costo más bajo de un cable de cobre de resistencia comparable. A una temperatura dada, las conductividades térmica y eléctrica de los metales son proporcionales, pero el aumento de la temperatura aumenta la conductividad térmica al tiempo que disminuye la conductividad eléctrica. Este comportamiento se cuantifica en la ley de Wiedemann-Franz.
Buena resistencia a la corrosión. El cobre no reacciona con el agua, pero reacciona lentamente con el oxígeno atmosférico para formar una capa de óxido de cobre marrón-negro que, a diferencia del óxido que se forma en el hierro en el aire húmedo, protege el metal subyacente de una mayor corrosión (pasivación). Las aleaciones de cobre-níquel, latón de aluminio y el aluminio demuestran una resistencia superior a la corrosión del agua salada.
Buena resistencia a la bioincrustación
Buena maquinabilidad. El mecanizado de cobre es posible, aunque se prefieren las aleaciones por su buena maquinabilidad en la creación de piezas complejas.
Retención de propiedades mecánicas y eléctricas a temperaturas criogénicas
Diamagnético
Bronce
Los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel). Los bronces son algo más fuertes que los latones, pero aún tienen un alto grado de resistencia a la corrosión. Generalmente se utilizan cuando, además de la resistencia a la corrosión, se requieren buenas propiedades de tracción. Por ejemplo, el cobre berilio alcanza la mayor resistencia (hasta 1400 MPa) de cualquier aleación a base de cobre.
Históricamente, la aleación de cobre con otro metal, por ejemplo estaño para hacer bronce, se practicó por primera vez unos 4000 años después del descubrimiento de la fundición del cobre y unos 2000 años después de que el «bronce natural» se generalizara. Se define que una civilización antigua se encuentra en la Edad del Bronce ya sea produciendo bronce fundiendo su propio cobre y aleándolo con estaño, arsénico u otros metales. El bronce, o aleaciones y mezclas similares al bronce, se utilizaron para las monedas durante un período más largo. Los bronces todavía se usan ampliamente en la actualidad para resortes, cojinetes, bujes, cojinetes piloto de transmisión de automóviles y accesorios similares, y es particularmente común en los cojinetes de pequeños motores eléctricos. El latón y el bronce son materiales de ingeniería comunes en la arquitectura moderna y se utilizan principalmente para techos y revestimientos de fachadas debido a su apariencia visual.
Resumen
Nombre
Bronce
Fase en STP
N / A
Densidad
8770 kg/m3
Resistencia a la tracción
310 MPa
Límite de elasticidad
150 MPa
Módulo de Young
103 GPa
Dureza Brinell
75 BHN
Punto de fusion
1000°C
Conductividad térmica
75 W/mK
Capacidad calorífica
435 J/gK
Precio
4 $/kg
Tipos de bronces
Como se escribió, los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel).
Bronce de estaño y fósforo. En general, los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, comúnmente con alrededor de 12 a 12,5% de estaño. La adición de pequeñas cantidades (0,01–0,45) de fósforo aumenta aún más la dureza, la resistencia a la fatiga y la resistencia al desgaste. La adición de estas aleaciones conduce a aplicaciones tales como resortes, sujetadores, fijaciones de mampostería, ejes, husillos de válvulas, engranajes y cojinetes. El bronce es también el metal preferido para las campanas en forma de una aleación de bronce con alto contenido de estaño conocida coloquialmente como metal de campana, que tiene aproximadamente un 23% de estaño. Las aleaciones de bronce con alto contenido de estaño se encuentran típicamente también en engranajes, así como en aplicaciones de cojinetes y bujes de alta resistencia donde están presentes cargas pesadas y de alta resistencia. Otras aplicaciones de estas aleaciones son impulsores de bombas, anillos de pistón y accesorios de vapor. Por ejemplo, La aleación de fundición de cobre UNS C90500 es una aleación de fundición de cobre y estaño, que también se conoce como metal de pistola. Originalmente utilizado principalmente para fabricar armas de fuego, ha sido reemplazado en gran parte por acero.
88%
10%
2%
Bronce de silicio. El bronce de silicio generalmente contiene aproximadamente un 96 por ciento de cobre. El bronce de silicio tiene una composición de Si: 2,80–3,80%, Mn: 0,50–1,30%, Fe: 0,80% máx., Zn: 1,50% máx., Pb: 0,05% máx. Los bronces de silicio tienen una buena combinación de resistencia y ductilidad, buena resistencia a la corrosión y fácil soldabilidad. Los bronces de silicio se desarrollaron originalmente para la industria química debido a su excepcional resistencia a la corrosión en muchos líquidos. Se utilizan en aplicaciones de productos arquitectónicos como:
Herrajes para puertas
Barandillas
Puertas de la iglesia
Marcos de ventana
Bronce de aluminio. Los bronces de aluminio son una familia de aleaciones a base de cobre que ofrecen una combinación de propiedades mecánicas y químicas incomparables con cualquier otra serie de aleaciones. Contienen entre un 5 y un 12% de aluminio. Además, los bronces de aluminio también contienen níquel, silicio, manganeso y hierro. Tienen una resistencia excelente, similar a la de los aceros de baja aleación, y una excelente resistencia a la corrosión, especialmente en agua de mar y entornos similares, donde las aleaciones suelen superar a muchos aceros inoxidables. Su excelente resistencia a la corrosión se debe al aluminio de las aleaciones, que reacciona con el oxígeno atmosférico para formar una capa superficial delgada y resistente de alúmina (óxido de aluminio) que actúa como barrera a la corrosión de la aleación rica en cobre. Se encuentran en forma forjada y fundida. Los bronces de aluminio suelen ser de color dorado.
Servicios generales relacionados con el agua de mar
Aspectos
Accesorios de tuberia
Bombas y componentes de válvulas
Intercambiadores de calor
Bronce de berilio. El berilio de cobre, también conocido como bronce de berilio, es una aleación de cobre con 0,5 a 3% de berilio. El berilio de cobre es el más duro y resistente de todas las aleaciones de cobre (UTS hasta 1400 MPa), en condiciones de tratamiento térmico completo y trabajo en frío. Combina alta resistencia con cualidades no magnéticas y antichispas y es similar en propiedades mecánicas a muchos aceros aleados de alta resistencia pero, en comparación con los aceros, tiene una mejor resistencia a la corrosión. Tiene una buena conductividad térmica (210 W/m°C) 3-5 veces más que el acero para herramientas. Estas aleaciones de alto rendimiento se han utilizado durante mucho tiempo para herramientas que no producen chispas en las industrias de minería (minas de carbón), gas y petroquímica (plataformas petrolíferas). Para estos entornos se encuentran disponibles destornilladores, alicates, llaves inglesas, cinceles, cuchillos y martillos de cobre-berilio. Debido a la excelente resistencia a la fatiga, el berilio de cobre se usa ampliamente para resortes, alambre de resorte, celdas de carga y otras partes que deben conservar su forma bajo cargas cíclicas.
Latón rojo (Bronce de alto estaño). En general, los metales de campana se refieren generalmente a bronces con alto contenido de estaño que son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, comúnmente con más del 20% de estaño (típicamente, 78% de cobre, 22% de estaño en masa). El metal de campana se utiliza para la fundición de campanas de alta calidad. El mayor contenido de estaño aumenta la rigidez del metal y aumenta la resonancia. Se ha descubierto que el aumento del contenido de estaño aumenta el tiempo de decaimiento del golpe de campana, lo que hace que la campana sea más sonora. Los bronces con alto contenido de estaño también se encuentran en engranajes, así como en aplicaciones de cojinetes y cojinetes de alta resistencia donde están presentes cargas pesadas y de alta resistencia.
Usos y aplicación de bronces
Históricamente, la aleación de cobre con otro metal, por ejemplo estaño para hacer bronce, se practicó por primera vez unos 4000 años después del descubrimiento de la fundición del cobre y unos 2000 años después de que el «bronce natural» se generalizara. Se define que una civilización antigua se encuentra en la Edad del Bronce ya sea produciendo bronce fundiendo su propio cobre y aleándolo con estaño, arsénico u otros metales. Las principales aplicaciones del cobre son cables eléctricos (60%), techos y plomería (20%) y maquinaria industrial (15%).
Cojinete de bronce
El cobre se usa principalmente como metal puro, pero cuando se requiere mayor dureza, se coloca en aleaciones como latón y bronce (5% del uso total). El cobre y las aleaciones a base de cobre, incluidos los latones (Cu-Zn) y los bronces (Cu-Sn), se utilizan ampliamente en diferentes aplicaciones industriales y sociales. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas. El bronce, o aleaciones y mezclas similares al bronce, se utilizaron para las monedas durante un período más largo. todavía se usa ampliamente en la actualidad para resortes, cojinetes, bujes, cojinetes piloto de transmisión de automóviles y accesorios similares, y es particularmente común en los cojinetes de pequeños motores eléctricos.
Propiedades de los bronces
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Propiedades mecánicas de los bronces
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia de los bronces
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
La máxima resistencia a la tracción del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 550 MPa.
La máxima resistencia a la tracción del bronce de estaño (UNS C90500) es de aproximadamente 310 MPa.
La resistencia máxima a la tracción del berilio de cobre – UNS C17200 es de aproximadamente 1380 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
El límite elástico del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 250 MPa.
El límite elástico del bronce de estaño (UNS C90500) es de aproximadamente 150 MPa.
El límite elástico del berilio de cobre – UNS C17200 es de aproximadamente 1100 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 110 GPa.
El módulo de Young del bronce de estaño (UNS C90500) es de aproximadamente 103 GPa.
El módulo de Young del berilio de cobre – UNS C17200 es de aproximadamente 131 GPa.
El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza de los bronces
La dureza Brinell del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 170 MPa. La dureza de los bronces de aluminio aumenta con el contenido de aluminio (y otras aleaciones), así como con las tensiones causadas por el trabajo en frío.
La dureza Brinell del bronce de estaño (UNS C90500) es de aproximadamente 75 BHN.
La dureza Rockwell del cobre berilio – UNS C17200 es de aproximadamente 82 HRB.
La prueba de dureza Rockwell es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.
La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.
Propiedades térmicas de los bronces
Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.
El punto de fusión del bronce de aluminio – UNS C95400 es de alrededor de 1030°C.
El punto de fusión del bronce de estaño (UNS C90500) es de alrededor de 1000°C.
El punto de fusión del berilio de cobre – UNS C17200 es de alrededor de 866°C.
En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.
Conductividad térmica de los bronces
La conductividad térmica del bronce de aluminio – UNS C95400 es 59 W/(mK).
La conductividad térmica del bronce de estaño (UNS C90500) es de 75 W/(mK).
La conductividad térmica del cobre berilio – UNS C17200 es 115 W/(mK).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:
La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
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Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
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Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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Aleaciones de cobre
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La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie (deformación plástica localizada) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.
