Nick Connor

La soldadura es una técnica para unir metales utilizando una aleación de metal de relleno que tiene una temperatura de fusión inferior a aproximadamente 425°C (800°F). Debido a esta temperatura más baja y a las diferentes aleaciones que se utilizan como cargas, la reacción metalúrgica entre la carga y la pieza de trabajo es mínima, lo que da como resultado una unión más débil. En el montaje de componentes electrónicos, la aleación eutéctica con 63% de estaño y 37% de plomo (o 60/40, que es casi idéntico en punto de fusión) ha sido la aleación elegida. Esta aleación eutéctica tiene un punto de fusión más bajo que los del estaño o el plomo.

El estaño es un componente importante en las soldaduras porque humedece y se adhiere a muchos metales básicos comunes a temperaturas considerablemente por debajo de sus puntos de fusión. Se agregan pequeñas cantidades de varios metales, en particular antimonio y plata, a las soldaduras de estaño-plomo para aumentar su resistencia. La soldadura 60-40 proporciona uniones fuertes y confiables en una variedad de condiciones ambientales. También hay soldaduras con alto contenido de estaño, que se utilizan para unir partes de aparatos eléctricos porque su conductividad eléctrica es más alta que la de las soldaduras con alto contenido de plomo. Estas soldaduras también se utilizan cuando el plomo puede ser un peligro, por ejemplo, en contacto con agua potable o alimentos.

Resistencia eléctrica de la soldadura blanda – Soldadura 60-40

La resistividad eléctrica de  la soldadura blanda: la soldadura 60-40 es 150×10⁻⁹Ω·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 del material, la resistencia es propiedad de un objeto.

Ver arriba:
Aleaciones de estaño

La soldadura es una técnica para unir metales utilizando una aleación de metal de relleno que tiene una temperatura de fusión inferior a aproximadamente 425°C (800°F). Debido a esta temperatura más baja y a las diferentes aleaciones que se utilizan como cargas, la reacción metalúrgica entre la carga y la pieza de trabajo es mínima, lo que da como resultado una unión más débil. En el montaje de componentes electrónicos, la aleación eutéctica con 63% de estaño y 37% de plomo (o 60/40, que es casi idéntico en punto de fusión) ha sido la aleación elegida. Esta aleación eutéctica tiene un punto de fusión más bajo que los del estaño o el plomo.

El estaño es un componente importante en las soldaduras porque humedece y se adhiere a muchos metales básicos comunes a temperaturas considerablemente por debajo de sus puntos de fusión. Se agregan pequeñas cantidades de varios metales, en particular antimonio y plata, a las soldaduras de estaño-plomo para aumentar su resistencia. La soldadura 60-40 proporciona uniones fuertes y confiables en una variedad de condiciones ambientales. También hay soldaduras con alto contenido de estaño, que se utilizan para unir partes de aparatos eléctricos porque su conductividad eléctrica es más alta que la de las soldaduras con alto contenido de plomo. Estas soldaduras también se utilizan cuando el plomo puede ser un peligro, por ejemplo, en contacto con agua potable o alimentos.

Propiedades térmicas de la soldadura blanda: soldadura 60-40

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.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de la soldadura blanda: soldadura 60-40

Punto de fusión de la soldadura blanda: la soldadura 60-40 es de alrededor de 183°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 soldadura blanda – Soldadura 60-40

La conductividad térmica de la soldadura blanda – soldadura 60-40 es 50 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.

Resistencia eléctrica de la soldadura blanda – Soldadura 60-40

La resistividad eléctrica de  la soldadura blanda: la soldadura 60-40 es 150×10⁻⁹Ω·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 del material, la resistencia es propiedad de un objeto.

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Aleaciones de estaño

El zinc es un metal quebradizo y tiene un punto de fusión relativamente bajo de 419°C (787°F), resiste la corrosión, es dúctil y maleable y es altamente soluble en cobre. El zinc y las aleaciones de zinc se utilizan en forma de revestimientos, piezas fundidas, láminas laminadas, alambre trefilado, piezas forjadas y extrusiones. Otros usos del zinc son como componente principal en aleaciones de níquel-plata de bronce, metal para máquinas de escribir, soldaduras blandas y de aluminio y bronce comercial.

Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación, especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. Las aleaciones de zinc tienen puntos de fusión bajos, requieren un aporte de calor relativamente bajo, no requieren atmósferas fundentes o protectoras. Debido a su alta fluidez, las aleaciones de zinc se pueden fundir en paredes mucho más delgadas que otras aleaciones de fundición a presión, y se pueden fundir a presión con tolerancias dimensionales más estrictas. Estas aleaciones de zinc se comercializan con el nombre de Zamak. El nombre zamak es un acrónimo de los nombres alemanes de los metales que componen las aleaciones: Zink (zinc), Aluminio, Magnesio y Kupfer (cobre). El bajo punto de fusión junto con la baja viscosidad de la aleación hace posible la producción de formas pequeñas e intrincadas.

Zamak – Zamak 3

Zamak es una familia de aleaciones con un metal base de zinc y elementos de aleación de aluminio, magnesio y cobre. Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación, especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. Las aleaciones de zinc tienen puntos de fusión bajos, requieren un aporte de calor relativamente bajo, no requieren atmósferas fundentes o protectoras. Debido a su alta fluidez, las aleaciones de zinc se pueden fundir en paredes mucho más delgadas que otras aleaciones de fundición a presión, y se pueden fundir a presión con tolerancias dimensionales más estrictas. Estas aleaciones de zinc se comercializan con el nombre de Zamak. El nombre zamak es un acrónimo de los nombres alemanes de los metales que componen las aleaciones: Zink (zinc), Aluminio, Magnesio y Kupfer (cobre).

Por ejemplo, Zamak 3 (ASTM AG40A), o aleación de zinc 3, es la aleación de zinc más utilizada en la industria de fundición a presión de zinc y suele ser la primera opción cuando se considera el zinc para la fundición a presión por varias razones. Proporciona la mejor combinación general de resistencia, moldeabilidad, estabilidad dimensional, facilidad de acabado y costo.

• Excelentes propiedades físicas y mecánicas
• Excelente moldeabilidad y estabilidad dimensional a largo plazo
• Excelentes características de acabado para tratamientos de enchapado, pintura y cromato
• Excelente capacidad de amortiguación y atenuación de vibraciones en comparación con las aleaciones de aluminio fundido a presión

Las aplicaciones típicas incluyen piezas de fundición a presión tales como piezas de automóviles, electrodomésticos y accesorios, equipos de oficina y de computación, hardware de construcción.

Resistencia de las aleaciones de zinc – Zamak 3

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 de la aleación de zinc – Zamak 3 es de aproximadamente 268 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 zinc – Zamak 3 es de aproximadamente 208 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 la aleación de zinc – Zamak 3 es de aproximadamente 96 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 de las aleaciones de zinc – Zamak 3

La dureza Brinell de la aleación de zinc – Zamak 3 es de aproximadamente 82 HB.

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.

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Aleaciones de zinc

El zinc es un metal quebradizo y tiene un punto de fusión relativamente bajo de 419°C (787°F), resiste la corrosión, es dúctil y maleable y es altamente soluble en cobre. El zinc y las aleaciones de zinc se utilizan en forma de revestimientos, piezas fundidas, láminas laminadas, alambre trefilado, piezas forjadas y extrusiones. Otros usos del zinc son como componente principal en aleaciones de níquel-plata de bronce, metal para máquinas de escribir, soldaduras blandas y de aluminio y bronce comercial.

Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación, especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. Las aleaciones de zinc tienen puntos de fusión bajos, requieren un aporte de calor relativamente bajo, no requieren atmósferas fundentes o protectoras. Debido a su alta fluidez, las aleaciones de zinc se pueden fundir en paredes mucho más delgadas que otras aleaciones de fundición a presión, y se pueden fundir a presión con tolerancias dimensionales más estrictas. Estas aleaciones de zinc se comercializan con el nombre de Zamak. El nombre zamak es un acrónimo de los nombres alemanes de los metales que componen las aleaciones: Zink (zinc), Aluminio, Magnesio y Kupfer (cobre). El bajo punto de fusión junto con la baja viscosidad de la aleación hace posible la producción de formas pequeñas e intrincadas.

Zamak – Zamak 3

Zamak es una familia de aleaciones con un metal base de zinc y elementos de aleación de aluminio, magnesio y cobre. Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación, especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. Las aleaciones de zinc tienen puntos de fusión bajos, requieren un aporte de calor relativamente bajo, no requieren atmósferas fundentes o protectoras. Debido a su alta fluidez, las aleaciones de zinc se pueden fundir en paredes mucho más delgadas que otras aleaciones de fundición a presión, y se pueden fundir a presión con tolerancias dimensionales más estrictas. Estas aleaciones de zinc se comercializan con el nombre de Zamak. El nombre zamak es un acrónimo de los nombres alemanes de los metales que componen las aleaciones: Zink (zinc), Aluminio, Magnesio y Kupfer (cobre).

Por ejemplo, Zamak 3 (ASTM AG40A), o aleación de zinc 3, es la aleación de zinc más utilizada en la industria de fundición a presión de zinc y suele ser la primera opción cuando se considera el zinc para la fundición a presión por varias razones. Proporciona la mejor combinación general de resistencia, moldeabilidad, estabilidad dimensional, facilidad de acabado y costo.

• Excelentes propiedades físicas y mecánicas
• Excelente moldeabilidad y estabilidad dimensional a largo plazo
• Excelentes características de acabado para tratamientos de enchapado, pintura y cromato
• Excelente capacidad de amortiguación y atenuación de vibraciones en comparación con las aleaciones de aluminio fundido a presión

Las aplicaciones típicas incluyen piezas de fundición a presión tales como piezas de automóviles, electrodomésticos y accesorios, equipos de oficina y de computación, hardware de construcción.

Propiedades de las aleaciones de zinc  – Zamak 3

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.

Densidad de las aleaciones de zinc – Zamak 3

Densidad de la aleación de zinc – Zamak 3 es 6,6 g/cm³ (0,24 lb/in³).

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen. Es una  propiedad intensiva, que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico (kg/m³). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico (lbm/ft³).

Dado que la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia, es obvio que la densidad de una sustancia depende en gran medida de su masa atómica y también de  la densidad del número atómico  (N; átomos/cm³),

• Peso atómico. La masa atómica es transportada por el núcleo atómico, que ocupa sólo alrededor de ^10-12  del volumen total del átomo o menos, pero contiene toda la carga positiva y al menos el 99,95% de la masa total del átomo. Por lo tanto, está determinado por el número de masa (número de protones y neutrones).
• Densidad del número atómico. La  densidad del número atómico  (N; átomos/cm³), que está asociada con los radios atómicos, es el número de átomos de un tipo dado por unidad de volumen (V; cm³) del material. La densidad del número atómico (N; átomos/cm³) de un material puro que tiene  un peso atómico o molecular  (M; gramos/mol) y la densidad del  material  (⍴; gramos/cm³) se calcula fácilmente a partir de la siguiente ecuación utilizando el número de Avogadro (N_A = 6,022×10²³  átomos o moléculas por mol):
• Estructura cristalina. La densidad de la sustancia cristalina se ve afectada significativamente por su estructura cristalina. La estructura de FCC, junto con su relativo hexagonal (hcp), tiene el factor de empaque más eficiente (74%). Los metales que contienen estructuras de FCC incluyen austenita, aluminio, cobre, plomo, plata, oro, níquel, platino y torio.

Propiedades mecánicas de las aleaciones de zinc – Zamak 3

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 zinc – Zamak 3

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 de la aleación de zinc – Zamak 3 es de aproximadamente 268 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 zinc – Zamak 3 es de aproximadamente 208 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 la aleación de zinc – Zamak 3 es de aproximadamente 96 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 de las aleaciones de zinc – Zamak 3

La dureza Brinell de la aleación de zinc – Zamak 3 es de aproximadamente 82 HB.

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.

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Aleaciones de zinc

El zinc es un metal quebradizo y tiene un punto de fusión relativamente bajo de 419°C (787°F), resiste la corrosión, es dúctil y maleable y es altamente soluble en cobre. El zinc y las aleaciones de zinc se utilizan en forma de revestimientos, piezas fundidas, láminas laminadas, alambre trefilado, piezas forjadas y extrusiones. Otros usos del zinc son como componente principal en aleaciones de níquel-plata de bronce, metal para máquinas de escribir, soldaduras blandas y de aluminio y bronce comercial.

Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación, especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. Las aleaciones de zinc tienen puntos de fusión bajos, requieren un aporte de calor relativamente bajo, no requieren atmósferas fundentes o protectoras. Debido a su alta fluidez, las aleaciones de zinc se pueden fundir en paredes mucho más delgadas que otras aleaciones de fundición a presión, y se pueden fundir a presión con tolerancias dimensionales más estrictas. Estas aleaciones de zinc se comercializan con el nombre de Zamak. El nombre zamak es un acrónimo de los nombres alemanes de los metales que componen las aleaciones: Zink (zinc), Aluminio, Magnesio y Kupfer (cobre). El bajo punto de fusión junto con la baja viscosidad de la aleación hace posible la producción de formas pequeñas e intrincadas.

Como revestimiento, el zinc proporciona protección contra la corrosión para el hierro y el acero (acero galvanizado). El revestimiento de acero constituye el mayor uso individual de zinc, pero se utiliza en grandes tonelajes en piezas de fundición de aleación de zinc, como polvo y óxido de zinc y en productos de zinc forjado. Acero galvanizado es simplemente acero al carbono que ha sido recubierto con una fina capa de zinc. El zinc protege el hierro al corroerse primero, pero el zinc se corroe a tasas mucho más bajas que el acero. En caso de que el metal subyacente quede expuesto, la protección puede continuar siempre que haya zinc lo suficientemente cerca para acoplarse eléctricamente. Después de que se consume todo el zinc en el área inmediata, puede ocurrir corrosión localizada del metal base. Los aceros de construcción galvanizados son el uso más común para el metal galvanizado, y anualmente se galvanizan cientos de miles de toneladas de productos de acero en todo el mundo (láminas de metal, cercas, pantallas, tornillos, etc.).

Latón – Aleación de cobre y zinc

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.

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. La formulación habitual es 60% cobre, 20% níquel y 20% zinc. Por ejemplo, la aleación C75700 contiene 63,5 a 66,5% de Cu, 11,0 a 13,0% de Ni, 0,05% Pb máx, 0,25% Fe máx, 0,5% Mn máx y el resto de Zn. La aleación de cobre UNS C75700 níquel plata 65-12 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. Las aleaciones de alpaca se utilizan para aplicaciones decorativas, joyería, modelismo, instrumentos musicales (p. Ej., Flautas, clarinetes), recargas de punta de bola para flautas, tornillos, remaches y cañas de pescar, sondas de prueba.

Zamak – Zamak 3

Zamak es una familia de aleaciones con un metal base de zinc y elementos de aleación de aluminio, magnesio y cobre. Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación, especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. Las aleaciones de zinc tienen puntos de fusión bajos, requieren un aporte de calor relativamente bajo, no requieren atmósferas fundentes o protectoras. Debido a su alta fluidez, las aleaciones de zinc se pueden fundir en paredes mucho más delgadas que otras aleaciones de fundición a presión, y se pueden fundir a presión con tolerancias dimensionales más estrictas. Estas aleaciones de zinc se comercializan con el nombre de Zamak. El nombre zamak es un acrónimo de los nombres alemanes de los metales que componen las aleaciones: Zink (zinc), Aluminio, Magnesio y Kupfer (cobre).

Por ejemplo, Zamak 3 (ASTM AG40A), o aleación de zinc 3, es la aleación de zinc más utilizada en la industria de fundición a presión de zinc y suele ser la primera opción cuando se considera el zinc para la fundición a presión por varias razones. Proporciona la mejor combinación general de resistencia, moldeabilidad, estabilidad dimensional, facilidad de acabado y costo.

• Excelentes propiedades físicas y mecánicas
• Excelente moldeabilidad y estabilidad dimensional a largo plazo
• Excelentes características de acabado para tratamientos de enchapado, pintura y cromato
• Excelente capacidad de amortiguación y atenuación de vibraciones en comparación con las aleaciones de aluminio fundido a presión

Las aplicaciones típicas incluyen piezas de fundición a presión tales como piezas de automóviles, electrodomésticos y accesorios, equipos de oficina y de computación, hardware de construcción.

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Aleaciones de zinc

El zinc es un metal quebradizo y tiene un punto de fusión relativamente bajo de 419°C (787°F), resiste la corrosión, es dúctil y maleable y es altamente soluble en cobre. El zinc y las aleaciones de zinc se utilizan en forma de revestimientos, piezas fundidas, láminas laminadas, alambre trefilado, piezas forjadas y extrusiones. Otros usos del zinc son como componente principal en aleaciones de níquel-plata de bronce, metal para máquinas de escribir, soldaduras blandas y de aluminio y bronce comercial.

Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación, especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. Las aleaciones de zinc tienen puntos de fusión bajos, requieren un aporte de calor relativamente bajo, no requieren atmósferas fundentes o protectoras. Debido a su alta fluidez, las aleaciones de zinc se pueden fundir en paredes mucho más delgadas que otras aleaciones de fundición a presión, y se pueden fundir a presión con tolerancias dimensionales más estrictas. Estas aleaciones de zinc se comercializan con el nombre de Zamak. El nombre zamak es un acrónimo de los nombres alemanes de los metales que componen las aleaciones: Zink (zinc), Aluminio, Magnesio y Kupfer (cobre). El bajo punto de fusión junto con la baja viscosidad de la aleación hace posible la producción de formas pequeñas e intrincadas.

Zamak – Zamak 3

Zamak es una familia de aleaciones con un metal base de zinc y elementos de aleación de aluminio, magnesio y cobre. Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación, especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. Las aleaciones de zinc tienen puntos de fusión bajos, requieren un aporte de calor relativamente bajo, no requieren atmósferas fundentes o protectoras. Debido a su alta fluidez, las aleaciones de zinc se pueden fundir en paredes mucho más delgadas que otras aleaciones de fundición a presión, y se pueden fundir a presión con tolerancias dimensionales más estrictas. Estas aleaciones de zinc se comercializan con el nombre de Zamak. El nombre zamak es un acrónimo de los nombres alemanes de los metales que componen las aleaciones: Zink (zinc), Aluminio, Magnesio y Kupfer (cobre).

Por ejemplo, Zamak 3 (ASTM AG40A), o aleación de zinc 3, es la aleación de zinc más utilizada en la industria de fundición a presión de zinc y suele ser la primera opción cuando se considera el zinc para la fundición a presión por varias razones. Proporciona la mejor combinación general de resistencia, moldeabilidad, estabilidad dimensional, facilidad de acabado y costo.

• Excelentes propiedades físicas y mecánicas
• Excelente moldeabilidad y estabilidad dimensional a largo plazo
• Excelentes características de acabado para tratamientos de enchapado, pintura y cromato
• Excelente capacidad de amortiguación y atenuación de vibraciones en comparación con las aleaciones de aluminio fundido a presión

Las aplicaciones típicas incluyen piezas de fundición a presión tales como piezas de automóviles, electrodomésticos y accesorios, equipos de oficina y de computación, hardware de construcción.

Propiedades térmicas de las aleaciones de zinc – Zamak 3

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.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de las aleaciones de zinc – Zamak 3

El punto de fusión de la aleación de zinc – Zamak 3 es de alrededor de 385°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 zinc – Zamak 3

La conductividad térmica de la aleación de zinc – Zamak 3 es 113 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.

Ver arriba:
Aleaciones de zinc

El circonio puro es un metal de transición fuerte, de color blanco grisáceo, brillante que se asemeja al hafnio y, en menor medida, al titanio. El circonio se utiliza principalmente como refractario y opacificante, aunque se utilizan pequeñas cantidades como agente de aleación por su fuerte resistencia a la corrosión. El circonio y sus aleaciones se utilizan ampliamente como revestimiento para combustibles de reactores nucleares. El circonio aleado con niobio o estaño tiene excelentes propiedades anticorrosivas . La alta resistencia a la corrosión de las aleaciones de circonio resulta de la formación natural de un óxido estable denso en la superficie del metal. Esta película es autocurativa, continúa creciendo lentamente a temperaturas de hasta aproximadamente 550°C (1020°F) y permanece firmemente adherida. La propiedad deseada de estas aleaciones también es una sección transversal de captura de neutrones baja. Las desventajas del circonio son las propiedades de baja resistencia y la baja resistencia al calor, que se pueden eliminar, por ejemplo, mediante una aleación con niobio.

• Circonio – Aleaciones de niobio. Las aleaciones de circonio con niobio se utilizan como revestimientos de elementos combustibles de reactores VVER y RBMK. Estas aleaciones son el material base del canal de montaje del reactor RBMK. La aleación Zr + 1% Nb de tipo N-1 E-110 se utiliza para revestimientos de elementos combustibles, la aleación Zr + 2,5% Nb de tipo E-125 se aplica para tubos de canales de montaje.
• Circonio – Aleaciones de estaño. Las aleaciones de circonio, en las que el estaño es el elemento de aleación básico, proporciona una mejora de sus propiedades mecánicas, tienen una amplia distribución en los EE. UU. Un subgrupo común tiene la marca comercial Zircaloy. En el caso de las aleaciones de circonio-estaño, se produce la disminución de la resistencia a la corrosión en el agua y el vapor, lo que resulta en la necesidad de una aleación adicional.

El material de revestimiento para los nuevos diseños de combustible 17×17 se basa también en las aleaciones de circonio-niobio (por ejemplo, el material Optimized ZIRLO), que ha demostrado tener una resistencia a la corrosión mejorada en comparación con los materiales de revestimiento de combustible anteriores. El nivel de estaño optimizado proporciona una tasa de corrosión reducida al tiempo que mantiene los beneficios de la fuerza mecánica y la resistencia a la corrosión acelerada por condiciones químicas anormales.

Costos del circonio

En términos de costo, estas aleaciones también son a menudo los materiales de elección para los intercambiadores de calor y los sistemas de tuberías para las industrias de procesamiento químico y nuclear. El circonio es un subproducto de la extracción y procesamiento de minerales de titanio, así como de la extracción de estaño. De 2003 a 2007, mientras que los precios del circón mineral aumentaron constantemente de $360 a $840 por tonelada, el precio del circonio en bruto disminuyó de $39900 a $22700 por tonelada. El circonio metálico es mucho más caro que el circonio porque los procesos de reducción son costosos. Todos los costos varían significativamente con cierta pureza.

Producción de circonio

La producción de circonio metálico requiere técnicas especiales debido a las propiedades químicas particulares del circonio. La mayor parte del metal Zr se produce a partir de circón (ZrSiO₄) mediante la reducción del cloruro de circonio con magnesio metálico en el proceso Kroll. La característica clave del proceso Kroll es la reducción del cloruro de circonio a circonio metálico por magnesio. El circonio comercial de grado no nuclear contiene típicamente 1 a 5% de hafnio, cuya sección transversal de absorción de neutrones es 600 veces mayor que la del circonio. Por lo tanto, el hafnio debe eliminarse casi por completo (reducirse a <0,02% de la aleación) para aplicaciones de reactores.

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Aleaciones de circonio

El circonio puro es un metal de transición fuerte, de color blanco grisáceo, brillante que se asemeja al hafnio y, en menor medida, al titanio. El circonio se utiliza principalmente como refractario y opacificante, aunque se utilizan pequeñas cantidades como agente de aleación por su fuerte resistencia a la corrosión. El circonio y sus aleaciones se utilizan ampliamente como revestimiento para combustibles de reactores nucleares. El circonio aleado con niobio o estaño tiene excelentes propiedades anticorrosivas. La alta resistencia a la corrosión de las aleaciones de circonio resulta de la formación natural de un óxido estable denso en la superficie del metal. Esta película es autocurativa, continúa creciendo lentamente a temperaturas de hasta aproximadamente 550°C (1020°F) y permanece firmemente adherida. La propiedad deseada de estas aleaciones también es unasección transversal de captura de neutrones baja. Las desventajas del circonio son las propiedades de baja resistencia y la baja resistencia al calor, que se pueden eliminar, por ejemplo, mediante una aleación con niobio.

Costos del circonio

En términos de costo, estas aleaciones también son a menudo los materiales de elección para los intercambiadores de calor y los sistemas de tuberías para las industrias de procesamiento químico y nuclear. El circonio es un subproducto de la extracción y procesamiento de minerales de titanio, así como de la extracción de estaño. De 2003 a 2007, mientras que los precios del circón mineral aumentaron constantemente de $360 a $840 por tonelada, el precio del circonio en bruto disminuyó de $39900 a $22700 por tonelada. El circonio metálico es mucho más caro que el circonio porque los procesos de reducción son costosos. Todos los costos varían significativamente con cierta pureza.

Producción de circonio

La producción de circonio metálico requiere técnicas especiales debido a las propiedades químicas particulares del circonio. La mayor parte del metal Zr se produce a partir de circón (ZrSiO₄) mediante la reducción del cloruro de circonio con magnesio metálico en el proceso Kroll. La característica clave del proceso Kroll es la reducción del cloruro de circonio a circonio metálico por magnesio. El circonio comercial de grado no nuclear contiene típicamente 1 a 5% de hafnio, cuya sección transversal de absorción de neutrones es 600 veces mayor que la del circonio. Por lo tanto, el hafnio debe eliminarse casi por completo (reducirse a <0,02% de la aleación) para aplicaciones de reactores.

Aleaciones de circonio en la industria nuclear

El revestimiento de combustible es la capa exterior de las barras de combustible, que se encuentra entre el refrigerante del reactor y el combustible nuclear (es decir, pastillas de combustible). Está hecho de un material resistente a la corrosión con una sección transversal de baja absorción para los neutrones térmicos (~0,18×10^–24 cm²), generalmente una aleación de circonio. La vaina de combustible tiene típicamente un radio interior de  r_Zr,2 = 0,408 cm  y un radio exterior  r_Zr,1 = 0,465 cm. En comparación con los pellets de combustible, casi no hay generación de calor en la vaina del combustible (la vaina se  calienta ligeramente por la radiación). Todo el calor generado en el combustible debe transferirse por  conducción a  través del revestimiento y, por lo tanto, la superficie interior está más caliente que la superficie exterior.

Una composición típica de las aleaciones de circonio de grado nuclear es más del 95 por ciento en peso de circonio y menos del 2% de estaño, niobio, hierro, cromo, níquel y otros metales, que se agregan para mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión. La aleación más utilizada, hasta la fecha, en PWR, ha sido Zircaloy 4, sin embargo, actualmente está siendo reemplazada por nuevas aleaciones a base de circonio-niobio, que exhiben una mejor resistencia a la corrosión. La temperatura máxima a la que se pueden utilizar las aleaciones de circonio en los reactores refrigerados por agua depende de su resistencia a la corrosión. Las aleaciones de circonio más comunes, Zircaloy-2 y Zircaloy-4, contienen los fuertes estabilizadores α estaño y oxígeno, además de los estabilizadores β hierro, cromo y níquel. Aleaciones de tipo Zircalloy, en las que el estaño es el elemento de aleación básico que proporciona una mejora de sus propiedades mecánicas, tener una amplia distribución en el mundo. Sin embargo, en este caso, se produce la disminución de la resistencia a la corrosión en el agua y el vapor que dio lugar a la necesidad de una aleación adicional. La mejora provocada por el aditivo niobio probablemente implica un mecanismo diferente. La alta resistencia a la corrosión de los metales aleados con niobio en agua y vapor a temperaturas de 400 a 550°C se debe a su capacidad de pasivación con formación de películas protectoras.

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Aleaciones de circonio

El circonio puro es un metal de transición fuerte, de color blanco grisáceo, brillante que se asemeja al hafnio y, en menor medida, al titanio. El circonio se utiliza principalmente como refractario y opacificante, aunque se utilizan pequeñas cantidades como agente de aleación por su fuerte resistencia a la corrosión. El circonio y sus aleaciones se utilizan ampliamente como revestimiento para combustibles de reactores nucleares. El circonio aleado con niobio o estaño tiene excelentes propiedades anticorrosivas. La alta resistencia a la corrosión de las aleaciones de circonio resulta de la formación natural de un óxido estable denso en la superficie del metal. Esta película es autocurativa, continúa creciendo lentamente a temperaturas de hasta aproximadamente 550°C (1020°F) y permanece firmemente adherida. La propiedad deseada de estas aleaciones también es unasección transversal de captura de neutrones baja. Las desventajas del circonio son las propiedades de baja resistencia y la baja resistencia al calor, que se pueden eliminar, por ejemplo, mediante una aleación con niobio.

• Circonio – Aleaciones de niobio. Las aleaciones de circonio con niobio se utilizan como revestimientos de elementos combustibles de reactores VVER y RBMK. Estas aleaciones son el material base del canal de montaje del reactor RBMK. La aleación Zr + 1% Nb de tipo N-1 E-110 se utiliza para revestimientos de elementos combustibles, la aleación Zr + 2,5% Nb de tipo E-125 se aplica para tubos de canales de montaje.
• Circonio – Aleaciones de estaño. Las aleaciones de circonio, en las que el estaño es el elemento de aleación básico, proporciona una mejora de sus propiedades mecánicas, tienen una amplia distribución en los EE. UU. Un subgrupo común tiene la marca comercial Zircaloy. En el caso de las aleaciones de circonio-estaño, se produce la disminución de la resistencia a la corrosión en el agua y el vapor, lo que resulta en la necesidad de una aleación adicional.

El material de revestimiento para los nuevos diseños de combustible 17×17 se basa también en las aleaciones de circonio-niobio (por ejemplo, el material Optimized ZIRLO), que ha demostrado tener una resistencia a la corrosión mejorada en comparación con los materiales de revestimiento de combustible anteriores. El nivel de estaño optimizado proporciona una tasa de corrosión reducida al tiempo que mantiene los beneficios de la fuerza mecánica y la resistencia a la corrosión acelerada por condiciones químicas anormales.

Costos del circonio

En términos de costo, estas aleaciones también son a menudo los materiales de elección para los intercambiadores de calor y los sistemas de tuberías para las industrias de procesamiento químico y nuclear. El circonio es un subproducto de la extracción y procesamiento de minerales de titanio, así como de la extracción de estaño. De 2003 a 2007, mientras que los precios del circón mineral aumentaron constantemente de $360 a $840 por tonelada, el precio del circonio en bruto disminuyó de $39,900 a $22,700 por tonelada. El circonio metálico es mucho más caro que el circonio porque los procesos de reducción son costosos. Todos los costos varían significativamente con cierta pureza.

Producción de circonio

La producción de circonio metálico requiere técnicas especiales debido a las propiedades químicas particulares del circonio. La mayor parte del metal Zr se produce a partir de circón (ZrSiO₄) mediante la reducción del cloruro de circonio con magnesio metálico en el proceso Kroll. La característica clave del proceso Kroll es la reducción del cloruro de circonio a circonio metálico por magnesio. El circonio comercial de grado no nuclear contiene típicamente 1 a 5% de hafnio, cuya sección transversal de absorción de neutrones es 600 veces mayor que la del circonio. Por lo tanto, el hafnio debe eliminarse casi por completo (reducirse a <0,02% de la aleación) para aplicaciones de reactores.

Aleación de circonio – Zircaloy – 4

Zircaloy-4 (UNS R60804) es una variación de Zircaloy-2, pero no contiene níquel y tiene un contenido de hierro más alto y más controlado. Las propiedades mecánicas son similares al circonio puro, más fuerte y menos dúctil, con una excelente resistencia a la corrosión. Esta aleación también se utiliza en servicios nucleares; absorbe menos hidrógeno que Zircaloy-2 cuando se expone a la corrosión en agua y vapor.

Zircaloy-4 se desarrolló a partir de Zircaloy-2 con el objetivo principal de reducir la tendencia a absorber hidrógeno. Así, se aplican las mismas especificaciones de composición, excepto para el níquel, que está limitado a un máximo de 0,007%, y el hierro, cuyo rango se reduce al 0,18%.

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El circonio puro es un metal de transición fuerte, de color blanco grisáceo, brillante que se asemeja al hafnio y, en menor medida, al titanio. El circonio se utiliza principalmente como refractario y opacificante, aunque se utilizan pequeñas cantidades como agente de aleación por su fuerte resistencia a la corrosión. El circonio y sus aleaciones se utilizan ampliamente como revestimiento para combustibles de reactores nucleares. El circonio aleado con niobio o estaño tiene excelentes propiedades anticorrosivas. La alta resistencia a la corrosión de las aleaciones de circonio resulta de la formación natural de un óxido estable denso en la superficie del metal. Esta película es autocurativa, continúa creciendo lentamente a temperaturas de hasta aproximadamente 550°C (1020°F) y permanece firmemente adherida.

En términos de costo, estas aleaciones también son a menudo los materiales de elección para los intercambiadores de calor y los sistemas de tuberías para las industrias de procesamiento químico y nuclear. El circonio es un subproducto de la extracción y procesamiento de minerales de titanio, así como de la extracción de estaño. De 2003 a 2007, mientras que los precios del circón mineral aumentaron constantemente de $360 a $840 por tonelada, el precio del circonio en bruto disminuyó de $39,900 a $22,700 por tonelada. El circonio metálico es mucho más caro que el circonio porque los procesos de reducción son costosos. Todos los costos varían significativamente con cierta pureza.

Aleaciones de circonio en la industria nuclear

El revestimiento de combustible es la capa exterior de las barras de combustible, que se encuentra entre el refrigerante del reactor y el combustible nuclear (es decir, pastillas de combustible). Está hecho de un material resistente a la corrosión con una sección transversal de baja absorción para los neutrones térmicos (~0,18×10^–24 cm²), generalmente una aleación de circonio. La vaina de combustible tiene típicamente un radio interior de  r_Zr,2 = 0,408 cm  y un radio exterior  r_Zr,1 = 0,465 cm. En comparación con los pellets de combustible, casi no hay generación de calor en la vaina del combustible (la vaina se  calienta ligeramente por la radiación). Todo el calor generado en el combustible debe transferirse por  conducción a  través del revestimiento y, por lo tanto, la superficie interior está más caliente que la superficie exterior.

La propiedad deseada de estas aleaciones es también una sección transversal de captura de neutrones baja. Las desventajas del circonio son las propiedades de baja resistencia y la baja resistencia al calor, que se pueden eliminar, por ejemplo, mediante una aleación con niobio.

• Circonio – Aleaciones de niobio. Las aleaciones de circonio con niobio se utilizan como revestimientos de elementos combustibles de reactores VVER y RBMK. Estas aleaciones son el material base del canal de montaje del reactor RBMK. La aleación Zr + 1% Nb de tipo N-1 E-110 se utiliza para revestimientos de elementos combustibles, la aleación Zr + 2,5% Nb de tipo E-125 se aplica para tubos de canales de montaje.
• Circonio – Aleaciones de estaño. Las aleaciones de circonio, en las que el estaño es el elemento de aleación básico, proporciona una mejora de sus propiedades mecánicas, tienen una amplia distribución en los EE. UU. Un subgrupo común tiene la marca comercial Zircaloy. En el caso de las aleaciones de circonio-estaño, se produce la disminución de la resistencia a la corrosión en el agua y el vapor, lo que resulta en la necesidad de una aleación adicional.

El material de revestimiento para los nuevos diseños de combustible 17×17 se basa también en las aleaciones de circonio-niobio (por ejemplo, el material Optimized ZIRLO), que ha demostrado tener una resistencia a la corrosión mejorada en comparación con los materiales de revestimiento de combustible anteriores. El nivel de estaño optimizado proporciona una tasa de corrosión reducida al tiempo que mantiene los beneficios de la fuerza mecánica y la resistencia a la corrosión acelerada por condiciones químicas anormales.

Una composición típica de las aleaciones de circonio de grado nuclear es más del 95 por ciento en peso de circonio y menos del 2% de estaño, niobio, hierro, cromo, níquel y otros metales, que se agregan para mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión. La aleación más utilizada, hasta la fecha, en PWR, ha sido Zircaloy 4, sin embargo, actualmente está siendo reemplazada por nuevas aleaciones a base de circonio-niobio, que exhiben una mejor resistencia a la corrosión. La temperatura máxima a la que se pueden utilizar las aleaciones de circonio en los reactores refrigerados por agua depende de su resistencia a la corrosión. Las aleaciones de circonio más comunes, Zircaloy-2 y Zircaloy-4, contienen los fuertes estabilizadores α estaño y oxígeno, además de los estabilizadores β hierro, cromo y níquel. Aleaciones de tipo Zircalloy, en las que el estaño es el elemento de aleación básico que proporciona una mejora de sus propiedades mecánicas, tener una amplia distribución en el mundo. Sin embargo, en este caso, se produce la disminución de la resistencia a la corrosión en el agua y el vapor que dio lugar a la necesidad de una aleación adicional. La mejora provocada por el aditivo niobio probablemente implica un mecanismo diferente. La alta resistencia a la corrosión de los metales aleados con niobio en agua y vapor a temperaturas de 400 a 550°C se debe a su capacidad de pasivación con formación de películas protectoras.

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