Latones Alfa-Beta Prima (60/40)

Los latones alfa-beta prima, con una composición aproximada de 60% de cobre y 40% de zinc, se caracterizan por su estructura bifásica, la cual les permite ser trabajados en caliente pero no en frío. El rango óptimo de temperatura para su trabajo se sitúa entre 750-650°C. Durante este proceso, la fase alfa precipita y el trabajo en caliente la fragmenta en pequeñas partículas, evitando la formación de una estructura de Widmanstätten. La aleación más destacada en este grupo es el metal Müntz. Estos latones presentan mejores propiedades mecánicas que los latones 70-30, aunque con menor ductilidad.

Latones de Elevada Resistencia (Latones Beta)

Los latones beta, con una composición cercana al 50/50 de cobre y zinc, se utilizan comúnmente como soldaduras debido a su alto punto de fusión (alrededor de 870°C). Poseen alta resistencia pero son frágiles. Para mejorar su ductilidad, se suelen añadir elementos como aluminio (Al), manganeso (Mn) o hierro (Fe). Durante la fusión, pierden una cantidad significativa de zinc en forma de óxido.

Elementos Aleantes en Latones

La adición de elementos aleantes mejora las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión de los latones:

• Estaño (Sn): Una concentración mayor o igual al 1% de estaño confiere alta resistencia a la corrosión, especialmente en tubos de condensación.
• Arsénico (As): En el latón «Admiralty», la presencia de 0.01-0.05% de arsénico mejora la resistencia a la corrosión e inhibe la deszincificación en tubos de condensación.
• Plomo (Pb): Un 2% de plomo mejora la maquinabilidad al formar pequeños glóbulos que facilitan el mecanizado.
• Aluminio (Al): Una concentración mayor o igual al 2% de aluminio proporciona una excelente resistencia a la corrosión, siendo ideal para tubos de condensación navales.
• Níquel (Ni): Aumenta la resistencia a la corrosión.

Latones Aleados con Plomo (Pb)

El cobre y el plomo son insolubles entre sí en estado sólido a bajas temperaturas. En una aleación de cobre con 3% de plomo, el enfriamiento en equilibrio produce la precipitación primaria de cristales de cobre puro a 955°C, seguida de una reacción eutéctica en los espacios interdendríticos. Durante la deformación, los glóbulos de plomo se aíslan, mejorando la maquinabilidad al interrumpir el arranque de viruta.

Latones de Estaño (Sn) y Aluminio (Al)

La adición de un 1% de estaño al latón 70-30, conocido como latón «Admiralty», mejora su resistencia a la corrosión en agua de mar. La adición de 0.04% de arsénico previene la deszincificación, prolongando la vida útil de los condensadores. La sustitución del estaño por aluminio crea una capa protectora en la superficie, resistente a la acción del agua a alta velocidad. Estos latones se emplean en aplicaciones marinas, como hélices, turbinas de agua, timones, montajes de cañones y condensadores.

Bronces de Estaño

Los bronces son aleaciones de cobre con aproximadamente un 10% de estaño. La velocidad de difusión del estaño en el cobre es menor que la del zinc en el cobre, lo que resulta en un amplio campo alfa + líquido y un alto grado de segregación durante la solidificación. En aleaciones moldeadas, incluso con una concentración de estaño del 6%, se observa precipitación en los límites de grano y enriquecimiento de cobre. A temperaturas inferiores a 400°C, las transformaciones son muy lentas. Las reacciones importantes incluyen:

• Reacción peritéctica a 798°C.
• Reacción eutectoide a 586°C.
• Reacción eutectoide a 520°C.
• Reacción eutectoide a 350°C (ocurre solo a enfriamiento extremadamente lento).

Industrialmente, la fase (Cu₃Sn) no existe en bronces con más del 11% de estaño. Se ignora la parte del diagrama de equilibrio por debajo de 400°C, considerando la microestructura a esa temperatura como persistente a temperatura ambiente a velocidades de enfriamiento industriales. Las fases presentes en el bronce son:

• Fase alfa: Tenaz y dúctil. Las aleaciones monofásicas pueden ser trabajadas en frío.
• Fase omega: Contiene el componente intermetálico (Cu₁₃Sn₈). Es frágil debido a la presencia de alfa + omega. Para trabajar en frío, se debe disolver la fase omega mediante un recocido a 700°C durante 6 horas, seguido de un enfriamiento rápido.

Clasificación de los Bronces de Estaño

Forja

Contienen hasta un 8% de estaño y se les da forma por trabajo en frío. Se utilizan en la fabricación de monedas en el Reino Unido. Son dúctiles y blandos. El bronce «Admiralty» (88% Cu, 10% Sn, 2% Zn) se emplea en casquillos, cojinetes y cierres marinos que requieren resistencia al agua de mar. Presenta una microestructura alfa + omega y se trabaja en caliente a temperaturas superiores a 590°C. El zinc actúa como desoxidante, mejorando la fluidez del caldo.

Moldeo

Contienen entre un 12% y un 20% de estaño. Los bronces con más del 10% de estaño no son trabajables por deformación plástica y se utilizan en cojinetes de alta resistencia e instrumentos musicales, como campanas. La adición de 0.5-1% de plomo mejora la maquinabilidad, y entre un 5% y un 15% mejora la antifricción. Con un 30-40% de estaño, no presentan fase alfa, resultando en un metal plateado duro y resistente al rayado.

Bronces al Zinc

En estos bronces, se reemplaza el estaño (0.05%) por zinc para reducir costos. El zinc actúa como desoxidante, mejorando la fluidez del moldeo. Se clasifican en:

• Forja: Con un 3% de estaño y un 2.5% de zinc, se utilizan en la fabricación de monedas y en bronces similares al alfa-estaño.
• Moldeo: Los bronces «Admiralty gunmetal» (88% Cu, 10% Sn, 2% Zn) se emplean en artillería naval que requiere alta resistencia a la corrosión. Tienen una microestructura similar al bronce con un 11% de estaño, con segregación de alfa en los límites de grano en la fase omega.

Problemas de los Latones

La presencia de impurezas en los latones puede provocar pérdidas de ductilidad. Otro problema es el agrietamiento por trabajo en frío, causado por la corrosión intercristalina debido a dislocaciones en zonas de alta energía o exposición a una atmósfera de amoníaco. A altas temperaturas, el crecimiento de grano es rápido, produciendo una «piel de naranja» en la superficie. El recocido debe realizarse a aproximadamente 600°C para aliviar tensiones sin modificar la superficie.

Corrosión bajo Tensión

Los latones con más del 15% de zinc son susceptibles al agrietamiento por corrosión bajo tensión en presencia de oxígeno y amoníaco, produciendo agrietamiento intergranular. En latones muy deformados, también puede ocurrir agrietamiento transgranular. La solución es un recocido de alivio de tensiones.

Deszincificación

El zinc se corroe, dejando un residuo poroso de cobre y productos de corrosión debido a su alta afinidad por el oxígeno.