Latones Alfa + Beta Prima (60/40)

Los latones alfa + beta prima (60/40), al contener beta prima, se les da forma mediante trabajo en caliente, ya que presentan una estructura bifásica que no puede ser trabajada en frío. El intervalo óptimo de temperaturas para trabajar estos latones es de 750-650 °C, rango en el cual la fase alfa precipita y el trabajo en caliente la rompe en pequeñas partículas, evitando la formación de una estructura de Widmanstätten. La aleación más destacada en este tipo es el metal Müntz. Estos latones poseen mejores propiedades mecánicas que los latones 70-30, pero su ductilidad es inferior.

Latones de Elevada Resistencia (Latones Beta)

Los latones de elevada resistencia, también conocidos como latones beta, son aleaciones con una composición aproximada de 50/50. Se utilizan comúnmente como soldaduras debido a que su punto de fusión es cercano a los 870 °C. Aunque presentan alta resistencia, también son muy frágiles. Para mitigar esta fragilidad, se suelen añadir elementos como aluminio (Al), manganeso (Mn) o hierro (Fe). Durante el proceso de fundición, estos latones pierden una cantidad significativa de zinc (Zn) en forma de óxido.

Elementos Aleantes en Latones

Normalmente, se añaden elementos aleantes para mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión de los latones. Algunos ejemplos incluyen:

• Estaño (Sn): Una concentración mayor o igual al 1% de Sn confiere una alta resistencia a la corrosión, especialmente en tubos de condensación.
• Arsénico (As): En el latón «Admiralty», la adición de 0.01-0.05% de As mejora la resistencia a la corrosión e inhibe la deszincificación en tubos de condensación.
• Plomo (Pb): Un 2% de Pb mejora la maquinabilidad. Al ser insoluble en el cobre (Cu), forma pequeños glóbulos que facilitan el mecanizado.
• Aluminio (Al): Una concentración mayor o igual al 2% de Al proporciona una excelente resistencia a la corrosión, por lo que se utiliza en tubos de condensación navales.
• Níquel (Ni): El Ni también aumenta la resistencia a la corrosión.

Latones Aleados con Plomo (Pb)

El cobre (Cu) es insoluble en plomo (Pb) líquido a altas temperaturas, y a bajas temperaturas son insolubles entre sí en estado sólido. Por lo tanto, el enfriamiento en equilibrio de la aleación Cu-3Pb se produce por precipitación primaria de cristales de Cu puro a 955 °C, seguido de una reacción eutéctica. Esta reacción eutéctica ocurre en los espacios interdendríticos. Durante el proceso de deformación, los glóbulos de Pb se aíslan, mejorando la mecanización al interrumpir el arranque de viruta.

Latones de Estaño (Sn) y Aluminio (Al)

La adición de un 1% de estaño (Sn) al latón 70-30 puede mejorar significativamente su resistencia a la corrosión en agua de mar. Este latón se denomina «Latón Admiralty». La adición de un 0.04% de arsénico (As) previene la deszincificación, prolongando la vida útil de los condensadores. Si se sustituye el Sn por aluminio (Al), se forma una capa protectora en la superficie que resiste la acción del agua a alta velocidad. Estos latones se emplean principalmente en aplicaciones marinas, como en hélices de barcos, turbinas de agua, timones, montajes de cañones y condensadores, donde se les conoce como «latón marino» y «latón naval al».

Bronces de Estaño

Los bronces son aleaciones de cobre (Cu) y estaño (Sn), típicamente con un 10% de Sn. El diagrama de equilibrio muestra que la velocidad de difusión del Sn en Cu es menor que la del zinc (Zn) en Cu. Esto resulta en un amplio campo alfa + líquido, ya que la baja velocidad de difusión conduce a un alto grado de segregación durante la solidificación. En aleaciones preparadas por moldeo, incluso con una concentración de Sn del 6%, se observa precipitación en los límites de grano y la fase se enriquece en cobre. A temperaturas inferiores a 400 °C, las transformaciones son muy lentas, y la aleación de moldeo enfriada al aire raramente exhibe la microestructura determinada por el diagrama de equilibrio. Las reacciones importantes incluyen:

• Reacción peritéctica a 798 °C.
• Reacción eutectoide a 586 °C.
• Reacción eutectoide a 520 °C.
• Reacción eutectoide a 350 °C (esta última no ocurre a velocidades de enfriamiento extremadamente lentas).

Industrialmente, el compuesto Cu₃Sn no existe incluso en bronces con más del 11% de Sn.

Se ignora la parte del diagrama de equilibrio por debajo de 400 °C, y se considera la microestructura existente a esa temperatura, ya que persistirá a temperatura ambiente a velocidades de enfriamiento industriales. Las fases presentes en el bronce serán:

• Fase alfa: Tenaz y dúctil. Las aleaciones monofásicas pueden ser trabajadas en frío.
• Fase omega: Presenta un componente intermetálico (Cu₁₃Sn₈). Es frágil debido a la presencia de alfa + omega. Para trabajar en frío, se debe evitar la presencia de omega disolviéndola. Esto se logra mediante un recocido a 700 °C durante 6 horas, seguido de un enfriamiento rápido que inhibe la precipitación de omega y produce una fase alfa uniforme a temperatura ambiente. Con este tratamiento, se pueden preparar bronces de hasta 14% de Sn, aunque generalmente se utilizan con un 7% de Sn.

Clasificación de los Bronces de Estaño

Forja

Contienen hasta un 8% de Sn y se les da forma mediante trabajo en frío. Un uso común es en la fabricación de monedas. Son dúctiles y blandos. El bronce «Admiralty», con una composición de 88% Cu, 10% Sn y 2% Zn, se utiliza en casquillos, cojinetes y cierres marinos que requieren resistencia al ataque severo del agua de mar. Esta composición presenta un estado de moldeo alfa + omega, que se trabaja en caliente a temperaturas superiores a 590 °C. Posee buenas características antifricción gracias al Zn, que actúa como desoxidante y mejora la fluidez del caldo.

Moldeo

Contienen entre un 12% y un 20% de Sn. Los bronces con más del 10% de Sn no son trabajables, es decir, no se pueden conformar por deformación plástica. Se utilizan en cojinetes de alta resistencia y en instrumentos musicales, como campanas, por su buen tono. La adición de Pb (0.5-1%) mejora la maquinabilidad, y la adición de 5-15% mejora la antifricción. Con un 30-40% de Sn, ya no presentan fase alfa. Es un metal plateado muy duro que, una vez pulido, es resistente al rayado.

Bronces al Zinc (Zn)

En estos bronces, se reemplaza el estaño (Sn) por zinc (Zn), aproximadamente un 0.05% de Zn por cada 1% de Sn que se desea sustituir, lo que abarata el producto. El Zn actúa como desoxidante, haciendo que el ZnO flote en el caldo y mejorando la fluidez del moldeo. Se clasifican en:

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

Problemas de los Latones

Si estos latones contienen pequeñas cantidades de impurezas, pueden experimentar pérdidas de ductilidad. Otro problema es el agrietamiento por trabajo en frío, que puede ocurrir debido a la corrosión intercristalina causada por dislocaciones en zonas de alta energía o por la exposición a una atmósfera de amoníaco. A altas temperaturas, el crecimiento de grano en estos latones es rápido, lo que puede resultar en una «piel de naranja» en la superficie. Por lo tanto, el recocido debe realizarse a temperaturas aproximadas de 600 °C para aliviar tensiones sin modificar la superficie.

Corrosión Bajo Tensión

Los latones con más del 15% de Zn son susceptibles al agrietamiento por corrosión bajo tensión en presencia de una atmósfera de O₂ + NH₃, lo que produce un agrietamiento intergranular. Si el latón está muy deformado, además del agrietamiento intergranular, también puede ocurrir agrietamiento transgranular. Para solucionar este problema, se realiza un recocido de alivio de tensiones.

Deszincificación

La deszincificación ocurre cuando el Zn se corroe, dejando un residuo poroso de cobre (Cu) y productos de corrosión, debido a la alta afinidad del Zn por el oxígeno.