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Latón, bronce, cobre: decodificando las diferencias para uso industrial

Explore las propiedades únicas, las aplicaciones y la importancia histórica del latón, el bronce y el cobre y comprenda su papel vital en las industrias modernas.
HITOP / Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/es/laton-bronce-cobre-para-uso-industrial/" title="Latón, bronce, cobre: decodificando las diferencias para uso industrial">Latón, bronce, cobre: decodificando las diferencias para uso industrial

En metales industriales, latón, bronce y cobre Se erigen como el triunvirato de los metales rojos, cada uno con una combinación única de propiedades que los han hecho invaluables a lo largo de la historia y en la era moderna.

Este artículo profundiza en los matices de estos metales, desentrañando sus complejidades para ayudar a los fabricantes e industriales a tomar decisiones informadas. A medida que navegamos por sus características individuales, aplicaciones y análisis comparativos, nuestro objetivo es brindar una comprensión integral que se alinee con moldeo por inyección y creación rápida de prototipos.

Cobre, latón, bronce: comprensión de cada metal en detalle

  1. Cobre: el conductor natural

Este elemento está calificado entre los metales naturales y ha sido piedra angular en el desarrollo de las civilizaciones debido a sus notables características. Este metal de color marrón rojizo, que se encuentra en la tabla periódica como Cu, se encuentra entre los pocos utilizables en su estado natural, lo que lo convierte en una piedra angular en diversas producciones.

Piezas de cobre mecanizadas por CNC
Piezas de cobre mecanizadas por CNC
  1. Propiedades:

Cobre Es una opción ideal para aplicaciones electrónicas y sistemas eléctricos debido a su excepcional conductividad térmica y eléctrica. Su adaptabilidad se ve aumentada por su resistencia a numerosos tipos de daños, incluidos impactos, desgaste y corrosión. En particular, una cualidad única del cobre que lo hace perfecto para los equipos utilizados en la preparación de alimentos es su resistencia a los microbios.

  1. Grados de cobre:

Varios grados de cobre satisfacen diferentes necesidades industriales. Por ejemplo:

  • Aleación 101: Este grado de cobre es conocido por no tener oxígeno. Es ideal para aplicaciones que requieren un metal altamente conductor y dúctil. Aplicaciones como dispositivos electrónicos o sistemas audiovisuales de alta gama son adecuadas porque necesitan una conductividad eléctrica de alta calidad.
  • Aleación 110: Esta variante ofrece los niveles más altos de conductividad eléctrica y térmica. También conocido como cobre ETP, la aleación 110 ofrece buena ductilidad y maleabilidad. Por lo tanto, es una opción popular para aplicaciones eléctricas, como placas de circuitos, cableado y otros componentes electrónicos.
  • Aleación 122: Al tener una conformabilidad, capacidades de soldadura fuerte y soldabilidad superiores, este grado está comúnmente disponible en forma de tubería y se usa con frecuencia en plomería. La aleación 122 es mecánicamente similar a la aleación 110 y se prefiere en sistemas de climatización debido a su excelente resistencia a la incrustación y la corrosión.
  • Aleación 145: Este metal, también llamado cobre telurio, tiene un poco contenido de telurio que mejora notablemente su maquinabilidad. Se define por sus características como conductividad eléctrica, alta conformabilidad y excelente conductividad térmica. Esta aleación se utiliza con frecuencia en la producción de conectores eléctricos y otros componentes donde el mecanizado simple es crucial, ya que es especialmente adecuada para aplicaciones de mecanizado.
  1. ¿Por qué se prefiere el cobre para aplicaciones específicas?
  • Componentes de transferencia de calor: Debido a su fuerte conductividad térmica, el cobre es perfecto para piezas que pueden disipar el calor de manera efectiva, como dispositivos de enfriamiento y disipadores de calor de máquinas de moldeo por inyección.
  • Componentes eléctricos: La excepcional conductividad eléctrica del cobre lo convierte en un material popular para piezas eléctricas complejas para la creación rápida de prototipos. Esto incluye conectores, terminales y prototipos de placas de circuito.
  • Fabricación de moldes: El cobre se emplea frecuentemente en moldes de inyección, particularmente para componentes como inserciones profundas y correderas. Aleaciones de cobre o materiales especializados como Ampco y Moldmax, incluidos Cobre de berilio, son comúnmente preferidos en estas aplicaciones. Debido a su distribución uniforme del calor y su conductividad térmica, las piezas moldeadas se deforman menos y son de mejor calidad.

¿Sabes?

El uso del cobre se remonta a más de 10.000 años. La Edad del Cobre precedió a la Edad del Bronce y marcó una transición de las herramientas de piedra al metal. También es un componente clave de la Estatua de la Libertad, que contiene más de 80 toneladas de cobre.

  1. Latón: la aleación versátil
Piezas de latón mecanizadas por CNC
Piezas de latón mecanizadas por CNC

El latón es una aleación de metal amarillo no ferroso y es una mezcla de cobre y zinc. Permite mejorar añadiendo elementos como estaño, plomo, hierro, silicio, aluminio y manganeso para ofrecer características únicas.

Su composición se puede enriquecer con elementos como plomo, estaño, hierro, aluminio, silicio y manganeso, ofreciendo características distintivas.

  1. Propiedades: 

Conocido por su maleabilidad y formabilidad, el latón tiene un punto de fusión más alto que el bronce. Tiene una naturaleza no ferromagnética, lo que ayuda al reciclaje. Sin embargo, la aleación se diferencia del cobre puro por su sensibilidad al agrietamiento por tensión.

  1. Grados de latón:
  • Aleación 260 (cartucho de latón): Se emplea en hardware, sujetadores, piezas de automóviles y carcasas de municiones debido a sus excepcionales cualidades de trabajo en frío. Además, se utiliza ampliamente en aplicaciones ornamentales y en el negocio de instrumentos musicales, especialmente en la fabricación de campanas y cuernos.
  • Aleación 272 (latón amarillo): Este grado se utiliza a menudo en aplicaciones industriales y arquitectónicas debido a su color amarillo brillante y su buena resistencia. Además, con él se fabrican sanitarios, restauraciones históricas, núcleos de radiadores y depósitos.
  • Aleación 330 (latón con bajo contenido de plomo): Sus atributos físicos lo hacen adecuado para elementos decorativos y detalles arquitectónicos. La aleación 330 es perfecta para fabricar tuberías y tubos, especialmente en plomería donde la contaminación por plomo es un problema.
  • Aleación 353 (latón del reloj): Esta aleación se utiliza principalmente para componentes de precisión como relojes y piezas de relojes. Su facilidad de mecanizado lo hace ideal para formas intrincadas y trabajos detallados.
  • Aleación 360 (latón de corte libre): Este latón se emplea ampliamente en la fabricación de sujetadores, accesorios, válvulas y componentes de hardware. Es el material elegido para piezas que necesitan mucho mecanizado y conformado debido a su maquinabilidad y formabilidad superiores.
  1. ¿Por qué se prefiere el latón para aplicaciones específicas?
  • Propiedades de trabajo en frío: La aleación 260 proporciona una combinación equilibrada de resistencia y flexibilidad, lo que la hace adecuada para casquillos de municiones, piezas de automóviles, sujetadores y hardware. También se utiliza para instrumentos musicales debido a su naturaleza resistente a la corrosión.
  • Arquitectónico: La aleación 272 se utiliza con fines arquitectónicos y restauraciones históricas debido a su color amarillo brillante y su buena resistencia. Su resistencia a la corrosión lo hace adecuado para piezas de automóviles, es decir, radiadores.
  • Plomería: La aleación 330 es un latón con bajo contenido de plomo, lo que lo hace adecuado para la seguridad en plomería. Además, proporciona buena conformabilidad y resistencia a la corrosión, lo que permite su uso en artículos decorativos.
  • Relojes: Esta aleación ofrece excelentes propiedades de mecanizado, lo que la hace preferible para piezas intrincadas y detalladas como relojes. La aleación 353 ofrece tales propiedades.
  • Hardware: Para elementos de hardware como accesorios, válvulas y sujetadores, Alloy 360 ofrece buena resistencia a la corrosión y contiene plomo, lo que lo hace adecuado para procesos de mecanizado extensos.

¿Sabes?

El latón existe desde aproximadamente el año 500 a. C. y fue utilizado por primera vez por los romanos. Fue valorado por su parecido con el oro. Las propiedades antimicrobianas del latón fueron reconocidas hace siglos y se utilizó para prevenir la propagación de enfermedades.

3. Bronce: la aleación duradera

Piezas mecanizadas CNC de bronce
Piezas mecanizadas CNC de bronce.

El bronce, una aleación a base de cobre compuesta principalmente de cobre y estaño, también puede incluir aluminio, manganeso, fósforo y silicio. Esta composición confiere al bronce propiedades distintas.

  1. Propiedades: 

Al compartir muchas propiedades con el cobre y el latón, el bronce destaca por su excelente conductividad térmica y resistencia a la corrosión del agua salada, lo que lo hace ideal para aplicaciones marinas. Sin embargo, es un poco más frágil y tiene un punto de fusión más alto que el latón.

  1. Grados de bronce:
  • Aleación 932 (Bronce con alto contenido de plomo): esta aleación contiene aproximadamente 83% de cobre, 7% de estaño, 7% de plomo y 3% de zinc. Tiene buena maquinabilidad y excelente resistencia al desgaste. El contenido de plomo proporciona lubricidad y lo hace adecuado para rodamientos.
  • Aleación 954 (Bronce de aluminio): este metal normalmente consta de cobre 85-89% y aluminio 10-11%, con una pequeña cantidad de hierro. Es conocido por su alta resistencia y resistencia a la corrosión y al desgaste. La aleación 954 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 85.000 psi y un límite elástico de 32.000 psi.
  • Aleación 907 (Bronce de níquel y estaño): Esta aleación está hecha de cobre con alrededor de 10% de níquel y 6-8% de estaño. Debido a que exhibe alta resistencia y tenacidad, con una excelente resistencia a la corrosión del agua de mar, la aleación 907 se usa con frecuencia en aplicaciones marinas como hélices de barcos y fijaciones submarinas y aeroespaciales para componentes de trenes de aterrizaje debido a su fuerza y resistencia a la corrosión.
  • Aleación 510: Esta combinación a menudo se denomina "bronce fosforado". Ofrece alta resistencia a la fatiga y excelente formabilidad. La aleación 510 es cobre 95% con hasta 5% de estaño y una pequeña cantidad de fósforo para proporcionar buena conductividad y es muy duradera.
  • Aleación 655: También conocido como "Bronce al Silicio". Es principalmente cobre, con una cantidad importante de silicio y pequeñas cantidades de manganeso y aluminio. La aleación 655 ofrece buena resistencia a la corrosión, alta resistencia y excelente formabilidad.

Las aleaciones de bronce se eligen por su solidez, corrosión y resistencia al desgaste, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de carga pesada, entornos marinos y componentes que requieren alta durabilidad y dureza.

  1. ¿Por qué se prefiere el bronce para aplicaciones específicas? 
  • Componentes sin presión: Comúnmente utilizado para bujes, arandelas y componentes sin presión debido a su excelente resistencia al desgaste y capacidad para soportar presiones y velocidades moderadas. Para este fin es adecuada la aleación 932, bronce al estaño con alto contenido de plomo.
  • Marina: Ampliamente utilizado en aplicaciones de cargas pesadas debido a su solidez y resistencia al desgaste y la corrosión. Ideal para engranajes, cojinetes y componentes de válvulas, especialmente en entornos marinos donde la resistencia a la corrosión es crucial. La aleación 907 tiene la composición perfecta para este propósito.
  • Aplicaciones eléctricas: El grado 510 es ideal para conectores eléctricos, resortes y cojinetes debido a su resiliencia y resistencia a la fatiga.
  • Escultura: Se utiliza en entornos marinos para hélices y equipos de navegación y en esculturas y obras de arte en metal debido a su atractivo color y resistencia a la corrosión.

¿Cómo se utiliza el bronce en moldes de inyección?

En moldeo por inyección, el bronce se utiliza principalmente para crear moldes debido a su notable conductividad térmica y resistencia al desgaste. Estas propiedades garantizan una disipación de calor eficiente y una vida útil prolongada del molde, que son esenciales para la producción de gran volumen. La dureza del bronce también ayuda a mantener las dimensiones precisas del molde, lo cual es crucial para una calidad constante de las piezas.

Además, destaca la compatibilidad del bronce con los procesos de moldeo por inyección de metales (MIM). Su fuerza inherente y su resistencia a la deformación a altas temperaturas lo convierten en un material de molde adecuado para MIM. Esta compatibilidad permite la producción de piezas metálicas complejas y de alta resistencia, maximizando la eficiencia y confiabilidad del proceso MIM.

¿Sabes?

El bronce tiene una rica historia en arte y arquitectura, y su uso se remonta a la Edad del Bronce. Su durabilidad y atractivo estético lo han convertido en el material elegido para esculturas y monumentos que han resistido el paso del tiempo.

Composición de las aleaciones de latón, bronce y cobre:

A continuación se muestra una tabla que resume las composiciones de aleaciones seleccionadas de cobre, latón y bronce:

Tipo de metalAleaciónComposición
CobreAleación 101>99.99% Cobre, libre de oxígeno
Aleación 11099.9% Cobre, 0.04% Oxígeno
Aleación 122Cobre con Desoxidación de Fósforo
Aleación 145Cobre con telurio 0,4-0,7%
LatónAleación 260~70% Cobre, ~30% Zinc
Aleación 272~67% Cobre, ~33% Zinc
Aleación 330Cobre, zinc (bajo contenido de plomo)
Aleación 353Cobre, zinc, plomo (para maquinabilidad)
Aleación 360Cobre, zinc, plomo 2-3% (para corte libre)
BronceAleación 93283% Cobre, 7% Estaño, 7% Plomo, 3% Zinc (bronce con alto contenido de plomo)
Aleación 95485-89% Cobre, 10-11% Aluminio, <4% Hierro (Bronce Aluminio)

Guía de selección de materiales: elegir el adecuado para sus aplicaciones

Conductividad térmica:

  • Cobre destaca en conductividad térmica, lo que lo hace ideal para componentes que requieren una disipación de calor eficiente. Sin embargo, su mayor costo y sus complejos requisitos de mecanizado podrían ser factores limitantes.
  • Latón Ofrece buenas propiedades térmicas para escenarios de gestión de calor moderados, pero no iguala la eficiencia térmica del cobre, lo que lo hace menos adecuado para aplicaciones de alto calor.
  • Bronce Es adecuado para aplicaciones con requisitos térmicos moderados. Sin embargo, su menor conductividad térmica restringe su uso en aplicaciones que exigen una alta transferencia de calor.

Conductividad eléctrica:

  • Cobre Destaca por su conductividad eléctrica superior, perfecta para componentes eléctricos críticos, aunque su tendencia a oxidarse puede requerir recubrimientos adicionales.
  • Latón Es relativamente conductor y puede usarse en algunas aplicaciones eléctricas, pero carece de la alta conductividad del cobre, lo que limita su uso en tareas eléctricas de alto rendimiento.
  • Bronce es adecuado cuando es suficiente una conductividad eléctrica más baja, pero podría ser mejor para aplicaciones eléctricas exigentes debido a su conductividad relativamente baja.

Maquinabilidad:

  • Cobre Es maleable y generalmente fácil de mecanizar, pero puede plantear desafíos debido a la adherencia durante el mecanizado, lo que requiere herramientas especiales.
  • Latón es conocido por su excelente maquinabilidad, lo que permite la creación de piezas complejas. Sin embargo, el contenido de plomo en algunas aleaciones plantea preocupaciones sobre la salud y el medio ambiente.
  • Bronce Ofrece durabilidad en fundición y producción de piezas de alta resistencia, pero es más difícil de mecanizar que el latón y el cobre.

Rentabilidad:

  • Cobre La durabilidad puede compensar el alto costo inicial del cobre, pero sigue siendo más caro que el latón y el bronce.
  • Latón presenta una opción más económica para una amplia gama de aplicaciones, aunque los costos pueden fluctuar según el contenido de zinc y los elementos de aleación adicionales.
  • Bronce Se valora para usos específicos donde su durabilidad ofrece un buen valor a largo plazo, pero puede ser más caro que el latón, especialmente en variantes con alto contenido de estaño.

Durabilidad:

  • Cobre Ofrece alta durabilidad y excelente resistencia al desgaste, lo que lo hace ideal para componentes duraderos.
  • Latón Proporciona buena durabilidad con un equilibrio entre resistencia y maleabilidad, y es adecuado para aplicaciones moderadamente exigentes.
  • Bronce Es duradero debido a su dureza y resistencia, especialmente en aplicaciones de carga pesada.

Resistencia a la corrosión:

  • Cobre exhibe resistencia natural a la corrosión pero puede empañarse con el tiempo.
  • Latón Tiene buena resistencia a la corrosión, especialmente en ambientes sin alta salinidad.
  • Debido a su contenido de estaño, bronce Ofrece una excelente resistencia a la corrosión, particularmente en ambientes marinos.

Conductividad:

  • Cobre Es la mejor opción para la conductividad eléctrica y ofrece una alta conductividad térmica.
  • Latón Ofrece una conductividad eléctrica moderada y es adecuado para aplicaciones eléctricas específicas.
  • Bronce Tiene una conductividad eléctrica y térmica más baja que el cobre y el latón, lo que limita su uso en aplicaciones críticas para la conductividad.

Tabla de comparación:

PropiedadesCobreLatónBronce
Conductividad térmicaExcelenteJustoPobre
Conductividad eléctricaExcelenteJustoPobre
maquinabilidadJustoExcelentePobre
RentabilidadJustoExcelenteJusto
DurabilidadExcelenteJustoExcelente
Resistencia a la corrosiónJustoJustoExcelente
Conductividad generalExcelenteJustoPobre

Importancia histórica del cobre, el latón y el bronce:

Explorando el significado histórico y la evolución de cobre, latón y bronce, encontramos una narrativa entrelazada con el avance humano. El cobre, que se remonta a tiempos prehistóricos, fue uno de los primeros metales que se utilizó para fabricar herramientas y armas, lo que marcó el comienzo de la metalurgia humana.

El descubrimiento de los procesos de fundición condujo a la creación del bronce, una aleación de cobre y estaño, que impulsó la Edad del Bronce, un período marcado por profundos avances en la agricultura, la guerra y el arte. 

Posteriormente, los romanos desarrollaron el latón, una aleación principalmente de cobre y zinc. Es conocido por su parecido con el oro y se utiliza ampliamente en monedas, adornos y aplicaciones navales. Estos metales, que han evolucionado a lo largo de los siglos, reflejan el ingenio humano y nuestro profundo conocimiento de la ciencia de los materiales y sus aplicaciones.

Conclusión:

Al concluir esta exploración en profundidad del cobre, el latón y el bronce, es evidente que estos rieles tienen un valor significativo tanto en contextos históricos como modernos. Desde la antigüedad, donde su descubrimiento y utilización marcaron avances críticos en la civilización humana, hasta las aplicaciones industriales actuales, su impacto es innegable. 

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Preguntas frecuentes:

P1: ¿Qué influye en la maquinabilidad de las aleaciones de cobre?

A: La maquinabilidad de las aleaciones de cobre depende de la dureza (medida en escala Brinell), los elementos de aleación y la microestructura. Al igual que algunos latones, las aleaciones con mayor contenido de plomo muestran una mejor maquinabilidad debido a las propiedades lubricantes del plomo, lo que reduce el desgaste de la herramienta.

P2: ¿Cómo afecta el contenido de zinc a las propiedades del latón?

A: El contenido de zinc en el latón afecta la resistencia a la tracción y el límite elástico. Los niveles más altos de zinc pueden aumentar la resistencia a la tracción (hasta 550 MPa), pero reducen la ductilidad y la resistencia a la corrosión, lo que hace que la aleación sea más quebradiza.

P3: ¿Se puede cuantificar la resistencia a la corrosión del bronce en ambientes marinos?

A: La resistencia a la corrosión del bronce se cuantifica por su velocidad de corrosión, normalmente menos de 0,1 mm por año en ambientes marinos. Esta tasa varía según la composición de la aleación y las condiciones ambientales.

P4: ¿Cuáles son las tasas de expansión térmica del cobre, latón y bronce?

A: El cobre tiene un coeficiente de expansión térmica de aproximadamente 17 x 10-6 por °C, latón aprox. 19 x 10-6 por °C, y el bronce varía entre 18 a 20 x 10-6 por °C, dependiendo de la aleación específica.

P5: ¿Cómo se comparan las conductividades eléctricas de estos metales?

A: La conductividad eléctrica del cobre es de aproximadamente 59,6 x 106 S/m. El latón varía de 15 a 28 x 106 S/m, mientras que el bronce es inferior, alrededor de 7 a 10 x 106 S/m, lo que hace que el cobre sea el más conductor.

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