Fundición de metais non férreos

Os metais férreos utilízanse amplamente na industria da enxeñaría pola súa superioridade, gama de propiedades mecánicas e custos máis baixos. Aínda así, os metais non férreos tamén se usan en varias aplicacións polas súas propiedades específicas en comparación coas aliaxes férreas a pesar do seu custo xeralmente elevado. As propiedades mecánicas desexadas pódense obter nestas aliaxes por endurecemento por traballo, endurecemento por envellecemento, etc., pero non mediante procesos normais de tratamento térmico utilizados para aliaxes ferrosas. Algúns dos principais materiais non férreos de interese son o aluminio, o cobre, o cinc e o magnesio

1. Aluminio

De todas as aliaxes non férreas, o aluminio e as súas aliaxes son as máis importantes polas súas excelentes propiedades. Algunhas das propiedades do aluminio puro para as que se usa na industria da enxeñaría son:

• 1) Excelente condutividade térmica (0,53 cal/cm/C)
• 2) Excelente condutividade eléctrica (376 600/ohm/cm)
• 3) Baixa densidade de masa (2,7 g/cm)
• 4) Punto de fusión baixo (658C)
• 5) Excelente resistencia á corrosión
• 6) Non é tóxico.
• 7) Ten unha das máis altas reflectividades (85 a 95%) e moi baixa emisividade (4 a 5%)
• 8) É moi brando e dúctil polo que ten moi boas propiedades de fabricación.

Algunhas das aplicacións nas que se usa xeralmente o aluminio puro atópanse en condutores eléctricos, materiais de aletas de radiadores, unidades de aire acondicionado, reflectores ópticos e de luz e materiais de folla e de embalaxe.

A pesar das aplicacións útiles anteriores, o aluminio puro non se usa amplamente debido aos seguintes problemas:

• 1) Ten baixa resistencia á tracción (65 MPa) e dureza (20 BHN)
• 2. É moi difícil soldar ou soldar.

As propiedades mecánicas do aluminio poden mellorarse substancialmente coa aliaxe. Os principais elementos de aliaxe utilizados son cobre, manganeso, silicio, níquel e cinc.

O aluminio e o cobre forman o composto químico CuAl2. Por encima dunha temperatura de 548 C disólvese completamente en aluminio líquido. Cando se apaga e envellece artificialmente (mantención prolongada a 100 - 150ºC), obtense unha aliaxe endurecida. O CuAl2, que non está envellecido, non ten tempo para precipitar da solución sólida de aluminio e cobre e, polo tanto, está nunha posición inestable (sobresaturado a temperatura ambiente). O proceso de envellecemento precipita partículas moi finas de CuAl2, o que provoca o fortalecemento da aliaxe. Este proceso chámase endurecemento da solución.

Os outros elementos de aliaxe utilizados son ata un 7% de magnesio, ata un 1,5% de manganeso, ata un 13% de silicio, ata un 2% de níquel, ata un 5% de cinc e ata un 1,5% de ferro. Ademais destes, tamén se poden engadir titanio, cromo e columbio en pequenas porcentaxes. A composición dalgunhas aliaxes de aluminio típicas utilizadas na moldaxe permanente e na fundición a inyección aparece na Táboa 2. 10 coas súas aplicacións. Na táboa 2.1 móstranse as propiedades mecánicas que se esperan destes materiais despois de que sexan fundidos mediante moldes permanentes ou fundición a presión.

2. Cobre

Semellante ao aluminio, o cobre puro tamén atopa unha ampla aplicación polas súas seguintes propiedades

• 1) A condutividade eléctrica do cobre puro é alta (5,8 x 105 /ohm/cm) na súa forma máis pura. Calquera pequena impureza reduce drasticamente a condutividade. Por exemplo, un 0,1% de fósforo reduce a condutividade nun 40%.
• 2) Ten unha condutividade térmica moi elevada (0,92 cal/cm/C)
• 3) É un metal pesado (gravidade específica 8,93)
• 4) Pódese unir facilmente por soldadura
• 5) Resiste á corrosión,
• 6) Ten unha cor agradable.

O cobre puro utilízase na fabricación de fíos eléctricos, barras de bus, cables de transmisión, tubos e tubaxes do frigorífico.

As propiedades mecánicas do cobre en estado puro non son moi boas. É suave e relativamente débil. Pódese aliar de forma rendible para mellorar as propiedades mecánicas. Os principais elementos de aliaxe empregados son o cinc, o estaño, o chumbo e o fósforo.

As aliaxes de cobre e cinc chámanse latóns. Cun contido de cinc de ata o 39%, o cobre forma unha estrutura monofásica (fase α). Tales aliaxes teñen unha alta ductilidade. A cor da aliaxe permanece vermella ata un contido de cinc do 20%, pero máis aló vólvese amarela. Un segundo compoñente estrutural chamado fase β aparece entre o 39 e o 46% de cinc. En realidade, o composto intermetálico CuZn é o responsable do aumento da dureza. A forza do latón aumenta aínda máis cando se engaden pequenas cantidades de manganeso e níquel.

As aliaxes de cobre con estaño chámanse bronces. A dureza e a resistencia do bronce aumentan cun pliegue no contido de estaño. A ductilidade tamén se reduce co aumento da porcentaxe de estaño por encima de 5. Cando se engade tamén aluminio (4 a 11%), a aliaxe resultante denomínase bronce de aluminio, que ten unha resistencia á corrosión considerablemente maior. Os bronces son relativamente caros en comparación cos latóns debido á presenza de estaño, que é un metal caro.

3. Outros metais non férreos

Zinc

O zinc utilízase principalmente na enxeñería debido á súa baixa temperatura de fusión (419,4 C) e á súa maior resistencia á corrosión, que aumenta coa pureza do cinc. A resistencia á corrosión é causada pola formación dun revestimento protector de óxido na superficie. As principais aplicacións do cinc son na galvanización para protexer o aceiro da corrosión, na industria gráfica e na fundición a presión.

As desvantaxes do cinc son a forte anisotropía que se presenta en condicións deformadas, a falta de estabilidade dimensional en condicións de envellecemento, a redución da resistencia ao impacto a temperaturas máis baixas e a susceptibilidade á corrosión intergranular. Non se pode usar para o servizo por encima dunha temperatura de 95 °C porque provocará unha redución substancial da resistencia á tracción e da dureza.

O seu uso xeneralizado en fundición a presión débese a que require unha presión máis baixa, o que resulta nunha maior vida útil da matriz en comparación con outras aliaxes de fundición a presión. Ademais, ten unha moi boa maquinabilidade. O acabado obtido por fundición de cinc a miúdo é o adecuado para garantir calquera procesamento posterior, excepto a eliminación do flash presente no plano de separación.

Magnesio

Debido ao seu peso lixeiro e boa resistencia mecánica, as aliaxes de magnesio utilízanse a velocidades moi altas. Para a mesma rixidez, as aliaxes de magnesio requiren só un 37,2% do peso do aceiro C25, aforrando así peso. Os dous principais elementos de aliaxe utilizados son o aluminio e o cinc. As aliaxes de magnesio poden ser fundidas á area, fundidas en molde permanente ou fundidas a presión. As propiedades dos compoñentes da aliaxe de magnesio fundido en area son comparables coas dos compoñentes de fundición permanente ou fundido a presión. As aliaxes de fundición a presión xeralmente teñen un alto contido de cobre para permitir que se fagan a partir de metais secundarios para reducir os custos. Úsanse para fabricar rodas de automóbiles, cárteres, etc. Canto maior sexa o contido, maior será a resistencia mecánica das aliaxes de magnesio forxados, como os compoñentes laminados e forxados. As aliaxes de magnesio pódense soldar facilmente pola maioría dos procesos tradicionais de soldadura. Unha propiedade moi útil das aliaxes de magnesio é a súa alta maquinabilidade. Só requiren un 15% de potencia para o mecanizado en comparación co aceiro baixo en carbono.