Hay muchísimas aleaciones base cobre que utilizan los mismos mecanismos de endurecimiento ya considerados. En la tabla 13.6 se muestran las propiedades de aleaciones que presentan estos mecanismos de endurecimiento así como su designación en la norma UNE.

Tabla 13.6 Denominación y propiedades de algunas aleaciones de forja base cobre, con sus aplicaciones típicas.

Las aleaciones base cobre son más pesadas que el hierro, y si bien la temperatura de fluencia es elevada, la relación resistencia-peso es típicamente inferior a la de las aleaciones de aluminio y magnesio. Las aleaciones tienen mayor resistencia a la fatiga, a la termofluencia y la desgaste abrasivo que las aleaciones ligeras, presentando una excelente ductilidad, resistencia a la corrosión, muy buena conductividad eléctrica y electrónica, y responden muy bien al endurecimiento por deformación.
Cobre comercialmente puro. Los cobre que contienen menos del 1% de impurezas se utilizan en aplicaciones eléctricas por su elevada conductividad, debiendo tener especial cuidado en el contenido en oxígeno de los mismos, por lo que suelen utilizarse desoxidados con fósforo. Algunas aleaciones se endurecen por dispersión al adicionar pequeñas cantidades de óxidos, fundamentalmente alúmina, lo cual mejora la dureza de la aleación sin disminuir significativamente la conductividad eléctrica. Cualquiera de estas aleaciones puede endurecerse por deformación, consiguiendo grandes aumentos de sus características mecánicas con disminuciones poco relevantes de sus prestaciones eléctricas.
Aleaciones endurecidas por solución sólida. Un buen número de aleaciones base cobre contiene grandes cantidades de elementos de aleación en solución con el cobre, tal como aparece en los diferentes diagramas de equilibrio representados en las figuras siguientes.
La aleaciones cobre-zinc o latones, figura 13.22a, con menos del 40% de Zn forman soluciones sólidas monofásicas de zinc en cobre, con las propiedades correspondientes a la estructura cristalina c.c.c. del cobre. Las propiedades mecánicas aumentan conforme se eleva el contenido en Zn, sin disminución apreciable del alargamiento o ductilidad. En el rango de composiciones entre el 35 y 40% de Zn, la aleación forma una segunda fase b que sufre una transformación eutectoide al disminuir la temperatura. Es por esto último que el contenido de Zn se limite al 35% para obtener una estructura monofásica que puede ser conformada en frío y por lo tanto endurecida por deformación. La adición de manganeso a la aleación proporciona una elevada resistencia de forma que a esta aleación se denomina bronce al manganeso.

a)

b)

Figura 13.22. Diagramas de fases de aleaciones de cobre: a) Cu-Zn, b) Cu-Sn.

Los bronces al estaño pueden contener más de un 10% de Sn y seguir siendo monofásicos. El diagrama de fases, figura 13.22b, determina que la aleación contendrá el compuesto Cu3Sn (e). Sin embargo, la cinética de la reacción es tan lenta que el precipitado puede no formarse, sobre todo en las aleaciones con contenidos inferiores al 5% de Sn. Estas aleaciones, a las que se añaden otros elementos de aleación como el Pb, para elevar su maquinabilidad, o el zinc, para elevar su resistencia mecánica, se utilizan de manera fundamental como aleaciones para fundición, recogiéndose en la tabla 13.7 algunas propiedades de las aleaciones más importantes.

Tabla 13.7 Propiedades de aleaciones de cobre obtenidas por fundición con algunas de sus propiedades típicas.

Aleaciones endurecibles por envejecimiento. Son varias las aleaciones que endurecen notablemente por precipitación, tales como las aleaciones con berilio y circonio. Las aleaciones Cu-Be, Cuyo diagrama de equilibrio se representa en la figura 13.23a, se utilizan, debido a su elevada resistencia mecánica y alta rigidez, como muelles, engranajes y como elementos anticentellantes. Estas aleaciones se producen de forma que contengan entre un 0.6 y un 2% de Be con adiciones de Co entre el 0.2 y el 2.5% de manera que produzcan precipitados del tipo BeCo que endurecen grandemente la matriz. La combinación de los tratamientos de envejecimiento o precipitación con procesos de deformación en frío hacen que las cargas de roturas alcancen valores cercanos a los 1500 MPa, que constituye la resistencia más elevada de las aleaciones comerciales de cobre.

a)

b)

Figura 13.23. Diagrama de equilibrio de: a) Cu-Be, y b) Cu-Al.

Transformaciones de fase. Los bronces al aluminio que contienen más de un 9% de Al pueden formar fase b cuando superan la temperatura de 565°C, temperatura de transformación eutectoide, figura 13.23b. En su enfriamiento, la reacción eutectoide produce una estructura laminar, o perlita, que contiene un compuesto frágil g2. Por lo general es difícil que tenga lugar la reacción peritectoide de baja temperatura, a + g2 ® g. Con ello, el producto eutectoide resulta relativamente frágil. Sin embargo, la aleación puede calentarse de nuevo a unos 900°C y enfriarse rápidamente para producir la transformación martensítica, fase b', la cual posee una elevada resistencia aunque baja tenacidad. Cuando la martensita es revenida entre 400 y 650°C, se obtiene un buen compromiso entre resistencia y tenacidad, ya que empieza a formar fase a como una fina estructura de placas.