Recursos: Normas y propiedades - Microestructuras de cobre y aleaciones de cobre: Cobre Berilio

Resumen

Las aleaciones de cobre berilio se utilizan por su alta resistencia y sus buenas conductividades eléctricas y térmicas. Hay dos grupos de aleaciones de cobre-berilio, las aleaciones de alta resistencia y las aleaciones de alta conductividad.

Las aleaciones forjadas de alta resistencia contienen de 1,6 a 2,0% de berilio y aproximadamente 0,3% de cobalto. Las aleaciones fundidas de alta resistencia tienen concentraciones de berilio de hasta el 2,7%. Las aleaciones de alta conductividad contienen un 0,2-0,7% de berilio y mayores cantidades de níquel y cobalto. Estas aleaciones se utilizan en aplicaciones como contactos de conectores electrónicos, equipos eléctricos como palas de interruptores y relés, cojinetes de control, carcasas de dispositivos de detección magnética, aplicaciones sin chispa, pequeños muelles, moldes de plástico de alta velocidad y sistemas de soldadura por resistencia. Los cobres de berilio fundidos se utilizan con frecuencia para los moldes de inyección de plástico. Los materiales de fundición tienen una gran fluidez y pueden reproducir detalles finos en los patrones maestros. Su alta conductividad permite una alta velocidad de producción, mientras que su buena resistencia a la corrosión y a la oxidación favorece una larga vida útil de los moldes. Las designaciones UNS para las aleaciones forjadas son de C17200 a C17400 y las aleaciones fundidas son de C82000 a C82800.

La alta resistencia de las aleaciones de cobre-berilio se consigue mediante el endurecimiento por envejecimiento o por precipitación. El endurecimiento por envejecimiento o por precipitación es el resultado de la precipitación de una fase que contiene berilio a partir de una solución sólida sobresaturada de cobre mayoritariamente puro. La precipitación se produce durante el enfriamiento lento de las aleaciones porque la solubilidad del berilio en el cobre alfa disminuye con la disminución de la temperatura. Normalmente, las aleaciones se enfrían rápidamente tras el tratamiento de recocido, por lo que el berilio permanece en solución sólida con el cobre. A continuación, la aleación se somete a un tratamiento de precipitación o de endurecimiento por envejecimiento durante una hora o más a una temperatura de entre 200 y 460 C. Tras el revenido, las fases que contienen berilio, denominadas berílidos, precipitan fuera de la solución.

Durante la primera etapa de precipitación, se produce la nucleación homogénea de zonas Guinier-Preston (G-P). Las zonas G-P son pequeños dominios de precipitación en una solución sólida de cobre alfa sobresaturada. Las zonas G-P no tienen una estructura cristalina propia bien definida y contienen una alta concentración de, en este caso, átomos de berilio. La formación de zonas G-P suele coincidir con un cambio en las propiedades. En el caso de las aleaciones de cobre con berilio, el cambio de propiedades es un aumento de la resistencia. A medida que avanza el endurecimiento por envejecimiento, se forman precipitados metaestables gamma doblemente primos coherentes a partir de las zonas G-P. A continuación se produce la precipitación de precipitados gamma prime. La resistencia de estas aleaciones aumenta como resultado de las tensiones de coherencia que se desarrollan en la interfaz entre la matriz y los precipitados en crecimiento. El sobreenvejecimiento de las aleaciones de cobre y berilio se evita porque la fase gamma de equilibrio se forma y provoca una disminución de la resistencia. La precipitación de la fase gamma de equilibrio agota los precipitados metaestables de la fase gamma y ablanda las aleaciones.

Las aleaciones fundidas de cobre y berilio tienen la típica estructura dendrítica del cobre alfa (puro), con la adición de las fases de berilio. Las características microestructurales generales de las fases de berilio son similares en los materiales fundidos y forjados. Los beriluros pueden verse en el estado pulido, no es necesario grabar las muestras para revelar su estructura. Los beriluros primarios forman partículas intermetálicas de color gris azulado que pueden tener hasta 10 micras de longitud. Estos beriluros se forman durante la solidificación y tienen una morfología de escritura china. Los beriluros secundarios se forman después de la solidificación y tienen una morfología de varilla. En las fundiciones de aleaciones de alta resistencia, la red interdendrítica está compuesta por alfa y gamma. Los precipitados gamma de doble imprimación y gamma de imprimación, tanto en las aleaciones de cobre de alta conductividad como en las de alta resistencia, son demasiado pequeños para ser resueltos con un microscopio óptico, y por lo tanto no aparecen en las micrografías ópticas. La presencia de los precipitados de endurecimiento por envejecimiento en las aleaciones de alta resistencia puede detectarse indirectamente por las estrías que aparecen a través de los granos. Las estrías son el resultado de la superposición de tensiones de coherencia en las interfaces entre los precipitados y la matriz. Hay estrías en la superficie pulida de estas aleaciones cuando los precipitados de endurecimiento por envejecimiento están presentes y las estrías se graban de forma muy oscura. Este grabado oscuro no se observa en las aleaciones de alta conductividad, la microestructura envejecida y no envejecida parece muy similar. La fase gamma de equilibrio aparece como nódulos oscuros sobre una matriz brillante en las aleaciones de cobre berilio sobreenvejecidas. Estos precipitados gamma se encuentran típicamente en los límites de los granos y tienen una morfología parecida a la de las placas.

La microestructura del material forjado, tras el endurecimiento por precipitación, contiene granos aproximadamente equiaxados y hermanados de cobre alfa y una dispersión de partículas de níquel, cobalto o beriluro de níquel y cobalto. El tamaño de los granos es relativamente fino debido a la dispersión de los beriluros. Las partículas de berilio son aproximadamente esféricas y de color gris azulado. Los beriluros son más finos en el material forjado que en el fundido porque se rompen durante el procesamiento termomecánico. No hay beta transformada en la microestructura de los materiales forjados porque se disuelve durante el procesamiento termomecánico. Los precipitados de doble imprimación gamma y de imprimación gamma responsables del endurecimiento por envejecimiento son demasiado pequeños para ser resueltos directamente con un microscopio óptico. El grabado de la muestra revela las estrías oscuras asociadas con los precipitados endurecidos por el envejecimiento.

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Composición nominal: Cu 99,5, Be 1,6-1.79 Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto cobre
	Forma del producto:
	Procesamiento:	As cast
	Etchant:
	Longitud de la línea de escala:	~ 500Micrones
	Aleación:	C17000
	Temperatura:
	Material:	Cobro de berilio
	Fuente:	Universidad de Florida

Composición nominal: Cu 99.5, Be 1,6-1.79 Vista más grande de la micrografía Vista más grande de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto cobre
	Forma del producto:
	Procesamiento:	As cast
	Etchant:
	Longitud de la línea de escala:	~ 50Micrones
	Aleación:	C17000
	Temperatura:
	Material:	Cobro de berilio
	Fuente:	Universidad de Florida

Composición nominal: Cu 99.5, Be 1,6-1.79 Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto cobre
	Forma del producto:
	Procesamiento:	As cast
	Etchant:
	Longitud de la línea de escala:	~ 125Micrones
	Aleación:	C17000
	Temperatura:
	Material:	Cobro de berilio
	Fuente:	Universidad de Florida

Composición nominal: Be 1.80-2,00, Co + Ni 0,20 min, Co + Ni + Fe 0,6 max, Pb 0,02 max, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99,5 min Descripción: Recocido por disolución a 790 C (1450 F) y laminado en frío en un 37% hasta el temple completo. La sección longitudinal muestra granos alargados de fase alfa y beriluros de cobalto. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundición, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución y laminado en frío al 37% hasta temple duro
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de amonio; 1 parte de NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes de (NH4)2S208(persulfato de arnonio), 2.5% en agua destilada
	Aleación:	C17200
	Temperatura:	TD04
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 1.80-2.00, Co + Ni 0.20 min, Co + Ni + Fe 0.6 max, Pb 0.02 max, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99.5 min Descripción: Fundido, homogeneizado y trabajado en caliente. La microestructura muestra una distribución no uniforme de los tamaños de grano, típica del producto trabajado en caliente. Puede conseguirse una mayor uniformidad en la distribución del tamaño del grano en el producto acabado mediante sucesivas operaciones de trabajo en frío y de recocido. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Placa
	Procesamiento:	Fundido, homogeneizado y trabajado en caliente
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de amonio; 1 parte de NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes de (NH4)2S208 (persulfato de amonio), 2.5% en agua destilada
	Aleación:	C17200
	Temperatura:	M20 (trabajada en caliente)
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 1.80-2,00, Co + Ni 0,20 min, Co + Ni + Fe 0,6 max, Pb 0,02 max, Cu + Suma de elementos nombrados 99,5 min Descripción: Solución recocida a 790 C (1450 F), enfriada a temperatura ambiente. La sección longitudinal muestra granos equiaxados de fase alfa sobresaturada, solución sólida de berilio en cobre. Se observan partículas de berilio de cobalto que no se disuelven durante el recocido de la solución. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundición, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío y recocido en solución
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de amonio; 1 parte NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes (NH4)2S208(persulfato de anonio), 2.5% en agua destilada.
	Aleación:	C17200
	Temperatura:	TB00
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 1.80-2,00, Co + Ni 0,20 min, Co + Ni + Fe 0,6 max, Pb 0,02 max, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99,5 min Descripción: Recocido por disolución a 790 C (1450 F), posteriormente endurecido por precipitación a 315 C (600 F) durante 3 h para conseguir la máxima dureza alcanzable. La sección longitudinal muestra granos alfa equiaxados y la fase de berilio de cobalto uniformemente dispersa en la matriz. Los precipitados de refuerzo que resultan del tratamiento térmico de precipitación no se resuelven mediante microscopía óptica. En los límites de los granos hay pequeñas cantidades de fase gamma en equilibrio. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundido, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución y endurecido por envejecimiento hasta alcanzar la máxima dureza
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de amonio; 1 parte de NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes de (NH4)2S208 (persulfato de amonio), 2.5% en agua destilada
	Aleación:	C17200
	Temperatura:	TF00
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 1.80-2.00, Co + Ni 0.20 min, Co + Ni + Fe 0.6 max, Pb 0.02 max, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99.5 min Descripción: Moldeado hasta el temple TMOO para conseguir la máxima conformabilidad con una resistencia moderada. La sección longitudinal muestra granos aproximadamente equiáxicos de la fase matriz de solución sólida rica en cobre alfa. Pequeñas partículas de berilio de cobalto se dispersan uniformemente en la matriz. Los precipitados de refuerzo que se forman durante el tratamiento térmico de precipitación no se resuelven mediante microscopía óptica. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundido, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución y endurecido en molino según rangos de propiedades específicos
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de anonio, 1 parte de NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes de (NH4)2S208 (persulfato de amonio), 2.5% en agua destilada
	Aleación:	C17200
	Temperatura:	TM00
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 1.80-2.00, Co + Ni 0,20 min, Co + Ni + Fe 0,6 max, Pb 0,02 max, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99,5 min Descripción: Solución recocida a 790 C (1450 F), precipitación tratada térmicamente a 370 C (700 F) durante 6 h para alcanzar la condición de sobreenvejecimiento suave. La estructura muestra granos equiaxados de fase alfa y precipitados gamma de equilibrio en los límites de los granos, que aparecen como nódulos oscuros en una matriz clara. Las estrías en la matriz alfa son el resultado de la formación concurrente de precipitados metaestables, no resolubles ópticamente. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundición, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución, endurecido por envejecimiento más allá de la condición de dureza máxima
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de amonio; 1 parte NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes (NH4)2S208 (persulfato de amonio), 2.5% en agua destilada
	Aleación:	C17200
	Temperatura:	Superada
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 1.80-2.00, Co + Ni 0.20 min, Co + Ni + Fe 0.6 max, Pb 0.02 max, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99.5 min Descripción: Recocido por disolución, laminado en frío 37% a temple duro y endurecido por precipitación a 315 C (600 F) durante 2 h para conseguir la máxima dureza. La sección longitudinal muestra granos alargados de fase alfa y beriluros de cobalto. Las estrías son causadas por precipitados metaestables, no resueltos por el microscopio óptico. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundición, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución, laminado en frío al 37% hasta temple duro, endurecido por envejecimiento hasta la máxima dureza
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de amonio; 1 parte de NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes de (NH4)2S208 (persulfato de amonio), 2.5% en agua destilada
	Aleación:	C17200
	Temperatura:	TH04
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 1.80-2.00, Co + Ni 0.20 min, Co + Ni + Fe 0.6 max, Ph 0.02 max, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99.5 min Descripción: Molienda endurecida a temple TM08 para alta resistencia y formabilidad limitada. La sección longitudinal muestra la fase de solución sólida rica en cobre alfa con granos alargados como resultado del trabajo en frío antes del endurecimiento por precipitación. Se observan partículas de berilio de cobalto uniformemente dispersas en la matriz. Las estrías son causadas por la precipitación metaestable dentro de la aleación. Los precipitados de refuerzo que se forman durante el tratamiento térmico por precipitación no se resuelven mediante microscopía óptica. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Strip
	Procesamiento:	Fundido, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución, laminado y endurecido en molino hasta alcanzar rangos de propiedades específicos
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de amonio; 1 parte de NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes de (NH4)2S208 (persulfato de amonio), 2.5% en agua destilada
	Aleación:	C17200
	Temperatura:	TM08
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 0.4-0,7, Co 2,4-2,7, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99,5 min Descripción: Solución recocida a 900 C (1650 F), y endurecida por precipitación a 480 C (900 F) durante 3 h para conseguir la máxima dureza. Se observan granos finos equiaxados de fase alfa con pequeñas partículas de berilio de cobalto distribuidas uniformemente por la matriz. No se resuelven los precipitados metaestables de refuerzo. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundición, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución y endurecido por envejecimiento hasta alcanzar la máxima dureza
	Etchant:	Cianuro; 1 g de KCN (cianuro de potasio) y 100 ml. agua destilada
	Aleación:	C17500
	Temperatura:	TF00
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 0.4-0.7, Co 2.4-2.7, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99.5 min Descripción: Recocido por disolución a 900 C (1650 F), laminado en frío a temple duro y endurecido por precipitación a 480 C (900 F) durante 2 h para conseguir la máxima dureza. La estructura consiste en granos finos alargados de fase alfa y fase de berilio de cobalto distribuidos uniformemente en la matriz. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundición, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución, laminado en frío y endurecido por envejecimiento hasta alcanzar la máxima dureza
	Etchant:	Cianuro; 1 g de KCN (cianuro de potasio) y 100 ml. agua destilada
	Aleación:	C17500
	Temperatura:	TH04
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal:Be 0.2-0,6, Ni 1,4-2,2, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99,5 min Descripción: Recocido por solución a 900 C (1650 F), y endurecido por precipitación a 480 C (900 F) durante 3 h para conseguir la máxima dureza. Se observan granos equiaxados de fase alfa con pequeñas partículas de berilio de níquel distribuidas uniformemente por la matriz. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundición, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución y endurecido por envejecimiento hasta alcanzar la máxima dureza posible
	Etchant:	Cianuro; 1 g de KCN (cianuro de potasio) y 100 ml. agua destilada
	Aleación:	C17510
	Temperatura:	TF00
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 0.2-0,6, Ni 1,4-2,2, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99,5 min Descripción: Recocido por disolución a 900 C (I 650 F), laminado en frío 11%, y endurecido por precipitación a 480 C (900 F) durante 2 h para conseguir la máxima dureza. La estructura consiste en granos ligeramente alargados de fase alfa, y pequeñas partículas de beriluro de níquel. Los precipitados metaestables de refuerzo no están resueltos. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Tira
	Procesamiento:	Fundición, laminado en caliente, recocido intermedio, laminado en frío, recocido en solución, laminado en frío y endurecido por envejecimiento hasta alcanzar la máxima dureza
	Etchant:	Cianuro / peróxido / hidróxido – 20 ml. KCN (cianuro de potasio), 5 ml. H202 (peróxido de hidrógeno), y 1 a 2 ml. NH40H (hidróxido de amonio)
	Aleación:	C17510
	Temperatura:	TH01
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 0.60, Ni 1,5, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99,5 min Descripción: Microestructura de fundición que muestra redes interdendríticas de grandes fases primarias de berilio que se forman durante la solidificación en una matriz de solución sólida rica en cobre alfa. Se observan pequeños beriluros secundarios en forma de aguja con orientación cristalográfica preferida, que precipitan de la solución sólida durante el enfriamiento lento después de la fundición. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Fundición
	Procesamiento:	Como fundición
	Etchant:	Cianuro – 1 g KCN (cianuro de potasio) y 100 ml. agua destilada
	Aleación:	C82200
	Temperatura:
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

Composición nominal: Be 2.06, Co 0,50, Si 0,25, Cu + Suma de Elementos Nombrados 99,5 min. Descripción: Fundido, recocido en solución a 790 C (1450 F) y envejecido hasta alcanzar la dureza máxima (Rockwell C38-43), a 315 C (600 F) durante 3 h. La microestructura muestra beriluros de guiones, y fase beta angular, transformada en un agregado laminar de fases alfa y gamma, en una matriz de solución sólida rica en cobre alfa. Las estrías son el resultado de la precipitación metaestable en la aleación. Vista ampliada de la micrografía Vista ampliada de la micrografía	Familia de aleaciones:	Aleaciones de alto contenido en cobre
	Forma del producto:	Fundición
	Procesamiento:	Fundición, recocido en solución y envejecimiento
	Etchant:	Persulfato de amonio/hidróxido de amonio; 1 parte de NH40H (hidróxido de amonio) (conc) y 2 partes de (NH4)2S208 (persulfato de amonio), 2.5% en agua destilada
	Aleación:	C82500
	Temperatura:	TF00
	Material:	Cobre de berilio
	Fuente:	Materion Corporation

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