Diferencias entre cobre, latón y bronce

Introducción

A menudo llamamos al cobre, latón y bronce metales rojos. Si bien su color es muy similar, su composición, propiedades y aplicaciones difieren considerablemente. Comprender las diferencias entre el cobre, el latón y el bronce es esencial para elegir el material adecuado para su proyecto. Este artículo comparará las propiedades de estos tres metales desde diferentes perspectivas y explorará cómo estas propiedades afectan sus aplicaciones, con el fin de proporcionar una valiosa referencia y sugerencias para la selección del material de su proyecto.

Diferencia entre cobre, latón y bronce

Apariencia

Aunque el cobre, el latón y el bronce son “metales rojos”, sus diferentes composiciones les confieren distintas apariencias metálicas.

El cobre puro natural muestra un tono marrón rojizo con un brillo metálico.

El latón presenta una apariencia brillante y dorada, similar al oro. Al ser una aleación de cobre y zinc, su color se ve afectado por su composición química. Cuando el contenido de cobre es alto, su color tiende a asemejarse al marrón rojizo del cobre puro; cuando el contenido de zinc es alto, su color tiende a asemejarse a un amarillo dorado brillante.;

El bronce tiene un color dorado oscuro en general.

Grados comunes y composición química

Cobre

El cobre es uno de los pocos metales puros que se encuentran en la naturaleza. A continuación, se presentan algunos tipos comunes de cobre puro.

Cobre libre de oxígeno

El cobre libre de oxígeno (OFC) es un tipo de cobre puro refinado electrolíticamente. Su contenido de oxígeno es inferior a 0,0011 TP₃T, lo que es prácticamente nulo.

Cobre electrónico libre de oxígeno (OFE)

Este tipo de cobre puro tiene un contenido de cobre de 99,991 TP₃T y un contenido de oxígeno de 0,00051 TP₃T. Este cobre puro se procesa en un entorno estrictamente controlado y libre de oxígeno.

Cobre electrolítico de brea tenaz (ETP)

Este tipo de cobre puro se produce principalmente mediante fundición electrolítica. Es el cobre puro más común en aplicaciones eléctricas. Su pureza es de 99,91 TP₃T y su contenido de oxígeno oscila entre 0,021 TP₃T y 0,041 TP₃T.

Cobre desoxidado con alto contenido de fósforo (DHP)

El cobre DHP se fabrica añadiendo fósforo para desoxidarlo y formar cobre puro con excelente resistencia a la corrosión. Este cobre puro se utiliza a menudo en aplicaciones que requieren alta conductividad eléctrica y buena resistencia a la corrosión, como conductores de cables, transformadores, contactores, etc., en la industria eléctrica.

Cobre telurio

El cobre telurio es una aleación de cobre con trazas de telurio añadido al cobre puro. El telurio se añade al cobre para mejorar las propiedades de procesamiento del material. El cobre telurio es ideal para fabricar diversas herramientas de corte.

Cobre-berilio

El cobre-berilio es una aleación de cobre con una concentración de berilio de 0,5 a 3% añadido al cobre puro. El berilio puede aumentar significativamente la resistencia y dureza del material. El cobre-berilio se utiliza para fabricar engranajes de precisión, rodamientos y otras piezas resistentes al desgaste.

Tabla de composición química y grados de cobre puro y aleaciones de cobre

Latón

El latón es una aleación de cobre y zinc, donde el cobre es el que contiene mayor cantidad. El cobre representa aproximadamente dos tercios del total, mientras que el zinc representa aproximadamente un tercio. Se pueden añadir elementos adicionales como arsénico, plomo, fósforo, aluminio, manganeso y silicio para mejorar el rendimiento de las aleaciones de cobre y zinc. Los tipos comunes de aleaciones de latón son los siguientes:

Latón del Almirantazgo

El latón Admiralty es una aleación de cobre y zinc con un contenido de cobre de aproximadamente 70%, un contenido de zinc de aproximadamente 29% y una adición de estaño de 1%. El estaño confiere al latón Admiralty una mayor resistencia a la corrosión en aplicaciones marinas. Los grados comunes de latón Admiralty se distinguen principalmente por su contenido de arsénico, antimonio y fósforo. El latón Admiralty se suele fabricar en láminas y tubos, y se puede utilizar para fabricar tubos de condensadores, evaporadores e intercambiadores de calor, destiladores y destiladores.

Latón naval

El latón naval se compone de aproximadamente cobre 59%, zinc 40% y estaño 1%, además de una pequeña cantidad de plomo. En comparación con el latón de almirantazgo, el latón naval tiene un menor contenido de cobre y un mayor contenido de zinc. El estaño presente en el latón naval puede inhibir la lixiviación de zinc. El latón naval se utiliza ampliamente en la fabricación de herrajes marinos.

Latón amarillo y latón rojo

El latón amarillo es una aleación de cobre y zinc con un alto contenido de zinc. El contenido de cobre oscila entre 60% y 70%, y el de zinc, entre 30% y 40%. La composición del latón rojo se caracteriza por un alto contenido de cobre, generalmente 85%, y un contenido de zinc de 15%. El latón rojo se compara a menudo con el latón amarillo. Debido a su alto contenido de cobre, el latón rojo presenta un color rojizo y una alta resistencia a la corrosión. Se utiliza en la fabricación de productos metálicos en entornos de contacto con agua de mar o sustancias químicas; mientras que el latón amarillo, por su alto contenido de zinc, presenta un aspecto dorado y un buen rendimiento de procesamiento. Se puede utilizar para fabricar piezas decorativas, manijas de puertas, lámparas, accesorios, etc.

Cartucho de latón

El latón para cartuchos se compone principalmente de cobre (Cu) 70% y zinc (Zn) 30%. Esta aleación de cobre y zinc se utiliza ampliamente en la fabricación de casquillos, de ahí su nombre.

Latón de corte libre

El latón de fácil corte tiene un contenido de cobre de aproximadamente 60% y un contenido de zinc de aproximadamente 35%. Además, se le añade plomo de 2,5% a 3,0%. Al cortar, las partículas de plomo actúan como lubricante, facilitando la rotura de las virutas y su descarga, de ahí su nombre.

Latón arquitectónico

El latón arquitectónico tiene un contenido de cobre de 60% y un contenido de zinc de 30-40%. Al añadir plomo y hierro, se mejora el rendimiento de procesamiento y la resistencia de la aleación de latón. Su alto contenido de zinc le confiere un aspecto dorado y una excelente estética, ideal para ciertas estructuras arquitectónicas exteriores.

Reloj de latón

El latón para relojes contiene aproximadamente cobre 60% y zinc 30% a 40%, además de trazas de plomo y hierro. El plomo y el hierro mejoran la resistencia, durabilidad y maquinabilidad de la aleación de cobre y zinc, por lo que el latón para relojes puede utilizarse para fabricar piezas de precisión, como piezas de relojes.

Tabla de grados y composición química de aleaciones de latón

Bronce

El bronce es una aleación de cobre y estaño, con un contenido de estaño de 121TP₃T a 12,51TP₃T. Se pueden añadir otros elementos metálicos, como aluminio, manganeso, níquel, zinc, no metales como el fósforo o metaloides como el arsénico o el silicio. Estos elementos adicionales pueden mejorar las propiedades de las aleaciones de cobre y estaño.

Bronce de aluminio

El bronce de aluminio es un bronce cuyo principal elemento de aleación es el aluminio, con un contenido de aluminio de aproximadamente 4% a 11%. El bronce de aluminio también contiene otros elementos como hierro, níquel y manganeso. Es conocido por su robustez y resistencia a la corrosión, por lo que se utiliza principalmente para fabricar cojinetes deslizantes y componentes del tren de aterrizaje de aeronaves, componentes de válvulas, componentes de motores (especialmente en buques transoceánicos), fijaciones subacuáticas para buques y hélices.

Bronce fosforado

El bronce fosforoso es una aleación de fósforo y cobre. Su contenido de estaño oscila entre 0,5% y 11%, y el de fósforo, entre 0,01% y 0,35%. El estaño mejora la resistencia a la corrosión y la solidez del bronce fosforoso, mientras que el fósforo mejora la resistencia al desgaste y la rigidez del bronce. Las propiedades de corte del bronce fosforoso se pueden mejorar añadiendo plomo entre 0,5% y 3%. El bronce fosforoso se puede utilizar para fabricar resortes, pernos, bujes, cojinetes, etc.

Bronce al estaño

El principal elemento de aleación del bronce al estaño es el estaño, que puede alcanzar valores de 12% o superiores, y contiene trazas de plomo. El bronce al estaño tiene una excelente capacidad de fundición y una alta resistencia a la corrosión, por lo que se puede utilizar para fabricar engranajes, bujes, cojinetes, impulsores de bombas, etc.

Aleaciones de bronce y estaño con alto contenido de plomo

Esta aleación de bronce-estaño tiene un alto contenido de plomo, de aproximadamente 7% a 30%. Este alto contenido de plomo le confiere una excelente conductividad térmica y facilidad de corte. Las aleaciones de bronce-estaño poseen un mecanismo de falla lenta que previene temporalmente el desgaste y el agarrotamiento. El principio de funcionamiento de este mecanismo es que el plomo se filtra de la aleación y se deposita en la superficie del muñón. Por lo tanto, esta aleación de bronce-estaño se utiliza ampliamente en cojinetes y bujes.

Bronce de silicio

El principal componente elemental del bronce de silicio es el silicio, con un contenido de 2,51 TP₃T a 61 TP₃T. En sentido estricto, esta aleación de cobre se puede denominar latón de silicio rojo o bronce de silicio rojo, según su contenido de zinc y estaño. Cuando el contenido de zinc es mayor y el de estaño menor, la aleación de cobre se comporta más como el latón; cuando el contenido de estaño es mayor y el de zinc menor, su rendimiento se acerca al del bronce. El silicio hace que esta aleación de cobre y silicio sea más resistente a la corrosión en aplicaciones marinas, además de ofrecer mayor resistencia y dureza.

Bronce al manganeso

El bronce de manganeso es una aleación de bronce de alta resistencia cuyos elementos de aleación, como el manganeso, el aluminio y el estaño, aumentan eficazmente su resistencia y resistencia a la corrosión. El bronce de manganeso tiene una resistencia a la tracción de hasta 110 000 PSI. Es adecuado para aplicaciones que requieren resistencia al desgaste y a la carga.

Grados y composición química de las aleaciones de bronce

Dureza

De los tres materiales, el latón presenta la mayor dureza en circunstancias normales. El latón es una aleación de cobre y zinc, y el zinc puede aumentar la resistencia y la dureza del material. Cuanto mayor sea el contenido de zinc, mayor será su dureza y mayor será su capacidad para soportar cargas mecánicas y fricción más elevadas. El latón es adecuado para la fabricación de engranajes de precisión, válvulas, piezas de hardware, conectores electrónicos y otras aplicaciones que requieren buena resistencia al desgaste y resistencia mecánica. La dureza del bronce convencional es menor que la del latón. Sin embargo, añadiendo algunos elementos de aleación, la dureza del bronce se puede mejorar eficazmente. El bronce fosforoso, el bronce al silicio, el bronce al aluminio, etc., tienen mayor dureza que el latón. Al mismo tiempo, el bronce tiene una alta resistencia a la corrosión y se utiliza ampliamente en aplicaciones marinas, como instalaciones offshore, barcos, hélices, etc. Para aplicaciones marinas, el bronce es una solución que permite considerar tanto la dureza como la resistencia a la corrosión. El cobre tiene la dureza más baja, y la dureza no es su principal ventaja. Sin embargo, al elegir materiales, también debemos recordar que cuanto más duro sea el material, más frágil será.

Fortaleza

Cuando hablamos de la resistencia de un material, solemos referirnos a su resistencia a la tracción y a su límite elástico. El bronce presenta la mayor resistencia a la tracción y al límite elástico de los tres materiales, lo que lo hace especialmente adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia, alta resistencia al desgaste y buena capacidad de carga, como engranajes y sinfines, cojinetes y casquillos de cojinetes lisos, hélices marinas, etc. El latón es más débil que el bronce, por lo que se utiliza principalmente en piezas mecánicas con cargas ligeras o en piezas que no están sometidas a grandes tensiones, como accesorios de válvulas, tuercas y tornillos, etc. El cobre presenta la menor resistencia de los tres metales y no es adecuado para aplicaciones que requieran una alta capacidad de carga.

Punto de fusión y conformabilidad en caliente

En términos generales, en el proceso de conformado en caliente, cuanto menor sea el punto de fusión del material, menor será la temperatura de calentamiento requerida, menor será el consumo de energía de procesamiento y, por lo tanto, más fácil será el conformado. La siguiente tabla muestra los rangos de punto de fusión de los tres materiales solo como referencia. El punto de fusión del cobre puro es de 1084 °C, el rango de punto de fusión del latón es de 900 °C a 1025 °C y el rango de punto de fusión del bronce es de 600 °C a 913 °C. Entre ellos, el cobre tiene el punto de fusión más alto, por lo que su consumo de rendimiento de conformado en caliente es mayor. El punto de fusión del latón es más bajo que el del cobre, por lo que tiene un mejor rendimiento de conformado en caliente. El punto de fusión del bronce es más bajo que el del latón y exhibe un excelente rendimiento de conformado en caliente.

Resistencia a la corrosión y durabilidad

Los componentes principales del cobre puro, el latón y el bronce son elementos de cobre. Al entrar en contacto con el oxígeno, reaccionan para formar una película densa de óxido de cobre (CuO) u óxido cuproso (Cu₂O). Esta película de óxido tiene un efecto protector y puede prevenir la oxidación y la corrosión del metal.

Las aleaciones de bronce, como el bronce al estaño, el bronce al aluminio y el bronce al manganeso, contienen elementos de estaño, aluminio y manganeso que reaccionan con el oxígeno para formar una película de óxido que previene la corrosión del material y también resiste la corrosión de sulfuros y cloruros. Por lo tanto, en comparación con el cobre y el latón, el bronce es más adecuado para aplicaciones expuestas a entornos naturales o marinos.

Los principales componentes de las aleaciones generales de latón son el cobre y el zinc. Si bien el zinc mejora la plasticidad de los materiales de latón, el zinc en sí mismo es altamente corrosivo. Si se utiliza en agua de mar o en un entorno con cloruros, el zinc actúa como ánodo en el agua de mar para la oxidación, liberando electrones y formando iones de zinc. Los iones de zinc reaccionan con otros componentes del agua de mar (como cloruros, sulfuros, etc.) para formar sales de zinc u otros productos de corrosión. Estos productos de corrosión pueden formar picaduras o grietas localizadas en la superficie del metal, acelerando aún más la corrosión del metal.

Por lo tanto, el bronce ofrece la mejor resistencia a la corrosión y es el más resistente y duradero de los tres materiales. El cobre puro presenta una resistencia a la corrosión ligeramente menor que el bronce. El latón presenta la peor resistencia a la corrosión y es propenso a agrietarse en algunas aplicaciones marinas.

Conductividad térmica

En equipos y aplicaciones electrónicas como radiadores e intercambiadores de calor, la conductividad térmica es un factor fundamental a la hora de seleccionar materiales. Esta determina la capacidad de un material para conducir el calor. Entre ellos, el cobre presenta la mayor conductividad térmica, por lo que es frecuente ver que muchos intercambiadores de calor utilizan tubos de aletas de cobre, y en algunas placas base de portátiles se pueden ver módulos de disipación de calor de cobre puro. La conductividad térmica del latón es menor que la del cobre puro, pero posee buenas propiedades mecánicas y es adecuado para aplicaciones que requieren durabilidad y una conductividad térmica media. El bronce presenta la conductividad térmica más baja y no es una buena opción para estas aplicaciones de conducción térmica.

Conductividad eléctrica

En los campos de transmisión de energía, componentes electrónicos y cables, la conductividad eléctrica es un factor clave a considerar al seleccionar materiales. Según las dos tablas siguientes, el cobre puro tiene una conductividad eléctrica muy alta, superada solo por la plata, y es el conductor eléctrico más ideal. Su excelente conductividad eléctrica hace que el cobre puro se utilice en cables, alambres y equipos electrónicos. La conductividad eléctrica del latón se encuentra entre la del cobre puro y la del bronce. El latón es adecuado para aplicaciones con requisitos de conductividad eléctrica media; el bronce es adecuado para aplicaciones eléctricas que no requieren alta conductividad eléctrica, pero que también requieren resistencia a la corrosión, al desgaste y a la resistencia mecánica del material.

* Las clasificaciones de conductividad se expresan como medida relativa al cobre. Una clasificación 100% no indica ausencia de resistencia.

Maquinabilidad y soldabilidad

Cobre puro

El cobre puro tiene baja dureza y resistencia, lo que lo hace muy plástico y dúctil durante el procesamiento. Soporta grandes deformaciones durante el procesamiento en frío sin romperse fácilmente, por lo que es adecuado para diversos procesos en frío, como embutición, estampación, extrusión, etc. El cobre puro tiene un buen rendimiento de corte, requiere poca fuerza de corte durante el procesamiento y reduce el desgaste de la herramienta, pero se debe tener cuidado para evitar la adherencia. Debido a su baja resistencia, el cobre puro tiene un rendimiento deficiente en aplicaciones con requisitos de alta resistencia, pero es eficaz en la mayoría de las aplicaciones con requisitos de baja resistencia.

En cuanto al tratamiento térmico, el cobre puro presenta buena estabilidad térmica y recupera su alta plasticidad tras el recocido, lo que lo hace apto para el procesamiento en caliente. Su rendimiento de soldadura también es muy bueno, y los métodos de soldadura comunes (como la soldadura por arco y la soldadura por gas) son adecuados para el cobre puro.

Bronce

El bronce es una aleación formada por cobre y estaño (u otros elementos, como aluminio, manganeso, etc.), que suele presentar alta resistencia y dureza. Debido a su alta dureza, el bronce presenta una maquinabilidad relativamente baja, especialmente durante el corte, lo que requiere mayor fuerza de corte y herramientas de alta calidad, lo que provoca un fácil desgaste de las herramientas. El bronce tiene baja plasticidad, especialmente el bronce con alto contenido de estaño, que es propenso a agrietarse o romperse durante el trabajo en frío, por lo que suele requerirse el trabajo en caliente para mejorar su plasticidad.

El bronce tiene un rendimiento de soldadura deficiente, especialmente el bronce con alto contenido de estaño. El punto de fusión del estaño (231,93 °C / 449,47 °F) es inferior al del cobre (1084 °C / 1983 °F). Durante la soldadura, el sobrecalentamiento local de la aleación puede provocar la rápida disolución del estaño, formando zonas relativamente débiles, lo que aumenta el riesgo de grietas.

Latón

El latón es una aleación de cobre y zinc que ofrece mayor resistencia que el cobre puro, manteniendo una buena plasticidad. Su dureza y resistencia son moderadas, lo que le otorga un rendimiento de procesamiento intermedio entre el cobre puro y el bronce. El latón ofrece un buen rendimiento de corte. En comparación con el bronce, su fuerza de corte es menor y no se adhiere fácilmente a la cuchilla. Es adecuado para corte a alta velocidad y mecanizado de precisión. Presenta buena plasticidad y es adecuado para el trabajo en frío, especialmente para la fabricación de piezas de paredes delgadas y piezas de precisión.

En cuanto al tratamiento térmico, el latón presenta buena estabilidad térmica, y su plasticidad y propiedades de procesamiento pueden mejorarse mediante recocido. El latón tiene un buen rendimiento de soldadura, se puede aplicar eficazmente a los procesos de soldadura comunes y no es fácil que aparezcan grietas o uniones sueltas durante la soldadura. El latón tiene mejor resistencia al desgaste que el cobre puro, pero no tan buena como el bronce, y es adecuado para aplicaciones mecánicas y de construcción generales, como tuberías, piezas decorativas y piezas mecánicas.

Por lo tanto, en términos del rendimiento de procesamiento del material, el cobre puro tiene el mejor rendimiento de procesamiento, seguido del latón, y el bronce tiene un rendimiento de procesamiento deficiente.

Peso

El peso es un factor directo que distingue al cobre, el bronce y el latón. El cobre tiene el mayor peso, con un volumen unitario de 8960 kg/㎥. Por otro lado, el bronce pesa 8800 kg/㎥ y el latón 8720 kg/㎥. Por lo tanto, el cobre es más pesado que el bronce y el latón es el más ligero.

Costo

En general, el precio de los materiales se ve afectado por muchos factores, como la composición específica de la aleación, la tecnología de procesamiento, etc. Sin embargo, el cobre puro suele ser el más caro de los tres metales. En primer lugar, el contenido de cobre del cobre puro es mucho mayor que el del bronce y el latón. En segundo lugar, la producción de cobre puro se realiza en un entorno sin oxígeno, lo que resulta en un coste elevado. En cuanto a su composición, el bronce es principalmente una aleación de cobre y estaño, a la que se añaden otros elementos de aleación (como aluminio, manganeso, etc.), mientras que el latón es principalmente una aleación de cobre y zinc. El coste del estaño suele ser mayor que el del zinc, por lo que el coste del bronce es mayor que el del latón.

Por lo tanto, en términos de costo, el cobre puro es más alto que el bronce, y el latón tiene el costo más bajo.

Una tabla comparativa simplificada de cobre, latón y bronce

En la sección anterior, comparamos detalladamente las ventajas y desventajas del cobre, el bronce y el latón en múltiples dimensiones y sus aplicaciones. A continuación, se presenta una tabla sencilla para comparar rápidamente los tres materiales.

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