Optimalization of the metallurgical synthesis parameters of CuZn37 brass with nickel and silicon alloy additives

Optimización de los parámetros de síntesis metalúrgica del latón CuZn37 con aditivos de aleación de níquel y silicio

A lo largo del artículo se analiza la posibilidad de modificar el latón comercial CuZn37 (M63) con níquel y silicio. Los aditivos de aleación propuestos permitieron mejorar las propiedades del latón comercial mediante endurecimiento por precipitación, haciéndolo así extremadamente competitivo en comparación con el material base. En el estudio también se analizan las condiciones (temperatura y tiempo) de la síntesis metalúrgica y su influencia en el porcentaje en peso no sólo de los aditivos de aleación propuestos, sino también de la cantidad de pérdida de zinc del latón comercial debida a la evaporación durante los procesos metalúrgicos.

INTRODUCCIÓN

Las aleaciones de cobre y zinc (comúnmente conocidas como latones) fueron el resultado de la búsqueda de aleaciones sustitutivas de los bronces al estaño y al plomo, ya que las primeras adolecen del déficit del principal aditivo de la aleación y el uso de los segundos se vio limitado debido a las directrices de la directiva de la UE relativa a la restricción del uso de sustancias peligrosas [1,2].

La adición típica de zinc al cobre oscila entre el 10 y el 50 % en peso, ya que un contenido mayor provoca fragilidad en los latones. La adición de zinc tiene un impacto significativo en las propiedades tecnológicas, mecánicas, eléctricas y físicas de las aleaciones en cuestión (véase la Figura 1) [3].

Dependiendo de los aditivos de aleación utilizados, las propiedades de resistencia de los latones (Rm) pueden variar de 250 a incluso 750 MPa y la conductividad eléctrica oscila entre 3 y 15,6 MS/m. En la Tabla 1 se presentan de forma colectiva algunos tipos de latón utilizados habitualmente en la industria diaria, junto con sus propiedades mecánicas y eléctricas.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El material de carga para la investigación realizada fue CuZn37 (M63) en forma de chatarra calificada. Generalmente la aleación en cuestión no responde al tratamiento térmico, sin embargo, basándose en la bibliografía accesible se postula que la adición de níquel y silicio al CuZn37 forma una nueva aleación con posibilidades prospectivas de endurecimiento por precipitación como el material a base de latón con numerosas precipitaciones de Ni₂Si (Figura 2) [11-13]. El diagrama de fases Cu-Ni₂Si presentado en la figura 3 sugiere que un contenido adecuado de Ni y Si en el Cu crea un material susceptible de tratamiento térmico.

Investigación inicial sobre el tratamiento térmico

Se realizaron los primeros trabajos de investigación sobre la posibilidad de introducir aditivos de aleación de Ni y Si al latón CuZn37 y obtener así una nueva aleación susceptible de tratamiento térmico. Material de chatarra de latón CuZn37 con una composición química definida conforme a la norma EN-1982:2017, níquel puro con un mínimo de 99,95 wt.