El cobre ETP estándar es un excelente conductor eléctrico y térmico, pero es blando y se degrada rápidamente en dos entornos muy diferentes: calor sostenido y agua de mar en rápido-movimiento. Los ingenieros que se enfrentan a cualquiera de las dos condiciones normalmente eligen entre dos materiales especializados que a menudo se confunden entre sí: cromo-cobre circonio y cobre-níquel 90/10. No son intercambiables y utilizar uno donde pertenece el otro es un fracaso prematuro garantizado.
Dos modos de falla completamente diferentes
El primer modo de falla es el ablandamiento. La punta de un electrodo de soldadura por puntos-de cobre puro comienza a ablandarse a aproximadamente 200 grados C. Más allá de esa temperatura, la punta se hincha, pierde su perfil y se pega a la pieza de trabajo, por lo que las soldaduras se vuelven inconsistentes y es necesario revestir o reemplazar el electrodo. La respuesta de la aleación es elevar la temperatura a la que el material recristaliza.
El segundo modo de falla es la erosión-corrosión. Cuando se bombea agua de mar a través de un tubo de cobre, la turbulencia destruye continuamente la capa superficial protectora. El cobre puro tolera velocidades de flujo muy inferiores a 1 m/s antes de que se acelere la pérdida de metal; la respuesta de la aleación es una química que reconstruye su propia película protectora en servicio.
C18150 Cromo-Cobre circonio: la opción resistente al calor-
C18150 añade pequeñas cantidades de cromo y circonio al cobre. Los dos elementos forman finos precipitados que fijan la estructura del grano de modo que la recristalización se lleva a una temperatura mucho más alta. Por lo tanto, la aleación mantiene su dureza incluso cuando está caliente.
| Propiedad | Valor típico | Significado de ingeniería |
|---|---|---|
| Temperatura de ablandamiento | alrededor de 525 grados C | Dureza retenida bajo calor de soldadura. |
| Conductividad eléctrica | alrededor del 80% SIGC | Corriente alta sin-calentamiento propio |
| Dureza | 75-83 HRB | Resiste la fuerza del electrodo |
| Comportamiento magnético | No-magnético | Seguro para entornos de instrumentos y soldadura. |
Las aplicaciones típicas son tapas de soldadura-de resistencia y soportes de electrodos, contactos en equipos de alta-temperatura, piezas de interruptores de alta-corriente y componentes de motores que experimentan un alto flujo de calor. Un punto práctico rige la calidad: las tapas deben producirse a partir de material forjado, trefilado o forjado. La barra fundida es más barata pero tiene una estructura más tosca y menor dureza, y falla antes en servicio. La limpieza de la superficie también es importante, porque las incrustaciones de óxido y la contaminación aumentan la resistencia de contacto y reducen la conductividad efectiva de la punta.
C70600 Cobre-Níquel 90/10: la opción del agua de mar
C70600, también escrito CuNi 90/10, contiene aproximadamente un 10% de níquel con adiciones deliberadas de hierro y manganeso. En el agua de mar forma una película de óxido compleja y autocurativa que permanece intacta incluso cuando el flujo es turbulento, por lo que es el material predeterminado para las tuberías e intercambiadores de calor marinos.
| Artículo | Valor típico | Comentario |
|---|---|---|
| Níquel | 9.0-11.0% | Elemento de aleación principal |
| Hierro | 1.0-1.8% | Esencial para la resistencia a la erosión-corrosión |
| Manganeso | 1,0% máximo | Mejora la castabilidad y la estabilidad de la película. |
| Conductividad eléctrica | aproximadamente 10-12% SIGC | Adecuado para transferencia de calor en paredes-delgadas |
| Tolerancia a la velocidad del agua de mar | hasta aproximadamente 3,5 m/s | Muy por debajo de 1 m/s para cobre simple |
El contenido de hierro merece especial atención. Los estándares internacionales para tubos requieren aproximadamente un 1,0-1,8% de hierro, y sin él la película protectora es mucho menos estable y la resistencia a la erosión-corrosión cae drásticamente. Los tubos y accesorios se piden comúnmente según ASTM B111/B111M, y EN 12451 y JIS H3300 se utilizan para proyectos europeos y japoneses. Las aplicaciones típicas son líneas de entrada y descarga de agua de mar para barcos, sistemas de extinción de incendios en plataformas marinas, tuberías de plantas desalinizadoras, tubos de condensadores e intercambiadores de calor, cajas de agua y tuberías de freno.
Comparación-lado a-lado
| Característica | C18150 (CrZrCu) | C70600 (CuNi 90/10) |
|---|---|---|
| Fortaleza primaria en el servicio. | Resiste el ablandamiento a altas temperaturas. | Resiste la erosión-corrosión del agua de mar |
| Conductividad eléctrica | alrededor del 80% SIGC | aproximadamente 10-12% SIGC |
| Temperatura de ablandamiento | alrededor de 525 grados C | No se utiliza como material de dureza. |
| Rendimiento del agua de mar | Pobre; Los elementos de aleación no forman una película protectora. | Excelente; película de óxido autocurativa |
| Magnético | No | No para 90/10; el grado 70/30 es muy ligeramente magnético |
| Color | Cobre rojizo | Blanco plateado |
| Servicio tipico | Electrodos de soldadura, contactos calientes, piezas de alta-corriente | Tuberías marinas, condensadores, desalinización. |
Reglas de selección y verificación.
Elija por modo de falla, no solo por conductividad. Si la pieza debe sobrevivir al calor repetido de soldadura, tome C18150; si debe sobrevivir al agua de mar, tome el C70600.
No fuerces un material para que haga el trabajo del otro. La punta de un electrodo de cobre-níquel se ablandará y deformará bajo la carga de soldadura, y un tubo de cromo-circonio sufrirá una rápida erosión-corrosión en una línea de agua de mar.
Verifique la química en cada calor. El cromo y el circonio deben estar dentro del rango especificado para C18150 y el hierro debe estar dentro de la banda de 1,0 a 1,8 % para C70600.
Verifique la forma y el grado del producto. Las tapas de soldadura deben ser forjadas, no fundidas, y los tubos deben contar con un informe de prueba de corrientes parásitas y una prueba hidrostática o neumática, según corresponda.
Confirme las dimensiones con el dibujo o el estándar del tubo, incluida la tolerancia del espesor de la pared, que controla tanto la clasificación de presión como el rendimiento de la transferencia de calor-.
Preguntas frecuentes
P: ¿Se puede utilizar C18150 en agua de mar?
No. El cobre de cromo-circonio no desarrolla la película protectora de óxido que forman las aleaciones de cobre-níquel, por lo que se corroe rápidamente en el agua de mar que fluye. C70600 es la elección correcta para ese entorno.
P: ¿Se puede utilizar el C70600 como electrodo de soldadura?
No. Su temperatura de ablandamiento y dureza son demasiado bajas para trabajos de soldadura por resistencia-y se deformaría bajo la fuerza del electrodo en un ciclo de producción corto.
P: ¿Por qué es tan importante el contenido de hierro del C70600?
El hierro estabiliza la película superficial protectora que resiste la erosión-corrosión. Los tubos fabricados sin el rango de hierro especificado pueden perder gran parte de su resistencia al agua de mar, por lo que el hierro debe verificarse espectrométricamente en lugar de suponerse.
P: ¿Qué significa "temperatura de reblandecimiento" para C18150?
Es la temperatura a la que la aleación comienza a perder dureza por recristalización. Para C18150, eso es aproximadamente 525 grados C, en comparación con aproximadamente 200 grados C para el cobre puro, razón por la cual sobrevive a ciclos de soldadura repetidos.
P: ¿Qué normas se aplican?
Los tubos de cobre-níquel se piden habitualmente según ASTM B111/B111M, EN 12451 o JIS H3300, mientras que el cobre para electrodos y contactos se especifica por química y dureza según la especificación de barra y varilla correspondiente.
P: ¿Alguna de las aleaciones es magnética?
Ni C18150 ni C70600 son magnéticos en uso normal. Sólo el grado de cobre-níquel 70/30 muestra un comportamiento magnético muy ligero.
