1. Información general sobre aleaciones de CuNi

En 1751, AF Cronstedt logró aislar el níquel. Sin embargo, las aleaciones de Cu-Ni existían mucho antes, principalmente preparadas mediante el procesamiento de minerales. Hoy, las aleaciones CuNi están presentes en unn variedad de aplicaciones debido a sus características específicas.

El cobre y el níquel son elementos adyacentes en la tabla periódica, con números atómicos 29 y 28 y pesos atómicos 63.54 y 68.71. Los dos elementos están estrechamente relacionados y son completamente miscibles tanto en estado líquido como sólido.

Las aleaciones de Cu-Ni son aleaciones de cobre (metal base con el mayor contenido individual) y níquel con o sin otros elementos, en las que el contenido de zinc no puede ser nunca superior al 1%. Cuando hay otros elementos presentes, el níquel tiene el mayor contenido individual después del cobre, en comparación con el resto de elementos.

Al igual que con otras aleaciones de cobre, es necesario distinguir entre las aleaciones forjadas, que se procesan en productos semiacabados, y las aleaciones de fundición.

Además del porcentaje de Niquel, comprendido entre el 8,5 y el 45%, la mayoría de las aleaciones comerciales suelen contener manganeso, hierro y estaño para mejorar las propiedades específicas, las aleaciones de fundición pueden incluir porcentajes adiciones de niobio y silicio.

Las aleaciones de cobre-níquel-silicio endurecibles por envejecimiento con 1,0 a 4,5% de Ni y 0,2 a 0,6% de Be no se van a tratar en este artículo, pues según la normativa europea, estas aleaciones no pertecenen al grupo de aleaciones cobre-niquel, sino al grupo de  “aleaciones de cobre de baja aleación”.

1.1. Historia de las aleaciones CuNi

Aunque el níquel elemental solo se descubrió relativamente tarde, su uso en aleaciones, sin conocimiento de la composición de la aleación, se remonta al menos a dos mil años. Esto se confirma por hallazgos de monedas de la antigüedad, que contienen hasta 10% de níquel además de cobre.

La moneda de CuNi más antigua encontrara proviene del período alrededor de 235 AC. Se encontró en Bactria y consiste en una aleación aproximadamente 75% Cu y 25% Ni. Estas y otras monedas antiguas son ejemplos sobresalientes de la alta resistencia a la corrosión de las aleaciones de Cu-Ni.

En Inglaterra, el término “cuproníquel” se utilizó a principios del siglo XX para definir una aleación de 80% Cu y 20% Ni. En Alemania, el nombre de “aleaciones de Cu-Ni” era de uso general para el grupo de materiales que contenían menos del 50% de niquel.

Las aleaciones de CuNi con adiciones de manganeso son importantes en la ingeniería eléctrica desde finales del siglo XIX. Alrededor de 1925, se reconoció que las adiciones de hierro mejoran significativamente la resistencia de las aleaciones de Cu-Ni a la corrosión por erosión en el agua de mar y otras soluciones agresivas.

1.2. El diagrama de equilibrio de CuNi

Las aleaciones de los dos metales forman una serie continua de soluciones sólidas que tienen una red cúbica centrada en la cara, es decir, el sistema CuNi exhibe solubilidad completa tanto en estado líquido como sólido. El diagrama de equilibrio es, por lo tanto, muy simple. Los puntos de fusión de los dos componentes se amplían a un rango de fusión en las aleaciones. La curva superior, que forma el límite inferior de la fusión líquida, se llama ‘liquidus’. La curva que forma el límite superior del área de un cristal se denomina ‘solidus’. Un área de dos fases en la que el líquido y los cristales coexisten se forma entre liquidus y solidus.

Debajo de una línea recta punteada en la parte inferior derecha, el comportamiento es ferromagnético, por encima es paramagnético. Así, por ejemplo, todas las aleaciones de hasta 80% de Ni son paramagnéticas a 150 ºC, mientras que a 20 ºC las aleaciones que contienen más de 68.5% de níquel exhiben un comportamiento ferromagnético.

Diagrama de equilibrio Cu-Ni
Figura 1. Diagrama de equilibrio Cu-Ni

1.3. Efectos de diferentes elementos en la aleación

El níquel tiene un efecto significativo sobre las propiedades físicas y mecánicas de las aleaciones de Cu-Ni. Mientras que la resistencia a la tracción, la resistencia de prueba del 0.2%, la resistencia al calor, la temperatura de solidus y liquidus y la resistencia a la corrosión aumentan con el contenido de níquel, la conductividad térmica y eléctrica disminuye. La resistencia a la tracción y el alargamiento en función del contenido de níquel (figura 2). La resistencia a la tracción aumenta con el contenido de níquel, mientras que el alargamiento permanece casi constante después de una ligera disminución (hasta 5% de Ni).

Resistencia a la tracción y alargamiento de las aleaciones de Cu-Ni en función del contenido de níquel
Figura 2. Resistencia a la tracción y alargamiento de las aleaciones de Cu-Ni en función del contenido de níquel

LSe agrega manganeso a la masa fundida para la desoxidación. El manganeso ata el azufre  que es perjudicial para el trabajo en caliente, mejora las características de la fundición, aumenta la resistencia y especialmente la temperatura de ablandamiento (figura 3).

Características de ablandamiento de una aleación de Cu-Ni que contiene 20% de Ni con diferentes adiciones de manganeso
Figura 3. Características de ablandamiento de una aleación de Cu-Ni que contiene 20% de Ni con diferentes adiciones de manganeso

El hierro, disuelto en la solución sólida, aumenta la resistencia a la corrosión de las aleaciones de CuNi, promoviendo la formación de una capa protectora adherente y uniforme. La solubilidad del hierro en la solución sólida de CuNi disminuye a medida que disminuye la temperatura (figura 4), es decir, estas aleaciones, preferiblemente con mayores contenidos de hierro, son endurecibles por envejecimiento. La solubilidad del hierro también depende del contenido de níquel de la aleación, aumentando con el contenido de níquel hasta alcanzar un  30% de níquel y cayendo nuevamente a medida que el contenido de níquel continúa aumentando. La dureza de la aleación mejora algo para porcentajes mayores de hierro (figura 5), mientras que la trabajabilidad en frío empeora ligeramente.

Límite de solubilidad del hierro para una aleación de Cu-Ni que contiene 10% de Ni en función de la temperatura
Figura 4 - Límite de solubilidad del hierro para una aleación de Cu-Ni que contiene 10% de Ni en función de la temperatura
Efecto del hierro sobre la variación de la dureza de una aleación de Cu-Ni que contiene 10% de Ni
Figura 5 - Efecto del hierro sobre la variación de la dureza de una aleación de Cu-Ni que contiene 10% de Ni

El estaño como elemento adicional aumenta la resistencia a la tracción, la resistencia al deslustre y la resistencia al desgaste de las aleaciones de CuNi. Aleaciones de Cu-Ni que contienen un mínimo del 2% de Sn se distinguen por su buena resistencia a la relajación del estrés, por lo que se utilizan como materiales para la fabricación de resortes. Las aleaciones con contenidos de estaño aún más altos (4 a 10%) también pueden endurecerse por envejecimiento (figura 6).

Endurecimiento por envejecimiento de una aleación de Cu-Ni (84.5% Cu, 7.5% Ni, 8% Sn)

El silicio mejora la capacidad de fundición de las aleaciones Cu-Ni a la vez que actúa como desoxidante. En el sistema Cu-Ni, la solubilidad del silicio aumenta con el contenido de níquel. Hasta el límite de solubilidad, el aumento del contenido de silicio aumenta la resistencia y reduce la ductilidad.

El niobio aumenta la resistencia a la tracción y el límite elástico, mientras que el alargamiento cae. El efecto favorable del niobio en la soldabilidad de las aleaciones de fundición es crucial.

El plomo se mantiene por debajo del 0,02% en aleaciones forjadas destinadas al trabajo en caliente. Incluso los contenidos de plomo de más del 0.01% perjudican la soldabilidad. Sin embargo, las aleaciones fundidas con alto contenido de plomo, por ejemplo, en ASTM B 584 de 1 a 11% de Pb (C97300 a C97800), son bien conocidas y permiten el mecanizado.

El zinc es un componente principal de las aleaciones de cobre-níquel-zinc. En contraste, el contenido de zinc de las aleaciones de Cu-Ni está restringido a 1% máximo. Se requieren aleaciones sin zinc como materiales para accesorios en tubos de electrones para evitar la vaporización de zinc.

El titanio promueve la formación de soldaduras libres de poros porque puede unir oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, debido a su alta afinidad por estos gases. Por lo tanto, el titanio es un componente esencial de los consumibles de soldadura.

El fósforo tiene un fuerte efecto de fragilidad en las aleaciones de Cu-Ni y disminuye la soldabilidad (falta de calor y formación de grietas). Por lo tanto, el contenido de fósforo se mantiene lo más bajo posible, con máximos entre 0.015 y 0.05%.

Otros elementos interesantes en las aleaciones cobre-niquel son el cromo, el aluminio y el berilio. Estas adiciones hacen que las aleaciones de Cu-Ni sean endurecibles por envejecimiento. El cromo aumenta la resistencia y tiene un efecto sorprendentemente favorable sobre la resistencia tanto a la corrosión por agua de mar como a la erosión por los sólidos. El aluminio aumenta la dureza, la resistencia a la corrosión del agua de mar y la resistencia del material. El berilio tiene el efecto más fuerte sobre las propiedades mecánicas después del endurecimiento por envejecimiento.

La solubilidad del carbono en níquel (máx. 0,18%) se reduce severamente a medida que aumenta el contenido de cobre: es de aproximadamente 0,01% con un contenido de cobre del 90%. El carbono no es perjudicial en las aleaciones de Cu-Ni.

El cobalto a menudo puede aparecer como un componente no controlado en las aleaciones de Cu-Ni, dependiendo del contenido de cobalto en el níquel utilizado.

El antimonio, el arsénico, el azufre, el telurio y el bismuto se fragilizan en pequeñas cantidades, solos o en combinaciones, y no deberían estar presentes en la práctica en aleaciones de Cu-Ni.

1.4. Aleaciones de Cu-Ni en las normas EN

Tabla 1. Aleaciones de CuNi forjado para EN – Composición

SímboloWerkstoffComposición media (% en masa)
CuNi9Sn22.08759.5 Ni4; 2.3 Sn; Cu
CuNi10Fe1Mn32.087210 Ni4; 1.5 Fe; 0.8 Mn; Cu
CuNi252.083025 Ni4; Cu
CuNi30Mn1Fe32.088231 Ni4; 0.7 Fe; 1 Mn; Cu
CuNi30Fe2Mn22.088330 Ni4; 2 Fe; 2 Mn; Cu

Las aleaciones de Cu-Ni forjadas están estandarizadas en diferentes estándares EN. La Tabla 1 muestra la composición de estas aleaciones. De acuerdo con la norma ISO 1190-1, el símbolo de identificación CuNi se aplica a las aleaciones de Cu-Ni forjado, seguido de un número que indica el contenido medio de níquel. Por lo tanto, CuNi25 contiene aprox. 75% Cu y 25% Ni. Otros elementos de adición se indican en el símbolo de identificación adjuntando el símbolo químico y muy a menudo indicando el contenido medio. Las aleaciones forjadas de Cu-Ni se suministran en forma de tiras, láminas, placas, tubos, barras, alambres y forjados (Tabla 2). Los datos sobre las propiedades mecánicas se dan en los estándares de semifabricación correspondientes para las aleaciones respectivas.

EN solo contiene la aleación binaria CuNi25. Se pueden usar otras aleaciones binarias que contengan 2, 6 y 10% de Ni a temperaturas de aplicación de 300ºC a 400ºC máx. Las aleaciones estándar que contienen manganeso y hierro, que también se incluyen, se caracterizan por el símbolo químico para manganeso o hierro, en la medida en que sea necesario para la diferenciación de materiales similares, por ejemplo, CuNi23Mn (23% Ni, 1.5% Mn y, por lo tanto, aproximadamente 75.5% Cu), CuNi30Mn (30% Ni, 3% Mn y aproximadamente 67% Cu) o CuNi44 para la aleación que contiene 44% Ni, 1% Mn y 55% Cu, en cuyo símbolo de identificación solo el número del contenido medio de níquel es declarado Los últimos tres materiales especificados son adecuados para temperaturas de aplicación máximas de 500 a 600ºC.

La composición de las aleaciones de fundición de Cu-Ni estandarizadas en EN 1982 se muestra en la Tabla 4. La norma EN 1982 también indica las propiedades mecánicas de las diferentes aleaciones. El número que sigue al símbolo de identificación CuNi representa el contenido medio de níquel. A continuación, se coloca un guión, como símbolo de identificación para fundir aleaciones, por ejemplo, CuNi10Fe1Mn1-C. Las aleaciones de Cu-Ni con mayor contenido de plomo están estandarizadas en los Estados Unidos, pero no en la norma EN.

Entre los estándares que incluyen aleaciones de Cu-Ni, se debe hacer mención especial a la norma EN 12451 (se aplica a tubos para condensadores e intercambiadores de calor), DIN 1653 (fleje para condensadores e intercambiadores de calor), EN 12452 (tubos con aletas laminadas para intercambiadores de calor), DIN 74 234 (sistemas de frenado hidráulico, tubos, bridas), DIN 1733 (consumibles de soldadura para cobre y aleaciones de cobre), DIN 46 460, DIN 46 461, DIN 46 462 y DIN 46 464 (alambre redondo) y DIN 46 465 (alambre plano).

Tabla 2. Aleaciones de Cu-Ni forjado según normas EN – Formas semielaboradas disponibles

SímboloFleje y chapa (EN 1652)Fleje de resorte (EN 1654)Placa condensadores (EN 1653)Tubo (EN 12 449)Tubo condensadores (EN 12 451 y EN 12 452)Barra (EN 12 163)Cable ( EN 12 1661)Troquelado (EN 12 420)
CuNi9Sn2XXX 1
CuNi10Fe1Mn3XXXXXX
CuNi25X
CuNi30Mn1Fe3XXXXX
CuNi30Fe2Mn2XX

Tabla 3. Aleaciones de resistencia CuNi según DIN 17 471 – Composición

SímboloWerkstoffComposición media (% en masa)
CuNi22.08022 Ni; Cu
CuNi62.08076 Ni; Cu
CuNi102.081110 Ni; Cu
CuNi23Mn2.088123 Ni; 1,5 Mn; Cu
CuNi30Mn2.089030 Ni; 3 Mn; Cu
CuNi44 (CuNi44Mn1)2.084244 Ni; 1 Mn; Cu

Tabla 4. Aleaciones fundidas de cobre y níquel según EN 1982 Composición

SímboloWerkstoffComposición media (% en masa)
CuNi10Fe1Mn1-CCC380H10 Ni; 1,5 Fe; 1 Mn; max. 1,0 Nb; max. 0,10 Si; Cu
CuNi30Fe1Mn1-CCC381H30 Ni; 1 Fe; 1 Mn; 0,5 Si; Cu
CuNi30Cr2FeMnSi-CCC382H30 Ni, 2 Cr, 1 Fe, 1 Mn, 0,5 Si, 0,25 Ti, 0,15 Zr
CuNi30Fe1Mn1NbSi-CCC383H30 Ni; 1 Fe; 1 Mn; 0,75 Nb; 0,5 Si; Cu

 

1.5. Comparativa de designaciones para diferentes países

Tabla 5. Comparativa de designaciones de aleaciones CuNi

Europa ENAlemania DINGran Bretaña BSFrancia NFEE.UU. UNSNormalización internacional ISO
CuNi9Sn2CuNi9Sn2C 72500CuNi9Sn2
CuNi10Fe1-MnCuNi10Fe1MnCN 102CuNi10Fe1MnC 70600CuNi10Fe1Mn
CuNi25CuNi25CN 105CuNi25C 71300CuNi25
CuNi30Mn1-FeCuNi30Mn1FeCN 107CuNi30Mn1FeC 71500CuNi30Mn1Fe
CuNi30Fe2-Mn2CuNi30Fe2Mn2CN 108CuNi30Fe2Mn2C 71640CuNi30Fe2Mn2
CuNi44Mn1CuNi44Mn1CuNi44C 72150CuNi44Mn1
CuNi10Fe1-Mn1-CG-CuNi10C 96200
CuNi30Fe1-Mn1-C??
CuNi30Cr2-FeMnSi-C??
CuNi30Fe1-Mn1NbSi-CG-CuNi30CN 2C 96400G-CuNi30Nb

Los rangos de tolerancia de la composición de las aleaciones estandarizadas en diferentes países son diferentes en algunos casos de la norma EN. La Tabla 5 contiene una comparación de las designaciones de materiales para diferentes países (incluyendo ISO) para aleaciones de Cu-Ni.

2. Propiedades

Las aleaciones de Cu-Ni tienen propiedades físicas interesantes, buenas propiedades mecánicas, incluso a cargas continuas a temperaturas elevadas, junto con una alta resistencia a la corrosión en muchos medios, especialmente el agua de mar.

Las propiedades de las aleaciones binarias de Cu-Ni no son adecuadas para muchas aplicaciones. Ciertas propiedades de las aleaciones de Cu-Ni pueden incrementarse significativamente mediante varias adiciones. Entre los elementos de adición, el manganeso, el hierro y el estaño y el niobio y el silicio son técnicamente importantes, también el cromo, el berilio y el aluminio, según hemos comentado en el apartado anterior.

2.1. Propiedades físicas

El níquel tiene un efecto marcado en el color de las aleaciones de Cu-Ni. El color cobre se vuelve más claro a medida que se agrega níquel. Las aleaciones son casi de color blanco plateado para porcentajes a partir del 15% de níquel. El brillo y la pureza del color aumentan con el contenido de níquel; para aleaciones con un 40% de níquel una superficie pulida difícilmente se puede distinguir de la de plata.

Las propiedades físicas importantes de las aleaciones de Cu-Ni forjado estandarizadas en EN se resumen en la Tabla 6 y las de las aleaciones de resistencia a Cu-Ni estandarizadas en DIN 17 471 se muestran en la Tabla 7 .

Tabla 6. Aleaciones de Cu-Ni forjado según EN – Propiedades físicas (valores guía)

SímboloRango de fusión (ºC)Conductividad eléctrica a 20°C (m/ Ω.mm2)Conductividad térmica a 20°C (CW/m.K)Coeficiente de expansión 25 a 300°C (10^-6/K)Módulo elástico Ε (kN/mm2)
CuNi9Sn21060-11306.44817,6140
CuNi10Fe1Mn31100-11455.34617,0130
CuNi251150-12103.12915,5145
CuNi30Mn1Fe31180-12402.72916,0150
CuNi30Fe2Mn21160-12402,02115,0140

Tabla 7. Aleaciones de resistencia CuNi según DIN 17471 – Propiedades físicas (valores guía)

SímboloDensidad a 20 °C ρ20 (kg/dm3)Solidus temp (°C)Calor específico a 20°C (J/g.K)Conductividad térmica a 20°C (W/m.K)Coeficiente de expansión 20 a 100°C (10^-6/K)Coeficiente de expansión 20 a 400°C (10^-6/K)Tensión termoeléctrica versus cobre (μV/K)
CuNi28,910900,3813016,517,5-15
CuNi68,910950,3892dieciséis17,5-20
CuNi108,911000,3859dieciséis17,5-25
CuNi23Mn8,911500,3733dieciséis17,5-30
CuNi30Mn8.811800,402514,5dieciséis-25
CuNi448,91230-12900,412313,515-40

Tabla 8. Aleaciones de resistencia a Cu-Ni según DIN 17471- Resistencia eléctrica en estado recocido según la temperatura (valores guía)

SímboloResistencia eléctrica a 20°C ( Ω.mm2/m)Resistencia eléctrica a 100°C ( Ω.mm2/m)Resistencia eléctrica a 300°C (Ω.mm2/m)Resistencia eléctrica a 400°C (Ω.mm2/m)Resistencia eléctrica a 500°C (Ω.mm2/m)Coeficiente de temperatura de resistencia eléctrica entre 20º y 105°C (10^-6/K)Límite superior de temperatura en aire (°C)
CuNi60,10 (1)0,1070.123+500 a +900300
CuNi100.15 (1)0,1560,1690,175+350 a +450400
CuNi23-Mn0,30 (2)0,3080,3320,3310.339+220 a +280500
CuNi30-Mn0.40 (2)0,4040.4170.4240.432+80 a +130500
CuNi440.49 (2)0,490,490,490,49-80 a +40600
(1): Desviación permitida 10%
(2): Desviación permitida 5%

La densidad del cobre (8,93 kg/dm3 a 20°C) varía solo ligeramente con el aumento del contenido de níquel (densidad de níquel a 20°C = 8,9 kg/dm3) y es de 8,9 kg/dm3 para todas las aleaciones de Cu-Ni especificadas en DIN 17 664. Este aspecto también se puede ver en la Tabla 7 con las propiedades físicas de las aleaciones de resistencia de Cu-Ni según DIN 17 471. La alta conductividad térmica del cobre puro de 394 W/mK se ve severamente reducida por el níquel (Figura 7); alcanza un mínimo de 21 W/mK par aproximadamente 45% de Ni. El coeficiente de expansión lineal inicialmente disminuye bruscamente con la adición de níquel, luego más lentamente (Figura 8). El calor específico (a 20 °C) del cobre es 0.385 J/g.K y el del níquel es 0.452 J/g.K). A medida que aumenta el contenido de níquel, primero disminuye ligeramente y puede esperarse un valor medio de 0.377 J/g.K.

Conductividad térmica de las aleaciones de Cu-Ni a 20 ° C en función del contenido de níquel
Figura 7 - Conductividad térmica de las aleaciones de Cu-Ni a 20 ° C en función del contenido de níquel

La resistividad eléctrica de las aleaciones de resistencia de Cu-Ni a diferentes temperaturas se muestra en la Tabla 8. Se eleva abruptamente con el contenido de níquel, de modo que las aleaciones de Cu-Ni son adecuadas como materiales de resistencia. Un máximo ocurre para concentraciones de 45% Ni. El mínimo del coeficiente de temperatura de resistencia eléctrica está en aproximadamente el mismo rango de concentración.

Resistividad eléctrica y coeficiente de temperatura de resistencia eléctrica de las aleaciones de Cu-Ni en función del contenido de níquel
Figura 9 - Resistividad eléctrica y coeficiente de temperatura de resistencia eléctrica de las aleaciones de Cu-Ni en función del contenido de níquel

El alto poder termoeléctrico de las aleaciones de CuNi en el rango entre 40 y 50% de Ni es particularmente notable en comparación con otros metales como el hierro (Figura 10), cobre, platino, etc. Por lo tanto, son especialmente adecuados para su uso en termopares para temperatura mediciones en un rango de temperatura moderado. La Figura 11 muestra el poder termoeléctrico de CuNi44 frente al cobre y el hierro en función de la temperatura. La alta fuerza termoeléctrica de CuNi44 excluye su uso como material de resistencia en aparatos de bajo voltaje, al formar las conexiones de cobre a CuNi44 un termopar.

Energía termoeléctrica de aleaciones de Cu-Ni versus hierro a 816 ° C en función del contenido de níquel
Figura 10 - Energía termoeléctrica de aleaciones de Cu-Ni versus hierro a 816 ° C en función del contenido de níquel
CuNi44 versus cobre y hierro (valores básicos de fuerza termoeléctrica
Figura 11 - CuNi44 versus cobre y hierro (valores básicos de fuerza termoeléctrica

El módulo elástico (Tabla 6) aumenta con el contenido de níquel (CuNi10FeMn: 130 kN/mm2 ; CuNi44Mn1: 165 kN/mm2).

Las aleaciones de Cu-Ni no exhiben ningún ferromagnetismo. El cobre es diamagnético, el níquel es ferromagnético. Las aleaciones de níquel-cobre cambian de diamagnético a paramagnético a ferromagnético a medida que aumenta el contenido de níquel. Dependiendo de la aleación, el hierro tiene un pequeño efecto cuando está presente en una solución sólida. Si se precipita el hierro, estas partículas microscópicas ferromagnéticas conducen a un aumento macroscópico del ferromagnetismo.

La matriz libre de precipitados permanece diamagnética o paramagnética. Las aleaciones de Cu-Ni que contienen de 20 a 25% de Ni y 20% de Fe o aproximadamente 25% de Co son materiales magnéticos pronunciados. Como resultado de su alta remanencia y fuerza coercitiva, también son adecuados para imanes permanentes.

Todas las propiedades físicas de las dos aleaciones de Cu-Ni forjado CuNi10Fe1Mn y CuNi30Mn1Fe se han investigado a fondo y son bien conocidas desde la temperatura ambiente hasta 1000°C.

En la Tabla 9 se muestran algunas propiedades físicas de las aleaciones de fundición de CuNi según DIN 1982.

Tabla 9. Aleaciones de Cu-Ni fundidas según EN 1982 – Propiedades físicas de dos aleaciones conocidas

SímboloRango de fusión (°C)Conductividad eléctrica a 20°C (m/Ω.Mm2)Conductividad térmica a 20°C (W/m.K)Coeficiente de expansión 25 a 300°C (10^-6/K)Módulo elástico Ε (kN/mm)
CuNi10Fe1Mn1-C1105-11405.55917123
CuNi30Fe1Mn1NbSi-C1170-12402.52916145
1 La densidad de ambos materiales es 8.9 kg / dm3

2.2. Propiedades mecánicas

2.2.1. Propiedades mecánicas a temperatura ambiente.

  • Aleaciones forjadas de Cu-Ni: La Tabla 10 contiene propiedades mecánicas características para láminas y flejes de aleaciones de Cu-Ni forjadas que cumplen con la norma EN 1652. Se dan más datos en las respectivas normas de productos semielaborados. La condición del material se indica en los estándares de propiedad mecánica al agregar la letra R al símbolo de identificación de la aleación. Por ejemplño para el material CuNi10Fe1Mn R320 se garantiza una resistencia a tracción de al menos 320 N/mm2. El alargamiento y el límite elástico del 0.2% también se definen por el nivel de resistencia. Se garantiza una dureza mínima (dureza Vickers) al agregar la letra H con el siguiente número, por ejemplo, CuNi19Fe1Mn H100. La Tabla 11 muestra la resistencia a tracción y el alargamiento de las aleaciones de resistencia a Cu-Ni.

Tabla 10. Propiedades mecánicas de fleje y lámina para aleación de Cu-Ni forjada según EN 1652

SímboloNúmeroMm de espesorResistencia a la tracción Rm (N/mm2)0.2% Tensión de prueba Rp0.2 (N/mm2)Alargamiento A 50 mm para espesores de hasta 2.5 mm % min.Alargamiento A para espesores superiores a 2.5 mm % min.Vickers dureza HV
CuNi9Sn2R340CW351H0.2 a 5340 a 410max. 2503040
H07575 a 110
R3800.2 a 5380 a 470min. 2008010
H110110 a 150
R4500.2 a 2450 a 530min. 3704
H140140 a 170
R5000.2 a 2500 a 580min. 4502
H160160 a 190
R5600.2 a 2560 a 650min. 520
H180180 a 210
CuNi10-Fe1MnR300CW352H0.3 a 15min. 300min. 1002030
H07070 a 120
R3200.3 a 15min. 320min. 20015
H100min. 100
CuNi25R290CW350H0.3 a 15min. 290min. 100
H07070 a 100
CuNi30-Mn1FeR350CW354H0.3 a 15350 a 420min. 12035
H08080 a 120
R4100.3 a 15min. 410min. 30014
H110min. 110

Tabla 11. Aleaciones de resistencia a Cu-Ni según DIN 17 471 – Propiedades mecánicas a 20 C en estado recocido

SímboloResistencia a tracción Rm(N/mm2) min.Alargamiento A% para ⌀ nominal en mm (Lo = 100 mm) 
0.02 a 0.063> 0.063 a 0.125> 0.125 a 0.5> 0.5 a 1>1
CuNi2220aprox. 15aprox.18≥18≥255 a 1,> 1
CuNi6250aprox. 15aprox.18≥18≥255 a 1,> 1
CuNi10290aprox. 15aprox.20≥20≥255 a 1,> 1
CuNi23Mn350aprox.12aprox. 18aprox.20≥20≥255 a 1,> 1
CuNi23Mn400aprox.12aprox. 18aprox.20≥20≥255 a 1,> 1
CuNi44420aprox.12aprox. 18aprox.20≥20≥255 a 1,> 1

La Figura 12 muestra el aumento de la resistencia a tracción, el 0.2% del límite elástico y la dureza en función del contenido de níquel. Solo hay una caída relativamente pequeña en el alargamiento y la reducción del área con el aumento de la resistencia a tracción. Por otro lado, la dureza aumenta fuertemente con el contenido de níquel. La resistencia al impacto de la barra con muesca solo se ve ligeramente afectada por el contenido de níquel.

Propiedades mecánicas de las aleaciones de Cu-Ni en función del contenido de níquel
Figura 12 - Propiedades mecánicas de las aleaciones de Cu-Ni en función del contenido de níquel

El hierro tiene un efecto favorable sobre las propiedades mecánicas de las aleaciones de Cu-Ni. La Figura 13 muestra un ejemplo de una aleación que contiene 10% de Ni. Se obtienen mejoras adicionales de las propiedades mecánicas de CuNi30Mn1Fe aumentando el contenido de hierro y manganeso cada uno al 2%. Así, por ejemplo, el fleje y la lámina de la aleación CuNi30Fe2Mn2 tienen una resistencia a tracción de 440 N/mm2 y un límite elástico del 0,2% de 145 N/mm2.

Efecto del contenido de hierro sobre las propiedades mecánicas de una aleación de Cu-Ni que contiene 10% de Ni
Figura 13 - Efecto del contenido de hierro sobre las propiedades mecánicas de una aleación de Cu-Ni que contiene 10% de Ni

Si añadimos otros elementos a la aleación CuNi como el aluminio o el cromo se produce un aumento adicional de la resistencia. La Tabla 12 contiene dos materiales con propiedades mecánicas mejoradas.

Tabla 12. Composición media y propiedades mecánicas de las aleaciones de Cu-Ni forjadas sin standard DIN

Elemento extraComposición media (% en masa)Condición del materialResistencia a tracción Rm (N/mm2)Limite elástico Rp0.2 (N/mm2)Alargamiento A5%Dureza HB
Al5 Ni; 4 Al; 0,8 Cr; 2,5 Mn; CuSuave450 a 550170 a 23035 a 50110 a 130
Endurecido por precipitación1000 a 1090940 a 10401 a 3320 a 340
Cr30 Ni; 3 Cr; 0.5 Fe; 0,5 Mn; CuEndurecido por precipitación590≥36027110

Al igual que con todos los materiales metálicos, la resistencia a tracción, el límite elástico del 0.2% y la dureza aumentan al aumentar la deformación en frío de las aleaciones de Cu-Ni forjadas, mientras que el alargamiento disminuye (Figura 14).

aracterísticas de endurecimiento del trabajo de CuNi9Sn2
Figura 14 - aracterísticas de endurecimiento del trabajo de CuNi9Sn2

Tabla 13. Aleaciones de Cu-Ni fundición según EN 1982 – Propiedades mecánicas

SímboloProceso fabricaciónSuplementoResistencia a tracción Rm (N/mm2) min.0.2% Límite elástico de prueba Rp0.2 (N/mm2) min.Elongat A% min.Dureza HB minMódulo elástico E (KN/mm 2) aprox.
CuNi10-Fe1Mn1-CMoldeo en arena-GS28012020701231
Colada centrífuga-GZ2801002570
Colada continua-GC2801002570
CuNi30-Fe1Mn1-CMoldeo en arena-GS3401201880
Colada centrífuga-GC3401201880
CuNi30Cr2-FeMnSi-CMoldeo en arena-GS44025018115
CuNi30Fe1-Mn1NbSi-CMoldeo en arena-GS440230181151451

  • Aleaciones de fundición CuNi: Se deben mencionar 3 aleaciones de fundición de Cu-Ni endurecibles por envejecimiento con adiciones de aluminio, cromo o berilio (Tabla 14). La aleación con 2% de Al se puede usar en estado obtenido en la colada o endurecida por precipitación. El mayor aumento de la dureza se logra mediante la adición de berilio, después del endurecimiento por precipitación.

    Las aleaciones de fundición de Cu-Ni endurecibles por precipitación de alta resistencia que contienen hasta 6% de estaño, generalmente con elementos adicionales como el plomo y el zinc, están estandarizadas en ASTM 584.

Tabla 14. Composición y propiedades mecánicas de aleaciones de Cu-Ni de alta resistencia fundidas sin standard DIN

Elemento extraComposición media (% en masa)Condición materialResistencia a la tracción Rm (N/mm2)0.2% Límite elástico Rp0.2 (N/mm2)Alargamiento A5%
Al14 Ni; 10 Mn; 5 Fe; 2 Al; CuFundición46026035
Tratado térmicamente460 a 620310 a 42020 a 40
Cr30 Ni; 2 Cr; 1 Mn; 1 Fe; 0,5 Si; CuFundición520 a 580330 a 38022
Be30 Ni; 1 Fe; 1 Mn; 0.5 Be; CuTratado térmicamente750 a 850520 a 6207 a 24

2.2.2. Propiedades mecánicas a bajas temperaturas.

Al igual que otras aleaciones de cobre, las aleaciones de Cu-Ni poseen excelentes propiedades mecánicas a bajas temperaturas, como se puede comprobar para una aleación que contiene 20% de Ni en la Figura 15. Aquí la resistencia a tracción disminuye a medida que desciende la temperatura, pero sin una marcada reducción del alargamiento y de la reducción del área. Estas aleaciones no presentan fragilidad a bajas temperaturas, por lo que son adecuadas para aplicaciones en ingeniería criogénica.


 

Propiedades mecánicas de una aleación de Cu-Ni que contiene 20% de Ni a bajas temperaturas
Figura 15 - Propiedades mecánicas de una aleación de Cu-Ni que contiene 20% de Ni a bajas temperaturas

2.2.3. Propiedades mecánicas a temperaturas elevadas

Las aleaciones de Cu-Ni conservan buenas propiedades mecánicas a temperaturas elevadas.

  • Resistencia en caliente: La resistencia al calor del cobre aumenta con solo una pequeña adición de níquel. El efecto del níquel sobre el ablandamiento de las aleaciones de Cu-Ni laminadas en frío a temperaturas elevadas se muestra en la Figura 16. Al agregar hierro, se mejoran las propiedades mecánicas, no solo a temperatura ambiente, sino también a temperaturas elevadas. La Figura 17 muestra esto para una aleación que contiene 10% de Ni. CuNi10Fe1Mn, por ejemplo, se puede utilizar en la construcción de recipientes a presión hasta 300 °C, CuNi30Mn1Fe hasta 350 °C. Por encima de estas temperaturas límite, la resistencia cae marcadamente, particularmente la resistencia a la fluencia y el límite de deformación por fluencia. Los valores para el módulo elástico disminuyen a medida que la temperatura aumenta en aproximadamente 50-100 N/mm2 por °C.
Suavizado de aleaciones de Cu-Ni en función de la temperatura de recocido y del contenido de níquel
Figura 16 - Suavizado de aleaciones de Cu-Ni en función de la temperatura de recocido y del contenido de níquel
Suavizado de aleación de Cu-Ni que contiene 10% de Ni en función del contenido de hierro y temperatura
Figura 17 - Suavizado de aleación de Cu-Ni que contiene 10% de Ni en función del contenido de hierro y temperatura
  • Comportamiento de fluencia: Los materiales metálicos se suelen exponer con frecuencia a cargas continuas a temperaturas elevadas, por lo que es necesario conocer la fluencia de las aleaciones de CuNi. La prueba de fluencia da valores a este respecto. Se utiliza para determinar el comportamiento del material bajo carga estática (carga de arrastre) en condiciones en las que el tiempo bajo estrés tiene un efecto sustancial además del nivel de estrés y la temperatura.

    La resistencia a la ruptura por fluencia a una temperatura específica es la carga estática (a la temperatura de prueba) referida a la sección transversal inicial de las piezas de prueba a temperatura ambiente que causa la fractura de la pieza de prueba después de que haya transcurrido un tiempo específico. Esa carga máxima que una pieza de trabajo (pieza de prueba) puede soportar sin fractura “durante un tiempo infinitamente largo” se llama resistencia a la fluencia. El límite de fluencia a una temperatura específica es entonces esa carga que da lugar a una tensión permanente específica después de un tiempo específico (y a la temperatura de prueba).

    Los valores para la resistencia a la fluencia y el límite de fluencia del 1% para las aleaciones CuNi10Fe1Mn y CuNi30Mn1Fe que determinan las temperaturas límite para el uso de estas aleaciones bajo carga a largo plazo se dan en las Tablas 15a-15b.

Tabla 15a. Resistencia a la fluencia y 1% límite de fluencia para el material CuNi10Fe1Mn

Temperatura. ° CAleación CuNi10Fe1Mn (recocido) 
Resistencia a la fluencia según tiempo [horas] (N/mm2)1% límite de fluencia según tiempo [horas] (N/mm2)
100100010 000100 000100100010 000100 000
20123116
30023921217212110593
35019414391 915510865
40012173417645
450
500
550
600

Tabla 15b. Resistencia a la fluencia y 1% límite de fluencia para el material CuNi30Mn1Fe

Temperatura. ° CAleación CuNi30Mn1Fe (laminado enf frío, 40%) 
Resistencia a la fluencia según tiempo [horas] (N/mm2)1% límite de fluencia según tiempo [horas] (N/mm2)
100100010 000100 000100100010 000100 000
20
300
350391363326361317258
400351305244299232166
45029222115321114597
500208139921388750
5501338550834414
6008446184412

Ablandamiento de CuNi30Mn1Fe
Figura 18 - Ablandamiento de CuNi30Mn1Fe

2.2.4. Límite de fatiga

Dado que muchos componentes están sujetos a una carga oscilante, el límite de fatiga, es una característica importante en la práctica. A diferencia del comportamiento de fluencia, se define como la amplitud de tensión máxima oscilante alrededor de una tensión media dada que puede ser soportada por una pieza de trabajo (pieza de prueba) ‘infinitamente’ sin fractura y sin deformación inaceptable.

Las aleaciones de cobre no tienen un valor límite de esfuerzo pronunciado, pero se observa una caída constante de la resistencia con un número creciente de ciclos de carga seguido de una caída imperceptiblemente pequeña en el área de los ciclos de carga alta. Las fuerzas de fatiga en ciclos de carga alta (10^8) se expresan como límites de fatiga.

La Tabla 16 resume los valores límite de fatiga para las aleaciones CuNi10Fe1Mn, CuNi25, CuNi30Mn1Fe y CuNi44Mn1 para 10^8 ciclos de carga.

Tabla 16. Resistencia a la fatiga de aleaciones Cu-Ni para 10^8 ciclos de carga

AleaciónResistencia a la fatiga para 10^8 ciclos de carga (N/mm2)
CuNi10Fe1Mn (laminado en frío)150
CuNi25 alambre de ⌀=2mm, trabajo en frío: 88%.275
CuNi30Mn1Fe barra de ⌀=14mm, extruido en frío (33%)245
CuNi44Mn1 barra estirada en frío y tratada térmicamente para aliviar el estrés.290

2.3 Resistencia a la corrosión

Las aleaciones de Cu-Ni se encuentran entre las aleaciones de cobre resistentes a la corrosión. Son resistentes a la humedad, ácidos no oxidantes, álcalis y soluciones salinas, ácidos orgánicos y gases como oxígeno, cloro, cloruro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno, dióxido de azufre y dióxido de carbono. No existe riesgo de que la corrosión bajo tensión pueda provocar grietas mientras que la tendencia a la corrosión selectiva es extremadamente pequeña y rara vez se observa corrosión por picadura. La resistencia de estas aleaciones, como con las aleaciones de Cu-Al, se relaciona con un recubrimiento protector estable en la superficie debido al metal de aleación.

Dado que el cobre y el níquel forman una serie continua de soluciones sólidas, no puede ocurrir una estructura heterogénea en estas aleaciones. Las aleaciones que contienen entre 10% y 30% de Ni tienen buena resistencia incluso al agua de mar caliente y a altos caudales. Por lo tanto, estas aleaciones son estables hasta caudales moderados de 6 m/s. Es necesario mantener un caudal mínimo de 0.6 m/s para evitar problemas de corrosión. Los valores indicados se tienen que tomar únicamente como guía.

Las aleaciones que contienen manganeso CuNi44Mn1 y CuNi30Mn1Fe (materiales para resistencias eléctricas) apenas son atacadas por ácidos diluidos pero si se ven afectadas por vapores ácidos, en particular vapores de ácido clorhídrico. Tienen buena resistencia al aire que contiene amoníaco. La resistencia de estas aleaciones de resistencia a diferentes atmósferas se da en DIN 17 471. La aleación CuNi44Mn1 también es resistente a metales alcalinos hasta aproximadamente 600 °C. De las aleaciones forjadas que contienen hierro, CuNi10Fe1Mn contiene un 0.5-1.0% de Mn y 1.0-2.0% Fe, mientras que la CuNi30Mn1Fe contiene 0.5-1.5% de Mn y 0.4-1.0% deFe (Tabla 1). El contenido de hierro a este nivel mejora sustancialmente la adherencia de los recubrimientos protectores contra la corrosión aumentando notablemente la resistencia a la corrosión por erosión, especialmente en agua de mar y otras aguas agresivas como aguas salobres y mineras. Cuando el contenido de hierro está en este rango óptimo, las aleaciones de cobre tampoco muestran corrosión selectiva. Los contenidos de hierro que son demasiado bajos reducen la resistencia a la erosión en el agua de mar que fluye, el contenido excesivo de hierro reduce la resistencia a la corrosión depositada en el agua de mar estática. La importancia del hierro para la resistencia al agua de mar de CuNi30Mn1Fe se puede ver en la Figura 19 y en la Tabla 17. CuNi30Mn1Fe también es resistente a los condensados de amoniaco. Al aumentar cada uno de los contenidos de hierro y manganeso al 2% en la aleación de Ni al 30% (ver CuNi30Fe2Mn2 en la Tabla 1), el desgaste mecánico por los sólidos contenidos en el agua de enfriamiento (por ejemplo, arena) se reduce aún más. El contenido excesivo de hierro reduce la resistencia a la corrosión por depósitos en agua de mar estática. La importancia del hierro para la resistencia al agua de mar de CuNi30Mn1Fe se puede ver en la Figura 19 y en la Tabla 17.

La resistencia al deslustre de las aleaciones de Cu-Ni aumenta adicionalmente con el estaño. La resistencia al agua de mar que fluye rápidamente se puede aumentar aún más mediante la adición de cromo. El contenido de aluminio por su lado tiene un efecto favorable sobre la resistencia a la corrosión y al descascarillado de aleaciones de Cu-Ni forjadas y fundidas.

Tabla 17. Velocidad de corrosión de una aleación de Cu-Ni con 30% de níquel en agua de mar a 30ºC durante 60 días

Contenido de hierro%Forma semielaboradaVelocidad de corrosión en g / m 2 a una velocidad de flujo en m / s de
34.126.18.23
0,04Tubo27,535,5
0,492.2 2.22.7
0,03Bar24,722,9
0,482.53.2


Tabla 18. Resistencia a la corrosión de aleaciones CuNi para diversos agentes
Acetona1Sulfato de hierro (III)4Cloruro de magnesio2Ácido nítrico4
Alcohol 11Cloruro de hierro (III)2Hidróxido de magnesio1Ácido clorhídrico seco2
Cloruro de aluminio2Sulfato de hierro (III)2Sulfato de magnesio1Azufre, sólido1
Sulfato de aluminio1Gas natural1Melaza1Cloruro de azufre, seco1
Ácido fórmico2Vinagre1Leche1Dióxido de azufre, seco1
Amoniaco seco1Ácido acético (20-50%)1Ácido láctico1Dióxido de azufre, húmedo3
Amoniaco, mojado3Éster de ácido acético1Trióxido de azufre, seco1
Cloruro amónico3Carbonato de sodio1Ácido sulfúrico (menos del 78%)2
Hidróxido de amonio3Aceite hervido1Bisulfato de sodio1Ácido sulfúrico (más del 78%)3
Nitrato de amonio3Ácido fluorosilícico2Cloruro de sodio1Agua de mar1
Sulfato de amonio2Ácido fluorhídrico2El cianuro de sodio4Solución jabonosa1
Anilina y tintes de anilina1Formaldehído1Hidróxido de sodio1Ácido esteárico1
Asfalto1Freón1Hipoclorito de sodio2
Éter1Furfural1Carbonato de sodio1Trementina1
Etilenglicol1Nitrato de sodio1Tetracloruro de carbono, seco1
Acetileno4Gelatina1Peróxido de sodio2Tetracloruro de carbono, húmedo1
Ácido tánico1Fosfato de sodio1Tolueno1
Cloruro de bario2Bebidas que contienen. ácido carbónico1)1Silicato de sodio1Tricloroetileno seco1
Sulfato de bario1Glucosa1Sulfato de sodio1Tricloroetileno, mojado1
Aceite de algodón1Glicerol1Sulfuro de sodio1
Gasolina1Tiosulfato de sodio1Agua, agua de mina ácida3
Benceno1Aceite de calefaccion1Cloruro de sodio3Agua condensada1
Cerveza1Sulfato de sodio3Agua, agua potable1
Ácido bórico1Cloruro de potasio1Hidrógeno1
Butano1Cianuro de potasio4Ácido oleico2Peróxido de hidrógeno2
Hidróxido de potasio1Ácido oxálico1Ácido tartárico1
Bisulfato de calcio2Sulfato de potasio1Whisky1
Cloruro de calcio (ácido)2Dióxido de carbono, seco1Ácido fosfórico2
Cloruro de calcio (básico)2Dióxido de carbono, húmedo1Ácido pícrico4Cloruro de zinc2
Hidróxido de calcio1Creosota1Propano1Sulfato de zinc1
Hipoclorito de calcio2Sulfato de cobre1Ácido cítrico1
Cloro seco1Mercurio4Jarabe de remolacha azucarera1
Cloro húmedo2Pintar1Sales de mercurio4
Ácido cromico4Diluyentes de pintura1
Pegamento1Jarabe de azúcar crudo1
Cloruro de hierro (III)4Aceite de linaza2
1 = muy buena resistencia; 2 = resistente; 3 = aceptable; 4 = no recomendado

Efecto del hierro sobre la resistencia de los condensadores CuNi30Mn1Fe en agua de mar
Figura 19 - Efecto del hierro sobre la resistencia de los condensadores CuNi30Mn1Fe en agua de mar

3. Fabricación y procesamiento

La Tabla 2 muestra las formas semielaboradas en las que se pueden suministrar las aleaciones estándar de Cu-Ni forjado. La Tabla 19a brinda información sobre el procesamiento de aleaciones de Cu-Ni forjado según EN y aleaciones fundidas según EN 1982.

Tabla 19a. Aleaciones de Cu-Ni mediante colada y fundición según EN 1982

Símbolo de identificaciónFundiciónForjado en fríoForjado en caliente
Aleaciones Cu-Ni por forjado según EN 1982
CuNi9Sn2buenomuy bueno
CuNi10Fe1Mnbuenomuy bueno
CuNi25buenobueno
CuNi30Mn1Febuenobueno
CuNi30Fe2Mn2buenobueno
CuNi44Mn1 1buenobueno
Aleaciones Cu-Ni mediante colada según EN 1982
CuNi10Fe1Mn1-Cbueno
CuNi30Fe1Mn1 NbSi-Cbueno

Tablas 19b. Aleaciones de Cu-Ni – Información sobre tratamientos adicionales

SímboloUniónTratamiento superficial
Soldadura fuerteSoldadura blandaPulido mecánicoPulido electroquímico
GasArco de metalArco de gas protectorResistencia
Aleaciones de Cu-Ni forjado según EN 1982
CuNi9Sn2malobuenomuy buenomuy buenomuy buenobuenobueno
CuNi10Fe-1Mnmalobuenomuy buenomuy buenomuy buenobuenobueno
CuNi25malomuy buenomuy buenomuy buenomuy buenomuy buenobueno
CuNi30Mn-1Femalomuy buenomuy buenomuy buenomuy buenobuenobueno
CuNi30Fe-2Mn2muy buenomuy buenomuy buenomuy buenobuenobueno
CuNi44Mn1muy buenomuy buenomuy buenomuy buenobuenobueno
Reparto de las aleaciones de Cu-Ni con la norma EN 1982
CuNi10Fe-1Mn1-Cmalomuy buenomuy buenomuy buenomuy buenobuenobueno
CuNi30Fe-1Mn1 NbSi-Cmalomuy buenomuy buenomuy buenomuy buenobuenobueno

3.1. Fusión

Las aleaciones de Cu-Ni exhiben una tendencia muy fuerte a absorber gases a medida que aumenta el contenido de níquel y la temperatura. Se sabe que la solubilidad para el hidrógeno y el oxígeno disminuye rápidamente durante la transición al estado sólido y luego se producen poros y espiráculos, ya que los gases generalmente no pueden escapar. La solubilidad del hidrógeno se muestra en función del contenido de níquel y la temperatura en la Figura 20.

La absorción de hidrógeno se evita en gran medida mediante las prácticas oxidantes o de fusión neutra. Esto requiere acciones para asegurar que la masa fundida se mantenga libre de carbono. Cuando se sigue una práctica de fusión oxidante, se requiere una desoxidación final con cobre-manganeso (V-CuMn30) o litio. El hidrógeno se puede eliminar de manera durante la fusión neutra mediante el tratamiento con un gas de barrido, por ejemplo, con nitrógeno seco. En la práctica se utiliza un agente de cobertura neutral durante fusión neutra. Deben evitarse los agentes de cobertura que contienen carbono como por ejemplo carbón vegetal.

Solubilidad de hidrógeno en aleaciones de Cu-Ni
Figura 20 - Solubilidad de hidrógeno en aleaciones de Cu-Ni

3.2. Fundición

Las temperaturas de fundición son aproximadamente de 100 a 200 °C por encima del líquido, dependiendo de las dimensiones y el peso de las fundiciones. Al hacer moldes, se debe tener en cuenta un margen de contracción de aproximadamente el 2%.

Las aleaciones de Cu-Ni pueden ser fundidas por arena, molde permanente, procesos de colada continua o centrífuga. Las piezas moldeadas se hacen en moldes de arena seca de permeabilidad media. Los formatos se moldean en hierro fundido o moldes de cobre refrigerados por agua. La fundición de piezas con forma de aleaciones de Cu-Ni no es simple por lo que se requiere un buen conocimiento y técnica.

3.3. Procesamiento

El trabajo en caliente (laminado, extrusión, forjado, etc.) se lleva a cabo después de precalentar en una atmósfera libre de azufre. La capacidad de trabajo en caliente de las aleaciones de Cu-Ni no se ve afectada sustancialmente por el manganeso y el hierro (Tabla 19). Por otro lado, adiciones bastante pequeñas de ciertos elementos tienen un efecto crucial en la trabajabilidad en caliente. El trabajo en caliente tiene lugar entre 850 y 1100 ° C.

El trabajo en frío no presenta ningún problema. Una aleación de Cu-Ni, por ejemplo, que contiene 20% de Ni, puede trabajarse en frío al 95% sin recocido intermedio. Las aleaciones con contenidos de níquel más pequeños tienen una trabajabilidad en frío proporcionalmente buena. La mejor capacidad de extracción profunda la poseen las aleaciones binarias de Cu-Ni que contienen entre un 15 y un 20% de Ni.

3.4. Tratamiento térmico

En general, los tratamientos térmicos solo se usan con aleaciones de CuNi para el recocido suave y el alivio del estrés. Las temperaturas para el recocido por recristalización pueden variar entre aproximadamente 620 y 900 °C, dependiendo del grado de trabajo en frío, el contenido de níquel y los componentes adicionales. Las altas temperaturas se asocian con tiempos cortos de recocido (recocido continuo) y bajas temperaturas con largos tiempos de recocido (recocido estático). El recocido de alivio de tensión se lleva a cabo a una temperatura de 280 a 500 °C. Es aconsejable recocer en atmósferas sin aire excluido o en una atmósfera ligeramente reductora, para evitar el encurtido que se requiere en atmósferas que contienen aire. No deben usarse atmósferas que contengan azufre en el horno de recocido. La pieza de trabajo debe desengrasarse antes del recocido, para evitar que su superficie se contamine con azufre y/o carbono.

Algunas aleaciones de CuNi pueden endurecerse con el tratamiento térmico. Por lo tanto, la aleación forjada de cromo CuNi30Cr (Tabla 12) y la aleación fundida CuNi30Cr2MnSi-C siempre se endurecen durante el enfriamiento (lento) desde la temperatura de trabajo en caliente o fundición, alrededor de los 500 °C.

La aleación de aluminio forjado CuNi5Al4Mn2 (Tabla 12) generalmente está endurecida por envejecimiento a 300 – 400 °C con un tiempo de retención de 0.5 a 2 h. El material se recuece suavemente mediante calentamiento durante unos minutos a más de 840 °C y a continuación se enfría rápidamente, ya sea mediante una corriente de aire o en agua.

3.5. Mecanizado

Las aleaciones homogéneas de CuNi son difíciles de mecanizar. Como resultado de su gran tenacidad, su maquinabilidad es pobre, especialmente en condiciones suaves. Forman virutas largas y dúctiles, por lo que su eliminación presenta problemas con frecuencia y, como resultado, se puede obtener un efecto negativo en la calidad de la superficie. Es necesario asegurarse de que las virutas largas se puedan liberar sin problemas, para evitar muecas. Las aleaciones forjadas de alta aleación y las aleaciones fundidas pueden mecanizarse más fácilmente que las aleaciones con bajo contenido de níquel. La maquinabilidad no mejora con el manganeso y el hierro.

Con respecto a su maquinabilidad, las aleaciones de cobre se pueden dividir aproximadamente en tres grupos principales. Esto coloca a las aleaciones de Cu-Ni en el grupo III (maquinabilidad moderada a pobre). La dureza es una subdivisión  dentro de este grupo III. El material semiduro y duro es más mecanizable que las calidades blandas, ya que las virutas se rompen más fácilmente con las calidades más duras. Esto a menudo se obtiene a costa de una vida útil de herramienta algo corta. Los elementos adiciones que se suelen utilizar para romper las virutas, como el azufre o el plomo, normalmente no se utilizan en las aleaciones de CuNi, debido a su efecto muy perjudicial en la trabajabilidad en caliente.

En general, los metales duros son preferidos para herramientas; tienen una vida útil más larga que los aceros de alta velocidad y el riesgo de que las virutas atascadas dañen prematuramente el filo es menor. Se deben elegir velocidades de alimentación y de corte medias. Se recomienda enfriar a fondo perforando emulsiones o utilizando aceites sin azufre.

Las aleaciones de CuNi fundidas que contienen plomo, como las estándar en los Estados Unidos, tienen una maquinabilidad apreciablemente mejor.

3.6. Uniones

En general, no hay problemas para soldar las aleaciones de CuNi. La unión adhesiva, que se utiliza para cobre y latón, es de poca importancia para las aleaciones de Cu-Ni. Sin embargo, las resinas epoxídicas incluyen adhesivos metálicos adecuados. La fijación mecánica se usa con frecuencia.

3.6.1. Soldadura fuerte

Los procesos standard de soldadura por fusión se pueden utilizar para aleaciones de Cu-Ni:

  • Soldadura manual de arco metálico con electrodos recubiertos.
  • TIG (soldadura de gas inerte de tungsteno)
  • MIG (soldadura de metal con gas inerte)

En principio, también son posibles procesos como la soldadura MIG por plasma, arco sumergido y plasma, aunque no las comentemos.

La soldadura por gas ya no se suele utilizar para las aleaciones de Cu-Ni. Si es necesario hacer soldaduras de gas, la llama se debe ajustar para dar un ligero exceso de acetileno y se debe aplicar un fundente.

Las aleaciones de Cu-Ni pueden soldarse con metales de aporte SG-CuNi30Fe o EL-CuNi30Mn (electrodo recubierto) de según DIN 1733. Los metales de relleno SG-CuNi10Fe y ELCuNi 10Mn también se recomiendan para las aleaciones CuNi9Sn2, CuNi10Fe1Mn y G-CuNi10. El precalentamiento es innecesario. El contenido de níquel reduce la conductividad térmica del metal base, de modo que se logra fácilmente la acumulación de calor requerida. Esto también se aplica a la soldadura manual por arco de metal, que sigue manteniendo una importancia considerable para las aleaciones de Cu-Ni.

Los contenidos máximos de las impurezas permitidas para el fósforo y el azufre se establecen para 0.02% y el 0.05% respectivamente según la norma EN para soldabilidad de las aleaciones de Cu-Ni forjadas CuNi10Fe1Mn, CuNi30Mn1Fe y CuNi30Fe2Mn2. Según ASTM B111 el límite para el zinc es de 0.5%, para el plomo de 0.02% y para el carbono de 0.05%. Los límites EN relacionados con la soldabilidad deben observarse con precisión ya que pueden ocurrir problemas considerables en la soldadura: desviación del arco y aparición de grietas (susceptibilidad a las grietas en caliente), especialmente en el área de la zona afectada por el calor hasta aproximadamente 20 mm de la soldadura, lo que puede suponer reparaciones laboriosas y costosas.

Se han desarrollado metales de aportación coincidentes y electrodos recubiertos con fundente para la soldadura por fusión de CuNi30Cr (Tabla 12). Durante los procedimientos de soldadura apropiados, la resistencia total del metal base endurecido por envejecimiento puede obtenerse en cordones de soldadura debido al rápido proceso de envejecimiento de estas aleaciones.

CuNi5Al4Mn2 (Tabla 12) contiene aproximadamente el 5% de Ni y el 4% de Ni, por lo que puede soldarse por fusión sin dificultad mediante soldadura con protección de gas y el relleno correspondiente. Se pueden hacer buenas juntas en una tira delgada sin metal de relleno con equipo de microplasma. Cabe señalar que el calor durante la soldadura por fusión reduce la dureza del material. Es posible el tratamiento térmico de precipitación después de soldar para recuperar las características del material.

La soldadura por fusión de aleaciones de CuNi fundidas es importante para soldaduras estructurales en piezas de fundición o para unir piezas de fundición como bombas y cuerpos de válvulas en tuberías de CuNi.

Los contenidos de silicio y niobio de CuNi10Fe1Mn1-C deben estar correctamente coordinados para una buena soldabilidad. Según DIN 17 658, la relación Nb:Si en el material base debería satisfacer la siguiente ecuación:% Nb >> 1.55. % Si – 0.1.

Con un 0,20% de Si en la aleación base de CuNi10Fe1Mn1-C, debe estar presente un contenido de niobio de al menos 0.21%.

CuNi30Fe1Mn1NbSi-C a menudo es sensible al temple. En consecuencia, existe riesgo de formación de grietas provocadas por la tensión en las zonas afectadas por el calor de las soldaduras. Estos riesgos pueden ser contrarrestados cubriendo los lados de la junta con capas de amortiguación. Se recomienda que un 0.4% d Si se combine con 0.8% de Nb para una buena soldabilidad.

El metal de relleno EL-NiCu30Mn (electrodo recubierto) según DIN 1736 debe usarse para soldar diferentes aleaciones de Cu-Ni entre sí o para aceros sin alear. SG-NiCu30MnTi a DIN 1736 también es adecuado, con algunas condiciones.

La soldadura por resistencia no presenta problemas para las aleaciones de CuNi. De los procesos más nuevos, se puede considerar la presión fría, ultrasonidos, fricción, haz de electrones, alta frecuencia, difusión y soldadura por láser.

3.6.2. Soldadura blanda

Para soldar, se deben considerar soldaduras de estaño-plata y estaño-cobre. Los residuos de fundente deben eliminarse después de soldar. Las soldaduras anteriores tienen mejores propiedades mecánicas y mayor resistencia al calor y a la corrosión que las soldaduras de estaño que contienen plomo.

Las soldaduras L-CdZnAg2, L-PbAg2Sn2 y L-CdAg5 a DIN 1707 se utilizan para uniones soldadas en resistencias eléctricas que están sometidas a temperaturas elevadas. En ingeniería eléctrica y electrónica, las aleaciones de CuNi son frecuentemente estañadas y plateadas, por lo que se sueldan con fundentes que contienen colofonía según EN 29454.

Para soldaduras blandas se recomienda utilizar aleaciones de cobre como CU301, CU304 y CU305 según EN 1044. Las aleaciones de soldadura utilizadas deben estar libres de fósforo para evitar la fragilidad de la soldadura. Los flujos de tipo FH21 a EN 1045 son apropiados.

Las aleaciones de cobre L-ZnCu42, CU301 y de plata AG306 y AG304 son las preferidas para las soldadureas de aleaciones Cu-Ni que contienen manganeso. Para soldar aleaciones CuNi que contienen hierro se recomiendan las aleaciones CU305 y AG203. Solo se deben usarse como aleaciones con alto contenido de plata para juntas soldadas como AG105, AG203 y AG103 en caso de riesgo por corrosión por agua de mar.

La aleación especial para componentes de resorte, CuNi9Sn2, es notable por su muy buena resistencia al deslustre y, por lo tanto, tiene muy buena capacidad de soldadura después de largos períodos de almacenamiento.

Las aleaciones como CuNi30Cr y CuNi5Al4Mn2 (Tabla 12) tienen un recubrimiento protector adherente. Sin embargo, utilizando flujos especiales, ambas aleaciones son adecuadas para soldar.

Las aleaciones de fundición CuNi10Fe1Mn1-C y CuNi30Fe1Mn1NbSi-C son adecuadas para soldadura blanda, aunque en la mayoría de los casos se utilice la soldadura fuerte.

3.6.3 Uniones mecánicas

En general, las piezas hechas de aleación de CuNi se unen con remaches y tornillos de CuNi1Si. Esta aleación, estandarizada según EN, tiene una alta resistencia en la condición de endurecimiento por envejecimiento. Las uniones de las bridas a las tuberías de CuNi en la construcción naval se realizan también generalmente con tornillos CuNi1Si.

3.7. Tratamiento superficial

Las aleaciones de CuNi se pulen bien mecánica y electroquímicamente (Tabla 19b).

El decapado para eliminar el óxido formado durante un recocido oxidante o durante el trabajo en caliente se lleva a cabo con una solución de decapado de ácido sulfúrico al 15% caliente, al que se le añade nitrato de sodio al 2%, ácido nítrico o dicromato de sodio. El ácido clorhídrico caliente (1:1) con una adición de bicromato también es adecuado. Los tratamientos de decapado pueden evitarse enfriando el material a temperaturas elevadas en agua con un 2% de alcohol.

Para obtener un acabado brillante, se recomienda sumerger el material en una solución de pretratamiento que contenga 1000 ml de ácido nítrico (38 Bé), 1000 ml de agua y 60 a 90 g de cloruro de sodio a 25-35 ºC. A posterior del enjuague en caliente se sumerge brevemente el material en ácido nítrico (1:1) y luego en una solución diluida de amoníaco, enjuagando y secando a posteriori. Deben observarse las regulaciones ambientales relevantes durante el tratamiento químico de la superficie. Dado que las aleaciones de Cu-Ni son resistentes a la corrosión en numerosos medios, el recubrimiento no es necesario por razones químicas, aunque se pueden aplicar diferentes  recubrimientos, como plata para conseguir unas características especiales.

4. Aplicaciones

Tabla 20. Aleaciones de Cu-Ni standard – Aplicaciones según sus características técnicas

GrupoSímboloCaracterísticas particularesNotas sobre aplicaciones
Aleaciones de Cu-Ni forjado según EN 1982CuNi9Sn2Buenas propiedades de trabajo en frío, resistente al deslustre, muy buen comportamiento de relajación del estrés en condiciones de endurecimiento por resorte.Contactos de resorte en relés, interruptores y conectores, marcos de soldadura, carcasas para subconjuntos eléctricos
CuNi10Fe1MnExcelente resistencia a la erosión, cavitación y corrosión (especialmente agua de mar), buena soldabilidadLíneas, tubos, placas y bases de agua de mar para intercambiadores de calor y condensadores junto con calentadores de agua de alimentación (baja presión); preparación de agua dulce, equipos de aire acondicionado, equipos de proceso, tubos con aletas, equipos de freno
CuNi25Resistente al desgaste, color blanco plateadoAleación de monedas preferida, material de revestimiento
CuNi30Mn1FeComo CuNi10Fe1Mn, mejor resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas.Como CuNi10Fe1Mn, también tuberías en construcción naval, enfriadores de aceite, planta de desalinización
CuNi30Fe2Mn2Como CuNi30Mn1Fe, pero mejores propiedades mecánicasTubos condensadores
Aleaciones de resistencia a Cu-Ni según DIN 17 471CuNi2Muy baja resistividad eléctrica, soldableTerminales de baja resistencia, resistencias eléctricas, cables calefactores con baja temperatura de calentamiento.
CuNi6Baja resistividad eléctrica, soldable
CuNi10Baja resistencia eléctrica, resistencia a la corrosión y al escamado, soldableComo CuNi2 y CuNi6
CuNi23MnBuena resistencia a la corrosión y al sarro, soldableResistencias eléctricas, cables calefactores, cables calefactores.
CuNi30MnBuena resistencia a la corrosión y al sarro, soldableResistencias eléctricas, arrancadores, indicadores.
CuNi44Buena trabajabilidad en frío y en caliente, pequeño coeficiente de temperatura de resistencia eléctrica, buena resistencia a la corrosión y al escamadoArranque, regulación, control y resistencias de carga según DIN 17 471; termopares, elementos calefactores, material de montaje de tubos
Aleaciones de Cu-Ni fundidas según EN 1982CuNi10Fe1Mn1-C CuNi30Fe1Mn1NbSi-CMuy buena resistencia a la corrosión para todo tipo de agua (incluido el agua de mar) y a los ​​ácidos y amoniacales condensados, no sensible al agrietamiento por corrosión bajo tensión, buena resistencia a la erosión y la cavitación, buenas características de soldadura y soldadura fuerte, fácilmente mecanizableConstrucción naval, construcción de máquinas de papel, industria de alimentos y bebidas, centrales eléctricas, industria química (para accesorios, accesorios de válvulas, bombas, instrumentos de medición, agitadores, planta de llenado

Debido a sus propiedades, las aleaciones de Cu-Ni tienen una variedad de aplicaciones. Su uso viene definido determinado por:

  1. Buenas características de procesamiento para semi-fabricaciones y piezas terminadas en todas las formas, dimensiones y dureza, tanto por trabajo en frío, en caliente y por fundición.
  2. En muchos casos el atractivo color claro de las aleaciones que contienen más del 15% de Ni.
  3. Buenas propiedades mecánicas tanto a bajas como a altas temperaturas.
  4. Propiedades físicas especiales: alta resistividad eléctrica y su bajo coeficiente de temperatura.
  5. Buena resistencia a la corrosión y al desgaste.
  6. Alta seguridad contra el agrietamiento por corrosión bajo tensión y a la fatiga por corrosión.

Una aplicación importante para las aleaciones binarias de Cu-Ni es la moneda. Debido a su resistencia al deslustre, su color, su brillo y la facilidad con la que pueden acuñarse, junto con su buen acabado superficial y precisión dimensional las aleaciones de Cu-Ni son muy adecuadas para la fabricación de monedas. Permiten la fabricación de monedas duras, precisas en forma y dimensiones. Incluso los patrones más finos se pueden acuñar con bordes afilados. El desgaste del relieve es tan leve que las monedas pueden circular durante décadas sin deteriorarse.

En 1860, se introdujo una aleación que contenía 88% de Cu y 12% de Ni como material de monedas en los EE. UU. Hoy se usa la aleación CuNi25. Es la aleación de monedas de nuestro tiempo. Las monedas hechas de CuNi25 conservan su color blanco brillante prácticamente durante todo el período de su circulación. Gran parte de la moneda llamada ‘monedas de plata’ consiste en esta aleación.

Otra aplicación de aleaciones binarias de Cu-Ni es en ingeniería eléctrica, en la que las aleaciones que contienen de 2 a 10% de Ni (Tabla 3) se utilizan en la fabricación de cables calefactores con baja temperatura del conductor para anillos colectores de dinamo, ánodos para tubos de TV, resistencias eléctricas de baja resistencia, etc. (Tabla 20).

Además, las aleaciones binarias de Cu-Ni se usan junto con materiales aleados con manganeso y hierro en instrumentos de medición, construcción de aviones y automóviles, construcción, industria de láminas y productos de metal.

Las aleaciones de CuNi que contienen manganeso se utilizan principalmente en ingeniería eléctrica como materiales para resistencias eléctricas, siendo la aleación CuNi44 (constantan) con mucho, la más importante. Se usa mucho porque tiene una resistividad de 0.49 Ω.mm2/m alcanza un máximo mientras el coeficiente de temperatura asociado es mínimo en esta aleación (Tabla 8 y Figura 9). CuNi44 se usa para resistencias cuya resistencia debe variar lo menos posible con las fluctuaciones de temperatura, para resistencias de precisión de todo tipo, resistencias de medición, resistencias en serie para instrumentos de medición, resistencias de derivación para amperímetros, así como resistencias tubulares, deslizantes y fijas, para calefacción en unidades de conmutación, para resistencias en cascada con bobinado de tiras o alambres, para telas de resistencia en unidades de carga, prueba y calentamiento y para resistencias de punto de contacto.

El límite superior de aplicación para el constantan CuNi44 es de 600 °C (Tabla 8). Este material de resistencia se utiliza para elementos calefactores donde un requisito básico es la protección contra daños por corrosión, por ejemplo, para almohadillas de calentamiento eléctrico. Las esteras de calefacción también están hechas de esta aleación (calefacción de panel eléctrico para habitaciones y espacios abiertos).

Además la aleación CuNi44 se utiliza para termopares y como material de montaje para tubos de electrones. Este material tiene una alta potencia termoeléctrica en comparación con el cobre y el hierro (Figura 11) y, por lo tanto, también se utiliza como la extremidad negativa de los termopares para mediciones de temperaturas moderadas. Una ventaja adicional es que se pueden producir revestimientos de óxido adherente que proporcionan un excelente aislamiento eléctrico tanto para alambre CuNi44 como para fleje CuNi44.

CuNi30Mn (límite de aplicación de 500 °C) tiene una resistividad menor que CuNi44 (Tabla 8) y el coeficiente de temperatura asociado es mayor. Este material se utiliza siempre que se requiera un aumento específico de resistencia con la temperatura o no desempeñe ningún papel, como por ejemplo para el arranque, regulación, control y resistencias de carga.

Las aleaciones CuNi9Sn2 y CuNi5AlMn2 (Tabla 12 y Tabla 21) son otros materiales interesantes para la ingeniería eléctrica.

Tabla 21. Notas sobre aplicaciones de aleaciones de CuNi no standard

GrupoSímboloCaracterísticas particularesNotas sobre aplicaciones
Aleaciones forjadas de Cu-NiCuNi5Al4Mn2Endurecible por precipitación, resistente al desgaste, no magnético, buena trabajabilidad, alta resistencia al calor, resistente al agua de marTuberías (tubos condensadores), muelles que transportan corriente, interruptores electromagnéticos, instrumentos de navegación y medición.
CuNi30CrEndurecible por precipitación, resistente al agua de mar, resistente a la erosión y la cavitación.Tubos y placas de condensado; construcción naval, planta desaladora
Aleaciones de fundición de Cu-NiCuNi14Mn10Fe5-CAlta resistencia, resistente al agua de mar y soluciones que contienen cloruro.Accesorios para construcción naval e ingeniería marina.
CuNi30Cr2Mn1-CComo CuNi14Mn10Fe5-C, pero con mayor resistencia y endurecible por precipitaciónComo CuNi14Mn10Fe5-C
CuNi30Be-CComo CuNi30Cr2Mn1-CComo CuNi14Mn10Fe5-C

CuNi9Sn2 se utiliza en ingeniería eléctrica para contactos de resorte, relés, interruptores de corriente de luz y conectores de enchufe. Esta aleación presenta excelentes características de relajación. 

CuNi5Al4Mn2 también es un buen material de resorte, que puede usarse en muchas circunstancias, por ejemplo, en interruptores electromagnéticos, instrumentos de navegación y medición.

Las áreas esenciales de aplicación de las aleaciones de Cu-Ni que contienen hierro están indicadas por su alta resistencia a la corrosión y erosión en medios acuosos. En particular, las aleaciones CuNi10Fe1Mn y CuNi30Mn1Fe se han convertido en materiales interesantes especialmente para la construcción naval, centrales eléctricas, intercambiadores de calor y para plantas de desalinización de agua de mar.

CuNi10Fe1Mn se desarrolló como una aleación con un menor contenido de níquel por razones económicas y ha demostrado su idoneidad para tuberías. A medida que los requisitos de resistencia a la corrosión se vuelven más severos, los barcos se equipan cada vez más con condensadores y líneas de agua de mar de CuNi10Fe1Mn.

CuNi30Mn1Fe se utiliza como material para tuberías, particularmente para aguas de mar de flujo rápido.

La aleación CuNi30Fe2Mn2 es adecuada, entre otras aplicaciones, para líquidos abrasivos, por ejemplo, en equipos de dragados.

CuNi30Cr (Tabla 21) es una aleación para requisitos más exigentes de resistencia a la corrosión por erosión.

Las aleaciones de Cu-Ni fundidas CuNi10Fe1Mn1 y CuNi30Fe1Mn1NbSi se usan para bombas y válvulas en sistemas de enfriamiento de agua de mar de barcos y estaciones de energía costeras, plantas de desalinización de agua de mar y en la industria química (Tabla 20), debido a su excelente resistencia al agua de mar y cloruros, al mismo tiempo que tienen resistencia media-alta y muy buena soldabilidad. En muchos circuitos de refrigeración en los que se emplean aleaciones de Cu-Ni forjado, actúan como materiales de conexión. Por lo tanto, es posible utilizar materiales del mismo tipo lo que evita la formación de pares galvánicos. Las aleaciones de Cu-Ni fundidas de alta resistencia (Tabla 14) han sido desarrolladas especialmente para propósitos marinos (Tabla 21).

Las aleaciones de CuNi que contienen hierro son los materiales de tubería preferidos en la construcción naval y las instalaciones portuarias para agua de mar, salmuera y  líneas de vapor de cubierta. También se utilizan para tomas, ejes, anillos y discos para barcos, plantas hidráulicas, placas, bases y tubos de intercambiadores de calor y condensadores. Para válvulas, cuerpos de bomba, accesorios, bridas y pequeños artículos para construcción naval, las aleaciones de Cu-Ni han demostrado ser lass mejores por su resistencia al agua de mar. Las aleaciones de Cu-Ni también sirven como materiales para sistemas de agua contra incendios, revestimiento de botes salvavidas, etc.

Debido a sus características de prevención de incrustaciones y a su buena resistencia tanto en el agua como en la atmósfera, la lámina CuNi10Fe1Mn tiene potencial para revestir el casco de los barcos. Mientras que la chapa de acero se vuelve más áspera con el uso, para la aleación CuNi10Fe1Mn la rugosidad disminuye, con lo que aumenta la suavidad del casco del barco, lo que repercute en ahorros sustanciales de combustible a la misma velocidad, junto a unos costes de mantenimiento menores. El revestimiento de las patas de las plataformas offshore con CuNi10Fe1Mn para evitar la corrosión y el ensuciamiento ha demostrado ser una excelente medida.

La ingeniería mecánica también utiliza aleaciones de CuNi que contienen hierro para intercambiadores de calor, condensadores de vapor, enfriadores de aire y aceite. Calentadores de agua de alimentación, sobrecalentadores de alta presión, evaporadores de agua de mar y para precalentadores y sobrecalentadores en centrales eléctricas, como materiales de fundición y forjados no estándar con mayor contenido de hierro y otras adiciones para álabes de turbinas (5-8% Fe), tornillo sin fin y engranajes (con Aluminio y otros elementos), aleaciones de soldadura para aceros con alto contenido de cromo (10% Ni + 5% Fe, resto Cu), materiales para imanes permanentes ( 20% Ni + 20% Fe, resto Cu).

La industria química las aleaciones Cu-Ni que contienen hierro y manganeso también están ganando cada vez más aceptació. Se pueden encontrar encontrar estas aleaciones en tubos y piezas fundidas en refinerías de petróleo, para válvulas de compuerta, cuerpos de válvula, ejes, anillos y otras unidades de cierre sometidas a la corrosión y al desgaste, para cuerpos de bombas, impulsores, y anillos de empuje, para tuberías de salmuera y otras soluciones agresivas, para intercambiadores de calor (tubos y placas de tubos y componentes interiores) , para recipientes y tanques, mezcladoras y prensas, autoclaves, equipos y accesorios de destilación, para agitadores (recipientes, ejes, cuchillas distribuidoras y otras partes individuales).

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