El cobre-berilio ( BeCu ), también conocido como cobre-berilio ( CuBe ), bronce-berilio y cobre para resortes , es una aleación de cobre con un 0,5-3 % de berilio . [1] Las aleaciones de cobre-berilio se utilizan a menudo debido a su alta resistencia y buena conductividad tanto del calor como de la electricidad. [2] Se utiliza por su ductilidad , soldabilidad en el trabajo de metales y propiedades de mecanizado. Tiene muchas aplicaciones especializadas en herramientas para entornos peligrosos, instrumentos musicales, dispositivos de medición de precisión, balas y algunos usos en el campo aeroespacial . El cobre-berilio y otras aleaciones de berilio son carcinógenos nocivos que presentan un peligro de inhalación tóxica durante la fabricación.
El cobre-berilio es una aleación dúctil , soldable y mecanizable. Al igual que el cobre puro, es resistente a los ácidos no oxidantes (como el ácido clorhídrico y el ácido carbónico ) y a los productos de descomposición del plástico, al desgaste abrasivo y al desgaste por rozamiento . Puede tratarse térmicamente para aumentar su resistencia, durabilidad y conductividad eléctrica .
El cobre-berilio alcanza la mayor resistencia (hasta 1.400 MPa (200.000 psi)) de cualquier aleación a base de cobre. [3] Tiene una conductividad térmica de 62 Btu/h-ft-°F (107 W/mK), que es de 3 a 5 veces mayor que el acero para herramientas . Tiene un punto de fusión sólido de 1590 ° F (866 ° C ) y un punto de fusión líquido de 1800 °F (982 °C). Tiene una alta capacidad para ser conformado en caliente. La aleación de cobre-berilio C17200 tiene una resistencia y dureza similares a las del acero; las propiedades de dureza Rockwell en su condición de edad máxima [ se necesita más explicación ] están en el rango de 200 ksi y RC45.
El C17200 tiene propiedades eficaces de resistencia a la corrosión cuando se expone a condiciones adversas, como agua de mar y entornos de fondo de pozo . Resistirá el agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro o cloruro y resistirá los efectos de la fragilización por dióxido de carbono e hidrógeno .
En general, las aleaciones de cobre siempre se han considerado antichispas. El C17200 tiene la resistencia necesaria para soportar el uso en herramientas manuales y mecánicas. Estas características antichispas se aplican mejor en entornos explosivos, como en las industrias del petróleo y el gas y de la pólvora. [4]
La inhalación de polvo, niebla o humos que contienen berilio puede causar la enfermedad crónica por berilio , que restringe el intercambio de oxígeno entre los pulmones y el torrente sanguíneo. La Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC) clasifica al berilio como un carcinógeno humano del Grupo 1. El Programa Nacional de Toxicología (NTP) también clasifica al berilio como carcinógeno. La aleación de cobre y berilio que contiene menos del 2,5 % de berilio (en cobre) no está designada como carcinógena.
El cobre-berilio es una aleación no ferrosa que se utiliza en resortes , alambres para resortes, celdas de carga y otras piezas que deben conservar su forma bajo tensión y esfuerzo repetidos. Tiene una alta conductividad eléctrica y se utiliza en contactos de baja corriente para baterías y conectores eléctricos.
El cobre-berilio no produce chispas, pero es físicamente resistente y no magnético , por lo que cumple con los requisitos de la directiva ATEX para las zonas 0, 1 y 2. Los destornilladores, alicates, llaves, cinceles , cuchillos y martillos de cobre-berilio están disponibles para entornos con peligro de explosión , como plataformas petrolíferas , minas de carbón y elevadores de granos. Un metal alternativo que a veces se utiliza para herramientas que no producen chispas es el bronce de aluminio . En comparación con las herramientas de acero, las herramientas de cobre-berilio son más caras y no tan resistentes, pero las propiedades del cobre-berilio en entornos peligrosos pueden superar las desventajas. Algunos de los variados usos del BeCu incluyen:
El cobre-berilio (C17200 y C17300) es una aleación que se endurece por envejecimiento y alcanza la mayor resistencia de todas las aleaciones a base de cobre. Puede endurecerse por envejecimiento después de formarse en resortes, formas intrincadas o formas complejas. Se valora por su elasticidad , resistencia a la corrosión, estabilidad, conductividad y baja fluencia.
El cobre-berilio templado es C17200 y C17300, que han sido endurecidos por envejecimiento y estirados en frío. No se necesita ningún otro tratamiento térmico más allá de un posible alivio de tensión leve. Es lo suficientemente dúctil para enrollarse en su diámetro y se puede moldear en resortes y en la mayoría de las formas. El alambre templado es más útil cuando se desean las propiedades del cobre-berilio, pero el endurecimiento por envejecimiento de las piezas terminadas no es práctico.
Las aleaciones de cobre-berilio C17510 y C17500 son endurecibles por envejecimiento y ofrecen buena conductividad eléctrica, propiedades físicas y resistencia al desgaste. Se utilizan en resortes y cables donde la conducción eléctrica o la retención de propiedades a temperaturas elevadas es importante.
Las aleaciones de cobre-berilio de alta resistencia contienen hasta un 2,7 % de berilio (fundido) o entre un 1,6 y un 2 % de berilio con aproximadamente un 0,3 % de cobalto (forjado). La resistencia se logra mediante endurecimiento por envejecimiento. La conductividad térmica de estas aleaciones se encuentra entre la del acero y el aluminio. Las aleaciones fundidas se forman con frecuencia con moldes de inyección. Las aleaciones forjadas están designadas por el UNS como C17200 a C17400, las aleaciones fundidas son C82000 a C82800. El proceso de endurecimiento requiere un enfriamiento rápido del metal recocido, lo que da como resultado una solución de estado sólido de berilio en cobre, que luego se mantiene a 200-460 °C durante al menos una hora, lo que produce una precipitación de cristales de beriluro metaestables en la matriz de cobre. El envejecimiento excesivo más allá de la fase de equilibrio agota los cristales de beriluro y reduce su resistencia. Los beriluros en aleaciones fundidas son similares a los de las aleaciones forjadas.
Las aleaciones de cobre-berilio de alta conductividad contienen hasta un 0,7 % de berilio con algo de níquel y cobalto. La conductividad térmica de estas aleaciones es mayor que la del aluminio y ligeramente menor que la del cobre puro; se utilizan a menudo como contactos eléctricos. [9]