ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS PARÁMETROS INFLUYENTES EN LA

ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS PARÁMETROS INFLUYENTES EN LA

MAQUINANIBILIDAD DE LOS LATONES AL PLOMO

P.García1, S. Rivera1, M.Palacios1, J.Belzunce2

1 Fundación ITMA (Centro Tecnológico del Acero y Materiales Metálicos),

Parque Empresarial del Principado de Asturias (PEPA), Calafates, Nº11, parcela L-3.4,

33400 Avilés, Asturias.

E-mail: p.garcia@itma.es, m.palacios@itma.es, s.rivera@itma.es,

2 Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica. Universidad de Oviedo.

Campus universitario

33203 Gijón, Asturias

E-mail: belzunce@uniovi.es

RESUMEN

Los latones al plomo se emplean extensivamente cuando, además de las propiedades características del latón, se

requiere una buena maquinabilidad. Una de las principales aplicaciones de estas aleaciones es la fabricación de

elementos para conducciones de fluidos.

Se ha realizado un estudio comparativo entre dos barras de latón al plomo con el fin de determinar las causas del

distinto comportamiento observado en ambas ante procesos de corte. Tratándose de aleaciones idénticas del tipo

CuZn39Pb3 y de igual geometría, se ha estudiado la composición química, las propiedades mecánicas y la

microestructura en ambas muestras.

Se han encontrado diferencias significativas en cuanto a la distribución y tamaño de los glóbulos de plomo y en cuanto

a la proporción de fases (α+β’), lo que indicaría que las velocidades de solidificación han sido distintas en cada una de

las barras examinadas; siendo la distribución de plomo la causa fundamental que afecta a la maquinabilidad de dichas

aleaciones.

ABSTRACT

One of the main applications of brasses is the manufacturing of fluid carrying systems. The shape of the final product is

usually made by means of machining from the rolled or extruded standard bar, so that effective and low cost machining

operations are required. Leaded brasses are extensively used when good machinability is required.

Two leaded brasses (alloy type CuZn39Pb3) with the same material geometry and different behaviour in saw cutting

operations have been characterized in this work. Chemical composition, mechanical and microestructural properties

have been studied in order to clarify the observed differences during machining (saw cutting).

Significant differences have been found with respect to the size and distribution of lead globules and phase proportions

(α+β’), that have been explained due to the existence of different solidification patterns in both products; being the lead

distribution the most important characteristic relative to the leaded brass cutting behavior.

PALABRAS CLAVE: Latón, Latón al plomo, Mecanizado.

1. INTRODUCCIÓN

El latón es una aleación formada combinando dos

metales, cobre y zinc, que se usa en la actualidad en la

fabricación de multitud de componentes para diversas

industrias. Se utiliza en el sector de la industria

eléctrica, de la automoción y para la fabricación de

válvulas y grifería entre otros. Entre otras propiedades

importantes destaca su elevada conductividad eléctrica

y térmica, su elevada resistencia a la corrosión y sus

buenas propiedades frente al desgaste.

Entre sus aplicaciones más utilizadas figura la

fabricación de piezas y utensilios de grifería y válvulas.

Para la producción de estos componentes se parte de un

tocho que sufre una etapa de laminación o extrusión

hasta obtener un producto en forma de barra o redondo,

en función de la aplicación posterior.

Sobre esta barra o producto semiacabado se pueden

realizar procesos de mecanizado por arranque de viruta,

procesos de estampación en caliente o procesos por

deformación en frío. Cualquiera de estos tres procesos

pueden ser necesarios para obtener el producto final

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terminado y en función de la geometría final del

componente que se quiera obtener, se puede aplicar un

proceso u otro.

En el caso de que se utilice un proceso de conformado

por deformación en frío se necesita una aleación sea

rica en cobre (por encima del 60% en peso) para que sea

maleable y dúctil. En el caso de que se requiera una

buena aptitud frente al mecanizado los latones se alean

con plomo (hasta un 3% en peso), lo que facilita la

rotura de la viruta y de este modo se puede aumentar la

velocidad del mecanizado, aumenta la productividad,

disminuye el desgaste de la herramienta y se mejoran

los acabados superficiales de las piezas.

En el presente estudio se ha estudiado la aleación

CuZn39Pb3, según la norma UNE-EN 12164, utilizada

para la fabricación de elementos utilizados en

conducciones de fluidos. El producto final se obtiene a

partir de una barra prismática extruida. Sobre esta barra

prismática se deben realizar procedimientos de corte por

sierra previos al proceso de estampación posterior. Se

han estudiado dos barras prismáticas que presentaban

una distinta aptitud al corte, con objeto de intentar

correlacionar esta propiedad con la microestructura de

las muestras y definir la distribución más adecuada de

las distintas fases presentes.

2. LATONES AL PLOMO

Los latones son aleaciones de base cobre y zinc que

contienen típicamente entre un 5% y un 45% de Zn y

otros elementos como Pb, Sn, Al, Fe, Si, que añadidos

en pequeñas proporciones mejoran algunas propiedades

específicas.

Los latones con contenidos menores del 33% de Zn son

latones monofásicos, ya que presentan únicamente la

fase α, en cambio, por encima del 36% de zinc la

estructura es bifásica con la presencia de dos fases (α y

β´).

Si se busca un buen comportamiento frente a la

deformación en frío, la calidad más adecuada de latón

es el 66Cu33Zn1Pb, que es un latón prácticamente

monofásico (fase α), mientras que si se busca un buen

comportamiento ante la deformación en caliente (forja,

laminación, extrusión) serían preferibles los latones

bifásicos (α y β´) -la fase β´ se convierte en β a una

temperatura superior a los 450ºC-. Esta fase confiere

una buena maleabilidad a la pieza por encima de los

450ºC. La calidad ideal en este caso es la 60Cu40Zn. En

cambio si lo que se busca es una buena maquinabilidad

se le añadirá un determinado porcentaje en peso de

plomo (latones al plomo). Una de las calidades más

utilizadas en estos supuestos es la 62Cu35Zn3Pb.

Algunas de las piezas utilizadas para fabricar

componentes para conducciones de fluidos parten de

redondos o barras que necesitan ser cortadas, para lo

que se exige una buena aptitud al corte y mecanizado.

Con posterioridad se les suele aplicar una elevada

deformación en caliente (mediante un proceso de forja),

con lo que es conveniente que, además, tengan buena

aptitud al conformado a alta temperatura.

En este tipo de situaciones se debe por lo tanto buscar

un compromiso entre una buena aptitud al mecanizado y

a la conformación en caliente. Para ello se debe

seleccionar la relación más adecuada de elementos de

aleación y escoger el proceso de fabricación apropiado

necesario ajustando aquellos parámetros que pudieran

modificar la microestructura final de la pieza y por lo

tanto su aptitud al proceso de conformado elegido y sus

propiedades mecánicas finales.

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se caracterizaron dos barras de latón de la misma

geometría, consistente en una sección cuadrada de 14

mm de lado y una longitud de 300 mm. La

caracterización se realizó conforme a la norma de

producto UNE-EN 12164-99 [1]. En la figura 1 se

puede observar una fotografía del aspecto general de las

barras.

Figura 1: Barra rectangular. Muestras 5157/1 (mala

aptitud al corte). Muestras 5157/2 (buena aptitud al

corte).

5157/1 Mala aptitud al corte

5157/2 Buena aptitud al corte

Tabla 1. Codificación de las barras.

3.1. Análisis químico

Se realizaron análisis químicos sobre cada una de las

barras en superficie y en el centro de la sección.

Además se fundió en un crisol de alúmina un trozo de

una de las barras (5157/1) y se coló en un molde de

cobre refrigerado con agua y se realizó un nuevo

análisis químico sobre esta muestra.

Todos los análisis se realizaron mediante un

espectrómetro de emisión atómica con fuente de chispa.

Previo al análisis químico se pulió la superficie de cada

muestra hasta dejarla limpia de escorias.

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3.2. Ensayos Mecánicos

Se realizaron ensayos de tracción de acuerdo con la

norma UNE-EN 10002-1 sobre probetas cilíndricas

extraídas de las barras, con el eje de la probeta coaxial

con el eje de la barra. Se utilizó una probeta

proporcional para la medida

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