¿Qué es el bronce de bismuto?
Bronce de bismuto puede fabricarse de muchas más maneras que simplemente añadiendo estaño al cobre; en la era moderna, ahora designa una clase de aleaciones de cobre únicas. Estas aleaciones y sus cualidades beneficiosas permiten su aplicación en muchos sectores e industrias, y por esta razón, puede resultar abrumador al elegir un bronce para cualquier trabajo. Este artículo ayudará a simplificar las cosas al describir un tipo de bronce, el bronce de bismuto (también conocido como bronce sin plomo), y sus fortalezas, propiedades y usos. Al hacerlo, este artículo ayudará a los diseñadores interesados en el bronce de bismuto a guiarlos en la selección de materiales, además de proporcionar información adicional sobre este tipo de bronce tan útil.
Pero antes de continuar, puede ser útil revisar nuestro artículo sobre los tipos de bronces, ya que muestra el alcance del bronce y sus características generales.
Figura 1: Desglose cualitativo del bronce de bismuto. Este gráfico es una representación visual, pero tenga en cuenta que las aleaciones específicas pueden contener otros elementos, dependiendo de los métodos de fabricación.
El bronce de bismuto (también conocido como bronce sin plomo/bronce sin plomo) está típicamente compuesto por 1-6% de bismuto, 1% de níquel, 2-4% de estaño y zinc, así como varios otros elementos en pequeñas cantidades. Se fabrica principalmente para abordar las preocupaciones de los bronces con plomo convencionales, principalmente que son difíciles de reciclar y dañinos en ciertas aplicaciones. Tenga en cuenta que el plomo todavía está presente en la mayoría de los bronces de bismuto, pero solo en cantidades bajas que no representan una amenaza real (alrededor del 0.25%). Son comparables al bronce con plomo en cuanto a maquinabilidad y trabajabilidad, aunque el bismuto puede embrittle el cobre en dosis elevadas. Los bronces de bismuto tienen alta conductividad térmica, son resistentes a la corrosión, seguros para su uso en aplicaciones de agua potable, y son intercambiables con aleaciones más antiguas, lo que significa que el bronce de bismuto puede usarse para reemplazar piezas no conformes. Se puede fundir, soldar por braze, soldar con estaño y unir de manera similar a los bronces con plomo, y funciona en muchas de las mismas aplicaciones de plomería, fijaciones y rodamientos.
Resistencias y debilidades
Bronce de bismuto tiene excelentes cualidades de mecanizado, gracias a la alta lubricidad del bismuto incluido. También son resistentes a la corrosión por agua salada y se vierten bien en moldes. El material pulirá mejor que otros bronces y es una alternativa práctica a los bronces con plomo (aunque con cierta pérdida de resistencia, como resultado de reemplazar el plomo por bismuto). Tienden a ser más caros y más difíciles de reciclar, lo que los hace una opción con dificultades económicas si el bronce con plomo puede satisfacer la aplicación; sin embargo, si no es así, el bronce de bismuto es una alternativa no tóxica fantástica que está eliminando lentamente las aleaciones tradicionales con plomo.
Propiedades Mecánicas
La Tabla 1 a continuación muestra algunas propiedades mecánicas importantes del bronce de bismuto; la siguiente sección explorará cada una de estas propiedades y cómo se relacionan con las aplicaciones comunes del bronce de bismuto.
Tabla 1: Resumen de propiedades mecánicas del bronce de bismuto – estos valores son agregados de muchas aleaciones y son para fines ilustrativos generales.
56 W/mK
Propiedades Mecánicas
Métrico
Inglés
Resistencia a la fluencia en tracción
100-200 MPa
14500-29000 psi
Porcentaje de elongación
15-30%
Conductividad térmica
32 BTU ft/hr ft2 F
Dureza (Brinell)
50-70
Mecanibilidad
80-90%
La resistencia a la fluencia en tracción es un parámetro común que representa la resistencia de un material en tensión. Describe el valor de fuerza antes de que ocurra una deformación plástica y es una buena medida de la resistencia de un material a primera vista. No debería sorprender que el bronce de bismuto tenga una baja resistencia a la fluencia en comparación con otros bronces, ya que está diseñado para ser fácilmente formado y mecanizado, y no se selecciona por su perfil de resistencia. Esto no significa que sea débil per se, pero considere un bronce más resistente como el bronce de manganeso si la alta resistencia es prioritaria.
El porcentaje de elongación es un valor que muestra cuánto se deforma un material antes de fracturarse, es decir, qué tan dúctil es el material. Se expresa en porcentaje porque representa la longitud final en comparación con la longitud original; por ejemplo, si una muestra mide 1 pulgada antes de una prueba de tracción y 1.5 pulgadas después, su porcentaje de elongación es ((1.5-1)/1) x 100 = 50%. Un porcentaje de elongación más alto permite un mecanizado, conformado y trabajabilidad más fáciles. El bronce de bismuto tiene un porcentaje de elongación comparable al de los bronces tradicionales, lo que significa que puede funcionar de manera similar en la mayoría, si no en todas, las aplicaciones.
La conductividad térmica es un valor que describe la capacidad de un material para conducir calor. Este valor tiene implicaciones para los procedimientos de unión porque una mala conductividad introduce riesgos de fallo en la unión. Afortunadamente, los bronces de bismuto funcionan de manera similar a los bronces con plomo y tienen una historia extensa de soldadura y braze efectivas. Esto significa que el bronce de bismuto puede funcionar igual de bien en aplicaciones de plomería, con el beneficio adicional de proteger contra la exposición al plomo.
La dureza del material se determina usando una de las muchas máquinas de indentación disponibles, cada una con sus propias escalas de dureza. La Tabla 1 proporciona valores de dureza para la escala de dureza Brinell, que se usa para calificar diversos metales como hierro, acero y bronce. Como referencia, la dureza Brinell del cobre trabajado en frío es 80; por lo tanto, el bronce de bismuto es más blando que el cobre y se deforma, raya o abolla con mayor facilidad. Esto demuestra aún más por qué este material es tan fácil de mecanizar, ya que cede ante tales esfuerzos. También significa que esta aleación está restringida para su uso en aplicaciones especialmente abrasivas, ya que los arañazos harán que el bronce de bismuto se debilite, incluso a pesar de sus cualidades autolubricantes.
El bronce de bismuto tiene una excelente maquinabilidad y esta es una de las principales razones para especificar esta aleación de cobre. Por lo general, los metales se califican en cuanto a maquinabilidad en comparación con un material estándar, que recibe una puntuación de 100% (para el bronce, este material es el latón de corte libre UNS C36000). Cualquier material con una calificación de maquinabilidad cercana a 100% será igualmente fácil de mecanizar, y esto es claramente evidente con la puntuación del bronce de bismuto de 80-90%. No desgastará rápidamente las herramientas y se comportará durante el fresado, lo que lo hace muy adecuado para operaciones de mecanizado de alta producción. Esta propiedad mecánica es doblemente importante, ya que los diseñadores que antes especificaban bronces con plomo ahora pueden simplemente reemplazarlos por un sustituto no tóxico, sin necesidad de comprar nuevo equipo ni capacitar adicionalmente a sus maquinistas.
Aplicaciones del Bronce de Bismuto
Bronce de bismuto ha existido durante muchos años, pero todavía encuentra más aplicaciones. Aunque muchas de sus utilizaciones están limitadas a componentes de plomería estrictamente regulados, el bronce de bismuto se está investigando como un sustituto ecológico de las aleaciones de cobre tradicionales. A continuación, se presenta una lista de algunas aplicaciones comunes del bronce de bismuto, pero se sabe que existen muchas más y seguirán existiendo con el tiempo.
Algunas aplicaciones incluyen:
cojinetes y accesorios sin plomo
tuberías sin plomo
Fundiciones continuas
Cuerdas de piano
Espejos
Considere el bronce de bismuto si la maquinabilidad y la sostenibilidad son preocupaciones para su proyecto. Contacte a su proveedor y hágale saber que está interesado, y él confirmará si el bronce de bismuto es una buena opción o si otra aleación de cobre funcionará mejor.
Resumen
Este artículo presentó un resumen breve de las propiedades, resistencia y aplicaciones del bronce de bismuto. Para información sobre otros productos.
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