¿Qué es el bronce de manganeso?
Bronce de manganeso es más que un solo tipo de metal; a través de la investigación y la innovación, ahora se ha convertido en una clase invaluable de aleaciones de cobre que ofrecen propiedades materiales únicas. Ahora hay muchos tipos de bronce en stock de un proveedor, y esto puede plantear un desafío interesante: ¿cuál bronce es el más adecuado para su aplicación? Este artículo ayudará a responder a esta pregunta detallando uno de los muchos bronces que se encuentran en nuestro artículo sobre los tipos de bronces, que son los bronces de manganeso. A través de una investigación de las fortalezas, debilidades y propiedades de este material, este artículo tiene como objetivo mostrar dónde debe especificarse el bronce de manganeso y cómo se ha convertido en una de las aleaciones de cobre más resistentes de la era moderna.
Propiedades físicas del bronce de manganeso
Gráfico circular que muestra la composición relativa de los elementos en el bronce de manganeso.
Figura 1: Desglose cualitativo del bronce de manganeso.
Observe la pequeña cantidad de manganeso y la cantidad aún menor de estaño.
La Figura 1 muestra una visualización de los metales constituyentes dentro del bronce de manganeso. A continuación, se presenta un desglose cuantitativo de un bronce de manganeso específico (aleación UNS C86300), para ofrecer una idea de los elementos de aleación en peso:
60 – 68 % Cobre
25 % Zinc
3.0 – 7.5 % Aluminio
2.5 – 5.0 % Manganeso
2.0 – 4.0 % Hierro
≤ 0.20 % Estaño
También puede estar presente cierta cantidad de plomo, pero el bronce de manganeso siempre tiene una alta cantidad de zinc y una cantidad relativamente pequeña de manganeso y estaño (por esta razón, a veces se le refiere como una forma de latón, aunque hay mucha superposición). La densidad del bronce de manganeso es de aproximadamente 7.7 g/cm3, y tiene un color bronce amarillo-marrón que patina con la edad. La mayoría de las aleaciones designadas como bronces de manganeso no son tratables por calor, pero son excepcionalmente fuertes a pesar de no responder a procedimientos de fortalecimiento. Es no magnético y tiene alrededor del 80% de la conductividad eléctrica del cobre puro, además de ser resistente a la corrosión y al desgaste. Es difícil de brazear, soldar, soldar con oxiacetileno, soldar con arco de gas protector y soldar con arco de carbón, pero puede ser soldado con metal revestido. Generalmente, es difícil de mecanizar, pero puede ser afinado para responder mejor a las tensiones de mecanizado.
Resistencias y debilidades
El bronce de manganeso se especifica a menudo sobre otros bronces por su longevidad excepcional. Puede soportar mejor el desgaste y la corrosión que la mayoría de los otros bronces gracias a su manganeso añadido, y aunque no es tratable por calor, posee un perfil de resistencia impresionante. Es resistente a la corrosión por agua de mar (aunque menos que los bronces de silicio), y es tanto forjable en caliente como fundible, si se desea. Su principal desventaja es su precio, ya que es uno de los bronces más complejos de fabricar. Además, debe estar lubricado de manera confiable para funcionar de manera óptima, ya que condiciones abrasivas debilitarán la integridad de la aleación.
Propiedades mecánicas del bronce de manganeso
La Tabla 1 a continuación muestra un resumen de las propiedades mecánicas útiles del bronce de manganeso; esta sección discutirá cada valor y cómo se relaciona con las aplicaciones de esta aleación de cobre.
Tabla 1: Resumen de propiedades mecánicas del bronce de manganeso; tenga en cuenta que estos valores provienen de un resumen de aleaciones populares y están sujetos a variabilidad.
Propiedades Mecánicas
Métrico
Inglés
Resistencia a la fluencia en tracción
460 MPa
66700 psi
Módulo de elasticidad
105 GPa
15200 ksi
Resistencia a la Fatiga
170 MPa
24700 psi
Dureza (Rockwell B)
65
Mecanibilidad
8-30%
El bronce de manganeso se especifica principalmente por su resistencia, y esta afirmación está respaldada por su resistencia a la fluencia en tracción. Este parámetro describe cuánta tensión se necesita para deformar permanentemente, o “rendirse”, una muestra de material en tensión, pero en la práctica, a menudo se usa como una medida de cuán fuerte es un material. El bronce de manganeso tiene una impresionante resistencia a la fluencia de 460 MPa, que supera a algunas aleaciones de aluminio e incluso a algunos aceros de bajo carbono. Esta resistencia, combinada con su resistencia a la corrosión, da al manganeso una ventaja sobre las aleaciones tradicionales y le permite funcionar en más aplicaciones como resultado.
El módulo de elasticidad describe la resistencia interna de un material y qué tan probable es que vuelva a su forma original bajo una tensión creciente. Es un valor contraintuitivo porque, a medida que aumenta el módulo de elasticidad de un material, disminuye su elasticidad- es decir, el material mantendrá su forma incluso si se estira, empuja o dobla. El bronce de manganeso tiene un módulo elástico bastante alto de 105 GPa, lo que lo hace la mitad de resistente a la deformación que la mayoría de los aceros, pero también más moldeable como resultado. Aunque el bronce de manganeso es difícil de soldar, puede ser formado y manipulado en forma, reduciendo la necesidad de unión y mecanizado.
El bronce de manganeso es altamente resistente al desgaste, lo que significa que mantendrá su perfil de resistencia durante un largo período de tiempo; esta propiedad se debe a su impresionante resistencia a la fatiga, una medida de cómo un material se desempeña bajo condiciones de carga cíclica. Algunos materiales son fuertes pero pueden debilitarse debido a microgrietas formadas por uso repetido, por lo que su resistencia a la fatiga se considera baja (tenga en cuenta que este valor siempre es menor que la resistencia a la fluencia, lo que significa que la tensión por debajo de este umbral aún puede dañar un material). El bronce de manganeso es reconocido por su capacidad para soportar condiciones de carga cíclica, y su resistencia a la fatiga de 170 MPa muestra por qué se usa con mayor frecuencia en industrias aeroespaciales, de fijaciones, marítimas y de petróleo y gas, ya que las piezas deben mantenerse fuertes a pesar de esfuerzos repetitivos y bruscos.
La dureza de un material describe su tendencia a deformarse localmente en su superficie, o a rayar, grabar, picar o hundirse. Se calcula haciendo pasar muchos materiales a través de una máquina de indentación de dureza estandarizada y luego calificando estos materiales en una escala comparativa entre sí. El valor encontrado en la Tabla 1 proviene de la escala de dureza Rockwell B, que se usa para describir la dureza de muchas aleaciones (existen más escalas, pero para facilitar la lectura solo mostraremos los valores de la escala Rockwell B). Para tener una idea de la dureza del bronce de manganeso, el cobre puro tiene una dureza Rockwell B de alrededor de 50. Esta comparación muestra que, aunque es fuerte y duradero, el bronce de manganeso se rayará fácilmente en presencia de un material más duro. Por lo tanto, el bronce de manganeso debe estar bien lubricado y/o usarse en aplicaciones no abrasivas, ya que la deformación superficial puede introducir debilidad en el material y aumentar el riesgo de fallo de la pieza.
Existen desventajas en ser excepcionalmente fuerte, y este es el caso cuando se habla de maquinabilidad. Este valor es una medida comparativa de cómo un material responde a las tensiones de mecanizado (piensa en fresado, torneado, taladrado, etc.), y se informa como un porcentaje. Para cada clase de aleación, existe un material designado que se considera fácil de mecanizar y recibe una puntuación de maquinabilidad de 100% (para bronces, este material es latón de corte libre UNS C36000). Cualquier porcentaje por debajo de 100% significa que el material es más difícil de mecanizar, y a medida que el porcentaje disminuye, también lo hace la capacidad de herramienta para trabajar el metal; debe quedar claro con esta explicación que el bronce de manganeso no es el material ideal para mecanizado, con una puntuación de 8-30%. Aunque se puede añadir plomo para solucionar este problema, generalmente no se debe especificar el bronce de manganeso si el mecanizado es imprescindible, ya que reducirá la vida útil de la herramienta y causará molestias al mecanizador.
Aplicaciones del Bronce de Manganeso
Como se explicó anteriormente, el bronce de manganeso tiene muchos usos en las industrias del petróleo y gas, marítima, aeroespacial, del acero, de la pulpa, y otras. A continuación, algunos ejemplos de aplicaciones específicas del bronce de manganeso, pero tenga en cuenta que existen muchas más dependiendo de dónde busque.
Algunas aplicaciones comunes incluyen:
Electrodos de soldadura
Fijaciones y tornillos
Engranajes
Rodamientos de carga pesada de baja velocidad
Levas
Piezas de tren de aterrizaje
y más.
Si el bronce de manganeso le resulta atractivo para su proyecto, contacte a su proveedor y él podrá encontrarle la aleación adecuada para el trabajo. Tendrán las aleaciones más recientes e información sobre este material, así como posibles alternativas si no puede encontrar el metal correcto.
Resumen
Este artículo presentó un breve resumen de las propiedades, resistencia y aplicaciones del bronce de manganeso. Para información sobre otros productos, por favor visite XTJ.
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