ZINC Y SUS ALEACIONES 1
ELIA VILLAVICENCIO CRESPO
HISTORIA
La palabra «zinc»viene del alemán antiguo "Zink", de oscuro origen. Muchos siglos antes que el zinc fuera identificado como elemento distinto, los minerales de zinc se usaban ya para producir latón. Una aleación que contiene el 87 % de zinc fue descubierta en un sitio prehistórico, en Transilvania. En el siglo tercero A. C. (Antes de Cristo), los babilonios produjeron ya aleaciones de Zinc. En China, el zinc era utilizado para fabricar monedas y espejos, alrededor del siglo sexto. Los griegos y los romanos utilizaron intensivamente el zinc para producir latón. En Europa, el cinc se volvió a descubrir como elemento en 1746, por el químico Marggraf. Su producción industrial empezó en 1738, cuando el inglés William Champion construyó una pequeña fábrica cerca de Bristol (Inglaterra). En 1871, cerca de 60000 toneladas de cinc 2 se producían ya cada año.
ZINC • Masa atómica (g/mol)
65,37
• Densidad (g/ml)
7,14
• Punto de ebullición (ºC) • Punto de fusión (ºC)
906 419,5
El Zinc metálico es un material blanco azulado. Su número atómico es 30. Cristaliza en el sistema hexagonal. Es extremadamente frágil a temperaturas ordinarias, pero se vuelve maleable entre los 120 y los 150 °C. Se lamina fácilmente al pasarlo entre rodillos calientes.
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Los minerales de los que se extrae son: Cincita (ZnO). Hemimorfita (2ZnOSiO2H2O) . Esmitsonita (ZnCO3) . Franklinita (Zn(FeO2)O2) . Esfalerita (ZnS) en la esfalerita, o blenda de zinc. Las menas utilizadas más comúnmente como fuente de cinc son la esmitsonita y la esfalerita.
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BENEFICIO El cinc se puede obtener por tostación de sus minerales, y por la subsiguiente reducción del dicho óxido con carbón o hulla. Otro método consiste en tostar los concentrados de cinc para obtener el óxido, el cual es lixiviado con ácido sulfúrico. 5
APLICACIONES
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La principal aplicación del zinc (cerca del 50% del consumo anual) es el galvanizado del acero para protegerle de la corrosión, protección efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como ánodo de sacrificio. El zinc es usado en la industria aeroespacial para misiles y cápsulas espaciales por su óptimo rendimiento por unidad de peso y baterías zinc-aire para computadoras portátiles. Piezas de fundición inyectada en la industria de automoción. Metalurgia de metales preciosos y eliminación de la plata del plomo.
ALEACIONES De base zinc: ZAMAC. De base cobre: LATÓN.
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ALEACIONES DE BASE ZINC
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Aleaciones de base zinc La aleación ZAMAK 3: Es la más ampliamente utilizada en el proceso por inyección. Posee la mejor combinación de resistencia, colabilidad, estabilidad dimensional y facilidad de maquinado. La aleación ZAMAK 5: produce fundiciones más duras y fuertes que ZAMAK 3 aunque a expensas de la ductilidad. La ZA - 8: Es la única miembro de las aleaciones hipereutéticas que pueden ser utilizadas en inyectoras de cámara caliente. Posee valores más altos de resistencias a la tracción, fatiga y fluencia lenta, son más estables dimensionalmente y de menor densidad que las aleaciones hipoeutéticas. La ZA – 12: presenta muy buenas condiciones en la fundición en máquinas de inyección de cámara fría. Combina muy bien calidad de fundido con óptimo comportamiento mecánico. 10
USOS Las piezas hechas de Zamak son utilizadas en la industrias como construcción, electrónica, automotriz, eléctrica, juguetería, joyería, decoración, artículos deportivos y telefonía, entre otras. Sus principales usos están orientados a la elaboración de piezas como carburadores, cerraduras para puertas, carcasas, armaduras, bases para licuadoras y planchas, hebillas para cinturones, herrajes para zapatos,etc.
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Las piezas hechas en Zamak pueden ser recubiertas, por electrodeposición, de metales como cobre, níquel y cromo. Esto permite obtener productos con diferentes acabados y colores según se requiera.
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PROPIEDADES
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Gracias a la facilidad para ser fundida e inyectada, la aleación es utilizada tanto en la elaboración de piezas muy simples, como de piezas que requieren mayores detalles, exactitud y excelentes acabados
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ALEACIONES DE COBRE-ZINC Latones (Cu-Zn) . Alpacas (Cu-Zn-Ni). Latones especiales . (Cu-Zn + Sn / Al / Fe / Mn / Ni / Si / Pb).
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LATONES Los latones son aleaciones a base de cobre y zinc (CuZn). Contienen de 5 a 46% de Zn y, varios otros elementos en pequeñas proporciones. El color de los latones, varia del rosa al amarillo para contenidos crecientes de Zn, su buena resistencia a la corrosión y su aptitud para tratamientos superficiales permiten realizar económicamente objetos de bello aspecto, de larga duración y de mantenimiento fácil. 17
Dentro de este grupo de aleaciones ,se distinguen:
Latones binarios o latones propiamente dichos. Latones con plomo. Latones especiales.
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LATONES BINARIOS Cu-Zn
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Solución sólida α: Estructura cúbicas de caras centradas. Los átomos de Zn reemplazan átomos de Cu de una manera desordenada.
Fase β: Estructura cúbica de cuerpo centrado. Entre las zonas α y β existe un campo donde coexisten ambas fases, y a través de la cual la proporción de fase βse incrementa a expensas de la α a medida que el contenido en Zn de la aleación se incrementa.
Fase γ: Es un compuesto Cu5Zn8, de estructura cúbica compleja. Su fragilidad hace que estos latones no tengan aplicación industrial.
Línea de trazos: cruza los campos (α+β), β,(β+γ)a 454 y 468°C, indica un cambio progresivo de la fase β, desordenada, a una estructura β', ordenada, o viceversa. La reacción de ordenación es tan rápida que no puede evitarse ni aun retardarse por un enfriamiento rápido.
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LATONES BINARIOS Cu-Zn.
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Latones α(Contenido en Zn < 36-40 %) Estructura cristalina: FCC Son relativamente blandos, dúctiles Específicos para trabajar en frío (acritud). Puede ser trabajado en caliente (730900°C) Se utilizan en bisutería, tuberías, instrumentos musicales, monedas, o en arquitectura. La máxima maleabilidad se alcanza con un 30 %de Zn (latón de cartuchería).
LATONES BINARIOS Cu-Zn. Latones β (Contenido en Zn: 47%
<55 %) BCC(desordenado) A baja temperatura forma una fase β’ (BCC ordenada). La fase β‘ es más dura y resistente que la fase α. La fase β‘ a alta temperatura se transforma en la fase β, desordenada y muy deformable. Se emplean fundamentalmente como aleación de soldadura por tener una temperatura de fusión inferior a la de los latones α. Latones binarios α+ β (37.5% < Zn < 40%) Los latones con mayor concentración de zinc contienen las fases α y β' a temperatura ambiente. Las aleaciones α+β’ se suelen trabajar en caliente.
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Laminados o forjados en caliente, como el Muntz(40% de Zn), que además es más fácil de mecanizar. Mayor resistencia y dureza por el mayor contenido de Zn (endurecimiento por SS y por borde de grano). Menor ductilidad por la presencia de la fase β. Los latones α+β son difíciles de trabajar en frío
LATONES
EJEMPLOS DE LATONES COMERCIALES FORJADOS Y USOS
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LATONES BINARIOS Cu (FCC)-Zn
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Los latones con mas de 50%Zn son frágiles(aparece el microconstituyente y)por lo que no se lo emplean en la industria. En los latones especiales se agregan elementos de aleación(pequeñas cantidades de Sn, Al, Fe, Mn, Ni, Si y/o Pb). 25
Latones binarios Cu-Zn
EJEMPLO DE UN CASO PRÁCTICO: ALEACIÓN 62.5 % Cu – 37.5 % Zn
830 °C
550 °C
350 °C
37.5
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c a r G 28
s ia