Punto de fusión del cobre – Un estudio completo para metalúrgicos

Entendiendo el punto de fusión del cobre es crítico antes de elegir este metal para cualquier aplicación. Le ayuda a conocer los límites dentro de los cuales el metal de cobre no perderá su integridad o se transformará en un estado líquido.

En esta guía, exploraremos todos los hechos fundamentales sobre el punto de fusión del metal de cobre. Desde lo que es, los factores que afectan el punto de fusión y otras características de calor o temperatura.

Sumérgete directamente:

¿Cuál es el Punto de Fusión del Cobre?

El punto de fusión del cobre, también conocido como la temperatura de fusión del cobre, es un punto de equilibrio donde este metal prácticamente existe en dos fases (fase líquida y sólida).

Es decir, es una temperatura más allá de la cual el metal de cobre pasa de fase sólida a líquida. Por supuesto, durante esta transición, hay muchos cambios estructurales y químicos en el material de cobre.

Ahora, siempre que esté analizando la temperatura a la que se funde el cobre, es crítico ser específico. Recuerde, tenemos cobre puro y aleaciones de cobre.

De nuevo, la unidad de medida también es un aspecto crítico.

Figura 1 - Barras de cobre macizoFigura-2-Cobre fundido

¿Por qué Conocer los Puntos de Fusión del Cobre?

Hay muchas razones por las cuales conocer cuándo se funde el cobre es crítico:

  • Ayuda a los técnicos en la fabricación de láminas de cobre a determinar si el material es adecuado para su proyecto o no.
  • Reduce las posibilidades de fallas estructurales del cobre debido a altas temperaturas que exceden el punto de fusión.
  • El conocimiento ayuda a elegir el horno adecuado y la fuente de energía para la fabricación de cobre y el tratamiento térmico.

Recuerde, en la mayoría de las aplicaciones estructurales, las fallas como el flujo plástico comenzarán a ocurrir a medida que el cobre se acerque al punto de fusión. Por lo tanto, conocer la temperatura de fusión del cobre le ayudará a operar la estructura dentro de temperaturas seguras.

Punto de Fusión del Cobre Puro

Idealmente, esto se refiere al cobre sin aditivos o elementos añadidos. Idealmente, el cobre puro comienza a fundirse a:

Material Punto de Fusión del Cobre en Celsius (°C) Punto de Fusión del Cobre en Fahrenheit (°F) Punto de Fusión del Cobre en Kelvin (K)
Cobre Puro (Cu) 1.085 1.984 1.357

 

Idealmente, definimos el punto de fusión de los metales en función de la temperatura. Recuerde, fundir cobre requiere calor, que se basa esencialmente en el nivel de temperatura.

Aunque podría haber muchas formas en las que el cobre existe, como nanopartículas, malla, lámina, polvo, tubos, varillas, alambre o láminas, la fusión se mantiene dentro del rango mencionado anteriormente.

A veces puede encontrar el punto de fusión del cobre definido en otras unidades de medida como Rankine, electronvoltios, julios por mol o BTU por libra. Bueno, todas estas se derivan de las unidades de temperatura mencionadas anteriormente.

Punto de Fusión de las Aleaciones de Cobre

Para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería, las aleaciones de cobre tienen propiedades superiores. Una razón por la que rara vez usamos cobre en su forma pura.

Ahora, cada elemento, ya sea un metal o no metal, tiene puntos de fusión únicos. Lo que esto implica es:

Cada vez que agregue algún elemento al cobre puro, espere que cambie la temperatura de fusión. Por lo general, el punto de fusión será un reflejo de la composición general de la aleación. Sin embargo, la combinación de elementos que se pueden agregar al cobre es ilimitada.

Para el alcance de esta guía, nos centraremos en el punto de fusión de las aleaciones de cobre que se utilizan comúnmente en aplicaciones de ingeniería.

Simplifiquemos estos puntos de fusión de metales en la tabla a continuación:

Aleación de Cobre Temperatura de Fusión de las Aleaciones de Cobre (°C)
Cobre de arsénico 685
Cobre de berilio 870 a 980
Latón 930 a 940
Bronce 913
Cuproníquel 1170 a 1240
Plata china 961
Bronce de cañón 900 a 1000

 

Ahora, puede comparar los valores anteriores con la temperatura a la que se funde el cobre: 1.085°C. Puede ver la variación en la temperatura de fusión de las aleaciones de cobre.

Figura 3 - Factores que afectan al punto de fusión de los metalesPresión Atmosférica Vs. Temperatura de Fusión del Cobre

A veces, puede preguntarse por qué el punto de fusión del cobre puro o sus aleaciones puede fluctuar. Bueno, esto se debe a ciertos factores ambientales como la presión atmosférica.

En la mayoría de los casos, el punto de fusión de los metales aumenta con un aumento en la presión. Lo mismo se aplica a la temperatura de fusión del cobre.

Por lo tanto, el punto de fusión del cobre variará dependiendo de las condiciones ambientales. Por lo general, al procesar cobre, puede elegir ciertas condiciones especiales. Ayudará a ahorrar en el alto costo de energía para fundir cobre.

Veamos algunos escenarios prácticos y su efecto en el rango de temperatura de fusión del cobre:

  • Presión ambiente: el punto de fusión del cobre puro es de 1.085 °C. Sin embargo, este punto de fusión del Cu se reducirá a medida que se ascienda a altitudes más altas, como la cima de la montaña.
  • Alta presión: se requiere más calor para fundir el cobre, por lo tanto, un punto de fusión más alto que en el aire ambiente.

Por lo tanto, al evaluar el punto de fusión del cobre, debe considerar el entorno.

Impurezas en el Cobre

Generalmente, las impurezas reducen el punto de fusión de los metales, por lo que la temperatura de fusión del cobre no es una excepción. Por otro lado, las mismas impurezas probablemente aumentarán el punto de ebullición del cobre.

Razón: las impurezas tienden a estabilizar la fase líquida del cobre.

Es decir, el punto de fusión del cobre impuro es relativamente bajo. Recuerde, los elementos de aleación pueden formar parte de “impureza”. Entonces, puede agregar un elemento de aleación para mejorar las propiedades deseables del cobre mientras se reduce el punto de fusión. Esto puede ahorrar costos de fabricación de cobre, más aún en gastos de energía.

Bueno, puede utilizar varias técnicas de medición como espectroscopía, rayos X, análisis ICP, análisis EDX y pruebas de conductividad para verificar la pureza del cobre.

Tamaño de grano de cobre

Figura 4 - Estructura atómica del cobreEl tamaño de grano y la estructura afectan el punto de fusión del cobre. Las estructuras de los granos varían según la aleación, lo que a su vez afecta el punto de ebullición y fusión del cobre.

Por ejemplo, comparando el punto de fusión del latón y el cobre, hay una variación debido a la estructura de grano. Idealmente, agregar cualquier elemento al cobre afectará en última instancia la estructura de grano. El efecto neto será un cambio en la temperatura de fusión de la aleación de cobre.

Para ampliar en esto, veamos algunas de estas variables que afectan a qué temperatura se funden las aleaciones de cobre.

Relación de Hall-Petch

También llamada fortalecimiento de los límites de grano, describe cómo puede alterar la resistencia del metal cambiando el tamaño del grano o la estructura cristalina. Es decir, los metales con estructuras de grano cristalino pequeñas son más fuertes y duros. Al mismo tiempo, los granos pequeños implican que el metal tendrá un punto de fusión bajo.

Comparando el mercurio y el cobre vs. el plomo y el cobre, este último tiene un punto de fusión bajo. Esto se debe al tamaño de grano pequeño en el plomo.

El punto de fusión de la aleación de cobre-níquel es mayor (1.455 °C) que el del cobre puro (1.085 °C). Esto se debe principalmente al gran tamaño de grano del níquel.

Energía de límite de grano

Un punto donde se encuentran dos granos se llama límite de grano en una estructura de metal de cobre. Los granos pequeños implican un límite de grano débil dentro de la estructura del cobre. Por lo tanto, la temperatura de fusión de la aleación de cobre será baja.

Implica que una estructura de grano grande se traducirá en un punto de fusión más alto de la aleación de cobre. Por ejemplo, el punto de fusión del cobre estannado es de alrededor de 1.900 °F, lo que muestra un cambio en la estructura de grano.

Heterogeneidad microestructural

El material final de cobre puede tener diferentes estructuras o áreas de sección transversal. Esto conduce a diferentes variaciones al fundir cobre. Idealmente, los granos pequeños de cobre se funden más rápido que los granos más grandes, como mencionamos anteriormente.

De nuevo, la composición estructural también juega un papel significativo aquí. Por ejemplo:

  • El punto de fusión del alambre de cobre puede variar entre 1.085 °C y 1.215 °C. Depende del grado y forma del alambre de cobre.
  • El punto de fusión del tubo de cobre puede comenzar desde 1.085 °C hasta una temperatura ligeramente más alta según el tamaño y la sección transversal del tubo.

Densidad de dislocación

Una vez que comprende la densidad de dislocación del compuesto de cobre, puede controlar el punto de fusión. Por lo general, una baja densidad de dislocación implica un punto de fusión más alto.

Tasas de difusión

Las partículas de cobre muy pequeñas tienden a calentarse más rápido que las grandes. Esto es bastante evidente al examinar el punto de fusión de los cables de cobre.

El proceso de fabricación puede alterar los tamaños de los gránulos de cobre. Lo que esencialmente hará que el cobre con granos pequeños se derrita más rápido.

Energía superficial

Siempre que cambia la energía superficial, espere que el punto de fusión del cobre cambie. Recuerde, el cobre se derretirá una vez que la energía calórica rompa la energía superficial.

Concentración de tensión

Someter el cobre a altas tensiones reducirá el punto de fusión. Esto se debe a que el estrés interfiere con el arreglo normal de los átomos de cobre en su estructura. Recuerde que someter el cobre a tensión puede provocar deformación plástica.

Además de esto, hay ciertos procesos posteriores a la fabricación como el endurecimiento y la recristalización. Tales procesos también pueden alterar el punto de fusión del cobre. Pueden alinear, compactar o endurecer el cobre para lograr mejores características de resistencia a la temperatura.

Área de Superficie Vs. Punto de Fusión del Cobre

Hay ciertos estudios e investigaciones que destacan el efecto significativo del área de superficie en el punto de fusión del cobre. Recuerde que ciertos tratamientos térmicos del cobre o sus aleaciones pueden afectar los átomos en la superficie.

Consecuentemente, la temperatura a la que se funde el cobre después de tales tratamientos puede mostrar amplias variaciones.

En resumen, el tratamiento superficial, el átomo o la estructura de partículas determina la temperatura de fusión del cobre y sus aleaciones.

Formas de Fundir Cobre

Figura 5 - Gráfico de fusión del cobrePuede utilizar diferentes técnicas para fundir cobre. No importa si está utilizando varillas de soldar de cobre, láminas o barras de cobre, necesita una técnica confiable. Un proceso que hará que el cobre puro o la aleación de cobre pasen de fase sólida a líquida.

  • Fundición por arco de cobre: requiere una corriente eléctrica alta debido al alto punto de fusión y ebullición del cobre. Con corriente suficiente, puede lograr una conversión del cobre del 100%.
  • Calentamiento por inducción: con la ayuda de osciladores, electroimanes y corriente alterna de alta frecuencia, puede calentar y fundir el cobre de manera efectiva.
  • Calentamiento por resistencia eléctrica: esta es una técnica común de calentamiento para la mayoría de las aleaciones de cobre como el latón. A medida que la corriente eléctrica pasa a través de la aleación de cobre, se calienta, comenzando a fund

Hierro fundido1127 a 1204

Acero al carbono1371 a 1593Cromo1860Cobalto1495Incoloy1390 a 1425Inconel1390 a 1425Acero inoxidable1510Molibdeno2620Magnesio349 a 649Niobio2470Níquel1453Tantalio2980Titanio1670Tungsteno3400Torio1750Renio3186Rodio1965Rutenio2482Osmio3025Platino1770Paladio1555Vanadio1900Zirconio1854

 

Como puedes ver, el cobre se derrite a temperaturas relativamente altas. Sin embargo, el tungsteno sigue siendo un metal con el punto de fusión más alto.

Cómo derretir cobre

Dado que hemos cubierto los aspectos críticos anteriormente, esta sección será un resumen rápido:

  • Paso 1: Elige herramientas y equipos: adopta una técnica rentable para fundir cobre
  • Paso 2: Prepara el material de cobre que deseas fundir. Puedes limpiar y cortar en pedazos pequeños.
  • Paso 3: Asegúrate de usar equipo de seguridad y la ventilación debe ser suficiente.
  • Paso 4: Coloca el material de cobre en el equipo de fusión (horno). Caliéntalo para alcanzar la temperatura de fusión de cobre requerida.
  • Paso 5: Vierte el cobre fundido en las formas que desees hacer o en lingotes.

Cómo determina el punto de fusión del cobre la aplicación práctica

A medida que el cobre se derrite, hay cambios drásticos en las propiedades mecánicas, físicas y quizás químicas. En este punto, el cobre y las aleaciones de cobre solo pueden provocar fallas en los componentes.

Sin embargo, conocer la temperatura a la que se derrite el cobre determinará las aplicaciones prácticas. Veamos algunas:

Soldadura, Estaño (Soldering) y Brasaje

Muchas varillas de brasaje de cobre se utilizan en varias aplicaciones hoy en día. Por supuesto, esto es posible al conocer las propiedades térmicas del cobre. Durante la soldadura, el cobre se derrite, ayudando así en el proceso de unión.

Aplicaciones eléctricas

El cobre es conocido como uno de los mejores conductores. Hay muchos cables eléctricos, piezas de transformadores, sistemas de intercambio de calor, sistemas de calefacción, sistemas generadores, disipadores de calor, etc., hechos de materiales de cobre.

Todos estos diseños se basan en una comprensión completa de la temperatura y las propiedades térmicas del material de cobre.

Fundición y moldeo

A través de la fundición de cobre, puedes crear muchas esculturas, accesorios de plomería, joyas y partes automotrices, entre otras partes.

Durante las operaciones de fundición, el conocimiento de la temperatura de fusión del cobre te ayudará a elegir el horno adecuado y los sistemas de herramientas. Es aún más crítico al elegir el material para los equipos de herramientas, ya que debe soportar el material de cobre caliente.

Además, te ayudará a determinar la energía necesaria para fabricar cobre. Este es un componente vital al proporcionar cotizaciones. También le da al fabricante la oportunidad de analizar ciertas variables, como la densidad del cobre en el punto de fusión.

Conclusión

En promedio, el punto de fusión del cobre es de 1,085°C. Sin embargo, esta temperatura puede variar según el tipo de aleación de cobre y otras variables, como la estructura cristalina o las impurezas.

Además, el conocimiento te ayudará a determinar si el cobre es el mejor material para tu aplicación o no.

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Más recursos:

Puntos de fusión de metales – Fuente: Online Metals

Punto de fusión de aleaciones metálicas – Fuente: Engineering Toolbox

El punto de fusión de los metales – Fuente: Metal Supermarket

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