Las aleaciones de cobre constituyen uno de los principales grupos de metales comerciales, apreciadas por su excelente conductividad eléctrica y térmica, su resistencia a la corrosión y su facilidad de fabricación. Son no magnéticas y se pueden unir fácilmente mediante soldadura blanda y soldadura fuerte, mientras que muchas aleaciones de cobre también se pueden soldar utilizando diversos métodos de soldadura con gas, de arco y por resistencia. Comprender cómo se agrupan y designan estas calidades es el punto de partida para seleccionar el material adecuado para un trabajo concreto.
Las clases de cobre se dividen en seis familias: cobres, aleaciones de cobre diluidas, latones, bronces, aleaciones de cobre y níquel, y aleaciones de níquel y plata. Cada familia se define por sus principales elementos de aleación y ocupa un rango específico dentro del Sistema Unificado de Numeración (UNS).
Figura 1: Resumen de las seis familias de calidades de cobre
La primera familia, los cobres, está compuesta esencialmente por cobre comercialmente puro. Este material suele ser blando y dúctil, y contiene menos de un 0,7 % de impurezas totales aproximadamente. Los grados de cobre comercialmente puro se designan con los números UNS del C10100 al C13000.
Dentro de esta familia, el cobre electrolítico de resina dura (C11000) se fabrica a partir de cobre catódico, es decir, cobre que ha sido refinado electrolíticamente. Es el más común de todos los grados de cobre eléctrico y ofrece una alta conductividad eléctrica superior al 100 % IACS. Aunque el C11000 tiene el mismo contenido de oxígeno que el C12500, se diferencia en el contenido de azufre y en la pureza general, ya que contiene menos de 50 ppm de impurezas metálicas totales, incluido el azufre.
Los grados de cobre sin oxígeno C10100 y C10200 también pertenecen a esta familia. Se producen mediante la fusión por inducción de cobre catódico de primera calidad en condiciones no oxidantes, creadas mediante un baño de grafito granulado y una atmósfera reductora protectora con bajo contenido en hidrógeno. Su alta pureza los hace especialmente adecuados para aplicaciones eléctricas y electrónicas exigentes.
La segunda familia, la de las aleaciones de cobre diluidas, contiene pequeñas cantidades de diversos elementos de aleación añadidos para modificar una o varias de las propiedades básicas del cobre. Estas adiciones se mantienen en niveles bajos para que el material conserve gran parte de la conductividad y la maleabilidad del cobre puro, al tiempo que se obtienen mejoras como una mayor resistencia mecánica, dureza o resistencia al ablandamiento.
Los latones constituyen la tercera familia y son aleaciones de cobre en las que el zinc es el principal elemento de aleación. Al variar el contenido de zinc y añadir pequeñas cantidades de elementos como el plomo, el estaño o el aluminio, se obtiene una amplia gama de colores, resistencias y niveles de conformabilidad y mecanizabilidad. Como grupo, los latones forjados ocupan la gama UNS a partir de la designación C20500. Se encuentran entre las aleaciones de cobre más utilizadas y se emplean en accesorios de fontanería, elementos de fijación, herrajes decorativos y componentes eléctricos.
La cuarta familia, los bronces, estaba compuesta tradicionalmente por aleaciones de cobre y estaño, pero actualmente el término abarca varios grupos definidos por su principal elemento de aleación. Entre ellos se incluyen los bronces de estaño (también denominados bronces fosforosos), los bronces de aluminio, los bronces de silicio y otros. Los bronces suelen ofrecer una mayor resistencia que los cobres y los latones, además de una buena resistencia a la corrosión y al desgaste, lo que los hace muy adecuados para cojinetes, casquillos, muelles y componentes marinos. Como grupo, los bronces ocupan las series UNS comprendidas entre C50000 y C69999.
La quinta familia, las aleaciones de cobre y níquel, también se conoce como «cobre-níquel» o «cupro-níquel». Contienen entre un 1,5 % y un 45 % de níquel como principal elemento de aleación. Según la clasificación UNS, las aleaciones de cobre-níquel forjadas se designan con números que van desde el C70000 hasta el C73499. Estas aleaciones se utilizan ampliamente para fabricar monedas, equipos para agua de mar, evaporadores, tubos de intercambiadores de calor y sistemas hidráulicos y de refrigeración para automóviles, sobre todo debido a su gran resistencia a la corrosión por el agua de mar.
La sexta familia es la del alpaca. A pesar de su nombre, la alpaca no contiene plata y puede considerarse un latón al que se le ha añadido níquel. El contenido de níquel varía considerablemente, pero suele situarse entre el 9 % y el 30 %, dependiendo de la aplicación. El contenido de cobre tiende a mantenerse bastante constante, entre el 60 % y el 65 % aproximadamente, mientras que el contenido de zinc se reduce a medida que aumenta el de níquel. Un mayor contenido de níquel produce un color más blanco y una mayor resistencia a la corrosión, aunque también reduce la ductilidad.
La plata níquel es apreciada por su resistencia a la corrosión, su atractivo color y sus buenas propiedades de conformado en frío. Entre los productos típicos se incluyen desde radiadores de coche, bolígrafos y teclas de instrumentos musicales hasta carcasas de transistores, contactos eléctricos, herrajes arquitectónicos y cubertería. Según la clasificación UNS, las aleaciones de alpaca forjadas se designan con números que van desde el C73500 hasta el C79999.
Este artículo clasifica el cobre en función de sus seis familias de aleaciones. Las guías relacionadas de la serie «Cobre» abordan los temas que necesitarás consultar junto con este artículo. «Propiedades del cobre» detalla la conductividad, la resistencia a la corrosión y la resistencia mecánica que distinguen a una familia de otra. «Especificaciones del cobre» explica los sistemas de designación utilizados para definir cada grado con precisión, y «Normas del cobre» establece los marcos que rigen dichas designaciones en las diferentes regiones. En conjunto, relacionan la clasificación de los grados con las propiedades, las designaciones y las normas que la sustentan.
Los tipos de cobre se clasifican en cobre puro, aleaciones de cobre diluidas, latones, bronces, aleaciones de cobre y níquel, y aleaciones de níquel y plata. Cada familia ofrece un equilibrio específico entre conductividad, resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y facilidad de conformado.
El cobre comercialmente puro (UNS C10100 a C13000) es blando, dúctil y contiene menos de aproximadamente un 0,7 % de impurezas totales. Las aleaciones de cobre diluidas contienen pequeñas adiciones deliberadas de elementos de aleación que modifican una o varias de las propiedades básicas del cobre, al tiempo que conservan gran parte de su conductividad y maleabilidad.
El latón es una aleación de cobre en la que el zinc es el principal elemento de aleación, mientras que el bronce era tradicionalmente una aleación de cobre y estaño. Hoy en día, el término «bronce» también abarca los bronces de aluminio, los bronces de silicio y otras aleaciones similares. Los bronces suelen ofrecer una mayor resistencia mecánica y una mejor resistencia al desgaste, mientras que los latones son apreciados por su maleabilidad, su facilidad de mecanizado y su aspecto.
El cobre electrolítico de alta resistencia (C11000) es el tipo de cobre eléctrico más habitual y ofrece una alta conductividad eléctrica superior al 100 % IACS. Los tipos sin oxígeno C10100 y C10200 se utilizan cuando se requiere una pureza aún mayor.
Las aleaciones de cobre y níquel, que contienen entre un 1,5 % y un 45 % de níquel, se utilizan en la fabricación de monedas, equipos para uso en agua de mar, evaporadores, tubos de intercambiadores de calor y sistemas hidráulicos y de refrigeración de automóviles, principalmente debido a su gran resistencia a la corrosión provocada por el agua de mar.