Cobre de berilio

Wrench ajustable con 'BeCu' en el lado, para mostrar que está hecho de cobre de berilio

Cobre-berilio (BeCu), también conocido como cobre-berilio (CuBe), berilio El bronce, y cobre elástico, es una aleación de cobre con un 0,5–3 % de berilio. Las aleaciones de cobre y berilio se utilizan a menudo debido a su alta resistencia y buena conductividad tanto del calor como de la electricidad. Se utiliza por su ductilidad, soldabilidad en metalurgia y propiedades de mecanizado. Tiene muchas aplicaciones especializadas en herramientas para ambientes peligrosos, instrumentos musicales, dispositivos de medición de precisión, balas y algunos usos en el campo aeroespacial. El cobre de berilio y otras aleaciones de berilio son carcinógenos nocivos que presentan un peligro de inhalación tóxica durante la fabricación.

Propiedades

El cobre berilio es una aleación dúctil, soldable y mecanizable. Al igual que el cobre puro, es resistente a los ácidos no oxidantes (como el ácido clorhídrico y el ácido carbónico) y a los productos de descomposición del plástico, al desgaste abrasivo y a la excoriación. Se puede tratar térmicamente para aumentar la resistencia, la durabilidad y la conductividad eléctrica.

El cobre berilio alcanza la mayor resistencia (hasta 1400 MPa (200 000 psi)) de cualquier aleación a base de cobre. Tiene una buena conductividad térmica (62 Btu/ft-deg.F-H), que es de 3 a 5 veces mayor que el acero para herramientas. Tiene un punto de fusión sólido de 1590 °F (866 °C) y un punto de fusión líquido de 1800 °F (982 °C). Tiene una alta capacidad para ser conformado en caliente. La aleación de cobre y berilio C17200 tiene una resistencia y una dureza similares a las del acero; Las propiedades de dureza Rockwell en su condición máxima de edad están en el rango de 200 ksi y RC45.

C17200 tiene propiedades eficaces de resistencia a la corrosión cuando se expone a condiciones adversas, como agua de mar y entornos de fondo de pozo. Resistirá el agrietamiento por corrosión bajo tensión de sulfuro o cloruro y resistirá los efectos del dióxido de carbono y la fragilización por hidrógeno.

Las aleaciones de cobre en general siempre se han considerado antichispas. C17200 tiene la fuerza para soportar el uso de herramientas manuales y mecánicas. Estas características antichispas se aplican mejor en entornos explosivos, como en el sector del petróleo y la industria. Industrias de gas y pólvora.

Toxicidad

La inhalación de polvo, niebla o vapores que contienen berilio puede causar la enfermedad crónica por berilio, que restringe el intercambio de oxígeno entre los pulmones y el torrente sanguíneo. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) enumera el berilio como carcinógeno humano del Grupo 1. El Programa Nacional de Toxicología (NTP) también enumera el berilio como carcinógeno. La aleación de cobre y berilio que contiene menos del 2,5% de berilio (en cobre) no está designada como cancerígena.

Usos

Ejemplo de una herramienta no chispadora hecha de cobre berilio

El cobre berilio es una aleación no ferrosa que se utiliza en resortes, alambres para resortes, celdas de carga y otras piezas que deben conservar su forma bajo estrés y tensión repetidos. Tiene alta conductividad eléctrica y se utiliza en contactos de baja corriente para baterías y conectores eléctricos.

El cobre berilio no genera chispas, pero es físicamente resistente y no magnético, y cumple con los requisitos de la directiva ATEX para las Zonas 0, 1 y 2. Los destornilladores, alicates, llaves inglesas, cinceles fríos, cuchillos y martillos de cobre berilio están disponibles para entornos con peligros de explosión, como plataformas petrolíferas, minas de carbón y elevadores de granos. Un metal alternativo que a veces se usa para herramientas que no producen chispas es el bronce al aluminio. En comparación con las herramientas de acero, las herramientas de cobre berilio son más caras y no tan resistentes, pero las propiedades del cobre berilio en entornos peligrosos pueden superar las desventajas. Algunos de los variados usos de BeCu incluyen:

• Ciertos instrumentos de percusión, especialmente los panfletos y los triángulos, debido al tono y resonancia consistente del cobre de berilio.
• Equipo criogénico de baja temperatura, como refrigeradores de dilución, debido a su fuerza mecánica y conductividad térmica relativamente alta en este rango de temperatura.
• Moldes para la fabricación de envases plásticos (incluyendo prácticamente todas las jarras de leche de plástico), con el proceso de moldeo por soplado.
• Armour piercing bullets, aunque tal aplicación es inusual, ya que las balas hechas de aleaciones de acero son mucho menos costosas y tienen propiedades similares.
• Herramientas de medición (MWD) en la industria de perforación direccional. Se requiere una aleación no magnética, ya que se utilizan magnetómetros para los datos de potencia de campo recibidos de la herramienta.
• Servir máquinas de resonancia magnética (RM), donde los campos magnéticos de alta resistencia hacen peligroso el uso de herramientas ferrosas, y donde los materiales magnéticos en el campo pueden perturbar la imagen.
• Las juntas utilizadas para crear un sello RF-tight (resistente a la fuga de radio frecuencia), el sello electrónico en las puertas utilizadas con pruebas EMC y cámaras anecóticas.
• En la década de 1980, el cobre de berilio se utilizó en la fabricación de clubes de golf, en particular cuñas y cajones. Aunque algunos golfistas prefieren la sensación de cabezas de club de cobre berilio, preocupaciones regulatorias y altos costos han hecho que los clubes de cobre berilio difícil de encontrar en la producción actual.
• Kiefer Plating (defunct) de Elkhart, Indiana construyó campanas de trompeta para el Schilke Music Co. de Chicago. Estas campanas ligeras producen un sonido preferido por algunos músicos.
• El alambre de cobre de berilio se produce en muchas formas: redondo, cuadrado, plano y forma, en bobinas, en bobinas, y en longitudes rectas.
• Los asientos y guías de válvula de cobre de berilio se utilizan en motores de cuatro tiempos de alto rendimiento con válvulas de titanio recubiertas. BeCu disipa el calor de la válvula tanto como siete veces más rápido que los asientos y guías de acero o hierro en polvo. El BeCu más suave reduce el desgaste de la válvula y aumenta la vida de la válvula.

Aleación endurecida por envejecimiento

El cobre berilio (C17200 y C17300) es una aleación de endurecimiento por envejecimiento que alcanza la mayor resistencia de cualquier aleación a base de cobre. Puede ser endurecido por envejecimiento después de formar resortes, formas intrincadas o formas complejas. Es valorado por su elasticidad, resistencia a la corrosión, estabilidad, conductividad y baja fluencia.

El cobre de berilio templado es C17200 y C17300, que han sido endurecidos por envejecimiento y estirados en frío. No es necesario un tratamiento térmico adicional más allá del posible alivio de tensión ligero. Es lo suficientemente dúctil para enrollarse en su diámetro y se le puede dar forma de resortes y de la mayoría de las formas. El alambre templado es más útil cuando se desean las propiedades del cobre de berilio, pero el endurecimiento por envejecimiento de las piezas terminadas no es práctico.

Las aleaciones de cobre y berilio C17510 y C17500 se endurecen por envejecimiento y proporcionan buena conductividad eléctrica, propiedades físicas y resistencia al desgaste. Se utilizan en resortes y alambres donde la conducción eléctrica o la retención de propiedades a temperaturas elevadas es importante.

Variantes especializadas

Las aleaciones de cobre y berilio de alta resistencia contienen hasta un 2,7 % de berilio (fundido) o un 1,6-2 % de berilio con aproximadamente un 0,3 % de cobalto (forjado). La fuerza se logra mediante el endurecimiento por envejecimiento. La conductividad térmica de estas aleaciones se encuentra entre la del acero y la del aluminio. Las aleaciones fundidas se forman frecuentemente con moldes de inyección. Las aleaciones forjadas están designadas por UNS como C17200 a C17400, las aleaciones fundidas son C82000 a C82800. El proceso de endurecimiento requiere un enfriamiento rápido del metal recocido, lo que da como resultado una solución de estado sólido de berilio en cobre, que luego se mantiene a 200-460 °C durante al menos una hora, lo que produce una precipitación de cristales de berilio metaestables en la matriz de cobre.. El envejecimiento excesivo más allá de la fase de equilibrio agota los cristales de berilida y reduce su resistencia. Las beriluros de las aleaciones fundidas son similares a las de las aleaciones forjadas.

Las aleaciones de cobre y berilio de alta conductividad contienen hasta un 0,7 % de berilio con algo de níquel y cobalto. La conductividad térmica de estas aleaciones es mayor que la del aluminio y ligeramente menor que la del cobre puro; a menudo se utilizan como contactos eléctricos.