E.F.P.I.M - UNDAC

NDICE

Indice11.Introduccin22. Cobalto..32.3.Cbica centrada en las caras (ccc):52.4. Planos de mayor concentracin atmica (compacidad).6 2.5.Hexagonal compacta (hc)92.6. Teora del campo cristalino122.7.Empleo y usos de las aleaciones de cobalto:252.8. Aleaciones binarias de cobalto con metales no frricos y con hierro....292.9. Empleo del metal cobalto y sus aleaciones...302.11. Carburos cementados (metal duro)......312.12. Efecto de la temperatura en la carga de rotura de diferentes aleaciones de cobalto....................................................................................................................342.13. Comparacin de cuadros de aleaciones del cobalto con diferentes metales....412.14.Composicin de la fase432.15.Tratamiento trmico442.16. Super aleaciones basadas en cobalto442.17. Resistencia a largo plazo de aleaciones resistentes al calor a tres temperaturas, mpa452.18.1.Super aleaciones mono cristal.463.Conclusiones...494. Bibliografa..50

1. INTRODUCCIN

El Cobalto es un metal. Su nmero atmico es 27 y su peso atmico 58,93.

El cobalto se parece al hierro y al nquel, tanto en estado libre como combinado. El cobalto y sus aleaciones son resistentes al desgaste y a la corrosin, an a temperaturas elevadas.

El cobalto es ferromagntico y se parece al hierro y al nquel, en su dureza, resistencia a la tensin, capacidad de uso en maquinaria, propiedades trmicas y comportamiento electroqumico. Al metal no lo afectan el agua ni el aire en condiciones normales, y lo atacan con rapidez el cido sulfrico, el cido clorhdrico y el cido ntrico; pero el cido fluorhdrico, el hirdrxido de amonio y el hidrxido de sodio lo atacan lentamente.

Entre sus aplicaciones comerciales ms importantes estn:

Aleaciones para uso a temperaturas elevadas

Aleaciones magnticas (ej: AlNiCo) para la fabricacin de imanes y electoimanes

Aleaciones para mquinas y herramientas (ej: Stellite)

Sellos vidrio a metal

Aleaciones para fabricacin de prtesis quirrgicas y dentales

(ej: Vitallium, F75, Cromo-Cobalto-Molibdeno)

2. COBALTO:

De smbolo Co, es un elemento metlico, magntico, de color blanco plateado, usado principalmente para obtener aleaciones. Su nmero atmico es 27 y es uno de los elementos de transicin del sistema peridico.

El cobalto fue descubierto en 1735 por el qumico sueco George Brandt. Tiene poca solidez y escasa ductilidad a temperatura normal, pero es dctil a altas temperaturas. Tiene un punto de fusin de 1.495 C, y un punto de ebullicin de 2.870 C, siendo su densidad de 8,9 g/cm3. La masa atmica del cobalto es 58,933.

De los distintosistoposde cobalto conocidos, el cobalto 60 radiactivo es el ms importante. Tiene una vida media de 5,7 aos y produce una intensaradiacin gamma. El cobalto 60 se utiliza ampliamente en la industria y en la terapia radioisotpica.

2.1. ESTADO NATURAL

Ocupa el lugar 30 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. El cobalto aparece en forma dearseniuro(CoAs2), conocido comoesmaltita; como sulfoarseniuro de cobalto (CoAsS), tambin llamadocobaltina, y como arseniato hidratado de cobalto (Co(AsO4)28H2O), conocido comoeritrita. Las zonas de obtencin del cobalto ms importantes son los yacimientos de Ontario en Canad, y los de los pases de frica central Zambia y Repblica Democrtica del Congo, que son actualmente los mayores explotadores de este metal.

Densidad: 8,6 kg/dm3.

Punto de fusin: 1490C.

Resistividad: 0,063 Wmm2/m.

Tiene propiedades anlogas al nquel, pero no es magntico.

2.2. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL COBALTO:

Diferentes formas alotrpicas de algunos elementos metlicos, y su correspondiente rango de temperaturas.

Metal

Estructura

Rango de

cristalina

temperatura, C

Cobalto

HC

< 477

CCC

477 - 1490

Hierro

CCI

< 911

CCC

911 - 1392

CCI

1392 - 1539

Titanio

HC

< 882

CCI

882 - 1668

Zirconio

HC

< 862

CCI

862 - 1852

2.3. CBICA CENTRADA EN LAS CARAS (CCC):

En la estructura cbica centrada en las caras, los tomos estn situados en los vrtices de la celdilla unidad y en el centro de sus caras, o sea, en las posiciones de los nudos de lared de Bravaisdel mismo nombre.

Las caractersticas ms importantes de este tipo de estructura pueden resumirse en:

2.3.1. tomos por celdilla

El nmero de tomos que contiene la celdilla unidad es de 4:tomos (en el centro de las caras) ytomos (en los vrtices).

2.3.2. Nmero de Coordinacin

Elnmero de coordinacinde la estructura CCC es 12. La forma ms sencilla de efectuar este recuento es situndose mentalmente en el tomo del centro de una de las caras (de color rojo en la siguiente figura), y contar todos los tomos en contacto con l (los coloreados en azul).

2.4. PLANOS DE MAYOR CONCENTRACIN ATMICA (COMPACIDAD)

Las estructuras que poseen el valor mximo de la fraccin de empaquetamiento, 74% (cota mxima para la fraccin de empaquetamiento en las estructuras) se dice que son estructuras demxima fraccin de empaquetamiento, o demxima compacidad. Como consecuencia de ello, en la estructura CCC pueden encontrarse planos atmicos con la mayor concentracin atmica posible. Estos planos son los {111}.

Planos {111} en la estructura CCC.

La siguiente tabla resume el clculo de la concentracin atmica superficial de los planos {100}, {110} y {111}, en la estructura CCC.

Planos

Seccinplanarconsiderada

Nmero de tomos contenidos en la seccin considerada

rea de la seccin planar considerada

Concentracin atmica superficial

{100}

{110}

{111}

2.4.1. INTERSTICIOS

A diferencia de la estructura CCI, en la CCC ambos tipos de intersticios tienen formas regulares.

Ubicacin de los intersticios en la estructura CCC.

Losintersticios octadricosse encuentran en elcentro del cuboy en elpunto medio de cada una de las aristasde la celdilla. Hay un total de 4 intersticios octadricos por celdilla: 1x1(en el centro del cubo) +(en mitad de las aristas. El radio mximo de un tomo que pudiera alojarse en el interior de estos intersticios vale 0.414r.

Losintersticios tetradricos se sitan en loscentros de los ocho cubitosen que se puede dividir el cubo elemental, o sea, en la posiciny equivalentes. Hay un total de 8 intersticios tetradricos por celdilla y cada uno puede albergar un tomo extrao de radio mximo igual a 0.225r. As pues, para la estructura CCC, a diferencia de la CCI, los intersticios mayores son los octadricos y no los tetradricos.

2.5. HEXAGONAL COMPACTA (HC)

En la estructura hexagonal compacta los tomos ocupan los vrtices de un prisma hexagonal regular, los centros de las bases y los centros de los tringulos alternos en que puede descomponerse la seccin intermedia del prisma. Las longitudes axiales de esta estructura son la arista de la base,a, y la altura del prisma,c.

La estructurahexagonal compactase construye a partir de la red de Bravais denominadahexagonal simple, pero asociando a cada nudo de la red no un nico tomo la estructura obtenida en ese caso no aprovechara bien el espacio sino una pareja de tomos, situados en las posicionesy,siendola posicin de cualquier nudo de la red HS.

Red HS

Base atmica

Celdilla unidad de la red hexagonal simple, y base atmica necesaria para construir la estructura hexagonal compacta.

De esta estructura pueden destacarse las siguientes caractersticas:

2.5.1. tomos por celdilla

El nmero total de tomos por celdilla es de 6:(en el centro de las bases) + 1x3(en la capa intermedia) +(en los vrtices del prisma). No obstante, se nos plantea una duda, porque en la capa intermedia se cuentan seis porciones de tomos (y antes contamos slo 3). Ntese, no obstante, que slo tres de dichas porciones tienen sus centros dentro de la celdilla; las tres restantes lo tienen en celdillas contiguas. Y advirtase, adems, que el volumen que les falta a las porciones atmicas que tienen su centro en el interior de la celdilla, es, precisamente, el que aportan las porciones que tienen su centro fuera, y que, por lo tanto, son tres los tomos con que contribuye el plano intermedio.

2.5.2. Nmero de Coordinacin

El nmero de coordinacin de la estructura HC es 12, como puede comprobarse fcilmente haciendo recuento del nmero de vecinos del tomo del centro de una base.

2.5.3. Direcciones de mayor concentracin atmica

Los tomos estn en contacto a lo largo de las aristas de las bases del prisma (son direcciones de mxima compacidad), por lo quea= 2r. Por otro lado, los tres tomos intermedios junto con cada uno de los tomos del centro de las bases, forman un tetraedro perfectamente regular. A partir de ello, puede obtenerse la relacin:

2.5.4. Fraccin de Empaquetamiento

Al igual que ocurre en laCCC. La fraccin de empaquetamiento resulta ser del 74%. Es tambin, por tanto, una estructura de mxima fraccin de empaquetamiento.

2.5.5. Planos de mayor concentracin atmica (compacidad)

Los planos de mxima compacidad son los paralelos a las bases del prisma hexagonal.

2.5.6. Intersticios

Hay un total de 6 intersticios octadricos y 12 intersticios tetradricos por celdilla. Dejamos al lector el ejercicio de identificarlos.

Red HS

Base atmica

2.6. TEORA DEL CAMPO CRISTALINO

Desde mucho tiempo atrs, los qumicos han sido deslumbrados por losmetales de transicin (tales como el hierro, el cobalto, el cromo y el nquel) en virtud de sus intrigantes geometras, sus propiedades magnticas, y sobre todo, su gran variedad de colores. Considrese la amplia gama de colores exhibidos tan slo por los xidos de los metales de transicin: Ti2O3(morado), TiO (bronceado), V2O5(amarillo), VO2(azul), CrO3(rojo), Cr2O3(verde esmeralda), Fe2O3(rojo ladrillo), NiO (verde plido) y MnO (verde oliva). Contrstese esto con la mayora de los xidos de aquellos metales que no son metales de transicin, los cuales son incoloros y si no son blancos entonces son grises y opacos. Otro fenmeno que siempre ha llamado mucho la atencin es que muchos cristales pulverizados que no muestran color alguno en cuanto son disueltos en el agua (con lo cual se hidratan los iones metlicos que hay en dichos cristales) adquieren una coloracin distintiva. Desde la formulacin muy temprana de la teora mecnico-cuntica de los orbitales atmicos, se descubri que los electrones de los orbitales atmicosdde los metales de transicin pueden ser considerados como los responsables de estas propiedades inusuales. Esta es la tesis de una teora conocida como lateora del campo cristalino(en virtud de que la acepcin inglesa original esCrystal Field Theory, tal vez una traduccin ms correcta serateora del campo del cristal, aunque la costumbre ha favorecido lo primero), la cual ha correlacionado de manera elegante la estructura electrnica, el color, la geometra, los efectos magnticos y muchas otras propiedades fsicas y qumicas de los metales de transicin.

La teora del campo del cristal fue propuesta en 1929 por el fsicoHans Bethe, tras lo cual fue mejorada con varias modificaciones formuladas porJohn Hasbrouck van Vlecken 1935 permitiendo la participacin de la covalencia en las interacciones.

Existen muchos niveles de energa disponibles para los electrones en los estados excitados de los iones gaseosos aislados de los metales de transicin, y las posiciones de estos en relacin a sus estados basales son bien conocidas gracias a un estudio cuidadoso de los espectros de emisin. De cualquier modo, esto no es suficiente para explicar las energas de absorcin relacionadas con los colores de los compuestos de los metales de transicin. Cualquier teora respetable de sus estructuras debe poder remediar este vaco y tambin debe ser compatible con los cambios experimentalmente observados en el color y las propiedades magnticas en los nmeros de oxidacin y los entornos que rodean al in metlico. La teora del campo cristalino ha tenido xito en esto y en muchas otras cosas. Aunque los detalles de la teora son algo elaborados, afortunadamente para poder entenderla cualitativamente solo se requiere aceptar dos cosas:

1) Las formas geomtricas de los orbitales 3d(de los cuales hay cinco, a saber:dxy,dyz,dxz,dx2-y2ydz2).2) La ley electrosttica que nos dice que cargas elctricas iguales se repelen.Las formas geomtricas de los orbitales 3dson, desde luego, las siguientes:

Es importante no olvidar que todos estos orbitales conviven juntos en un mismo espacio traslapndose entre s, aparentemente confundindose pero de alguna manera logrando mantenerse independientes y separados el uno del otro como las soluciones matemticas que son a la ecuacin de Schrdinger:

Se ha vuelto costumbre darle a los iones negativos que cubren al in metlico el nombre deligandos, por ejemplo:

En cambio cuando el campo cristalino es fuerte, se invierte de ms energa en promover los dos electrones de los orbitales inferiores a los orbitales superiores que la energa requerida para aparearlos con otros electrones en los orbitales inferiores, razn por la cual con un campo cristalino fuerte se sigue favoreciendo el apareamiento de electrones sobre la reparticin de los mismos en sub-orbitales diferentes. Esta situacin se sigue sosteniendo en el siguiente diagrama de energa para el sistema octadrico que nos muestra a los iones de fierro Fe++y cobalto Co3+con seis electrones disponibles:

Llenos los orbitales inferiores, el llenado slo puede continuar llevndose a cabo en los orbitales superiores, ya sea en un campo cristalino dbil o en un campo cristalino fuerte, como lo muestra el siguiente diagrama de energa para el sistema octadrico en donde se tiene al in de cobalto Co++ con siete electrones disponibles:

Los iones cianuro tienen una fuerte tendencia a formar complejos de orbitales internos, y los iones fluoruro tienen la tendencia ms dbil para formar complejos de orbitales internos. Ordenando los ligandos comunes de acuerdo con su tendencia a formar complejos de orbitales internos es justo lo que nos produce una serie espectroqumica como la que est dada arriba. Ahora bien, en el in gaseoso Fe3+las cinco subcapasdestn ocupadas por cinco electrones con spines paralelos. Para el in libre, los cinco electrones tienen la misma energa, pero despus de que los iones donadores cianuro forman complejos octadricos, esto ya no es cierto. Los iones cianuro inyectan, en efecto, una carga negativa al in Fe3+. Por lo tanto, todos los electronesdson rechazados por los grupos cianuro, pero los electronesdcuyas nubes electrnicas caen a lo largo de los ejes x-y-z, es decir, a lo largo de las ligaduras Fe3+-CN.-, son repelidos con mayor fuerza. De acuerdo con esto, los electrones en los orbitalesdz2ydx2-y2se hacen menos estables que los electrones en los orbitales dxy,dyzydxzal igual que como lo vimos arriba para el caso del in Ti3+.

Las cinco subcapas originalesd, que tenan energas iguales, se separan en dos grupos con diferentes energas, teniendo los nivelesdxy,dyzydxzenergas ms bajas que los nivelesdz2ydx2-y2. Nuevamente, nos encontramos con la situacin detallada arriba:

Hay dos posibilidades: la primera es que los electrones permanezcan desapareados como en el in libre Fe3+(si no fuera por el hecho de que el apareamiento de electrones requiere energa, los electrones de los niveles superioresdse aparearan para tomar posiciones en los niveles ms bajos). A medida que la separacin de energa de los dos sistemas de niveles se hace ms y ms grande, eventualmente llegamos al punto en que la energa ganada cuando todos los electrones han ocupado los niveles ms bajos, conapareamiento, es ms que suficiente para sobrepasar la prdida de energa asociada con el apareamiento de electrones. Si los ligandos tienen slo una ligera tendencia a donar sus electrones no compartidos, la separacin de los niveles de energa ser pequea, y los electrones tendrn el ordenamiento desapareado como en el in libre, lo cual se muestra en el diagrama energtico de arriba en(a).

Si, por otra parte, los ligandos donadores aportan fcilmente su par de electrones, la separacin se hace lo suficientemente grande, de modo que los electrones llenan los niveles interiores preferentemente sobre los niveles superiores. Esto lleva al apareamiento y a la situacin presentada arriba en(b). Como antes, un ligando como el CN.-favorece las condiciones de spines no apareados. El complejo de spines apareados (algunas veces considerado como el caso del campo fuerte) es equivalente al complejo de orbitalesinternos. El complejo de spines desapareados (algunas veces considerado como el caso del campo dbil) es equivalente al complejo de orbitalesexternos.

No todos los iones de los metales de transicin estn rodeados por aniones o molculas en una configuracin octaedral. Hay otras geometras posibles tales como la tetradrica, la plana cuadrada, la hexagonal, la trigonal, etc. En el caso de la configuracin tetradrica de cuatro ligandos:

sta simetra est estrechamente relacionada con la simetra octadrica. En la simetra tetradrica, los ligandos tetradricos evitan los lbulos de los orbitalesdz2ydx2-y2, y es ms factible que perturben los otros tres orbitalesd.

No resulta sorprendente entonces que el patrn de desdoblamiento estinvertidocuando una simetra octadrica es reemplazada con una simetra tetradrica (o viceversa) aunque esto no parezca posible simplemente viendo las figuras de arriba:

Aqu tenemos que conformarnos con aceptar los resultados obtenidos mediante tratamientos tericos ms rigurosos, los cuales demuestran que la separacin entre los niveles de energa obtenida con simetra tetradrica es ms pequea que la separacin obtenida con simetra octadrica. Para cargas y distancias equivalentes de ligandos, tetraes igual a -(4/9) oct, en donde el signo negativo indica la inversin de los ligandos mostrada arriba.

La siguiente figura delcalor de hidratacinde iones metlicos M doblemente positivos (el cual al ser liberado proporciona un aumento en la estabilidad del in aislado cuando es disuelto en agua y es rodeado por unas seis molculas de agua) es un ejemplo claro del fenmeno:

Si no supiramos nada de los efectos del campo cristalino, esperaramos un incremento casi lineal en la energa de hidratacin desde el calcio Ca++hasta el zinc Zn++debido a la atraccin de los ligandos hacia una carga nuclear efectiva creciente del in metlico bajo consideracin. Aunque los iones en la serie son formalmente especies doblemente positivas, sus cargasefectivasno son +2. Del calcio al zinc, las cargas nucleares positivas de estos metales aumentan en forma regular, sin embargo cada incremento es cancelado en forma parcial por el incremento en el nmero de los electronesdexternos ya que los electronesdno proporcionan mucho blindaje.

La curva experimental de los calores de hidratacin (mostrada en color naranja caf en la figura de arriba) muestra sin embargo claramente dos picos, con un mnimo entre dichos picos ocurriendo justo en el manganeso Mn++. Si restamos de la curva experimental las energas de estabilizacin de los campos cristalinos para iones metlicos doblemente positivos en un campo cristalino dbil, el resultado ser la curva suave y lineal mostrada de color verde, justo lo que esperaramos de los argumentos que se han presentado arriba.El carcter de la doble joroba en la curva experimental es debido simplemente a la estabilidad adicional lograda por los electrones d en un campo octadrico. Curvas similares mostrando comportamientos semejantes para radios inicos, energas de disociacin de molculas gaseosas, constantes de estabilidad para iones complejos, y hasta velocidades de reacciones qumicas en las superficies de los compuestos de los metales de transicin, han sido explicados elegantemente as por la teora del campo cristalino.

Otro triunfo de la teora del campo cristalino es que permiti explicar el por qu ciertos compuestos de los metales de transicin se distorsionaban de la simetra octadrica perfecta que se esperaba que tuvieran. Este efecto, conocido como elefecto Jahn-Teller, descubierto tericamente de manera conjunta porHermann Arthur JahnyEdward Teller, conocido tambin como ladistorsin Jahn-Tellero como elteorema Jahn-Teller, describe la distorsin geomtrica de molculas no-lineales bajo ciertas condiciones. Recurriendo a argumentos basados en la Teora de Grupos, Jahn y Teller demostraron que las molculas no-lineales que son espacialmente degeneradas no pueden ser estables. Aquellas molculas que se encuentran en una situacin como sta experimentarn una distorsin geomtrica que remover la degeneracin en virtud de que la degeneracin disminuir la energa total del complejo molecular volvindolo ms estable (una forma ms mundana de explicar el efecto es que a la Naturaleza no le gustan mucho los estados degenerados, y distorsionar un sistema con el propsito de remover la degeneracin). Este efecto puede ser demostrado experimentalmente mediante los espectros de absorcin de compuestos inorgnicos en el rango UV-vis (Ultra-Violeta-visual) en donde frecuentemente ocasiona un desdoblamiento de las bandas espectrales.

Un ejemplo que ilustra la distorsin Jahn-Teller es el in de cobre Cu2+. Su configuracin electrnicad.9 tiene tanto en el campo octadrico fuerte como en el campo octadrico dbil una degeneracin orbital doble en el nivel energtico superior. Hay dos configuraciones posibles, la distribucin I:

Y la distribucin II:

En la distribucin I, los dos ligandos a lo largo del eje-z estn menos blindados de la carga nuclear positiva del in metlico, y consecuentemente pueden ser atrados hacia el ncleo resultando en un octaedro distorsionado con dos distancias metal-ligando cortas y cuatro distancias metal-ligando largas. Conforme se acercan los ligandos al ncleo, su efecto perturbador sobre el electrndz2aumenta, volviendo a este nivel menos estable que el niveldx2-y2. Por otro lado, en la distribucin II, los dos ligandos en el plano x-y se aproximan, resultando en un octaedro distorsionado con cuatro distancias metal-ligando cortas y dos distancias metal-ligando largas. El siguiente grfico animado nos muestra, alternadamente, el contraste entre las dos distribuciones posibles:

Obsrvese que en las estructuras distorsionadas, la degeneracin original que haba en los orbitales dz2ydx2-y2es removida. Obsrvese que tambin hay un efecto pequeo de remocin en la degeneracin que haba en los orbitalesdxy,dyzydxz.

Al igual que con muchas otras cosas en la Mecnica Cuntica, no existe una manera de poder predecir tericamente de antemano cul de las dos distorsiones ocurrir para un in metlico cualquiera, y la nica manera de poderlo saber es yendo al laboratorio para llevar a cabo el experimento. En lo que toca a sistemas con el in de cobre Cu2+, estos prefieren la distorsin que corresponde a la distribucin de tipo II.

Lo que hemos visto aqu de manera cualitativa es el extracto destilado de algunas de las conclusiones que se obtienen cuando se lleva a cabo la suma de funciones de onda apropiadas que corresponden a los orbitales atmicos y moleculares bajo consideracin. Puesto que estos sistemas tienen representaciones matriciales, y puesto que las matrices que tienen que ver con cuestiones de simetra pueden ser manejadas como elementos grupales dentro de la Teora de Grupos, esto nos indica el camino a seguir para poder encontrar nuevas interpretaciones y poder obtener nuevos resultados como los que se han logrado con la teora del campo cristalino.

2.7. EMPLEO Y USOS DE LAS ALEACIONES DE COBALTO:

La mayor demanda mundial de cobalto se genera en el sector industrial dedicado a la fabricacin de aleaciones de alto rendimiento, carburos cementados y tratamiento de aceros.

Las aleaciones resistentes a la temperatura, llamadassupe aleaciones, o aleaciones de alto rendimiento contienen cobalto y se emplean en la industria y en las turbinas de los aviones. Una aleacin con acero llamadaacero de cobaltose utiliza para fabricar imanes permanentes. Con el carburo de volframio el cobalto forma elcarboloy, un material resistente usado para cortar y trabajar el acero; en aleacin con el cromo, el cobalto produce laestelititapara usos similares al anterior. Tambin se emplea en la industria de la cermica y en el secado de pinturas, as como de catalizador.

El cobalto es utilizadoen las turbinas de los aviones

Aleacionesentre las que cabe sealarsuperaleacionesusadas enturbinas de gas de aviacin, aleaciones resistentes a lacorrosin,aceros rpidos, ycarburoscementados y herramientas dediamante. Herramientas de corte enprocesos de fabricacinparafresadoras.

Imanes(Alnico,Fernico,Cunico,Cunife) ycintas magnticas.

Catlisisdelpetrleoe industria qumica.

Recubrimientos metlicos pordeposicin electrolticapor su aspecto, dureza y resistencia a la oxidacin.

Secante parapinturas,barnicesytintas.

Recubrimiento base deesmaltes vitrificados.

Pigmentos(cobalto azul y cobalto verde).

Electrodosdebateras elctricas

Cables de acero deneumticos.

ElCo-60se usa como fuente deradiacin gammaenradioterapia, esterilizacin de alimentos (pasteurizacinfra) yradiografaindustrial para el control de calidad de metales (deteccin de grietas).

2.7.1. Materiales avanzados para motores elctricos de alto rendimiento

Vacuumschmelze GmbH & Co. KG (VAC), empresa representada en Espaa por Anatronic, S.A., anuncia el desarrollo de materiales magnticos para uso especfico en motores y generadores elctricos de elevada eficiencia y baja disipacin de potencia, como los encontrados en la industria aeroespacial, deportes de motor y automatizacin. La magnetizacin de saturacin 2.35T de la aleacin de cobalto-hierro de VAC supera las prestaciones de cualquier material magntico soft, como el acero elctrico convencional (por ejemplo, M270-35A). VACODUR 50 y VACODUR S+ son aleaciones CoFe avanzadas que se basan en la exitosa lnea VACOFLUX 50. Con hasta 800 MPa, VACODUR S+ est especialmente indicada para ensamblajes de rotor en motores de altsima velocidad.

En combinacin con la amplia gama de procesos avanzados de produccin de la representada de Anatronic, las propiedades de estos materiales garantizan mxima densidad de energa y mnima disipacin de potencia. Las tecnologas de baja fatiga, adecuadas a las aleaciones usadas (tcnica stacking de VAC), permiten factores del 98 por ciento con un grosor de metal de 0.1 mm. Los mtodos convencionales suelen tener problemas para alcanzar factores cercanos al 90 por ciento.

Adems, las caractersticas Power Packs dotan de un aislamiento muy eficiente entre las capas individuales, minimizando las prdidas de corriente inducida. VAC ofrece la opcin de combinar estos stacks de ncleo con materiales magnticos VACOMAX o VACODYM, usando novedosos procesos de adhesin, para incrementar an ms la densidad y optimizar el rendimiento.

2.7.2. USOS:

El cobalto es un metal duro, es ferromagntico de color blanco azulado. Si alguna vez te has preguntado para sirve el cobalto, dando respuesta a esta pregunta tenemos los posibles usos de este metal:

El xido de cobalto de litio se utiliza como un electrodo de bateras de litio. Las bateras recargables de nquel hidruro metlico (NiMH) tambin contienen algo de cobalto

Pinturas, barnices y tintas se pueden hacer con cobalto para conseguir determinados colores.

El cobalto se suele aadir a las aleaciones para crear lo que se conoce como superaleaciones o aleaciones de alto rendimiento estas aleaciones tienen una temperatura estable por lo que son ampliamente utilizados en motores a reaccin y turbinas de gas. Estas aleaciones se utilizan tambin en las caderas y rodillas protsicas cuando se necesitan estos tipos de implantes, algunos dientes postizos se realizan con cobalto para evitar alergias al nquel. Los imanes permanentes tambin estn hechos de cobalto.

Varios compuestos de cobalto son muy importante en la industria, ya que actan como catalizadores. Acelerando las reacciones qumicas. Los combustibles lquidos y polmeros se obtienen mediante el uso de catalizadores de cobalto.

Es posible crear una bomba nuclear usando cobalto 59. La explosin sera muy pequea. Pero el rea afectada se contaminara con los residuos radiactivos durante algn tiempo.

El cobalto 60 se utiliza en medicina para producir rayos gamma. Estos se utilizan en radioterapia, esterilizacin de material mdico y de desecho, para esterilizar alimentos y para medir la densidad de un objeto.

El cobalto 57 tambin se utiliza en la medicina. Se pueden utilizar para calcular que cantidad de vitamina B12 est presente en el organismo.

La capa base para esmaltes de porcelana estn hechas de cobalto.

Algunas joyas y cubertera estn galvanizadas (recubiertas con cobalto, ya que es duro y resistente a la oxidacin.)

2.8. ALEACIONES BINARIAS DE COBALTO CON METALES NO FRRICOS Y CON HIERRO

Algunas aleaciones binarias de cobalto con metales no frricos de uso ms frecuente son las Co-Ni, Cr - Co, Co-W, Co-Ta, Co-Ti, Co-V, Co-Mo o Co-P. Poseen cualidades de dureza y resistencia, en particular a la oxidacin, abrasin y corrosin provocadas por la accin de gases y sales fundidas. Las aleaciones del tipo Ni-Co, cuyo contenido en cobalto vara entre el 1% y 18%, son muy utilizadas en manufactura de aceros con revestimientos resistentes y dctiles, que soportan un pulimento de grano muy fino. Las de Co-W, como la denominada Carboloy o las de Co-Cr se emplean en herramientas de mano, discos de sierra, taladros y tiles diversos para la mecanizacin del hierro, acero y en general materiales de gran dureza. Las denominadas aleaciones frricas contienen generalmente entre un 12% y un 13% de hierro.Las aleaciones frricas no requieren calentamiento para su mecanizacin y admiten bien la soldadura. Un contenido abundante de cobalto (incluso superior al 80%) modifica algunas de las propiedades del hierro; el material resultante tolera mayores esfuerzos de tensin y su lmite elstico es superior al del hierro sin alear. En otros casos la presencia del cobalto mejora parmetros fsicos, como la coercitividad magntica, la conductividad trmica o la conductividad elctrica (esta ltima alcanza valores mximos cuando la aleacin contiene porcentajes de cobalto entre 10% y 65%). La coercitividad se puede definir como el material usado para la fabricacin de la banda magntica.

Durante la manufactura de piezas especficas es posible modular las propiedades de la aleacin en funcin del contenido en cobalto, de modo que las mismas tengan grado de tenacidad variable, en unos u otros sectores o secciones, de modo que se adecua el componente a unas determinadas condiciones finales de trabajo. Es el caso de tiles para perforacin mecnica.

2.9. EMPLEO DEL METAL COBALTO Y SUS ALEACIONES

El mayor consumo de cobalto refinado se produce en la industria de manufactura de aleaciones y superaleaciones. En lneas generales, las aleaciones con cobalto ofrecen una gama de cualidades fsicas muy amplia (en funcin tambin de los restantes componentes de la aleacin y sus proporciones relativas); por ejemplo, alcanzan muy elevado grado de ductilidad las de Co-Ni-Mn-Ti o, al contrario, muy elevado grado de rigidez las de Co-Cr-Mo-W-Si. La fusin es un mtodo comn en la fabricacin de estas aleaciones; no obstante, en la actualidad se obtiene excelentes rendimientos con otros procesos de manufactura como la pulvimetalurgia, que aplica tcnicas de prensado a alta presin y en seco, de mezclas de metales en polvo y un posterior calentamiento (sin sobrepasar el punto de fusin de los distintos componentes de la aleacin).

2.9.1. Superlaciones y aleaciones multicomponentes

Las superaleaciones estn formadas bsicamente por una matriz con nquel o con nquel y otros metales, como el cobalto, y por un porcentaje menor (en torno al 7%) de otros componentes como el cromo, molibdeno, wolframio, carbono, silicio, hierro, etc.La aportacin principal del cobalto a este tipo de aleaciones es un incremento en la resistencia frente al desgaste y la corrosin a altas temperaturas (superiores a 800C). Son por ejemplo de uso frecuente, en la industria aeronutica, en la fabricacin de labes u otros componentes, turbo-compresores para motores a reaccin o tambin en la construccin de turbinas de vapor o de gas.

El cobalto interviene en tipos de aleaciones multicomponentes de aplicacin especfica como prtesis dentales o aleaciones tipo Widia12 que renen cualidades de resistencia a la corrosin, erosin, abrasin y descamacin en la superficie ("galling"). Determinadas aleaciones multicomponentes participan en las actuales pilas o bateras recargables.Las aleaciones magnticas de media-baja intensidad (imanes blandos) tienen la caracterstica de permanencia de un magnetismo remanente mnimo tras cesar el campo elctrico inductor de uso especfico en pequeos motores, generadores, transformadores estticos o cintas magnticas de grabacin de imagen y sonido.

Imanes de cobalto:

2.10. Carburos cementados (metal duro)

Las aleaciones de carburo cementado-cobalto se preparan comnmente con cobalto sinterizado, en un proceso que comprende calentamiento a 1 375 C, humidificacin y aglutinado con las partculas de carburo de wolframio. La manufactura de carburos cementados implica costes relativamente bajos. Por su resistencia al desgaste, que supera entre 12 y 20 veces la del acero rpido, se emplean en herramientas de metal-duro para mecanizado y corte (taladros, fresas, terrajas, discos de corte, etc.).

Otras ventajas se refieren a su punto de fusin, ms bajo que el de los carburos de wolframio sin base de cobalto, lo que rentabiliza el coste de la adicin de este metal.

Herramienta y turbina aleadas con cobalto

Transcripcin de Aleaciones De Nquel Y Cobalto

Es un metal importante de ingeniera debido a su excepcional resistencia a la corrosin y a la oxidacin a elevada temperatura.

Aleaciones De Nquel Y Cobalto Usos del Nquel

El cobalto (Co) es un metal duro que generalmente se obtiene a travs de los procesos de minera de nquel, plata, plomo, cobre y hierro. Fue descubierto por Georg Brandt en 1739 al tratar de demostrar que algunos minerales derivados de metales pueden teir el cristal de color azul.

Yacimientos donde se obtiene el cobalto:

Zambia

Canad

Congo

Australia

Las aleaciones de cobalto encuentran gran aplicacin por la excelente resistencia al desgaste y las propiedades mecnicas a alta temperatura. El cobalto es metalrgicamente similar al nquel, y la mayora de las aleaciones de construccin contienen cantidades sustanciales de nquel para aumentar la ductilidad a alta temperatura. Aleaciones a base de cobalto El Cobalto-60 (60Co) es un istopo radiactivo sinttico del cobalto, con un periodo de semidesintegracin de 5,27 aos. 60Co decae por desintegracin beta al istopo estable nquel-60 (60Ni).Las principales aplicaciones del 60Co son:

Elemento traza de cobalto en reacciones qumicas.

Esterilizacin de equipo mdico.

Fuente de radiacin para radioterapia mdica,

Fuente de radiacin para radiografa industrial.

Fuente de radiacin para nivelar artefactos y verificar espesores.

Fuente de radiacin para irradiacin de alimentos.

Fuente de radiacin para uso de laboratorio.

2.10.1. Cobalto-60 Superaleaciones

Son aleaciones de nquel, hierro-niquel y cobalto que contienen grandes cantidades de elementos de aleacin, con la finalidad de producir una combinacin de alta resistencia a temperaturas elevadas, resistencia a la termofluencia y resistencia a la corrosin. Endurecimiento por solucin solida Adiciones de Cr, Mo, y W, as como pequeas adiciones de Ta, Zr, Bn, B dan endurecimiento por solucin solida. Efectos de endurecimiento por solucin solida son estables. Endurecimiento por dispersin de carburos. La red de carburo interfiere con el movimiento de dislocaciones e impide el deslizamiento de lmites de granos. Los carburos incluyen TiC, BC, ZrC, TaC, Cr7Cr, Cr23C6, Mo6C y W6C.Stellite 6B (superaleacin con base de cobalto) Endurecimiento por PrecipitacinPrecipitado coherente y'(Ni3Al Ni3Ti) durante el envejecimiento Partculas y Al hacer variar la temperatura de envejecimiento, se puede producir precipitados de varios tamaos. El uso de superaleaciones de alta temperatura puede mejorar cuando se utiliza un recubrimiento de cermica Superaleaciones de cobalto A principios del siglo XX El Wood Haynes patent las aleaciones de Co-Cr y Co-Cr-W. Estas aleaciones se denominan "estelite", se utilizan para la produccin de herramientas de corte y piezas resistentes al desgaste. Muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la resistencia y la dureza en caliente. Es un elemento poco habitual en los aceros. Aumenta las propiedades magnticas de los aceros. Se usa en los aceros rpidos para herramientas y en aceros refractarios.

2.11. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA CARGA DE ROTURA DE DIFERENTES ALEACIONES DE COBALTO.

El cobalto es, al igual que el hierro y titanio, un metal alotrpico, que transforma a los 467C de una estructura hexagonal densa a una cbica centrada en las caras (c.c.c.). El metal tiene un punto de fusin de 1493C, manteniendo sus propiedades magnticas hasta los 1115C, temperatura de Curie.

2.12. PROPIEDADES MECNICAS Y PRINCIPALES APLICACIONES DE ALGUNAS ALEACIONES DE NQUEL Y COBALTO.

En la tabla 13.15, se recogen algunas propiedades fsicas y mecnicas del cobalto, as como las principales propiedades y aplicaciones de diferentes aleaciones base nquel y cobalto.

La resistencia a la corrosin y oxidacin del cobalto es menor que la del hierro, y esto, unido a su elevado costo, hacen que el metal puro no tenga en la prctica aplicacin industrial. En cambio, si se utiliza de manera importante como elemento de aleacin proporcionando a sus aleaciones una elevada refractariedad, importante resistencia a la corrosin y excelentes propiedades magnticas. Por ello, las aplicaciones ms importantes del cobalto son:

1.

Como elemento de aleacin en aceros de herramientas y en aceros al cobalto para imanes permanentes.

2.

Aleado para recargues duros resistentes al desgaste.

3.

Como cementante del metal duro sinterizado.

4.

Como base de aleaciones resistentes a la corrosin, para imanes o superaleaciones.

En general, las aleaciones base cobalto, al igual que las base nquel, son bastante complejas, resultando difcil su clasificacin por la composicin, realizando por tanto la misma por sus aplicaciones, agrupndose en los grupos siguientes:

1.

Aleaciones resistentes a la corrosin.

2.

Aleaciones resistentes a la abrasin.

3.

Herramientas de metal duro.

4.

Superaleaciones base cobalto.

5.

Aleaciones para imanes permanentes.

6.

Aleaciones de alta permea-bilidad magntica.

2.12.1. SUPERALEACIONES BASE NQUEL Y COBALTO:

Las superaleaciones contienen grandes cantidades de elementos de aleacin con el fin de producir una combinacin de alta resistencia a altas temperaturas, resistencia a la termofluencia a temperaturas superiores a los 1000C, y resistencia a la corrosin. Sin embargo, estas propiedades a elevadas temperaturas se obtienen para temperaturas de fusin de las aleaciones del mismo orden que las correspondientes a los aceros al carbono.

Hay tres categoras de superaleaciones, base nquel, hierro y cobalto, denominados segn las casas comerciales que las patentaron. Las aplicaciones tpicas responden a la necesidad de soportar grandes esfuerzos a elevadas temperaturas, por ello se aplican en labes de turbomquinas, intercambiadores de calor, elementos para recipientes de reacciones qumicas y equipos para el tratamiento trmico de aleaciones. La figura 13.34 muestra el efecto de la temperatura en las propiedades de carga de rotura

Comportamiento de la tensin hasta rotura de superaleaciones a 650 y 1100c.

Con el fin de obtener altas resistencias en fro y a elevadas temperaturas, los elementos de aleacin deben producir un endurecimiento y una microestructura del material estable a estas temperaturas. Los procesos de endurecimiento generalmente empleados en estas aleaciones son: endurecimiento por solucin slida, endurecimiento por dispersin de carburos, y endurecimiento por precipitacin.

Endurecimiento por solucin slida. Grandes adiciones de cromo, molibdeno y volframio, y pequeas adiciones de tntalo, circonio, niobio y boro proporcionan un endurecimiento por solucin slida. Puesto que durante el calentamiento no ocurren procesos de ablandamiento, los efectos del endurecimiento resultan bastante estables, actuando los bordes de grano como frenos al avance de las dislocaciones. En consecuencia, esto hace a la aleacin resistente a la termofluencia.

Endurecimiento por dispersin de carburos. Todas las aleaciones, aunque no se haya especificado en su composicin qumica, contienen pequeas cantidades de carbono, el cual, en combinacin con otros elementos de aleacin, produce una red de finas partculas de carburo muy estables. Estos carburos, tales como el TiC, BC, ZrC, TaC, Cr7C3, Cr23C6, Mo6C y W6C, que tienen una extraordinaria dureza. La estelita 6B, superaleacin base cobalto, posee una elevada resistencia al desgaste y a la erosin a altas temperaturas debido a estos carburos.Endurecimiento por precipitacin. Algunas de las superaleaciones de nquel y de Fe-Ni que contienen Al y Ti forman precipitados endurecedores, coherentes con la matriz, del tipo' (Ni3Al o bien Ni3Ti), durante el envejecimiento, que aumentan en gran medida la resistencia de la aleacin, sobre todo a elevada temperatura.

2.12.2. ALEACIONES PARA IMANES PERMANENTES:

Son aleaciones que contienen entre el 5 y el 35% de cobalto y pueden dividirse, fundamentalmente, en dos grupos: Alnicos y Cunicos.Losalnicosson aleaciones de composicin 5-35% Co, 12-25% Ni, 5-11% de Al, y eventualmente titanio y cobre, siendo el resto hierro. Estas aleaciones no son forjables ni mecanizables, por lo que deben moldearse con sus dimensiones exactas, o bien mediante metalurgia de polvos con lo que presentan mejores propiedades mecnicas y una mayor facilidad de conformacin. Tras su imanacin en un campo magntico elevado se obtienen excelentes propiedades, BHmx. de 12000-36000 J/m3. Loscunicosson aleaciones Co-Ni-Cu dctiles y mecanizables que se utilizan en aquellos casos en que la forjabilidad es esencial. Estos imanes se emplean en fabricacin de instrumentos de medida elctricos, pequeos motores y magnetos, tubos de televisin, altavoces, instalaciones telefnicas, aparatos de radar, etc.

2.12.3. ALEACIONES DE ALTA PERMEABILIDAD MAGNTICA:

Estas aleaciones alcanzan elevadas intensidades de imantacin en un campo magntico dbil, emplendose en diafragmas de receptores y equipos sonar. Las dos aleaciones ms importantes son:

1.

Hyperco, de composicin 33% Co, 64% Fe, 1% Cr.

2.

Permendur, de composicin 50% Co, 50% Fe.

Estas aleaciones, normalmente, no son laminables ni forjables, y se caracterizan por tener muy altos valores de saturacin debido al elevado porcentaje en Co, superior incluso al del hierro muy puro. Para la aleacin Hyperco, la saturacin se alcanza con 24200 gauss, siendo de 21000 gauss la saturacin del hierro.

Cobalto: Es el nico aleante que desplaza las curvas TTT del acero hacia la izquierda. Da dureza secundaria de revenido. Aumenta la resistencia a la formacin de xidos a altas temperaturas. La adicin de 8 a 10% de cobalto a los aceros para herramientas, aumenta sus propiedades de corte.

Curvas TTT de un acero eutectoide (0,77% C)

2.13. COMPARACION DE CUADROS DE ALEACIONESDEL COBALTO CON DIFERENTES METALES:

Las aleaciones ms corrientes del cobalto, de las que las ms importantes se incluyen en en la siguiente tabla son con hierro, nquel, cromo y volframio

%

Co

Cr

W

C

Ni

Fe

V

Mo

Mn

Ti

acero rpido I

5

4

14

0.75

x

x

2

0.5

x

X

acero rpido II

12

4

20

0.8

x

x

1.25

0.6

x

X

stellite

45 - 55

30 - 35

12-17

x

x

x

x

x

x

X

carburo cementado

13

x

82

5

x

x

x

x

x

X

acero para imanes I

35 - -41

3 a 6

4 a 7

0.9

x

resto

x

x

0.30 - 0.85

X

acero para imanes II

15 a 30

x

x

x

10.25

resto

x

x

x

8.25

acero para imanes vicalloy

36 - 65

x

x

x

x

30 - 52

6 a 16

x

x

X

composicin qumica tpica supe aleaciones o aleaciones de alto rendimiento basadas en nquel

Aleacin

%Ni

%Cr

%Co

%Mo

%Al

%Ti

%Nb

%C

%B

%Zr

% Otros elementos

Inconel X-750

73,0

18,0

-

-

0,8

2,5

0,9

0,04

-

-

6,8% Fe

Udimet 500

53,6

18,0

18,5

4,0

2,9

2,9

-

0,08

0,006

0,05

Udimet 700

53,4

15,0

18,5

5,2

4,3

3,5

-

0,08

0,03

-

Waspaloy

58,3

19,5

13,5

4,3

1,3

3,0

-

0,08

0,006

0,06

Astroloy

55,1

15,0

17,0

5,2

4,0

3,5

-

0,06

0,03

-

Rene 41

55,3

19,0

11,0

10,0

1,5

3,1

-

0,09

0,005

-

Nimonic 80

74,7

19,5

1,1

-

1,3

2,5

-

0,06

-

-

Nimonic 90

57,4

19,5

18,0

-

1,4

2,4

-

0,07

-

-

Nimonic 105

53,3

14,5

20,0

5,0

1,2

4,5

-

0,2

-

-

Nimonic 115

57,3

15,0

15,0

3,5

5,0

4,0

-

0,15

-

-

Composicin qumica tpica supe aleaciones basadas en nquel

Aleacin

%Ni

%Cr

%Co

%Mo

%Al

%Ti

%Nb

%C

%B

%Zr

% Otros elementos

B-1900

64,0

8,0

10,0

6,0

6,0

1,0

-

0,10

0,015

0,1

4,0% Ta

MAR-M200

60,0

9,0

10,0

-

5,0

2.0

1.0

0,13

0,015

0,05

12,0% W

Inconel 738

61,0

16,0

8,5

1,7

3,4

3,4

0,9

0,12

0,01

0,10

1,7% Ta,3,6% W

Rene 77

58,0

14,6

15,0

4,2

4,3

3,3

-

0,07

0,016

0,04

Rene 80

60,0

14,0

9,5

4,0

3,0

5,0

-

0,17

0,015

0,03

4,0%W

2.14. COMPOSICIN DE LA FASE

Las fases principales de las aleaciones de alta temperatura incluyen:

La fase gamma () es una matriz de red cristalina. En esta fase, la solucin slida contiene una gran cantidad de Co, Cr, Mo, W.

La fase gamma prima (') formada por partculas de precipitado, que tiene tambin una red cristalina. En esta fase incluye elementos tales como Al y Ti. La fraccin de volumen de esta fase respecto a la matriz de austenita coherente es bastantemente grande.

Carburos. El contenido de carbono en las aleaciones es relativamente bajo (0,05-0,2%). Se une a los elementos formadores de carburo: Ti, Ta, Hf

Lmite de grano de la fase '. Esta fase est forma una pelcula a lo largo de los lmites de grano durante el tratamiento trmico.

Boruros se sitan en los lmites de grano en forma de partculas extraas.

Las otras fases, como la fase y , tienen una morfologa laminar. Estas fases provocan la fragilizacin del material y no son deseables.

2.15. TRATAMIENTO TRMICO

Las supe aleaciones de nquel forjado contienen dispersado en la matriz carburos (MC). Un recocido homogeneizador permita preparar una matriz para obtener una distribucin uniforme de partculas de la fase de endurecimiento ' durante posterior envejecimiento. Por ejemplo, la aleacin de Inco 718 se somete a un recocido homogeneizador durante 1 hora a 768 C, y el envejecimiento se lleva a cabo en dos etapas: 8 horas a 718 C y 8 horas a 621 C. Despus del recocido es importante para mantener la velocidad de enfriamiento para evitar las indeseables separaciones de fases. El enfriamiento entre las etapas de envejecimiento se lleva a cabo de manera continua durante 2 horas.

2.16. SUPER ALEACIONES BASADAS EN COBALTO

A principios del siglo XX Elwood Haynes patent las aleaciones de Co-Cr y Co-Cr-W. Estas aleaciones se denominan "estelite", se utilizan para la produccin de herramientas de corte y piezas resistentes al desgaste. En la dcada de 1930, se cre una aleacin para fundicin de Co-Cr-Mo para odontologa protsica denominadaVitalio. Una aleacin de composicin similar la HS-21 comenz a utilizarse ms adelante en la dcada en turbinas de gas. Al mismo tiempo comenz a utilizar una aleacin de Co-Ni-Cr en los labes de los motores de turbina de gas. En 1943 se desarroll una aleacin de Co-Ni-Cr-W (X-40) para fundicin tambin utiliza en la fabricacin de labes. El desarrollo de nuevos superaleaciones a base de nquel son hechas por fusin al vaco y el endurecimiento debido a la separacin de fase ' entre las dcadas de 1950 a 1970 provoco una disminucin en el uso de aleaciones basadas en cobalto.Las superaleaciones de base de cobalto, no tienen una fase de consolidacin secundaria gamma prima.

Resistencia al calor Uno de los factores que determinan la resistencia al calor es alta resistencia a la fluencia. Resistencia al calor de las aleaciones se evala fuera de la resistencia a largo plazo y la fluencia a temperaturas elevadas, y est asociado principalmente con su estructura y composicin. La estructura es resistente al calor para ser multifsicos con unos lmites de grano fuertes y fases.1En el nquel aleaciones resistentes al calor es proporcionado por dicho multi-componente de aleacin. En este caso la resistencia al calor de las aleaciones es mayor, mayor es la fraccin en volumen de fase de refuerzo y mayor es su estabilidad trmica, es decir, resistencia contra la disolucin y la coalescencia a temperaturas muy elevadas.

Resistencia a largo plazo

Cada tipo de superaleacin tiene una resistencia y una rango de temperatura de empleo.

Resistencia a largo plazo de aleaciones resistentes al calor a tres temperaturas, MPa

Aleacin

650C100 horas

650C1000 horas

815C100 horas

815C1000 horas

982C100 horas

982C1000 horas

Inconel X-750

552

469

179

110

24

Udimet 700

703

400

296

117

55

Astroloy

772

407

290

103

55

IN-100

503

379

172

103

MAR-M246

565

448

186

124

2.17. NIQUEL

Las superaleaciones de base nquel se utilizan a temperaturas de 760-980 C. Las superaleaciones de fundicin tienen mayor resistencia a largo plazo a temperaturas ms altas. Por ejemplo, la aleacin MAR-M246 tiene una resistencia a largo plazo de 124 MPa despus de 1000 horas de envejecimiento a 982 C.

2.18. COBALTO

Las caractersticas de las superaleaciones de base cobalto

El punto de fusin de unos aleaciones a base de cobalto es superior. Por esta razn, el aumento de rendimiento de resistencia a largo plazo. Estas aleaciones resistentes al calor pueden operar a temperaturas ms altas en comparacin con las aleaciones basadas en nquel y hierro

El alto contenido de cromo aumenta la resistencia a la corrosin en caliente

Se caracterizan por una alta resistencia trmica a la fatiga y tienen buena soldabilidad. Por lo cual se utiliza en turbinas.

Hierro

Las superaleaciones de base nquel-hierro se utiliza a temperaturas de 650-815 C. Su resistencia a largo plazo es mucho menor.

2.18.1. Supe aleaciones mono cristal

En los aos 1970-1980 comenz el uso de fundicin aleaciones resistentes al calor, obtenida por los mtodos de solidificacin direccional y monocristalino aleaciones basadas en nquel. El uso de estos materiales (a base de nquel) ha aumentado la resistencia y durabilidad trmica de labes de la turbina de gas.

Dentro de los motores de turbina de gas estn presentes muchas formas de superaleaciones. Superaleaciones policristalinas con base Ni se utilizan para los discos de la turbina de alta presin que puede crearse mediantepulvimetalurgiao por tecnologa de fundicin. Los labes de la turbina puede ser policristalino, tienen una estructura de grano columnar, o ser un monocristal. Los labes policristalinos se forman mediante la tecnologa de colada en un molde de cermica. labes con estructuras de grano columnares se crean utilizando tcnicas desolidificacin direccional. Tiene las paredes de los granos paralelas a los ejes principales de esfuerzo lo cual aumenta su resistencia a la fluencia.

La composicin qumica de las supe aleaciones obtenido por medio de solidificacin direccional

Aleacin

%Cr

%Co

%W

%Mo

%Ta

%Nb

%Ti

%Al

%Hf

%B

%Zr

%C

MAR-M200+Hf

9,0

10,0

12,0

-

-

1,0

2,0

5,0

2,0

0,015

0,08

0,14

MAR-M246+Hf

9,0

10,0

10,0

2,5

1,5

-

1,5

5,5

1,5

0,015

0,05

0,15

MAR-M247

8,4

10,0

10,0

0,6

3,0

-

1,0

5,5

1,4

0,015

0,05

0,15

RENE 80H

14,0

9,5

4,0

4,0

-

-

4,8

3,0

0,75

0,015

0,02

0,08

Los mono cristales de supe aleacin (SX o supe aleaciones SC) se forman como un solo cristal utilizando una versin modificada de la tcnica de solidificacin direccional, no existen lmites de grano en el material. Las propiedades mecnicas de la mayora de otras aleaciones dependen de la presencia de bordes de grano, pero a altas temperaturas, puede influir en la fluencia y debe reemplazarse por otros mecanismos. En muchos tales aleaciones, islas de fase intermetlica ordenada situada en una matriz de fase desordenada, todos con la misma red cristalina. Esto se aproxima al mecanismo de fijado de dislocacin de los lmites de grano, sin introducir ningnslido amorfoen la estructura.

Composicin qumica de supe aleaciones mono cristal

Aleacin

%Cr

%Co

%W

%Mo

%Ta

%Nb

%Ti

%Al

%Hf

Pratt & Whitney 1

10,0

5,0

4,0

-

12,0

-

1,5

5,0

-

Pratt & Whitney 2(3% Re)

5,0

10,0

6,0

2,0

8,7

-

-

5,6

0,1

CMSX-2

8,0

5,0

8,0

0,6

6,0

-

1,0

5,5

-

SRR99

8,5

5,0

9,5

-

2,8

-

2,2

5,5

-

3. CONCLUSIONES

El cobalto es ferromagntico y se parece al hierro y al nquel, en su dureza, resistencia a la tensin, capacidad de uso en maquinaria, propiedades trmicas y comportamiento electroqumico.

Al metal no lo afectan el agua ni el aire en condiciones normales, y lo atacan con rapidez el cido sulfrico, el cido clorhdrico y el cido ntrico; pero el cido fluorhdrico, el hirdrxido de amonio y el hidrxido de sodio lo atacan lentamente.

4. BIBLIOGRAFIA

http://oscardeabril.aq.upm.es/web/documents/DEA_odeabril.pdf

http://www.ciasem.com/PSD/Cusco2007/images-1/P271_Bullon.pdf

http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/10564537/Metalurgia.html

http://www.infomet.com.br/site/metais-e-ligas-conteudo-ler.php?codAssunto=106

http://books.google.com.pe/books?id=rk6vqMeP3eQC&pg=PA66&lpg=PA66&dq=METALURGIA+FISICA++DEL+COBALTO&source=bl&ots=wAst3cu23V&sig=iVwcatZTJOZM3w1m-WjRLFUMeSA&hl=es&sa=X&ei=eet5VPyfOoqhNra5gaAH&ved=0CDQQ6AEwBA#v=onepage&q=METALURGIA%20FISICA%20%20DEL%20COBALTO&f=false

METALURGIA FISICA I: ALEACIONES DE ALTO RENDIMIENTO DEL COBALTO