El cobre es uno de los metales no férricos más utilizados y, junto con sus aleaciones latón, bronce y cuproníquel, forma una familia de materiales que todo diseñador debería conocer. Las aleaciones de cobre combinan una excelente conductividad eléctrica y térmica con buena conformabilidad y resistencia a la corrosión.
En este artículo te explicamos las propiedades del cobre, los distintos tipos de cobre puro y de aleaciones de cobre, cómo interpretar sus designaciones y qué debes tener en cuenta al mecanizar piezas de cobre y latón.
Propiedades clave del cobre y las aleaciones de cobre
El cobre (Cu) es un metal no férrico importante que se emplea en la industria casi tanto como el aluminio. Sus propiedades clave son:
- Excelente conductividad eléctrica y térmica: entre los metales, solo la supera la plata
- Blando, muy dúctil y fácil de conformar
- No se vuelve frágil a bajas temperaturas
- Totalmente reciclable sin pérdida de calidad
- Buena resistencia a la corrosión gracias a una capa superficial protectora que se forma con el tiempo
- Antimicrobiano, por lo que resulta adecuado para superficies de contacto frecuente y fontanería
- Atractivo color rojizo, apreciado en materiales de construcción decorativos
Como inconveniente, el cobre es más pesado que el acero: su densidad, de aprox. 8,9 g/cm³, es superior a la del hierro.
Tipos de cobre puro
Se denomina cobre puro a los materiales de cobre con un contenido de cobre del 99,90 % o superior. Según su contenido de oxígeno, se dividen en tres tipos principales:
| Tipo | Designación | Oxígeno | Conductividad | Fragilización por hidrógeno | Usos típicos |
|---|---|---|---|---|---|
| Cobre sin oxígeno | Cu-OF, CW008A (JIS C1020) | Prácticamente nulo | Muy alta | No susceptible | Electrónica, tecnología de vacío, piezas soldadas y con soldadura fuerte |
| Cobre electrolítico tenaz | Cu-ETP, CW004A (JIS C1100) | Pequeña cantidad | Muy alta | Susceptible al calentarse en atmósferas reductoras | Barras colectoras, cables, componentes eléctricos |
| Cobre desoxidado con fósforo | Cu-DHP, CW024A (JIS C1220) | Nulo; contiene fósforo residual | Menor | No susceptible | Tubos, intercambiadores de calor, componentes soldados y con soldadura fuerte |
El cobre electrolítico tenaz es el tipo más habitual. Su pequeño contenido de oxígeno lo hace susceptible a la fragilización por hidrógeno cuando se suelda, se somete a soldadura fuerte o se recuece en una atmósfera con hidrógeno. Para estas aplicaciones, el cobre sin oxígeno o desoxidado es la mejor opción.
Propiedades del cobre puro
Entre los materiales de cobre, el cobre puro es el que presenta la mayor conductividad eléctrica y térmica. No es magnético. Valores típicos:
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Densidad | 8,89–8,94 g/cm³ |
| Resistencia a la tracción | Aprox. 220–360 N/mm², según el estado |
| Dureza | Aprox. 40–110 HV, según el estado |
| Módulo de Young | Aprox. 117 kN/mm² |
| Conductividad eléctrica | Aprox. 100 % IACS |
| Coeficiente de dilatación térmica | 16,8 × 10⁻⁶/K |
| Conductividad térmica | Aprox. 390–398 W/(m·K) |
| Punto de fusión | Aprox. 1083 °C |
| Punto de ebullición | Aprox. 2560 °C |
Ventajas e inconvenientes del cobre puro
Ventajas
- La mayor conductividad eléctrica y térmica de todos los materiales de cobre
- Blando y fácil de conformar
- Buena resistencia a la corrosión en la atmósfera y en el agua
Inconvenientes
- Pesado en comparación con el acero y el aluminio
- Se oscurece con el tiempo; las superficies de contacto o las piezas visibles suelen recubrirse
- Al ser blando y pegajoso, su mecanizado es más exigente que el del latón
Tipos de aleaciones de cobre
El cobre se alea fácilmente con otros metales, lo que modifica considerablemente sus propiedades. La tabla ofrece una visión general de los grupos más importantes; en los apartados siguientes se explica cada uno.
| Aleación | Elemento de aleación principal | Propiedades clave | Usos típicos | Ejemplo EN |
|---|---|---|---|---|
| Latón | Zinc | Muy buena maquinabilidad, color dorado | Racores, válvulas, piezas torneadas, conectores | CW614N (CuZn39Pb3), CW509L (CuZn40) |
| Bronce | Estaño | Más duro, resistente al desgaste y a la corrosión | Cojinetes, casquillos, engranajes, muelles | CW453K (CuSn8) |
| Cuproníquel | Níquel | Excelente resistencia al agua de mar, color plateado | Tuberías navales, intercambiadores de calor, monedas | CW352H (CuNi10Fe1Mn) |
| Aleaciones de alto contenido en cobre | Pequeñas cantidades de, p. ej., berilio o cromo | Conductividad próxima a la del cobre con mayor resistencia | Muelles, contactos, electrodos | CW101C (CuBe2) |
Latón
El latón es una aleación de cobre y zinc. Ofrece una excelente ductilidad, buenas propiedades para la forja en caliente y muy buena maquinabilidad, y es algo más ligero que el cobre puro. Su brillo dorado lo hace muy apreciado para piezas visibles. Los latones de fácil mecanizado, como el CW614N, contienen una pequeña cantidad de plomo que rompe la viruta en trozos cortos y los convierte en uno de los metales más fáciles de mecanizar. Para aplicaciones de agua potable se requieren calidades de latón sin plomo.
Bronce
El bronce es cobre aleado con estaño. En la atmósfera forma lentamente una pátina verde. Es más duro que el cobre puro y tiene un punto de fusión más bajo, por lo que fue uno de los primeros metales utilizados por el ser humano. Hoy se emplea en cojinetes de fricción, casquillos, engranajes, muelles y accesorios navales, así como en campanas y esculturas.
Cuproníquel
El cuproníquel es cobre aleado con níquel, a menudo con pequeñas adiciones de hierro y manganeso. Tiene un color plateado y una excelente resistencia al agua de mar, por lo que se utiliza en tuberías navales, intercambiadores de calor y monedas.
Aleaciones de alto contenido en cobre
Las aleaciones de alto contenido en cobre contienen más del 96 % de cobre. Ofrecen una conductividad térmica y eléctrica próxima a la del cobre puro y, al mismo tiempo, mayor resistencia mecánica y resistencia al calor. Se utilizan en dispositivos de precisión como ordenadores y smartphones, así como en componentes de automoción. Sus propiedades dependen de los elementos añadidos: el cobre-berilio, por ejemplo, combina conductividad eléctrica con excelentes propiedades elásticas.
Cómo interpretar las designaciones de las aleaciones de cobre
En Europa, los materiales de cobre se designan según la norma EN 1412 con un código de seis caracteres, por ejemplo CW614N:
- C corresponde a cobre.
- La segunda letra indica la forma del producto: W para productos de forja, como barras, chapas y tubos, y C para piezas de fundición.
- El número de tres cifras identifica el material concreto.
- La letra final indica el grupo de material: por ejemplo, A o B para cobre, C o D para cobre de baja aleación, H para cobre-níquel, K para cobre-estaño (bronce), L o M para cobre-zinc (latón) y N o P para cobre-zinc-plomo (latón de fácil mecanizado).
Por tanto, el CW614N es una aleación de forja de cobre-zinc-plomo, es decir, un latón de fácil mecanizado. Junto al número se suele indicar la composición química, como CuZn39Pb3.
En las fichas técnicas internacionales se utiliza a menudo la designación japonesa JIS: una «C» seguida de cuatro cifras, como C1100 para el cobre electrolítico tenaz o C3604 para el latón de fácil mecanizado. La primera cifra indica el grupo de aleación, por ejemplo 1 para cobre y aleaciones de alto contenido en cobre, 2 para latón y 3 para latón al plomo.
Consejos para el mecanizado de cobre y latón
El cobre y sus aleaciones son blandos, lo que facilita su corte; sin embargo, esa misma blandura plantea dificultades, sobre todo con el cobre puro.
- Rebabas: el cobre puro es blando y muy dúctil, por lo que tiende a formar rebabas y a embadurnarse durante el corte.
- Filo recrecido: el material, pegajoso, se adhiere al filo de corte y forma un filo recrecido que empeora el acabado superficial y la precisión dimensional.
- Calor: el mecanizado genera calor que debe disiparse con refrigerante. Algunos refrigerantes de base acuosa pueden manchar el cobre, por lo que a menudo se recomiendan refrigerantes de base oleosa o compatibles con el cobre.
Para reducir la resistencia al corte, utiliza herramientas afiladas con un ángulo de desprendimiento positivo amplio y trabaja a altas velocidades de corte. Los latones de fácil mecanizado, como el CW614N, son mucho más sencillos: su viruta corta permite mecanizar de forma rápida y limpia piezas torneadas y fresadas complejas. Encontrarás más información sobre los propios procesos en nuestros artículos sobre el proceso de torneado y el proceso de fresado.
Piezas de cobre y latón con meviy
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| Material | Tipo | Disponible para |
|---|---|---|
| EN CW008A equiv. (sin oxígeno) | Cobre sin oxígeno | Fresado CNC |
| EN CW004A equiv. (ETP) | Cobre electrolítico tenaz | Fresado CNC |
| EN CW509L equiv. (Latón) | Latón | Fresado CNC |
| EN CW614N equiv. | Latón de fácil mecanizado | Fresado CNC y torneado CNC |
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Preguntas frecuentes sobre las aleaciones de cobre
¿Cuál es la diferencia entre cobre, latón y bronce?
El cobre es el metal puro. El latón es una aleación de cobre y zinc con muy buena maquinabilidad y color dorado. El bronce es una aleación de cobre y estaño, más dura y resistente al desgaste, lo que lo hace ideal para cojinetes y casquillos.
¿Es magnético el cobre?
No. El cobre puro no es magnético, al igual que las calidades habituales de latón y bronce. Por ello, los materiales de cobre son adecuados para aplicaciones cercanas a componentes electrónicos sensibles y campos magnéticos.
¿Qué material de cobre es el más fácil de mecanizar?
El latón de fácil mecanizado, como el CW614N (CuZn39Pb3). Su contenido de plomo rompe la viruta en trozos cortos, por lo que puede mecanizarse con rapidez y con una calidad superficial muy buena. El cobre puro es mucho más exigente, ya que es blando y pegajoso.
¿Cuál es la diferencia entre CW004A y CW008A?
El CW004A (Cu-ETP) contiene una pequeña cantidad de oxígeno y es el cobre estándar para aplicaciones eléctricas. El CW008A (Cu-OF) no contiene oxígeno, por lo que no es susceptible a la fragilización por hidrógeno y es el preferido para aplicaciones soldadas, con soldadura fuerte y de vacío.
Cómo elegir entre las aleaciones de cobre
El cobre es un metal no férrico que se utiliza casi tanto como el aluminio. Ofrece una alta conductividad térmica y eléctrica y es fácil de reciclar. La familia de las aleaciones de cobre incluye el cobre puro, el latón, el bronce, el cuproníquel y las aleaciones de alto contenido en cobre. Aunque el cobre se mecaniza con facilidad, las rebabas y el filo recrecido exigen un manejo cuidadoso; y para piezas mecanizadas complejas, el latón de fácil mecanizado suele ser la opción más económica.