Efecto de la sustitución del plomo por bismuto en el grado de maquinabilidad de un latón plomado

Abstract

Recientes investigaciones, han corroborado que el uso del Plomo como elemento aleante en aplicaciones industriales y domésticas, representa un riesgo para la salud de los seres vivos. A nivel mundial se están generando normas que restringen su uso en aplicaciones como piezas en grifería, fabricadas en aleaciones de cobre para el transporte de agua potable. En la presente investigación se desarrolló una evaluación de maquinabilidad para una aleación de latón, con diferentes concentraciones de Bismuto, en rangos desde 0,65 % hasta 2,45 % en peso, como principal elemento sustituyente del Plomo. Una vez obtenidas las aleaciones por fundición, se efectuaron pruebas de caracterización tales como espectrometría de emisión óptica (OES), análisis de durezas Brinell, análisis químico por fluorescencia de rayos X (XRF), microscopia electrónica SEM, análisis metalográfico y pruebas de maquinado por taladrado. Fue posible identificar mediante las metalografías y las microscopias SEM, la presencia del elemento Bismuto en la matriz metálica, como partícula insoluble entre las fases Alfa y Beta, presentes en algunas de las aleaciones; sin embargo hubo predominio de fase Alfágena en la mayoría de los latones. Se identificó la formación de precipitados de Bismuto y su agrupación en zonas de agrietamiento, actuando como concentrador de esfuerzos, favoreciendo el deslizamiento de las bandas y la plasticidad del material, propiciando mecanismos de fractura dúctil. La dureza de estas aleaciones es inversamente proporcional al contenido del elemento, fue posible evidenciar la disminución significativa de esta propiedad cuando las aleaciones tienen contenidos de Bi superiores al 2% en peso, en comparación a la dureza del latón plomado. En cuanto a la maquinabilidad la presencia de Bismuto en los latones disminuye notoriamente los tiempos de mecanizado por taladrado y favorece la formación de virutas helicoidales cortas, propias de un buen proceso de mecanizado.

Abstract. Recent investigations have corroborated that the use of Lead as an alloying element in industrial and domestic applications, represents a risk to the health of living beings. At the global level, standards are being generated that restrict its use in applications such as parts in taps, manufactured in copper alloys for the transport of drinking water. In the present investigation, an evaluation of machinability was developed for a brass alloy, with different concentrations of Bismuth, in ranges from 0.65% to 2.45% by weight, as the main substitute element of Lead. Once the cast alloys were obtained, characterization tests were carried out such as optical emission spectrometry (OES), Brinell hardness analysis, X-ray fluorescence chemical analysis (XRF), SEM electron microscopy, metallographic analysis and machining tests boring. It was possible to identify by means of metallographies and SEM microscopies, the presence of the Bismuth element in the metallic matrix, as an insoluble particle between the Alpha and Beta phases, present in some of the alloys; however, there was a predominance of the Alpha phase in most of the brass. The formation of Bismuth precipitates and their grouping in cracking zones was identified, acting as a stress concentrator, favoring the sliding of the bands and the plasticity of the material, propitiating ductile fracture mechanisms. The hardness of these alloys is inversely proportional to the content of the element, it was possible to demonstrate the significant decrease of this property when the alloys have Bi contents greater than 2% by weight, in comparison to the hardness of the leaded brass. Regarding the machinability, the presence of Bismuth in the brass significantly decreases the machining times by drilling and favors the formation of short helical shavings, typical of a good machining process.