Ingeniera Civil Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / El cobre es el principal producto de exportación de Chile, correspondiendo a un tercio del Producto Interno Bruto nacional, siendo Codelco el principal productor a nivel mundial. Más aún, Codelco comercializa los cátodos de cobre grado A de mejor calidad en el mundo, recibiendo premios monetarios anuales por la alta pureza de estos. Sin embargo, en ciertas oportunidades, los cátodos de Codelco son rechazados en base a ensayos mecánicos realizados en uno de los productos derivados: el alambrón. Por este motivo es necesario generar herramientas técnicas que permitan respaldar la calidad química y mecánica de los cobres chilenos. De esta necesidad nace este trabajo de título, que tiene por objetivo principal el demostrar la discontinuidad en propiedades químicas, mecánicas y microestructurales que existe entre el cobre de origen (cátodo) y el producto (alambrón); con el fin de impedir que los ensayos mecánicos en alambrones se utilicen como justificación para el rechazo de cátodos de cobre. El presente trabajo de titulación, inserto en el proyecto conjunto de Codelco-IM2: "Determinación de Propiedades Mecánicas para Productos de Cobre", se centra en la determinación de propiedades microestructurales, químicas, térmicas y mecánicas de productos de cobre, mediante una trazabilidad completa desde ánodos y cátodos, producidos por Codelco; hasta alambrones, producidos en Alemania. Para este fin, se utilizaron técnicas experimentales para los análisis químicos (análisis de gas intersticial, espectrometría de masas de iones secundarios y por descarga luminiscente), microestructurales (difracción de electrones por retrodispersión y de rayos-X) y termomecánicos (calorimetría diferencial, ensayos de tracción y microdureza). A partir del estudio de la trazabilidad de los cobres, se concluyó que los procesos de solidificación, conformado y recocido sucesivos que se efectúan en los alambrones, inducen cambios en la pureza química (adición de oxígeno), microestructura (orientación preferencial de los granos) y comportamiento mecánico (disminución de la plasticidad homogénea). Por este motivo se demuestra una discontinuidad entre cátodo y alambrones, la que hace imposible correlacionar la pureza química del cátodo con las propiedades mecánicas de los alambrones.

En diversas situaciones se requieren materiales conductores eléctricos que mantengan sus propiedades mecánicas a esfuerzos elevados y temperaturas entre 500 y 800 ºC (electrodos para soldadura por resistencia eléctrica). Estudios previos han demostrado que las aleaciones de cobre endurecidas por dispersión de nanocerámicas satisfacen estos requerimientos. En el presente Trabajo de Título, se estudió la influencia de la solubilidad de los elementos aleantes (Ti y C) en las aleaciones de Cu, reforzadas por una dispersión de nanocerámico (TiC) producidas in situ, además de otros dispersoides como TiO2 y TiCu4 producidos durante el proceso de formación de la aleación y como todos estos influyen sobre la microestructura de dichas aleaciones. También se analizaron los fenómenos de recuperación y recristalización en el Cu y en una aleación Cu-Ti-C, preparada también por molienda reactiva y extrusión. Los cambios microestructurales fueron seguidos usando MO, y las características mecánicas fueron evaluadas usando pruebas de microdureza y pruebas de compresión de alta temperatura. Para realizar estos estudios, se deformaron el cobre y las aleaciones en frío, en distintos grados, efectuándoles recocidos entre 200 y 900 °C, para el caso del cobre, y entre 500 y 900 °C para la aleación. Se ensayaron en compresión en caliente las probetas, sin deformación previa, a 250 y 500 °C para el cobre y a 700, 800 y 860 °C para el caso de la aleación, interrumpiéndolos a ciertos tiempos y templando las probetas. Posteriormente, éstas fueron analizadas mediante MO, con el fin de estudiar la influencia de la temperatura y el tiempo sobre la microestructura. Se concluyó que el Cu se recristaliza de forma estática entre los 200 ºC y los 500 °C, mientras que la aleación Cu-5%v TiC recristaliza de forma estática entre 700 °C y 900 ºC. Se propone que esta diferencia de temperatura de recristalización estática es debida a la presencia de Ti y C en solución solida y dispersoides (TiC, TiO2 y TiCu4) en la aleación, todos los cuales retardan la recristalización. Para el Cu, se identificó una tendencia de recristalización dinámica que sigue un patrón de reducción de dureza, parecida a lo mostrado por la recristalización estática. La aleación Cu-5%v TiC muestra un bajo grado de recristalización dinámica en los rangos de temperatura entre 700 °C y 860 °C, a diferencia de la recristalización estática. Se propone que esta diferencia en la recristalización dinámica se debe a una mayor precipitación de dispersoides (TiC, TiO2y TiCu4), en comparación con la producida en la recristalización estática. Se identificó que hay una mayor densidad de granos recristalizados para el Cu. Además de ser mas grandes estos granos que para el Cu-5%v TiC. Este fenómeno se debe a que en la aleación el Ti y el C en solución solida y como formadores de dispersoides (TiC, TiO2, TiCu4) retardan la recristalización dinámica.