{ "slug": "thermal-expansion-coefficients", "title": "Coeficientes de expansión térmica de materiales CNC (CTE)", "description": "CTE de 22 materiales CNC en µm/m·°C con el rango de temperatura que cubre cada valor, más ejemplos resueltos de lo que las diferencias hacen a los ajustes y a la inspección.", "lang": "es", "tables": [ { "caption": "Coeficiente de expansión térmica (CTE) por material y rango de temperatura", "columns": [ "Material (grado)", "CTE (µm/m·°C)", "Rango de temperatura", "Significado de ingeniería", "Fuente" ], "rows": [ { "Material (grado)": "Aluminum 1060 (commercially pure)", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Rango de temperatura": "20–100 °C", "Significado de ingeniería": "El CTE más alto entre los metales CNC comunes; los diseños de barras colectoras y disipadores deben prever huecos de expansión", "Fuente": "ASM Handbook Vol. 2 via matmake.com" }, { "Material (grado)": "Aluminum 6061-T6", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Rango de temperatura": "20–100 °C", "Significado de ingeniería": "La aleación de aluminio más mecanizada; el CTE es independiente del temple (O, T4, T6 y T651 todos 23.6)", "Fuente": "ASM Handbook Vol. 2, 10th ed.; MIL-HDBK-5J" }, { "Material (grado)": "Aluminum 6061-T6", "CTE (µm/m·°C)": "24.6", "Rango de temperatura": "20–200 °C", "Significado de ingeniería": "La media a temperatura elevada sube ~4%; use un CTE específico del rango por encima de 150 °C", "Fuente": "MIL-HDBK-5J; ASM Handbook Vol. 2" }, { "Material (grado)": "Aluminum 7075-T6", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Rango de temperatura": "20–100 °C", "Significado de ingeniería": "Grado aeroespacial; mismo CTE que 6061 pese al doble de límite elástico — simplifica el diseño de utillajes con aleaciones mixtas", "Fuente": "matmake.com; arcuscnc.com" }, { "Material (grado)": "Copper C11000 (ETP)", "CTE (µm/m·°C)": "17.0", "Rango de temperatura": "20–100 °C", "Significado de ingeniería": "Material de barras colectoras y conectores; el desnivel de CTE frente al aluminio (23.6) provoca fatiga de la unión en bornas bimetálicas", "Fuente": "fabdigit.com (C11000-O properties)" }, { "Material (grado)": "Copper C11000 (ETP)", "CTE (µm/m·°C)": "17.0", "Rango de temperatura": "20–300 °C", "Significado de ingeniería": "CTE medio sobre un rango amplio; valor de la ficha técnica del fabricante", "Fuente": "jtcopper.com C11000 datasheet" }, { "Material (grado)": "Brass C36000 (free-cutting)", "CTE (µm/m·°C)": "20.5", "Rango de temperatura": "20–100 °C (approx.)", "Significado de ingeniería": "La aleación de cobre con mejor mecanabilidad; CTE entre el cobre y el aluminio — relevante para insertos de latón en carcasas de aluminio", "Fuente": "mechcodex.com C36000 thermal table" }, { "Material (grado)": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)", "CTE (µm/m·°C)": "11.6", "Rango de temperatura": "0–100 °C", "Significado de ingeniería": "Acero de referencia para ejes y engranajes; CTE aproximadamente la mitad del aluminio — las uniones atornilladas aluminio-acero desarrollan 0.12 mm de diferencial por cada 100 mm a ΔT = 100 °C", "Fuente": "theworldmaterial.com AISI 1045 physical properties" }, { "Material (grado)": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)", "CTE (µm/m·°C)": "12.3", "Rango de temperatura": "0–200 °C", "Significado de ingeniería": "Media a temperatura elevada; sube con el rango de temperatura", "Fuente": "theworldmaterial.com AISI 1045" }, { "Material (grado)": "Alloy steel AISI 4140 (normalized)", "CTE (µm/m·°C)": "12.3", "Rango de temperatura": "20–100 °C", "Significado de ingeniería": "Acero de alta resistencia para ejes; CTE similar al 1045 — intercambiables en cálculos de tensión térmica", "Fuente": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com" }, { "Material (grado)": "Stainless steel 304/304L", "CTE (µm/m·°C)": "17.3", "Rango de temperatura": "0–100 °C", "Significado de ingeniería": "El inoxidable austenítico se expande ~44% más que el acero al carbono; crítico para las uniones tubo-placa de intercambiadores de calor", "Fuente": "jnalloys.com CTE comparison table" }, { "Material (grado)": "Stainless steel 316/316L", "CTE (µm/m·°C)": "15.9", "Rango de temperatura": "0–100 °C", "Significado de ingeniería": "CTE más bajo que 304 pese a la estructura austenítica similar (adición de molibdeno); preferido para el diseño de expansión de tuberías marinas", "Fuente": "jnalloys.com CTE comparison table" }, { "Material (grado)": "Stainless steel 17-4PH (H900)", "CTE (µm/m·°C)": "10.8", "Rango de temperatura": "0–100 °C", "Significado de ingeniería": "Acero PH martensítico; el CTE más cercano al acero al carbono entre los grados inoxidables — ideal para racores aeroespaciales de precisión que acoplan con estructuras de acero", "Fuente": "xometry.com; alloy-materials.com (20–100 °C)" }, { "Material (grado)": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)", "CTE (µm/m·°C)": "8.6", "Rango de temperatura": "20–100 °C", "Significado de ingeniería": "El CTE más bajo de los metales estructurales comunes; buena pareja para el CFRP (0–2) en uniones híbridas aeroespaciales", "Fuente": "arcuscnc.com CTE comparison" }, { "Material (grado)": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)", "CTE (µm/m·°C)": "8.8", "Rango de temperatura": "20–100 °C (approx.)", "Significado de ingeniería": "Valor publicado alternativo; la diferencia está dentro de la incertidumbre de medición (±2%)", "Fuente": "mechcodex.com Ti-6Al-4V properties" }, { "Material (grado)": "Tool steel P20 (pre-hardened, 28–32 HRC)", "CTE (µm/m·°C)": "11.7", "Rango de temperatura": "20–100 °C", "Significado de ingeniería": "Acero para base de molde; el CTE debe coincidir con los aceros de los insertos para evitar agrietamiento por tensión térmica en moldes de inyección durante ciclos térmicos", "Fuente": "ASM Handbook Vol. 1; firstmold.com (P20 context)" }, { "Material (grado)": "Tool steel H13 (hot-work, 44–52 HRC)", "CTE (µm/m·°C)": "12.0", "Rango de temperatura": "20–200 °C", "Significado de ingeniería": "Acero para matrices de fundición a presión y forja; trabaja a 500–650 °C de temperatura superficial, así que el CTE de rango elevado importa para los ajustes de los insertos de matriz", "Fuente": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com" }, { "Material (grado)": "Delrin / POM (acetal homopolymer)", "CTE (µm/m·°C)": "110", "Rango de temperatura": "23–60 °C", "Significado de ingeniería": "Aproximadamente 5× el acero; los ajustes apretados plástico-metal se aflojan al subir la temperatura — dimensione la interferencia a la temperatura máxima de operación", "Fuente": "firstmold.com; DuPont Delrin 500P datasheet" }, { "Material (grado)": "Nylon 6/6 (unfilled, dry-as-molded)", "CTE (µm/m·°C)": "80", "Rango de temperatura": "23–60 °C", "Significado de ingeniería": "La absorción de humedad añade expansión higroscópica al término térmico; 50% HR eleva el cambio dimensional efectivo ~0.2%", "Fuente": "DuPont Zytel 101L datasheet; ASM Handbook Vol. 21" }, { "Material (grado)": "PEEK (unfilled, e.g. Victrex 450G)", "CTE (µm/m·°C)": "47", "Rango de temperatura": "23–100 °C", "Significado de ingeniería": "El CTE más bajo entre los plásticos de ingeniería sin refuerzo; se acerca al aluminio a temperatura elevada — viable para sustituir metal en entornos con ciclos térmicos", "Fuente": "makerstage.com (citing Victrex); criterionprecision.com (45–55)" }, { "Material (grado)": "PEEK (30% glass-filled, GF30)", "CTE (µm/m·°C)": "27", "Rango de temperatura": "23–100 °C", "Significado de ingeniería": "El refuerzo de vidrio reduce el CTE ~43%; se elige cuando la estabilidad dimensional bajo ciclos térmicos es crítica", "Fuente": "makerstage.com PEEK grade comparison (Victrex)" }, { "Material (grado)": "ABS (general purpose, unfilled)", "CTE (µm/m·°C)": "90", "Rango de temperatura": "23–60 °C", "Significado de ingeniería": "El CTE alto limita su uso en ensamblajes de precisión; aceptable para carcasas de consumo con holguras generosas", "Fuente": "firstmold.com; Cycolac/Terlux datasheets" } ] }, { "caption": "Cuando la diferencia se convierte en una cota", "columns": [ "Caso", "Cálculo", "Resultado", "Respuesta de diseño" ], "rows": [ { "Caso": "Carcasa de 6061-T6 (CTE 23.6) atornillada a una base de acero 1045 (CTE 11.6), patrón de tornillos de 200 mm, ΔT = 50 °C", "Cálculo": "ΔL(Al) = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50", "Resultado": "0.236 mm vs 0.116 mm — 0.120 mm differential", "Respuesta de diseño": "Con solo 0.1 mm de holgura de tornillo, la unión se agarata a ΔT = 50 °C. Use taladros ranurados, holgura ≥ 0.3 mm o arandelas elásticas; para utillajes de precisión, construya aluminio-con-aluminio o acero-con-acero." }, { "Caso": "Estructura de acero (CTE 12.0) atornillada directamente a un panel de CFRP (CTE ~1.0 en la dirección de la fibra), luz de 300 mm, ΔT = 80 °C", "Cálculo": "(12.0 − 1.0) × 10⁻⁶ × 300 × 80", "Resultado": "0.264 mm relative slip per cycle", "Respuesta de diseño": "Un inserto de Ti-6Al-4V (CTE 8.6) reduce el desnivel a 7.6 µm/m·°C en ambos lados y disminuye el movimiento diferencial ~30% — la razón por la que los racores de titanio dominan los diseños aeroespaciales con uniones de compuestos." }, { "Caso": "Casquillo de Delrin (CTE 110) montado a presión en una carcasa de acero (CTE 11.6): Ø exterior 25 mm, interferencia de 0.05 mm a 20 °C, servicio a 80 °C", "Cálculo": "ΔL(POM) = 110 × 10⁻⁶ × 25 × 60; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 25 × 60", "Resultado": "0.165 mm vs 0.017 mm — 0.148 mm of interference lost (−0.098 mm, i.e. clearance)", "Respuesta de diseño": "El ajuste a presión se convierte en ajuste deslizante a 80 °C. Calcule la interferencia a la temperatura máxima de operación, retenga el POM mecánicamente (anillos elásticos, moleteado) o cambie a PEEK (CTE 47) o PEEK con relleno de vidrio (CTE 27)." }, { "Caso": "Pieza de 6061 de 500 mm mecanizada a 30 °C de temperatura de taller, inspeccionada a 20 °C (temperatura de referencia ISO 1)", "Cálculo": "23.6 × 10⁻⁶ × 500 × 10", "Resultado": "0.118 mm — reads 500.000 mm at 30 °C, 499.882 mm at 20 °C", "Respuesta de diseño": "Para trabajo de ±0.05 mm ese error es 2.4× la banda de tolerancia: estabilice las piezas a 20 °C ± 1 °C antes de la inspección final, o aplique compensación en proceso." }, { "Caso": "Base de molde P20 (CTE 11.7) que lleva un inserto de núcleo H13 (CTE 12.0), diámetro de inserto 100 mm, ΔT = 60 °C, holgura diseñada de 0.02 mm", "Cálculo": "12.0 × 10⁻⁶ × 100 × 60; 11.7 × 10⁻⁶ × 100 × 60", "Resultado": "0.072 mm vs 0.070 mm — clearance grows only 0.002 mm", "Respuesta de diseño": "P20 con H13 es térmicamente compatible (desnivel de 0.3 µm/m·°C). Un inserto de cobre-berilio (CTE 16.6) contra P20 pierde 0.029 mm de holgura con el mismo ΔT — diseñe los insertos BeCu con margen de crecimiento." } ] } ] }