Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.

El aluminio es uno de los materiales más versátiles y ampliamente utilizado en diversas industrias. Su bajo peso, alta resistencia y excelente conductividad térmica lo convierten en un recurso indispensable en la producción moderna. En este artículo, exploraremos en detalle el proceso de producción de aluminio y las aleaciones de aluminio, desentrañando los secretos detrás de la fabricación de este metal tan vital. Desde la extracción de la bauxita hasta la transformación en lingotes o láminas, descubriremos cómo se lleva a cabo esta fascinante producción y cómo la aleación del aluminio puede mejorar aún más sus propiedades. ¡Prepárate para sumergirte en el mundo de la producción de aluminio y sus fascinantes aleaciones!

El aluminio es un metal ligero de color blanco plateado que pertenece al decimotercer grupo principal de la tabla periódica. Es el metal no ferroso más utilizado. Analicemos las características técnicas, la producción y las diferentes aleaciones de aluminio.


Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.

Propiedades técnicas del aluminio.

El aluminio tiene una combinación de propiedades que lo convierten en un material de ingeniería extremadamente útil.


  • El aluminio tiene una densidad baja (2,70 g/cm).3 ), lo que lo hace particularmente útil para el transporte de productos manufacturados.
  • Debido a la resistente película de óxido que se forma en su superficie, el aluminio tiene una buena resistencia a la corrosión incluso en la mayoría de los entornos naturales.
  • Aunque el aluminio puro tiene poca resistencia, se puede alear hasta alcanzar una resistencia de alrededor de 100 ksi (690 MPa).
  • El aluminio no es tóxico y se usa comúnmente para envases y embalajes de alimentos.
  • Las buenas propiedades eléctricas del aluminio lo hacen adecuado para muchas aplicaciones en la industria eléctrica.
  • El precio relativamente bajo del aluminio y sus numerosas propiedades útiles hacen que este metal sea de gran importancia para la industria.

Propiedades elementales del aluminio.

Propiedades del elemento
número atómico 13
Peso atomico 26.9815384
punto de fusion 660°C (1220°F)
punto de ebullición 2.467°C (4.473°F)
peso específico 2,70 (a 20 °C [68 °F])
Valor 3
Configuración electronica 1s22s214 en punto63s23 p.m.1

producción de aluminio

El aluminio es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre y siempre se encuentra ligado a otros elementos como el hierro, el oxígeno y el silicio. La bauxita, compuesta principalmente de óxidos de aluminio hidratados, es el principal mineral comercial utilizado para producir aluminio.

  • El proceso Bayer implica hacer reaccionar bauxita con hidróxido de sodio caliente para convertir el aluminio del mineral en aluminato de sodio.
  • Después de separar el material insoluble, se precipita hidróxido de aluminio de la solución de aluminato.
  • Luego, el hidróxido de aluminio se espesa y se calcina para obtener óxido de aluminio Al.2oh3.
Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.
Célula de electrólisis para producir aluminio.

  • El óxido de aluminio se disuelve en un baño fundido de criolita (Na).3alf6) y electrolizado en una celda electrolítica utilizando ánodos y cátodos de carbono.
  • Durante la electrólisis, el aluminio metálico se forma en estado líquido, se hunde hasta el fondo de la celda y se extrae periódicamente.
  • El aluminio producido en las celdas suele contener entre un 99,5% y un 99,9% de aluminio, siendo el hierro y el silicio las principales impurezas.
  • El aluminio de las celdas de electrólisis se transporta a grandes hornos revestidos con material refractario donde se refina antes de fundirlo.
  • Los elementos de aleación y los fragmentos de elementos de aleación también se pueden fundir y mezclar con la carga del horno.
  • Durante el refinado, el metal líquido normalmente se purga con cloro gaseoso para eliminar el hidrógeno disuelto. Luego se limpia la superficie del metal líquido para eliminar el metal oxidado.
  • Después de desgasificar y desnatar el metal, se tamiza y se cuela en lingoteras para refundirlas o en formas de lingotes primarios, como láminas o lingotes de extrusión, para su posterior procesamiento.

Producción primaria de aluminio.

Las formas de lingotes, como láminas de metal y lingotes de extrusión, generalmente se funden de forma semicontinua mediante el proceso de enfriamiento directo.

Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.
Representación esquemática de un lingote de aleación de aluminio colado en un sistema de fundición semicontinua con refrigeración directa.

El diagrama anterior muestra esquemáticamente cómo se funde un lingote de aluminio utilizando este método.

  • Para los tochos de chapa, se retira aproximadamente 1/2 pulgada de metal de las superficies del tocho que entran en contacto con los rodillos del laminador en caliente.
  • Este proceso se llama raspado y se realiza para garantizar una superficie limpia y lisa para la lámina o placa que se fabrica.
  • Luego, los lingotes se precalientan u homogeneizan a alta temperatura durante aproximadamente 10 a 24 horas para permitir la difusión atómica y uniformar la composición del lingote.
  • El precalentamiento debe realizarse a una temperatura inferior al punto de fusión del componente con la temperatura de fusión más baja.
  • Después del recalentamiento, los lingotes se laminan en caliente utilizando un laminador en caliente de cuatro inversiones.
  • Los lingotes normalmente se laminan en caliente hasta un espesor de aproximadamente 3 pulgadas y luego se recalientan y se laminan en caliente hasta aproximadamente 3/4 a 1 pulgada con un laminador en caliente intermedio.
  • Generalmente se lleva a cabo una reducción adicional en una serie de laminadores en caliente en tándem para producir metal de aproximadamente 0,1 pulgada de espesor.
  • La siguiente figura muestra un proceso típico de laminación en frío. Si se va a producir la lámina delgada, normalmente se requiere más de un recocido intermedio.
Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.
Chapa de acero laminada en frío. Los laminadores de este tipo se utilizan para laminar en frío flejes de acero, hojalata y metales no ferrosos.

Clasificación de aleaciones de aluminio forjado.

Las aleaciones de aluminio producidas en forma forjada, es decir, láminas, placas, extrusiones, varillas y alambres, se clasifican según los principales elementos de aleación que contienen.

Se utiliza una designación numérica de cuatro dígitos para identificar las aleaciones de aluminio forjado.

  • El primer número indica el grupo de aleación que contiene ciertos elementos de aleación.
  • Los dos últimos dígitos identifican la aleación de aluminio o indican la pureza del aluminio.
  • El segundo dígito indica el cambio en la aleación original o los límites de impurezas.

Principales tipos de metales: propiedades, usos.

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La Tabla 1 a continuación enumera los grupos de aleaciones de aluminio forjado.

Tabla 1: Grupos de aleaciones de aluminio forjado

aleación grupo
Aluminio, al menos 99,00% y más 1xxx
Aleaciones de aluminio agrupadas por principales elementos de aleación:
cobre 2xxx
manganeso 3xxx
silicio 4xxx
magnesio 5xxx
Magnesio y silicio 6xxx
zinc 7xxx
elemento diferente 8xxx
Serie sin usar 9xxx

Etiquetas de temperamento

Las designaciones de condición para las aleaciones de aluminio forjado siguen a la designación de la aleación y están separadas por un guión (por ejemplo, 1100-0). Las subdivisiones de una designación básica se indican con uno o más números y siguen a la letra de la designación básica (por ejemplo, 1100-H14).

Etiquetas de temperamento básicas

  • F – Tal como se fabrica. Ningún control sobre el alcance del endurecimiento laboral; Sin restricciones de propiedad mecánica.
  • O – recocido y recristalizado. Ocasión con la menor resistencia y la mayor ductilidad.
  • H: endurecido por trabajo (consulte la subsección a continuación para ver la subdivisión).
  • T: tratado térmicamente para producir niveles de dureza estables distintos de F u O (consulte la subsección a continuación para conocer las divisiones).

Divisiones endurecidas por el trabajo

  • H1 – Sólo endurecido por trabajo. El grado de endurecimiento por trabajo se indica con el segundo número y varía desde un cuarto de dureza (H12) hasta completamente duro (H18), lo que ocurre con una reducción de área de aproximadamente el 75 %.
  • H2 – Endurecido en pieza y parcialmente recocido. Niveles de dureza que van desde un cuarto de dureza hasta completamente duro, que se logran recociendo parcialmente materiales conformados en frío con resistencias inicialmente más altas que las deseadas. Los temperamentos son H22, H24, H26 y H28.
  • H3 – Trabajo endurecido y estabilizado. Niveles de dureza para aleaciones de aluminio y magnesio que se suavizan con el envejecimiento y que se endurecen y luego se calientan a baja temperatura para aumentar la ductilidad y estabilizar las propiedades mecánicas. Los niveles de dureza son H32, H34, H36 y H38.

Divisiones tratadas térmicamente

  • T1 – Envejecido naturalmente. El producto se enfría mediante un proceso de moldeo a temperatura elevada y se envejece naturalmente hasta un estado sustancialmente estable.
  • T3 – Recocido en solución, trabajado en frío y envejecido naturalmente hasta un estado sustancialmente estable.
  • T4: solución tratada térmicamente y envejecida naturalmente hasta una condición sustancialmente estable.
  • T5: enfriado mediante un proceso de formación a temperatura elevada y luego envejecido artificialmente.
  • T6 – Solución recocida y luego envejecida artificialmente.
  • T7 – Solución recocida y estabilizada.
  • T8 – Recocido en solución, trabajado en frío y luego envejecido artificialmente

Aleaciones de aluminio forjado no tratables térmicamente

Las aleaciones de aluminio forjado se pueden dividir convenientemente en dos grupos: aleaciones no tratables y aleaciones tratables térmicamente.

Las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente no pueden reforzarse por precipitación, sino que sólo pueden trabajarse en frío para aumentar su resistencia. Los tres grupos principales de aleaciones de aluminio forjado no tratables térmicamente son los grupos 1xxx, 3xxx y 5xxx.

La Tabla 2 a continuación enumera la composición química, las propiedades mecánicas típicas y las aplicaciones de algunas aleaciones de aluminio forjado seleccionadas de importancia industrial.

Tabla 2: Propiedades mecánicas típicas y aplicaciones de aleaciones de aluminio forjado

Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.
  • 1xxx aleaciones: Estas aleaciones están compuestas por al menos un 99,0% de aluminio, siendo el hierro y el silicio las principales impurezas (elementos de aleación). Se agrega un aditivo de 0,12% de cobre para mayor resistencia. La aleación 1100 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 13 ksi (90 MPa) cuando está recocida y se utiliza principalmente para aplicaciones de trabajo de chapa.
  • aleaciones 3xxx: El manganeso es el principal elemento de aleación de este grupo y fortalece el aluminio principalmente mediante el fortalecimiento de soluciones sólidas. La aleación más importante de este grupo es la 3003, que es esencialmente una aleación 1100 con una adición de aproximadamente 1,25% de manganeso. La aleación 3003 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 16 ksi (110 MPa) cuando está recocida y se utiliza para fines generales.
    Aleación donde se requiere buena maquinabilidad.
  • aleaciones 5xxx: El magnesio es el principal elemento de aleación de este grupo y se añade en cantidades de hasta aproximadamente el 5% para fortalecer la solución sólida. Una de las aleaciones industrialmente más importantes de este grupo es la 5052, que contiene aproximadamente un 2,5% de magnesio (Mg) y un 0,2% de cromo (Cr). Cuando está recocida, la aleación 5052 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 28 psi (193 MPa). Esta aleación también se utiliza para trabajos de chapa, particularmente para aplicaciones de autobuses, camiones y marinas.

Aleaciones de aluminio forjado tratables térmicamente

Algunas aleaciones de aluminio pueden volverse resistentes a la precipitación mediante tratamiento térmico. Las aleaciones de aluminio forjado tratables térmicamente de los grupos 2xxx, 6xxx y 7xxx están reforzadas por precipitación mediante mecanismos similares a los descritos en el artículo anterior para las aleaciones de aluminio y cobre.

La Tabla 2 anterior enumera las composiciones químicas, las propiedades mecánicas típicas y las aplicaciones de algunas de las aleaciones de aluminio forjado tratables térmicamente de importancia industrial.

  • aleaciones 2xxx: El principal elemento de aleación de este grupo es el cobre, pero también se añade magnesio a la mayoría de estas aleaciones. También se añaden cantidades más pequeñas de otros elementos. Una de las aleaciones más importantes de este grupo es la 2024, que contiene aproximadamente un 4,5% de cobre (Cu), un 1,5% de Mg y un 0,6% de Mn. Esta aleación se fortalece principalmente mediante solución sólida y fortalecimiento por precipitación. Un compuesto intermetálico con la composición aproximada de Al.2CuMg es el precipitado de consolidación más importante. La aleación 2024 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 64 ksi (442 MPa) en la condición T6 y se utiliza, por ejemplo, en estructuras de aviones.
  • aleaciones 6xxx: Los principales elementos de aleación del grupo 6xxx son el magnesio y el silicio, que se combinan para formar un compuesto intermetálico, Mg.2Si, que en forma precipitada refuerza este grupo de aleaciones. La aleación 6061 es una de las aleaciones más importantes de este grupo y tiene una composición aproximada de 1,0% Mg, 0,6% Si, 0,3% Cu y 0,2% Cr. Esta aleación tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 42 psi (290 MPa) en la condición de tratamiento térmico T6 y se utiliza para construcciones de uso general.
  • Aleaciones 7xxx: Los principales elementos de aleación del grupo 7xxx de aleaciones de aluminio son el zinc, el magnesio y el cobre. El zinc y el magnesio juntos forman un compuesto intermetálico, MgZn2Este es el precipitado básico que fortalece estas aleaciones durante el tratamiento térmico. La solubilidad relativamente alta del zinc y el magnesio en el aluminio permite la formación de una alta densidad de precipitados y, por tanto, aumentos muy grandes de la resistencia. La aleación 7075 es una de las aleaciones más importantes de este grupo; Tiene una composición aproximada de 5,6% Zn, 2,5% Mg, 1,6% Cu y 0,25% Cr. La aleación 7075 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 73 psi (504 MPa) cuando se trata térmicamente con un temple T6 y se utiliza principalmente para estructuras de aeronaves.

Proceso de fundición de aluminio

Las aleaciones de aluminio normalmente se funden mediante uno de tres procesos principales:

  1. Moldeo en arena
  2. Forma permanente
  3. fundido a presión

1. Fundición en arena

Moldeo en arena Es el proceso de fundición de aluminio más simple y versátil. La siguiente figura muestra la construcción de un molde de arena simple para producir piezas fundidas en arena.

Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.
Pasos para construir un molde de arena simple para hacer una fundición en arena

Pasos para construir un molde de arena simple para hacer una fundición en arena

El proceso de fundición en arena generalmente se elige para la producción.
(1) pequeñas cantidades de piezas fundidas idénticas,
(2) piezas fundidas complejas con núcleos complicados,
(3) piezas fundidas grandes
(4) Piezas estructurales

Forma permanente

En fundición en fríoEl metal fundido se vierte en un molde metálico permanente utilizando únicamente gravedad, baja presión o presión centrífuga.

Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.
Fundición por gravedad de piezas de aleación de aluminio.

La figura anterior muestra un molde permanente abierto y una fundición en molde permanente de componentes de aleación de aluminio.

Las piezas fundidas de la misma aleación y forma fabricadas en un molde permanente tienen una estructura de grano más fino y mayor resistencia que las piezas fundidas en moldes de arena. La velocidad de enfriamiento más rápida en la fundición en frío conduce a una estructura de grano más fina. Además, las piezas fundidas en molde permanente generalmente tienen menor contracción y porosidad de gas que las piezas fundidas en arena. Sin embargo, los moldes permanentes tienen limitaciones de tamaño y puede resultar difícil o imposible fundir piezas complejas con un molde permanente.

fundido a presión

La fundición a presión implica fundir piezas idénticas a la máxima velocidad de producción forzando el metal fundido en moldes metálicos bajo una presión significativa.

Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.
Ejemplos de componentes de fundición a presión.

Dos mitades de matriz de metal están conectadas de forma segura para soportar alta presión. El aluminio fundido se presiona en las cavidades de los moldes. Cuando el metal se ha solidificado, los troqueles se desbloquean y se abren para expulsar la fundición caliente. Las mitades del molde se vuelven a unir y se repite el ciclo de fundición.

Las ventajas de la fundición a presión incluyen:

  • Las piezas de fundición a presión están casi completamente terminadas y se pueden producir en grandes cantidades.
  • Las tolerancias dimensionales de cada pieza fundida se pueden mantener más estrechamente que cualquier otro proceso de fundición importante.
  • Se pueden conseguir superficies lisas en la pieza fundida,
  • El enfriamiento rápido de la fundición crea una estructura de grano fino,
  • El proceso se puede automatizar fácilmente.

Lea más sobre los procesos de casting aquí.

Composiciones de aleaciones de aluminio fundido.

Las aleaciones de aluminio fundido están diseñadas para ofrecer cualidades de fundición como fluidez y transportabilidad, así como propiedades como resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión. Como resultado, sus composiciones químicas difieren mucho de las de las aleaciones de aluminio forjado.

Tabla 3: Propiedades mecánicas típicas y aplicaciones para aleaciones de aluminio fundido

Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.

La Tabla 3 anterior enumera las composiciones químicas, propiedades mecánicas y aplicaciones de algunas aleaciones de aluminio fundido seleccionadas. Estas aleaciones se clasifican en Estados Unidos según el sistema de la Asociación del Aluminio. En este sistema, las aleaciones de aluminio fundido se agrupan según los principales elementos de aleación contenidos en ellas mediante el uso de un número de cuatro dígitos con un punto entre los dos últimos dígitos, como se enumera en la Tabla 4.

Tabla 4: Grupos de aleaciones de aluminio fundido.

aleación grupo
Aluminio, al menos 99,00% y más 1xx.x
Aleaciones de aluminio agrupadas por principales elementos de aleación:
cobre 2xx.x
Silicio, con adición de cobre y/o magnesio. 3xx.x
silicio 4xx.x
magnesio 5xx.x
zinc 7xx.x
estaño 8xx.x
elemento diferente 9xx.x
Serie sin usar 6xx.x

  • El silicio, en el rango de aproximadamente 5% a 12%, es el elemento de aleación más importante en las aleaciones de aluminio fundido porque aumenta la fluidez del metal fundido y su capacidad para ser transportado en el molde y también fortalece el aluminio.
  • Para aumentar la resistencia, se agrega magnesio en el rango de aproximadamente 0,3% a 1%, principalmente mediante fortalecimiento por precipitación mediante tratamiento térmico.
  • A algunas aleaciones de fundición de aluminio también se les agrega cobre en el rango de aproximadamente 1% a 4% para aumentar la resistencia, particularmente a temperaturas elevadas.
  • A algunas aleaciones de aluminio fundido también se añaden otros elementos de aleación como zinc, estaño, titanio y cromo.

En algunos casos, si la velocidad de enfriamiento de la pieza solidificada en el molde es suficientemente rápida, se puede producir una aleación tratable térmicamente en estado sólido sobresaturado. Por lo tanto, se pueden eliminar las etapas de recocido en solución y enfriamiento rápido para el endurecimiento por precipitación de la pieza fundida y sólo se requiere el envejecimiento posterior de la pieza fundida después de retirarla del molde.

Un buen ejemplo de aplicación de este tipo de tratamiento térmico es la producción de pistones de automóvil reforzados con precipitación.

Producción de aluminio y aleaciones de aluminio.
Piezas fundidas después del desmolde.

Los componentes que se muestran en la figura anterior solo necesitan un tratamiento de envejecimiento después del desmoldeo para fortalecerlos mediante precipitación. Esta condición de tratamiento térmico se denomina T5.

Diploma

Hemos discutido en detalle las propiedades técnicas del aluminio, la producción y procesamiento del aluminio, la clasificación de las aleaciones de aluminio forjado y las composiciones de las aleaciones de aluminio fundido. Háganos saber qué más nos falta sobre el aluminio en la sección de comentarios a continuación.

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Propiedades Ingenieriles del Aluminio

El aluminio es un metal ligero de color plateado-blanquecino que pertenece al grupo principal 13 de la tabla periódica. Es el metal no ferroso más ampliamente utilizado. Discutamos las propiedades ingenieriles, producción y diferentes aleaciones del aluminio.

Propiedades Ingenieriles del Aluminio

El aluminio posee una combinación de propiedades que lo convierten en un material de ingeniería extremadamente útil.

  1. El aluminio tiene una baja densidad (2.70 g/cm3), lo que lo hace especialmente útil para productos manufacturados de transporte.
  2. El aluminio también tiene una buena resistencia a la corrosión en la mayoría de los entornos naturales debido a la película de óxido tenaz que se forma en su superficie.
  3. Aunque el aluminio puro tiene una baja resistencia, puede alearse para obtener una resistencia de aproximadamente 100 ksi (690 MPa).
  4. El aluminio es no tóxico y se utiliza ampliamente para envases y envoltorios de alimentos.
  5. Las buenas propiedades eléctricas del aluminio lo hacen adecuado para muchas aplicaciones en la industria eléctrica.
  6. El precio relativamente bajo del aluminio, junto con sus muchas propiedades útiles, hacen de este metal algo muy importante para la industria.

Propiedades Elementales del Aluminio

Las propiedades elementales del aluminio son:

  • Número atómico: 13
  • Peso atómico: 26.9815384
  • Punto de fusión: 660 °C (1,220 °F)
  • Punto de ebullición: 2,467 °C (4,473 °F)
  • Gravedad específica: 2.70 (a 20 °C [68 °F])
  • Valencia: 3
  • Configuración electrónica: 1s22s22p63s23p1

Producción del Aluminio

El aluminio es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre y siempre se encuentra en estado combinado con otros elementos como hierro, oxígeno y silicio. La bauxita, que consiste principalmente en óxidos de aluminio hidratados, es el mineral comercial principal utilizado para la producción de aluminio.

En el proceso Bayer, se hace reaccionar la bauxita con hidróxido de sodio caliente para convertir el aluminio presente en el mineral en aluminato de sodio. Después de la separación del material insoluble, se precipita hidróxido de aluminio de la solución de aluminato. Luego, el hidróxido de aluminio se espesa y se calcina para obtener óxido de aluminio (Al2O3).

El óxido de aluminio se disuelve en un baño fundido de criolita (Na3AlF6) y se electróliza en una celda electrolítica utilizando ánodos y cátodos de carbono. En el proceso de electrólisis, el aluminio metálico se forma en estado líquido y se acumula en el fondo de la celda, de donde se extrae periódicamente. El aluminio obtenido de las celdas electrolíticas generalmente contiene entre 99,5% y 99,9% de aluminio, con hierro y silicio como impurezas principales.

El aluminio de las celdas electrolíticas se lleva a grandes hornos revestidos de materiales refractarios, donde se refina antes de su colado. También se pueden fundir elementos aleantes y lingotes de aleantes de elementos en la carga del horno. Durante la operación de refinación, generalmente se purga el metal líquido con gas cloro para eliminar el gas hidrógeno disuelto, seguido de la eliminación del metal oxidado de la superficie del metal líquido. Después de haber sido desgasificado y decantado, el metal se tamiza y se vierte en formas de lingote para su remelting o en formas de lingote primario como láminas o lingotes de extrusión para su posterior fabricación.

Fabricación Primaria del Aluminio

Las formas de lingotes como láminas y lingotes de extrusión generalmente se funden de forma semi-continua mediante el método de enfriamiento directo.

En el caso de los lingotes de lámina, se retiran aproximadamente 1/2 pulgada del metal de las superficies del lingote que entrarán en contacto con los rodillos del laminador en caliente, en una operación llamada desbaste, para garantizar una superficie limpia y lisa para la lámina o placa fabricada. Luego, los lingotes se precalientan o se homogeneizan a alta temperatura durante aproximadamente 10 a 24 horas para permitir la difusión atómica y lograr una composición uniforme del lingote. El precalentamiento debe realizarse a una temperatura inferior al punto de fusión del constituyente con la temperatura de fusión más baja. Después de ser recalentados, los lingotes se laminan en caliente utilizando un laminador en caliente reversible de cuatro rodillos. Generalmente, los lingotes se laminan en caliente hasta alcanzar un espesor de aproximadamente 3 pulgadas y luego se recalientan y se laminan en caliente hasta alcanzar un espesor de aproximadamente 3/4 a 1 pulgada con un laminador en caliente intermedio. La reducción adicional generalmente se lleva a cabo en una serie de laminadores en caliente en tándem para producir metal con un espesor de aproximadamente 0.1 pulgadas. Es posible que se requiera más de un recocido intermedio si se desea producir láminas delgadas.

Clasificación de las Aleaciones de Aluminio Extruido

Las aleaciones de aluminio producidas en forma extruida, como láminas, placas, extrusiones, barras y alambres, se clasifican según los principales elementos de aleación que contienen.

Se utiliza un código numérico de cuatro dígitos para identificar las aleaciones de aluminio extruido. El primer dígito indica el grupo de aleación que contiene los elementos de aleación específicos. Los dos últimos dígitos identifican la aleación de aluminio o indican la pureza del aluminio. El segundo dígito indica la modificación de la aleación original o los límites de impurezas.

A continuación, se muestra una tabla que enumera los grupos de aleaciones de aluminio extruido:

  1. Aluminio, 99.00% mínimo y superior – Grupo 1xxx
  2. Aleaciones de aluminio agrupadas por elementos principales de aleación: Cobre – Grupo 2xxx
  3. Manganeso – Grupo 3xxx
  4. Silicio – Grupo 4xxx
  5. Magnesio – Grupo 5xxx
  6. Magnesio y silicio – Grupo 6xxx
  7. Zinc – Grupo 7xxx
  8. Otros elementos – Grupo 8xxx
  9. Series no utilizadas – Grupo 9xxx

Designaciones de Temple

Las designaciones de temple para las aleaciones de aluminio extruido siguen la designación de aleación y están separadas por un guión. Además, las subdivisiones de un temple básico se indican con uno o más dígitos que siguen a la letra de la designación básica.

Designaciones de Temple Básicas:

  • F – Como fabricado. Sin control sobre la cantidad de endurecimiento por deformación; sin límites de propiedades mecánicas.
  • O – Recocido y recristalizado. Temple con menor resistencia y mayor ductilidad.
  • H – Endurecido por deformación (ver subsección siguiente para las subdivisiones).
  • T – Tratado térmicamente para producir temple estables diferentes a F u O (ver subsección siguiente para las subdivisiones).

Subdivisiones del Endurecimiento por Deformación:

  • H1 – Solo endurecimiento por deformación. El grado de endurecimiento por deformación se indica con el segundo dígito y varía desde semiduro (H12) hasta duro completo (H18), que se produce con una reducción aproximada del 75% en el área.
  • H2 – Endurecimiento por deformación y recocido parcial. Se obtienen temple desde semiduros hasta duros completos mediante el recocido parcial de materiales deformados en frío con resistencias inicialmente mayores que las deseadas. Los temple son H22, H24, H26 y H28.
  • H3 – Endurecimiento por deformación y estabilizado. Temple para aleaciones de aluminio-magnesio que se ablandan por envejecimiento y se endurecen previamente por deformación, y luego se calientan a baja temperatura para aumentar la ductilidad y estabilizar las propiedades mecánicas. Los temple son H32, H34, H36 y H38.

Subdivisiones de Tratamiento Térmico:

  • T1 – Envejecido naturalmente. El producto se enfría tras un proceso de conformado a alta temperatura y se envejece de forma natural hasta alcanzar una condición sustancialmente estable.
  • T3 – Tratamiento de solución, trabajado en frío y envejecido de forma natural hasta alcanzar una condición sustancialmente estable.
  • T4 – Tratamiento de solución y envejecido de forma natural hasta alcanzar una condición sustancialmente estable.
  • T5 – Enfriado desde un proceso de conformado a alta temperatura y luego envejecido artificialmente.
  • T6 – Tratamiento de solución y luego envejecido artificialmente.
  • T7 – Tratamiento de solución y estabilizado.
  • T8 – Tratamiento de solución, trabajado en frío y luego envejecido artificialmente.

Aleaciones de Aluminio Extruido No Tratables Térmicamente

Las aleaciones de aluminio extruido no tratables térmicamente no pueden ser fortalecidas por precipitación, pero solo pueden ser deformadas en frío para aumentar su resistencia. Los tres principales grupos de aleaciones extruidas no tratables térmicamente son los grupos 1xxx, 3xxx y 5xxx.

Aleaciones 1xxx: Estas aleaciones tienen un mínimo de 99.0% de aluminio, siendo el hierro y el silicio las principales impurezas (elementos de aleación). Se agrega un 0.12% de cobre para obtener una mayor resistencia. La aleación 1100 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 13 ksi (90 MPa) en la condición recocida y se utiliza principalmente para aplicaciones de trabajos de chapa metálica.

Aleaciones 3xxx: El manganeso es el elemento de aleación principal de este grupo y fortalece el aluminio principalmente mediante fortalecimiento de solución sólida. La aleación más importante de este grupo es la 3003, que es esencialmente una aleación 1100 con la adición de aproximadamente un 1.25% de manganeso. La aleación 3003 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 16 ksi (110 MPa) en la condición recocida y se utiliza como una aleación de propósito general donde se requiere una buena trabajabilidad.

Aleaciones 5xxx: El magnesio es el elemento de aleación principal de este grupo y se agrega para fortalecer el aluminio mediante fortalecimiento de solución sólida en cantidades de hasta aproximadamente un 5%. Una de las aleaciones más importantes de este grupo es la 5052, que contiene aproximadamente un 2.5% de magnesio (Mg) y un 0.2% de cromo (Cr). En la condición recocida, la aleación 5052 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 28 psi (193 MPa). Esta aleación también se utiliza para trabajos de chapa metálica, especialmente para aplicaciones en autobuses, camiones y embarcaciones.

Aleaciones de Aluminio Extruido Tratables Térmicamente

Algunas aleaciones de aluminio pueden ser fortalecidas por precipitación mediante tratamiento térmico. Las aleaciones de aluminio tratables térmicamente de los grupos 2xxx, 6xxx y 7xxx se fortalecen por procesos similares a los descritos en el artículo anterior para las aleaciones de aluminio-cobre.

A continuación, se muestran las composiciones químicas, propiedades mecánicas típicas y aplicaciones de algunas de las aleaciones de aluminio tratables térmicamente más importantes en la industria:

  • Aleaciones 2xxx: El elemento de aleación principal de este grupo es el cobre, pero también se agrega magnesio a la mayoría de estas aleaciones. También se agregan pequeñas cantidades de otros elementos. Una de las aleaciones más importantes de este grupo es la 2024, que contiene aproximadamente un 4.5% de cobre (Cu), un 1.5% de Mg y un 0.6% de Mn. Esta aleación se fortalece principalmente mediante el fortalecimiento de solución sólida y precipitación. Un compuesto intermetálico de una composición aproximada de Al2CuMg es el principal precipitado de fortalecimiento. La aleación 2024 en la condición T6 tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 64 ksi (442 MPa) y se utiliza, por ejemplo, para estructuras de aeronaves.
  • Aleaciones 6xxx: Los elementos de aleación principales para el grupo 6xxx son el magnesio y el silicio, que se combinan para formar un compuesto intermetálico llamado Mg2Si, que fortalece estas aleaciones en forma de precipitado. La aleación 6061 es una de las aleaciones más importantes de este grupo y tiene una composición aproximada de 1.0% de Mg, 0.6% de Si, 0.3% de Cu y 0.2% de Cr. Esta aleación en la condición T6 tratada térmicamente tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 42 psi (290 MPa) y se utiliza para estructuras de propósito general.
  • Aleaciones 7xxx: Los elementos de aleación principales para el grupo 7xxx de aleaciones de aluminio son el zinc, el magnesio y el cobre. El zinc y el magnesio se combinan para formar un compuesto intermetálico llamado MgZn2, que es el precipitado principal que fortalece estas aleaciones cuando se someten a tratamiento térmico. La alta solubilidad del zinc y el magnesio en el aluminio permite crear una alta densidad de precipitados y, por lo tanto, producir aumentos muy grandes en la resistencia. La aleación 7075 es una de las aleaciones más importantes de este grupo; tiene una composición aproximada de 5.6% de Zn, 2.5% de Mg, 1.6% de Cu y 0.25% de Cr. La aleación 7075, cuando se trata térmicamente en la condición T6, tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 73 psi (504 MPa) y se utiliza principalmente para estructuras de aeronaves.

Procesos de Fundición de Aluminio

Las aleaciones de aluminio se funden normalmente utilizando uno de tres procesos principales de fundición:

  1. Fundición en arena
  2. Molde permanente
  3. Die casting

1. Fundición en arena: La fundición en arena es el proceso más simple y versátil de los procesos de fundición de aluminio.

El proceso de fundición en arena se elige generalmente para la producción de:

  1. Pequeñas cantidades de piezas fundidas idénticas.
  2. Piezas fundidas complejas con núcleos intrincados.
  3. Piezas fundidas grandes.
  4. Piezas fundidas estructurales.

Molde permanente: En la fundición en molde permanente, el metal fundido se vierte en un molde metálico permanente bajo la influencia de la gravedad, presión baja o presión centrífuga.

Die casting: En la fundición a presión, se producen piezas idénticas a altas velocidades de producción al forzar metal fundido a presión considerable en moldes metálicos.

Composiciones de Aleaciones de Aluminio Fundido

Las aleaciones de aluminio fundido se han desarrollado teniendo en cuenta cualidades como la fluidez y capacidad de alimentación del metal fundido, así como propiedades como resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión. Como resultado, sus composiciones químicas difieren significativamente de las de las aleaciones de aluminio forjado.

A continuación, se presenta una tabla con las composiciones químicas, propiedades mecánicas y aplicaciones para algunas aleaciones de fundición de aluminio seleccionadas:

  1. Aleaciones de aluminio, grupo 1xx.x: Aluminio mínimo del 99.00%.
  2. Aleaciones de aluminio con cobre, grupo 2xx.x
  3. Aleaciones de aluminio con silicio, y con cobre y/o magnesio, grupo 3xx.x
  4. Aleaciones de aluminio con silicio, grupo 4xx.x
  5. Aleaciones de aluminio con magnesio, grupo 5xx.x
  6. Aleaciones de aluminio con magnesio y silicio, grupo 6xx.x
  7. Aleaciones de aluminio con zinc, grupo 7xx.x
  8. Aleaciones de aluminio con estaño, grupo 8xx.x
  9. Otros elementos, grupo 9xx.x
  10. Series no utilizadas, grupo 6xx.x

El silicio en el rango del 5% al 12% es el elemento de aleación más importante en las aleaciones de fundición de aluminio, ya que aumenta la fluidez del metal fundido y su capacidad de alimentación en el molde, y también fortalece el aluminio.

El magnesio en el rango del 0.3% al 1% se agrega para aumentar la resistencia, principalmente mediante fortalecimiento por precipitación a través de tratamiento térmico.

El cobre en el rango del 1% al 4% también se agrega a algunas aleaciones de fundición de aluminio para aumentar la resistencia, especialmente a altas temperaturas.

También se agregan otros elementos de aleación como zinc, estaño, titanio y cromo a algunas aleaciones de fundición de aluminio.

En algunos casos, si la velocidad de enfriamiento de la fundición solidificada en el molde es lo suficientemente rápida, se puede producir una aleación tratable térmicamente en estado sólido supersaturado. Por lo tanto, se pueden omitir los pasos de tratamiento de solución y enfriamiento rápido para fortalecer por precipitación la fundición, y solo se requiere un envejecimiento posterior de la fundición después de haber sido extraída del molde.

Un buen ejemplo de la aplicación de este tipo de tratamiento térmico se encuentra en la producción de pistones de automóviles fortalecidos por precipitación.

Conclusiones

Hemos discutido las propiedades ingenieriles del aluminio, la producción y fabricación del aluminio, la clasificación de las aleaciones de aluminio extruido y las composiciones de las aleaciones de aluminio fundido en detalle. Faltan los enlaces a las fuentes externas relevantes.

Si tienes alguna pregunta adicional sobre el aluminio, déjanos un comentario.

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