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8/18/2019 Aluminio y Sus Aleaciones-2015
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ALEACIONES DE ALUMINIO
Fernando Franco Arenas, PhD.
Escuela de Ingeniería de Materiales
Universidad del Valle
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ALEACIONES DE ALUMINIO
El material base es la bauxita. Compuesta de 62-65% de alúmina (Al2O3), hasta un28% de óxido de hierro (Fe2O3), 12-30% de agua de hidratación (H2O) y hasta un8% de sílice (SiO2).
La bauxita es primeramente secado y molida.
Luego se mezcla con la lejía de sosa y se somete a cocción en el digestor a una presión de 7 kg/cm2 y una temperatura de 180 oC con el fin de separar lasimpurezas se obtiene Aluminato sódico (Na2O.Al2O3)
Se hidroliza el aluminato de sodio, quedando alúmina hidratada e hidróxido desodio. Filtrando este liquido, se obtiene la alúmina que se seca en un horno tubularrotatorio a una temperatura de 1300oC.
El producto así obtenido es el oxido de aluminio. Luego la Alúmina se trasformaen aluminio puro por electrolisis.
Para obtener una tonelada de aluminio son necesarias 4 Tm. de bauxita, 80 kgs. decriolita, 600 kgs. de electrodos de carbón y 22.000kw-hora.
OBTENCION DEL ALUMINIO
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OBTENCION DEL ALUMINIO
Se mezcla con criolita para rebajar el punto de fusión, que es elevado (2000oC), se hace fundir en un horno electrolítico.
Sumergido en cubas hay una serie de electrodos de carbón que forma el polo positivo (Ánodo).
Se utiliza una corriente para la fusión del aluminio de 5 a 6 voltios y entre20.000 y 70.000 Amperios.
El aluminio liquido separado del oxigeno se deposita en el fondo de la cuba a
una temperatura de 1000o
C. De allí es aspirado y vaciado en pequeñas lingoteras.
El producto obtenido es aluminio puro.
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ALEACIONES DE ALUMINIO
PROPIEDADES DEL ALUMINIO
PURO
Color blanco argentado. El aluminio tiene estructura cristalina f.c.c. La densidad es de 2.7 g/cc. (1/3 la del acero)
Baja temperatura de fusión 660°C El aluminio puro 99.99% presenta una buena resistencia a la corrosión. En presencia de oxigeno el aluminio se recubre de una capa de oxido muy
delgada y muy adherente (Al2O3) que protege al metal. Es un metal blando y es muy sensible a cualquier clase de trabajo mecánico
(superficial).
Todos los Ácidos Inorgánicos excepto el Ácido Nítrico ataca fuertementeal aluminio. Los Ácidos orgánicos como Cítrico, Tartárico, no muestra tendencia a
combinarse con este metal.
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PROPIEDADES DEL ALUMINIO PURO
Es un buen conductor eléctrico, (tiene 2/3 de la K del Cobre). Es buen conductor de calor. El aluminio se presta muy bien para el trabajo en Frio y en Caliente
mediante los diferentes procesos de conformado. El trabajo en frio hace al aluminio duro y resistente. Recociendo y enfriando bruscamente a una temperatura de 350 a
450oC se ablanda y se deforma con facilidad. Si las deformaciones son muy grandes se puede recocer varias veces
seguidas. El aluminio presenta una excelente respuesta a los diferentesmecanismos de endurecimiento.
ALEACIONES DE ALUMINIO
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ALEACIONES DE ALUMINIO
FORMA EMPLEO
Chapas de aluminio purolaminadas en frio
Recipientes y chapas derevestimiento
Perfiles de aluminio aleadocon T.T. envejecimiento.
Aplicaciones estructurales yarquitectónicas.
Foils de aluminio puro Envolturas de alimentos ymedicamentos
Laminas de aluminio puro yaleado.
Para conformado por estampado y Embutición
Tubo de aluminio estirado sinsoldadura
Tubería y conducciones para pequeña calderas
PRODUCTOS DEL ALUMINIO
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ALEACIONES DE ALUMINIO
DENOMINACION ABREVIATURA EMPLEO
Aluminio puro 99.8% AL. 99.8% Fabricas de productosquímicos para altasexigencias.
Aluminio puro 99.5% AL. 99.5% Fabricas de productosquímicos, electrotécnicas,construcción navales
Aluminio puro 99.0% AL. 99.00% Usos generales, ej: bateríade cocina, tejidos.
Aluminio puro 99.99% AL. 99.99% Usos químicos, joyerías
CLASIFICACION. NORMA DIN 1712
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Material σ tensión
(psi)
σ fluencia
(psi)
Ductilidad
%ε
Aumento
de σf
Al puro recocido(99.99% Al).
6.500 2.500 60
Al. puro comercial.
(99.% Al)
13.000 5.000 45 2.0
Endurec. por Sol. Sól.(1.2%Mn)
16.000 6.000 35 2.4
Al puro trabajado en frio(75%)
24.000 22.000 15 8.8
Endurec. por dispersión(5%Mg)
42.000 22.000 35 8.8
Endur . por envejecim/to
(5.6Zn-2.5Mg)
83.000 73.000 11 29.2
EFECTO DE LOS MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO
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Aleaciones para forja.
1xxx Al puro (>99% Al)
2xxx Al – Cu
3xxx Al – Mn
4xxx Al – Si y Mg – Si
5xxx Al – Mg
6xxx Al – Mg – Si
7xxx Al – Mg – Zn
8xxx Otros elementos
9xxx Serie no usada
No envejecido.
End. por envejecimto.
No envejecido.
End. Por envejecto si hay Mg.
No envejecido.
End. por envejecimto.
End. por envejecimto.
CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO
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ALEACIONES DE ALUMINIO
CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO PARAFUNDICION
1xx.x Al. Comercial puro (>99% Al)
2xx.x Al – Cu3xx.x Al – Si con Cu o Mg
4xx.x Al – Si
5xx.x Al – Mg
6xx.x Serie no usada
7xx.x Al – Mg- Zn8xx.x Al – Sn
9xx.x Sin especificar (fabricante)
No envejecidoEndurecible por envejecimiento.
Algunas son end. por envejecimto.
No envejecible.
No envejecible.
Endurecible por envejecimiento.Endurecible por envejecimiento.
Endurecible por envejecimiento.
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ALEACIONES DE ALUMINIO
Numero
AISI/SAE
Composición
química
% peso
Resistencia
a la tensión
(MPa)
Ductilidad
(%)
Resistencia a
la corrosión
Aplicaciones típicas
1100 99.0min Al,
0.12%Cu
89
124
25
4
Excelente Trabajo de laminación del
metal.
3003 1.2Mn 117159
2317
excelente Recipientes a presión,equipos químicos.
5052 2.5Mg, 0.25Cr 193
262
18
4
excelente Camiones, autobuses, usos
marinos, tubos.
2024 4.4 Cu, 1.5Mg,
0.6Mn
220
442
12
5
deficiente Estructuras de aviones
6061 1.0Mg, 0.6Si,0.27Cu,0.2Cr
152290
1610
Muy buena Camiones y estructurasmarinas, tuberías, carriles
6063 0.4 Si, 0.7 Mg - - Muy buena Partes extruidas para la
industria del transporte
7075 5.6Zn, 2.5Mg,
1.6Cu, 0.23Cr
276
504
10
8
mala Aviones y otras estructuras
CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO
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ALEACIONES DE ALUMINIO
F – Tal como se fabricó. (Trabajo en caliente, forja, Fundición).O – Recocido y recristalizado, ( en la condición mas blanda posible).H – Endurecido por deformación, (Trabajado en frío)
T – Tratado térmicamente para producir endurecimiento estable además deF u O. ( Endurecida por envejecimiento).
DESIGNACION DEL GRADO DE TEMPLE
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H1X – Trabajo en frió solamente.(X se refiere a la cantidad de trabajo en frioy endurecimiento).
H12 – Alta resistencia a la tensión intermedia 0 y 14.H14 - Alta resistencia a la tensión intermedia 0 y 18.H16 - Alta resistencia a la tensión intermedia . 14 y 18.H18 – Con una reducción de area de aproximadamente 75%.H19 – Resistencia a la tensión mayor en 2000 psi respecto a la H18.
H2 – Endurecimiento por deformación y recocido parcial.H3 – Endurecimiento por deformación y estabilizado.
DESIGNACION DEL GRADO DE TEMPLE
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ALEACIONES DE ALUMINIO
T1 – Enfriada desde la temperatura de fabricación y enfriada naturalmente.T2 - Enfriada desde la temperatura de fabricación, trabajada en frió yenvejecida naturalmente.
T3 – Tratada por solución, trabajada en frió y envejecida naturalmente.T4 – Tratada por solución y envejecida naturalmente.T5 – Enfr . desde la temperatura de fabricación y envejecida artificialmente.T6 – Tratada por solución y envejecida artificialmente.T7 – Tratada por solución y estabilizada por sobreenvejecimiento.
T8 – Tratada por solución, trabajada en frió y envejecida artificialmente.T9 – tratada por solución, envejecida artificialmente y trabajada en frió.T10 – Enfriada desde la temperatura de fabricación, trabajada en frió yenvejecida artificialmente.
DESIGNACION DEL GRADO DE TEMPLE
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ALEACIONES DE ALUMINIO
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ALEACIONES DE ALUMINIO
SISTEMA Al - Mn
Aleación Al - Mn
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ALEACIONES DE ALUMINIO
Aleación Al - Si
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El Si mejora la dureza, resistenciamecánica y mejora la fluidez de laaleación en estado fundido.
PROPIEDADES DE ALEACIONES Al - Si
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SISTEMA Al -Mg
Aleación Al -Mg
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ALEACIONES DE ALUMINIO
Contienen por lo general entre 1- 10% de Mg.
Son mas ligeras que el Al puro.
Son fáciles de maquinar, tienen buena resistencia a la corrosiónalcalina.
Puede endurecerse por dispersión de la fase β (AlMg)
ALEACIONES Al- Mg
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ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACION
Es un tratamiento térmico que consiste en la formación de una fase de
precipitación fina dentro de la estructura.
Las aleaciones que presentan este fenómeno son aquellas binarias o
ternarias en las que la solubilidad sólida de un metal en el otro, disminuye
como función de la disminución de la temperatura.
El diagrama de fases debe mostrar una solubilidad sólida decreciente al
disminuir la temperatura (SOLVUS).
La matriz debe ser blanda y dúctil y el precipitado duro y frágil.
La aleación debe ser templable: suprimir la formación de la segunda fase.
El precipitado debe ser coherente con la matriz.
ALEACIONES DE ALUMINIO
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ALEACIONES DE ALUMINIO
Estas soluciones pueden endurecerse por un tratamiento de precipitación dela fase θ (CuAl2)
ALEACIONES Al-Cu
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TRATAMIENTO TERMICO DE ENVEJECIMIENTO
Solución: a una temperatura por encima de la línea de solvus y se sostiene hasta que seobtenga una solución sólida homogénea. (se disuelve el precipitado )
Templado : enfriamiento rápido de la aleación monofçasica, los átomos no tienen tiempo dedifundir y no se forma . La solución solida queda sobresaturada en soluto (estado deno equilibrio).
Envejecimiento : La aleación sobresaturada se calienta a una temperatura por debajo desolvus. Se activa la difusion de los atomos de soluto, a distancias cortas, donde secombinan con otros átomos para formar un precipitado de ´, coherente con la matriz.
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Inicialmente se forman las zonas de Guinier-Preston, GP1, que muestra la coherencia relativa
entre los átomos precipitados con los de la matriz.
Al continuar el tratamiento, se da lugar a las zonas GP2, es un precipitado en forma de disco
romboidal, que es coherente en sus superficies planas, pero es incoherente a lo largo de los
bordes.
Luego van a formar la fase ´, estas zonas tienen una fuerte tendencia a permanecer en
coherencia con la matriz.
Las partículas precipitadas obstaculizan
el avance de las dislocaciones lineales,
que son forzadas a pasar entre ellas, lo
que requiere un esfuerzo adicional para
moverlas.
ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACION
ALEACIONES DE ALUMINIO
A AC O S A O
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ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACION
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ALEACIONES DE ALUMINIO
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ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACION
El envejecimiento continuado conlleva auna reducción de la cantidad departículas, crecen las mas grandes aexpensas de las mas pequeñas y perdidade coherencia con la matriz, disminución
en la resistencia y dureza de la aleación:SOBREENVEJECIMIENTO.
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