Metalurgia del Aluminio

Diagramas TTT

Si se desea obtener la fase θ» a 220 °C, se puede lograr sin pasar por la zona de grano parcializado (GPZ). Sin embargo, es más recomendable realizar el proceso pasando por las fases, aunque esto sea más lento. La temperatura a la que aparecerá más rápidamente la GPZ es entre 160-170 °C, y tardará en aparecer 0.001 segundos.

Zonas Libres de Precipitación (PFZ)

A menudo se pueden encontrar zonas sin precipitados adyacentes a los límites de grano. Estas zonas, conocidas como PFZ, son menos resistentes y susceptibles a la corrosión bajo tensión (SCC). Son zonas débiles del material y se consideran defectos.

Las PFZ se forman debido a que:

• Los precipitados se forman fácilmente en el límite de grano y atraen átomos de soluto por difusión.
• Hay una ausencia de vacantes en estas zonas, que actuarían como puntos de nucleación.
• Los límites de grano actúan como sumideros de soluto.

Las PFZ se pueden evitar con las variables propias de los tratamientos térmicos:

• Altas temperaturas de solubilización
• Enfriamientos muy rápidos
• Bajas temperaturas de maduración

Un aspecto sucio en el material suele indicar una maduración inadecuada.

Tratamientos de Maduración

Maduración Natural

• Montaña y línea: Forja en caliente, maduración natural (zigzag en la montaña).
• Preforma en caliente: Forja en frío, maduración natural (zigzag en montaña y línea).
• Disolución: Forja en frío, maduración natural (zigzag en línea), Disolución, Maduración natural (sin zigzag).

Maduración Artificial

• Montaña grande y montaña pequeña: Forja Caliente, maduración artificial (zigzag montaña grande), Disolución, Maduración artificial (Sin zigzag).
• Disolución: Sobremaduración (Montaña pequeña más ancha).
• Disolución: Forja frío, maduración artificial (zigzag entre montañas).
• Disolución: Maduración artificial, Forja frío (zigzag después de montañas).

Hidroconformado

Proceso usado en el aluminio para obtener formas complicadas. Se coloca un tubo dentro de un molde y se aplica presión hidráulica para que el tubo adquiera la forma del molde.

Aleaciones de Aluminio

Aleaciones para Forja No Tratables

• Serie 1xxx: Aleaciones de aluminio de pureza comercial. Rivalizan con el cobre en relación conductividad/peso. La conductividad eléctrica disminuye al aumentar la pureza del aluminio. El óxido de aluminio protege de la corrosión. Buena formabilidad. Aplicaciones: domésticos de lámina.
• Serie 3xxx: Aleaciones Al-Mn y Al-Mn-Mg. La solubilidad máxima de Mn en Al es 1.8%, pero se reduce por la presencia de impurezas de Fe. Las aleaciones comerciales tienen
• Serie 5xxx: Aleaciones Al-Mg. El Mg es altamente soluble en Al y ofrece la mayor cantidad de fortalecimiento en solución sólida. Se usa hasta el 5% de Mg en las aleaciones comerciales. Cantidades mayores de Mg₅Al₈ son perjudiciales para la resistencia a la corrosión bajo tensión. Fuertes, resistentes a la corrosión, soldables, buen acabado pulido. Aplicaciones: placas soldadas (carrocerías de camiones, recipientes a presión), barcos, revestimientos arquitectónicos.

Aleaciones para Forja Tratables

• Serie 2xxx: Aleaciones Al-Cu y Al-Cu-Mg. La aleación Al-Cu no se utiliza mucho en la práctica. El Al-Cu-Mg, conocido como “Duraluminio” (3.5% Cu, 0.5% Mg, 0.5% Mn, y el resto Al), posee muy alta resistencia a la tracción a temperatura ambiente. Sin embargo, su resistencia a la corrosión, soldabilidad y aptitud para el anodizado son bajas. Ampliamente utilizado en la construcción de aviones. La aleación 2618 (2.2% Cu, 1.5% Mg, 1% Ni, 1% Fe y el resto Al) se encuentra normalmente laminada, chapada de Al puro o Al-Zn para proteger contra la corrosión.
• Serie 6xxx: Aleaciones Al-Mg-Si. Aleaciones estructurales de resistencia media, soldables y resistentes a la corrosión. El Mg₂Si es el precipitado endurecedor.
• Serie 7xxx: Aleaciones Al-Zn-Mg (Cu). Sistema con mayor endurecimiento por envejecimiento. Bajo % Cu: resistencia media, soldables, baja sensibilidad de enfriamiento. Medio % Cu: alta resistencia, utilizado ampliamente en aplicaciones aeroespaciales.

Aleaciones para Fundición

El aluminio es muy utilizado en la fabricación de piezas fundidas (ej. aplicaciones automovilísticas) debido a su ligereza, baja temperatura de fusión y buena fluidez. El principal problema es la alta contracción al solidificar, que se resuelve mediante un diseño cuidadoso del molde. Las aleaciones más usadas son las basadas en Al-Si, Al-Cu y Al-Mg. Se usa una mayor fracción de soluto que en aleaciones forjadas (hasta un 12%). El tratamiento térmico no se utiliza normalmente.

Soldabilidad del Aluminio

Son aplicables todos los métodos de unión: TIG, MIG, Brazing, soldadura blanda, adhesivos, remaches. TIG y MIG producen las uniones más resistentes.

Las aleaciones de aluminio son susceptibles al agrietamiento caliente. Para combatir este problema, los soldadores aumentan la velocidad de la soldadura para reducir el aporte de calor. El precalentamiento reduce el gradiente de temperatura a través de la zona de soldadura y, por lo tanto, ayuda a reducir el agrietamiento caliente, pero puede reducir las características mecánicas.

Las aleaciones no tratables térmicamente se ablandan por efecto de la temperatura en la zona de soldadura, disminuyendo la dureza. Cuando hay deformación en frío, el efecto de la temperatura también ablanda la unión.

Las aleaciones tratables térmicamente se ablandan por la modificación de los precipitados, comportándose las zonas afectadas térmicamente como puntos blandos. Estas aleaciones se ablandan más que las no tratables térmicamente.

Soldadura Fuerte (Brazing)

Se utiliza un material de aportación por encima de 450 °C. El brazing es más común en aleaciones no tratables térmicamente (1xxx, 3xxx, 5xxx). Los materiales para el brazing son las aleaciones Al-Si (6.8-11% Si). Las temperaturas del proceso son cercanas a la temperatura de fusión del material base.

Defectología

Uno de los mayores problemas de la soldadura de Al, es derivado del alto coeficiente de expansión termica. Durante el proceso de solidificación del cordón, se pueden producir altas tensiones mecánicas llegándose a agrietar el cordón en ciertos casos de embridamiento. Para evitarlo una técnica suele ser la de precalentar para evitar la localizacion de la contraccion. Pero el nivel de aleantes también influye. Agrietamiento en caliente y agrietamiento por expansión fallos más importantes. Temperaturas del proceso cercanas a temperatura de fusión del material.

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