Aluminio y Sus Aleaciones-2015

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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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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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.



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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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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.



CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO


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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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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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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.



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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.



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SISTEMA Al - Mn

Aleación Al - Mn


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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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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.



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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.



A AC O S A O


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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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