Copia de METALES NO FERROSOS 2009.ppt

METALES Y ALEACIONES

NO FERROSAS

ING. EMILIO CHIRE RAMÍREZ

Metales Ferrosos Metales No Ferrosos

Hierro Aluminio

Acero de bajo carbono Cobre

Acero de medio carbono Latones

Acero de alto carbono Bronce

Fundiciones Zinc

Aceros inoxidables Plomo

Aceros de herramientas Estaño

Otros Otros

CLASIFICACIÓN DE LOS METALES

Resistencia a la corrosión

Baja densidad

Resistencia a altas

temperaturas

Metales Nobles

METALES NO FERROSOS

METALES NO FERROSOS

Metales no ferrosos pesados y ligeros

• En conclusión, los metales no ferrosos y sus aleaciones no contienen hierro como aleante principal, aunque pueden tener algunos pequeños porcentajes

• Los Metales no ferrosos incluyen los metales radioactivos como el uranio, el torio y plutonio que son usados como combustible nucleares

• El aluminio, berilio y titanio son usados en aplicaciones estructurales.

• Metales ligeros como el litio, magnesio, potasio y sodio tienen cada vez más importancia en aplicaciones de ingeniería

METALES NO FERROSOS

• El níquel y el plomo tienen importantes aplicaciones como el cobre que es seleccionado por su alta conductividad térmica y eléctrica

• El cadmio, estaño y zinc son usados como recubrimientos, aplicaciones eléctricas y superficies de rodamientos

• El cobalto y manganeso son elementos comunes de aleación en los aceros

• El oro, plata y platino, metales preciosos, son usados en aplicaciones eléctricas y joyería

METALES NO FERROSOS

• Finalmente, los metales refractarios (aquellos con puntos de fusión por encima de los 2000 grados Celsius), tales como el columbio, titanio, tungsteno, renio, vanadio y circonio, se usan en aplicaciones que requieren alta resistencia, dureza, y estabilidad térmica. Por ejemplo, recubrimientos de herramientas, protectores térmicos y otros usos relacionados

METALES NO FERROSOS

OBTENCIÓN DE LOS METALES NO FÉRREOS

ALEACIONES NO FÉRREAS

Las aleaciones no ferrosas tienen grandes diferencias entre sí

– Temperaturas de fusión.

– Resistencias mecánicas.

– Densidades– Resistencias

mecánicas específicas

CINC PURO

ALEACIONES DE ALUMINIO

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES NO FERROSAS SEGÚN SU CALIDAD DE

PRODUCTOS

Aleaciones No Ferrosas

Para Forja Para Fundición

SE CONFORMAN POR PROCESOS DE DEFORMACIÓN VOLUMÉTRICA:

-LAMINACIÓN

-EXTRUSIÓN

-FORJA INDUSTRIAL

-ESTIRADO

SE CONFORMAN POR PROCESOS DE FUNDICIÓN Y VACIADO EN:

-MOLDES DE ARENA

-MOLDES DE METAL

-LINGOTERAS

ALEACIONES NO FERROSAS SEGÚN SU CALIDAD DE PRODUCTOS Y POSIBILIDAD

DE ENDURECIMIENTO POR TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Aleaciones No Ferrosas


Termotratables No

Termotratables No

Termotratables Termotratables

METALES Y ALEACIONES NO FÉRREAS

Los metales y aleaciones no ferrosas, de igual manera tienen usos muy variados tanto industriales, como domésticos

Vasija de estaño puro

SELECCIÓN DE METALES NO FERROSOS

• Después de los metales y aleaciones ferrosos, los dos metales estructurales que más se utilizan son el aluminio y el titanio en forma de aleaciones

• Su uso obedece a su poca densidad y a su excelente resistencia a la corrosión. Estas propiedades les permiten sustituir a los aceros en estructuras que requieren materiales de alto rendimiento

• Ambos metales se pueden endurecer en la medida suficiente por aleación y tratamiento térmico para producir resistencias específicas muy grandes y módulos específicos

• Por consiguiente, la mayor parte de las aleaciones estructurales de aluminio y de titanio se utilizan en la industria aeroespacial; el aluminio tiene una participación de alrededor de 3:1 respecto al titanio por razones de costo


• El cobre y el níquel tienen aproximadamente la misma densidad que el hierro, y sus índices de rendimiento no difieren mucho de los índices de los aceros

• Su costo, sin embargo, es mayor que el del acero y, por tanto, no pueden sustituir económicamente a los aceros en las aplicaciones estructurales

• Su aplicación no se basa en sus propiedades mecánicas, sino en otras, como sus propiedades eléctricas, de corrosión y de alta temperatura


• El cobre se aplica principalmente en la industria de la construcción, donde se emplea en forma de cables eléctricos y de tuberías para agua potable

• La aplicación más grande del níquel es como elemento de aleación en aceros inoxidables y aceros de baja aleación. Como aleación el níquel se utiliza en la fabricación de motores de turbina para aviones de reacción, que están sujetos a severos esfuerzos mecánicos


ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO

¡El 8% de la corteza terrestre contiene ALUMINIO!

• Baja densidad: 2.7g/cm3 (3 veces que el Fe) • Bajo punto de fusión: 650 °C • No tóxico• Alta resistencia a la corrosión • Excelente conductor del calor y la electricidad • No magnetizable• No produce chispa • Alta plasticidad • Excelente reflector de la luz• Reciclable• Excelente maquinabilidad

PROPIEDADES GENERALES DEL ALUMINIO

PROPIEDADES INGENIERILES DEL ALUMINIO

Ligero, resistente

El aluminio es un metal muy ligero con una densidad de 2,7 g/cm3 un tercio el peso del acero. Su resistencia puede adaptarse a la aplicación que se desee modificando la composición de su aleación

Muy resistente a la corrosión

El aluminio genera de forma natural una capa de óxido que lo hace muy resistente a la corrosión. Los diferentes tipos de tratamiento de revestimiento pueden mejorar aún más esta propiedad. Resulta especialmente útil para aquellos productos que requieren de protección y conservación

Excelente conductor de la electricidad

El aluminio es un excelente conductor del calor y la electricidad y, en relación con su peso, es casi dos veces mejor que el cobre

Buenas propiedades de reflexión

El aluminio es un buen reflector tanto de la luz como del calor. Esta característica, junto con su bajo peso, hacen de él el material ideal para reflectores, por ejemplo, de la instalación de tubos fluorescente, bombillas o mantas de rescate

PROPIEDADES INGENIERILES DEL ALUMINIO

Muy dúctil

El aluminio es dúctil y tiene una densidad y un punto de fusión bajos. Esta situación de fundido, puede procesarse de diferentes manera. Su ductibilidad permite que los productos de aluminio se fabriquen en una fase muy próxima al diseño final del producto

Completamente impermeable e inocuo

La lámina de aluminio, incluso cuando se lamina a un grosor de 0,007 mm. sigue siendo completamente impermeable y no permite que las sustancias pierdan ni el más mínimo aroma o sabor. Además, el metal no es tóxico, ni desprende olor o sabor

Totalmente reciclable

El aluminio es cien por ciento reciclable sin merma de sus cualidades. El refundido del aluminio necesita poca energía. El proceso de reciclado requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial

• La envoltura de la tierra, que es la base de los continentes y sus cordilleras, se compone de aluminio silicatos (Si, Al y O) que son los componentes fundamentales de los minerales

• Con un porcentaje de 8%, el aluminio es el 3er elemento más abundante en la Listósfera

• La materia prima para la producción de

aluminio, bauxita

¿DÓNDE SE ENCUENTRA?

La producción de aluminio consiste de 3 pasos:

1. extracción de bauxita2. producción de alúmina 3. electrólisis de aluminio

Se necesitan 4 toneladas de bauxita para producir 2 toneladas de alúmina, las cuales producirán 1 tonelada de aluminio

PROCESO PRODUCTIVO DEL ALUMINIO

BauxitaBauxitaBauxita

Proceso químico

Alúmina

Proceso electrolítico

Aluminio


• La bauxita, está compuesta principalmente por uno o más componentes de hidróxido de aluminio

• Contiene como principales impurezas: sílice, hierro y óxido de titanio

• La bauxita es extraída por diversos métodos

• Luego se muele en partículas muy pequeñas antes del refinado para recuperar la alúmina (Al2O3)


• La reducción de alúmina en aluminio líquido es realizado a una temperatura promedio de 950 ºC en un baño fluorinado y bajo una alta intensidad de corriente en una celda electrolítica

• Cátodos de carbón forman el fondo de la celda y actúan como electrodo negativo, los ánodos (electrodos positivos) son mantenidos en el tope y son consumidos durante el proceso cuando reaccionan con el oxígeno proveniente del electrolito

• El proceso es continuo y el metal fundido se saca a intervalos regulares (aluminio 99,8 % puro)

• El producto final son lingotes para refusión o para extrusión o planchones para laminación


PROCESO PRODUCTIVO

DEL ALUMINIO

Designación del aluminio y aleaciones de aluminio

Aluminum Association (AA), estipulado en la Norma H35.1 del American National

Standards Institute (ANSI)

ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO

• El aluminio y sus aleaciones se adquieren o se seleccionan indicando primero la designación de la aleación, seguida de un código que indica cómo se procesa; esto último se expresa mediante lo que se conoce como designación de temple

• Así como las designaciones de los aceros son manejadas por el American Iron and Steel Institute (AISI), las designaciones del aluminio están a cargo de la Aluminum Association (AA) y se estipulan en la norma H35.1 del American National Standards Institute (ANSÍ)

• Las designaciones del aluminio y de sus aleaciones se basan en su calidad de productos forjados o productos fundidos (moldeados)

Designación

X X X X - YX Los dos últimos dígitos indican el % de aluminio después de la coma (Serie 1XXX), para otra serie no tienen significado

El segundo indica cambio en la aleación original o límites de impureza

Grupo de aleación

Designación del temple ( F, O, H, W, T)

DESIGNACIÓN DEL ALUMINIOY SUS ALEACIONES SEGÚN LA ALUMINUM

ASSOCIATION (AA)

ALEACIONES DE ALUMINIO SEGÚN SU CALIDAD DE PRODUCTOS Y CAPACIDAD

DE ENDURECIMIENTO POR TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Aleaciones de Aluminio


Termotratables No

Termotratables No

Termotratables Termotratables

DESIGNACIÓN, USOS Y APLICACIONES

DEL ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS

Elemento de Designación aleación Tratamiento principal

1XXX Aluminio al 99% No Envejecible

Aleaciones de Aluminio agrupadas de acuerdo al soluto

mayoritario

2XXX Cobre Endurecible por precipitación 3XXX Manganeso No Envejecible 4XXX Silicio No Envejecible 5XXX Magnesio No Envejecible 6XXX Magnesio y Silicio Endurecible por precipitación 7XXX Zinc Endurecible por precipitación 8XXX Otros elementos 9XXX No se usa

TABLA 1. ESPECIFICACIÓN DE ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS

Designaciones de Temple básicas

FFabricado tal cual

ORecocido

HEndurecido por deformación o trabajo en frío

WTérmicamente tratado

por disolución

TTérmicamente

tratados por disolución

Envejecimiento natural

O + número distinto de cero

-H + dos o más dígitos -Envejecimiento artificial

-T + uno más dígitos

W y T solo se aplican a aleaciones de aluminio forjadas y fundidas que son

termotratables

H se aplica a productos forjados

Designación del aluminio sin alear forjado

1350 - H19

Designación de aleaciones forjadas de aluminio

6151 F

DESIGNACIÓN AA DE ALUMINIO SIN ALEAR FORJADO

Aluminio no aleado,

prácticamente puro

Contenido al Al = 99,50% ó impurezas en el Al =

0,50%

Sin control de los límites de impurezas naturales


Aluminio no aleado,

prácticamente puro


0,50%

Con control de impurezas o adiciones [ (Tablas: máximo contenido de

0,45% de (Si + Fe) ]


Aluminio no aleado,

prácticamente puro


0,50%

Con control de impurezas o adiciones (Tablas: se especifica máximo de Si y

adiciones de B + V + Ti)

DESIGNACIÓN AA DE ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS

Aleación de aluminio de Al–Cu para

forja

Número arbitrario AA para el tipo o familia

de aleación

Aleación original sin modificación en su

composición

DESIGNACIÓN AA DE ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS

Aleación de aluminio de Al–Cu para

forja

Número arbitrario AA para el tipo o familia de

aleación

Primera modificación de la composición de la aleación original

(adición de Z r = 0,25 + Ti)

DESIGNACIÓN AA DE ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS NO TRATABLES

TÉRMICAMENTE

Aleación de Al-Mg para

forja

Dureza

Completa Δ

Endurecida por deformación (tratamiento mecánico)

Número arbitrario AA para el tipo ó familia

de aleación

Aleación original sin modificación en su

composición

Designaciones de temple básicas de aleaciones de

aluminio (Tablas)

Designaciones de temple básicas

• F: Bruto de fabricación

Aplicado al proceso de fabricación de los semi-productos en el que no existen controles especiales sobre las condiciones térmicas o deformación en frío empleados. No hay valores establecidos para las características mecánicas.

• O: Recocido

Aplicado a los semi-productos para obtener el estado más bajo de resistencia.

• H: Endurecimiento por deformación, Acritud ó T.F. (Generalmente estirado)

Aplicado a semi-productos cuya resistencia ha aumentado mediante deformación en frío, con o sin tratamiento térmico complementario para conseguir alguna reducción de las características mecánicas.

• W: Tratamiento térmico de solución y temple

Es un estado aplicado únicamente a las aleaciones que maduran espontáneamente a temperatura ambiente después del tratamiento a solución y temple. Este estado solo utilizará cuando se indica el tiempo del madurado natural. Por ejemplo W 1/2 hora.

• T: Tratamiento térmico de endurecimiento estructural para producir estados distintos F, O y H

A semi-productos en los que se aumenta su resistencia mecánica mediante tratamiento térmico con o sin acritud suplementaria, para obtener estados estables. La letra "T" va siempre seguida de uno o más dígitos.

Denominación de los estados básicos del proceso

Tabla: Designación según el grado de endurecimiento

F = Tal como se fabricó

O = Recocido y Recristalizado

H XX = Endurecido por deformación o acritud (Trabajo en frío: T.F.)

X=1 Sólo endurecido por deformación (2,4,6,8 = % de T.F.) X=2 Endurecido por deformación + Recocido Parcial (2,4,6,8 = % de T.F.) X=3 Endurecido por deformación + Estabilizado (2,4,6,8 = % de T.F.)

T X = Tratado Térmicamente

X=1 Envejecimiento natural X=2 Recocido (únicamente productos fundidos) X=3 Tratado Térmicamente por solución sólida + T.F. + Envejecimiento

Natural X=4 Tratado Térmicamente por solución sólida + Envejecimiento Natural X=5 Enfriado + envejecimiento Artificial X=6 Tratado Térmicamente por solución sólida + Envejecimiento Artificial X=7 Tratado Térmicamente por solución sólida + Estabilizado X=8 Tratado Térmicamente por solución sólida + T.F. + Envejecimiento

Artificial X=9 Tratado Térmicamente por solución sólida + Envejecimiento Artificial + T.F. X=10 Enfriado + T.F. + Envejecimiento Artificial

ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN EN FRÍO

La resistencia del material aumenta al aumentar el porcentaje de trabajo en frío; sin embargo la ductilidad del

material disminuye

La primera cifra que sigue a la H indica la variación específica de las operaciones básicas del proceso según:

• H1: Acritud solamente

Aplicado a los semi-productos los cuales son endurecidos por deformación plástica en frío solamente hasta obtener la resistencia mecánica deseada, sin tratamiento térmico complementario.

• H2: Acritud y recocido parcial

Aplicado a los semi-productos que son endurecidos por deformación plástica en frío hasta obtener una resistencia mecánica superior a la deseada, la cual se obtiene posteriormente mediante un tratamiento térmico de recocido parcial. En este estado, para un mismo nivel de resistencia mecánica que el H, presenta un mayor alargamiento.

• H3: Acritud y estabilizado

Aplicado a los semi-productos que son endurecidos por deformación plástica en frío y cuyas características mecánicas han sido estabilizadas posteriormente por un tratamiento térmico a baja temperatura. La estabilización generalmente disminuye la resistencia mecánica y aumenta la ductilidad. Esta denominación es únicamente aplicable a aquellas aleaciones que si no son estabilizadas sufren un ablandamiento a temperatura ambiente, como las de Al-Mg.

Tabla: Designación según el grado de endurecimiento por deformación o trabajo en

frío (acritud)

H1X : ENDURECIDO POR DEFORMACIÓN ÚNICAMENTE

Endurecido por deformación (acritud), sin

tratamiento térmico complementario

Grado de trabajo en frío o

endurecimiento por deformación

H2X : ENDURECIDO POR DEFORMACIÓN ÚNICAMENTE

Endurecido por deformación y

recocido parcialmente

Grado de trabajo en frío o

endurecimiento por deformación

Endurecido por deformación y

propiedades mecánicas estabilizadas mediante tratamientos térmicos

Grado de endurecimiento por deformación que se conserva luego de la estabilización

H3X : ENDURECIDO POR DEFORMACIÓN Y ESTABILIZADO

Designación de la condición de trabajado en frío

En el caso de aleaciones de aluminio, la condición de trabajo en frío o endurecido por deformación se designa como H1x, donde x indica el grado de endurecimiento por deformación o de trabajo en frío.

La condición totalmente dura se dá cuando % RA = 75 % y x= 8, por lo cual tiene una designación de estado de H18

duro

1/4

1/2

3/4

Estados por trabajo en frío de aleaciones de aluminio

H12

H14

H16

H18H19

25 % duro

semiduro

75 % duroduroextraduro

Aumento de resistencia

A la tensión respecto al estado recocido O

TABLA

Estados por trabajo en frío de aleaciones de aluminio

Estado Grado de endurecimiento

RESISTENCIA VS. DUCTILIDAD

El dígito que sigue a las designaciones H1, H2 y H3 indicará el grado final de acritud recibido:

HX2: Estado 1/4 duro. Su resistencia a la tracción se encuentra aproximadamente a la mitad entre la del estado recocido y la del semiduro.

HX4: Estado semiduro. Su resistencia a la tracción se encuentra aproximadamente a la mitad entre la del estado recocido y la del duro.

HX6: Estado 3/4 duro. Su resistencia a la tracción se encuentra aproximadamente a la mitad entre la del estado semiduro y la del duro.

HX8: Estado duro. Tiene el máximo grado de acritud generalmente utilizado.

HX9: Estado extraduro. Su resistencia a la tracción excede a la del estado duro

Los dígitos impares indicarán estados cuya resistencia a la tracción es la media de las correspondientes a los estados de dígitos pares adyacentes.

Tabla: Designación según el grado de endurecimiento por deformación o trabajo en

frío (acritud)

Las siguientes tres cifras a la letra H sirven para todas las aleaciones forjables:

H (x)11: Aplicado a los semi-productos que después de un recocido final mantienen un endurecimiento por deformación en frío que impide calificarlo como un estado recocido (0), pero no lo suficiente como para calificarlo como H(x)1. Ejemplo: El endurecimiento alcanzado por un enderezado por tracción controlada se denomina H111. (Alargamiento de un 1% aproximadamente.)

H 112: Aplicado a los semi-productos que pueden adquirir algún endurecimiento por deformación a elevada temperatura y por el cual hay unos límites de características mecánicas.

H 113: Aplicado a las chapas, que después de un recocido final mantienen un endurecimiento por deformación en frío que impide calificarlo como un estado recocido (0), pero no lo suficiente para calificarlo como H(x). (El alargamiento es de un 3% aproximadamente.)

Tercera cifra (x) en la subdivisión del estado H

Una segunda cifra añadida (no debe ser 0), indica variaciones en el tratamiento que alteran de forma significativa las propiedades de los semi-productos. Hay tratamientos desarrollados y registrados en A.A. entre ellos y como más significativos se relacionan los siguientes:

T31: Tratamiento térmico de solución, temple, y acritud del 1%.

T41: Tratamiento térmico de solución y temple con refrigerante a temperatura.

T35: Tratamiento térmico de solución, temple y tracción controlada del 1,5% al 3%.

T36: Tratamiento térmico de solución, temple y acritud del 7%.

T42: Tratamiento térmico de solución a partir de 0 ó F, temple y maduración natural.

T62: Tratamiento de solución a partir de 0 ó F, temple y maduración artificial.

T51, T52, T53, T54: Enfriamiento (temple) desde la temperatura de extrusión con diferentes grados de enfriamiento, de manera que con una misma maduración artificial se consiguen características mecánicas finales diferentes.

T53: Enfriamiento, (temple), desde la temperatura de extrusión y doble maduración artificial.

T61: Tratamiento térmico de solución, temple y maduración artificial en condiciones diferentes a la T6.

Segunda cifra en la subdivisión del estado T

T72: Tratamiento de estabilizado a partir de T42.

T73: Tratamiento térmico de solución, temple, y maduración con doble tratamiento (estabilización para mejorar la resistencia a la corrosión bajo tensiones y Envejecimiento).

T74: Tratamiento térmico de solución, temple en agua a temperatura superior a 50ºC y maduración con doble tratamiento (Estabilizado +Envejecimiento).

T76: Tratamiento térmico de solución, temple, y maduración con doble tratamiento (Estabilización para mejorar la resistencia a la corrosión exfoliante + Envejecimiento).

T81: Tratamiento térmico de solución, temple, endurecimiento por deformación y envejecimiento artificial. El endurecimiento por tracción del 1,5% al 3%.

T83: Similar al T8 para aleación 6063. T86: Tratamiento térmico de solución, temple, acritud y envejecimiento artificial. La acritud proviene generalmente de un enderezado por tracción del 6%.

T87: Tratamiento térmico de solución, temple, endurecimiento por deformación y maduración artificial. La acritud proviene generalmente de un enderezado por tracción del 7%.

T89: Tratamiento térmico de solución, temple y endurecimiento suficiente para lograr las características mecánicas y envejecimiento artificial.

T93, T94: Tratamiento térmico de solución, temple y endurecimiento suficiente para lograr las características mecánicas.

Segunda cifra en la subdivisión del estado T

La tercera cifra añadida indica eliminación de tensiones mediante enderezado por tensión controlada, así:

T(x)51: Aplicado a los semi-productos que después del tratamiento térmico de solución y templado, indica la acritud que reciben de un último enderezado por tracción controlada del 1 al 3%. Estas barras no serán sometidas a posteriores enderezados.

T(x)50: Igual que el anterior pero aplicado a barras, perfiles, tubos extruídos y estirados: Porcentaje acritud enderezado por tracción controlada del 3%, menos el tubo de 0,5 al 3%.

T(x)511: Igual que el anterior pero se admite un estirado menor después de la tracción controlada.

Tercera cifra (x) en la subdivisión del estado T

DESIGNACIÓN AA DE ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS TRATABLES

TÉRMICAMENTE

Aleación de Al-Cu para forja

Tratamiento térmicamente a solución y luego

envejecida artificialmente

Número arbitrario AA para el tipo ó

familia de aleación

Aleación original sin modificación en su composición

Selección y aplicación de aluminio y aleaciones de aluminio forjadas

-Se clasifican en aleaciones termotratables y no termotratables

-Las aleaciones termotratables son las que contienen uno más de los elementos cobre, magnesio, silicio y zinc, que tienen la cualidad de incrementar su solubilidad en el aluminio a medida que la temperatura aumenta y que poseen las características genéricas para el endurecimiento por precipitación

Aluminio y aleaciones de Aluminio forjadas

Tratables térmicamente No tratables térmicamente

-Endurecimiento por disolución de sólido

-Endurecimiento por deformación o trabajo en frío (acritud)

-1XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX

-Algunas 7XXX y 8XXX

-Endurecimiento por precipitacion (envejecimiento)

-2XXX, 6XXX, 7XXX

-Algunas aleaciones 4XXX y 5XXX

Usos y aplicaciones de aluminio y aleaciones de aluminio forjadas

1XXX

-Numerosas aplicaciones en las industrias eléctrica y química, gracias a su excelente resistencia a la corrosión gran conductividad térmica y eléctrica

-Algunos uso representativos son: equipo químico, reflectores, intercambiadores de calor, conductores y capacitores eléctricos, hoja delgada para empaquetar, aplicaciones arquitectónicas y guarniciones decorativas

Se usa como material de revestimiento para mejorar la resistencia a la corrosión de las aleaciones termotratables

-El 1350 se creó deliberadamente como conductor eléctrico

No termotratable


2XXX

-El envejecimiento se descubrió en la aleación 2017

-Por ser propensas a corrosión intergranular son revestidas con Al de alta pureza para brindar protección galvánica

-Se utilizan para fabricar ruedas de camiones y aeronaves, fuselaje de aviones, forros de ala y piezas estructurales, así como otros objetos que requieren buena resistencia por debajo de 150ºC

Termotratables


3XXX

-Tienen una resistencia mecánica aproximadamente 20 % mayor que las 1XXX

-Su contenido de Mn está limitado a alrededor del 1,5 %

-Las aleaciones 3003, 3004 y 3105se usan para latas de bebidas, utensilios de cocina, intercambiadores de calor, toldos, muebles, señales de carretera, techados, revestimientos exterior y otras aplicaciones arquitectónicas

No termotratable


4XXX

-Su uso más importante es alambres de soldadura y aleaciones de soldadura fuerte para unir aleaciones de aluminio

-Por su color gris oscuro (por su contenido de Si) tiene gran demanda en aplicaciones arquitectónicas

-La aleación 4032 (termotratable), tiene poca resistencia al desgaste y se le utiliza para producir émbolos de motor forjados

No termotratable


5XXX

-Éstas aleaciones se crearon como “aleaciones marinas” de alta resistencia a los ambientes marinos de agua salada y también presentan buena soldabilidad

-Tienen usos arquitectónicos, ornamentales y en guarniciones decorativas; en la fabricación de latas y extremos de latas; postes de alumbrado público; botes y barcos; tanques criogénicos; partes de grúas y estructuras de automóviles

No termotratable


6XXX

-De resistencia media, pero no tan resistentes como las 2XXX y 7XXX

Se conforman a diferentes tipos de perfiles en la condición de temple T4

-Se utilizan en aplicaciones estructurales , marcos de bicicletas, equipo de transporte, barandas de puentes y estructuras soldadas

Termotratables


8XXX

-La termotratable 8001 (Al-Ni-Fe) tiene aplicaciones relacionadas con la energía nuclear

-La 8280 ( Al-Sn-Ni-Cu) se emplea en cojinetes; el Sn aporta las características antifricción, en tanto el Ni y Cu contribuyen a endurecer el material

-La aleación 8081 (20% Sn y 1 % Cu) tiene usos automotrices

-La aleación 8090 (Al-Li) es termotratable y se usa en la industria aeroespacial

Termotratables y no termotratables


7XXX

-Contienen de 1 a 8 % de zinc, así como una proporción más pequeña de magnesio

-Presentan menor resistencia al ACE (agrietamiento por corrosión bajo esfuerzo)

-Se utilizan ligeramente envejecidas para brindar mejores combinaciones de resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y tenacidad a la fractura

-Se utilizan en estructuras de bastidor de avión, equipo móvil y otras piezas sometidas a grandes esfuerzos

Termotratables

Uso de aleaciones de aluminio 7XXX y 2XXX en un avión comercial

Materiales estructurales y resistentes a la corrosión en la construcción del trasbordador espacial

TRATAMIENTO TÉRMICO POR

ENDURECIMIENTO POR

PRECIPITACIÓN (ENVEJECIMIENTO) DE ALEACIONES DE

ALUMINIO

ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN O ENVEJECIMIENTO

• Es el tratamiento térmico más importante que se aplica a las aleaciones de aluminio. Este tratamiento eleva notablemente la resistencia mecánica de las aleaciones de aluminio endurecibles por tratamiento térmico.

• El endurecimiento por precipitación tiene lugar, fundamentalmente en tres fases:

1. Por calentamiento a temperatura elevada (puesta en solución)

2. Por enfriamiento rápido (temple)3. Por permanencia (envejecimiento o maduración)

Representación del tratamiento de envejecimiento de aleaciones de aluminio

• Históricamente, el descubrimiento accidental del endurecimiento por precipitación se hizo en las aleaciones de aluminio

• Este procedimiento se descubrió en Alemania, cuando se repitió el ensayo de dureza a una muestra de Duraluminio, una aleación de aluminio y cobre, después de que había permanecido un tiempo en el laboratorio. Al repetir el ensayo se observo una dureza mucho mayor. El primer nombre que se dio al fenómeno fue el de endurecimiento por envejecimiento

• Los estudios sobre este fenómeno pusieron de manifiesto que este también ocurría en otros sistemas de aleación, y que la razón del endurecimiento es la formación de precipitados en las soluciones sobresaturadas. Por tanto, el nombre correcto del fenómeno es endurecimiento por precipitación, aunque todavía se le conoce como endurecimiento por envejecimiento

ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO

Los requisitos fundamentales para que una aleación presente endurecimiento por envejecimiento sean los siguientes:

(1)Que la aleación presente solubilidad creciente de un soluto o de una segunda fase a medida que la temperatura aumenta

(2) Que el material a alta temperatura, el cual hay más solutos en solución, puede ser templado o congelado cuando la aleación se enfría a la temperatura ambiente o por debajo de ella. Esto implica que la curva C de la aleación presente un régimen de enfriamiento crítico factible y razonable con los medios de inmersión disponible. Puesto que la aleación templada contiene más soluto a temperatura ambiente que cuando está en equilibrio, se trata de una solución sobresaturada, inestable, que tiende a precipitar el exceso de solución o fase


Con base a estos requisitos, el proceso de

tratamiento térmico para conseguir el

endurecimiento por precipitación

consiste en las etapas que se ilustran en el esquema y se

describen luego


(1) Recocido por disolución:

El término “disolución” indica que se calienta la aleación a una temperatura en la que aumenta la cantidad de soluto en la solución sólida. “Recocido” indica que el calentamiento también reblandece la aleación

(2) Templado para formar una solución sobresaturada:

Ésta etapa más crítica de la serie de procedimientos de tratamiento térmico. La velocidad de templado debe ser mayor que la velocidad de enfriamiento crítico para conservar la composición a la temperatura de recocido por disolución y para formar una solución sobresaturada del soluto o fase. Esto crea la fuerza impulsora de la precipitación del soluto o fase en exceso



(3) Precipitación del exceso de soluto o fase:

El endurecimiento de la aleación se consigue precipitando el exceso de soluto o fase en forma de un precipitado transitorio, metaestable y coherente. El endurecimiento se debe a la formación de la red (deformación coherente) inducido por el precipitado coherente. Cuando la precipitación se hace a temperatura ambiente, se trata de un envejecimiento natural; cuando se hace a temperaturas más altas, se llama envejecimiento artificial

Coherencia: La figura superior representa una solución sólida sobresaturada de a átomos B (círculos oscuros) en una matriz de átomos A (círculos claros). La figura inferior muestra una

partícula de precipitado coherente formada por el agrupamiento de los átomos B

• Si el proceso de precipitación no produce las etapas de transición coherentes, por más precipitación que ocurra, no habrá precipitación ni aumento de resistencia

• Las aleaciones que presentan precipitaciones sin endurecimiento, se describen como no tratables térmicamente. Las aleaciones binarias de aluminio y silicio y de aluminio y manganeso presentan un grado considerable de precipitación cuando se trata térmicamente, pero los cambios que se observan en las propiedades mecánicas son relativamente insignificantes y las aleaciones son, por tanto, no tratables térmicamente


• Los principales sistemas de aleación de aluminio tratables térmicamente son os siguientes:

- Sistema de aluminio-cobre con endurecimiento por CuAl2 (2XXX)

- Sistema de aluminio-magnesio-silicio con endurecimiento por Mg2Si (6XXX)

- Sistema de aluminio-magnesio-zinc con endurecimiento por MgZn2 (7XXX)

- Sistema de aluminio-litio con endurecimiento por Al3Li

• El sistema aluminio-litio es interesante por que se endurece y también presenta un aumento en el módulo de elasticidad y una disminución de la densidad.


• La W y la T son designaciones que se aplican a las aleaciones de aluminio forjadas y fundidos que son termotratables (es decir, las que se endurecen por tratamiento térmico o procesamiento térmico)

• La W indica una condición inestable y ordinariamente no se utiliza

• La designación T va seguida de número del 1 al 10 que indica el procesamiento aplicado a la aleación forjada o fundida

• A continuación se exponen las designaciones de temple con explicaciones breves de los procesamientos:

- T1, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad

DESIGNACIONES POR CONDICIONES DE TRATAMIENTO TÉRMICO


• T2, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada, trabajado en frío y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad

• T3, térmicamente tratado por disolución, trabajado en frío y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad

• T4, térmicamente tratado por disolución y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad

• T5, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada y envejecido de una forma artificial

• T6, térmicamente tratado por disolución y envejecido en forma artificial

• T7, térmicamente tratado por disolución y sobreenvejecido o estabilizado

• T8, térmicamente tratado por disolución, trabajado en frío y envejecido de forma artificial

• T9, térmicamente tratado por disolución, envejecido artificialmente y trabajado en frío

• T10, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada, trabajado en frío y envejecido en forma artificial


SELECCIÓN Y APLICACIONES DE ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS

• Las aleaciones de aluminio forjadas se clasifican en dos tipos básicos: aleaciones no termotratables y aleaciones termotratables

• Las aleaciones no termotratables incluyen las diversas calidades de aluminio puro y todas las demás aleaciones cuya resistencia obedece al endurecimiento por disolución de sólido y al trabajo en frío o endurecimiento por deformación derivado del temple de recocido

• Estos materiales incluyen las aleaciones 1XXX, 3XXX, 4XXX y 5XXX, aunque unas pocas de ellas pertenecen a las series 7XXX y 8XXX.

SELECCIÓN Y APLICACIONES DE ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS

• Las aleaciones termotratables son las que contienen uno o más de los elementos cobre, magnesio, silicio y zinc, que tienen la cualidad de incrementar su solubilidad en aluminio a medida que la temperatura aumenta, y que poseen las características genéricas para el endurecimiento por precipitación

• Estos materiales incluyen las aleaciones 2XXX, 6XXX y 7XXX, aunque algunas de ellas pertenecen también a las series 4XXX y 5XXX, que contienen una combinación de los elementos citados.

ALEACIONES NO TERMOTRATABLES

• Estas aleaciones presentan resistencias a la cedencia y a la tensión muy reducidas en el estado recocido (O) y, por tanto, son fácilmente conformables para impartirles diferentes formas

ALEACIONES TERMOTRATABLES

• Éstas aleaciones se eligen para aplicaciones estructurales en virtud de su gran resistencia mecánica y la ligereza y resistencia a la corrosión inherente al aluminio

• Aleaciones 6XXX : Estas aleaciones contienen silicio y magnesio, aproximadamente en la proporción que se requiere para formar el compuesto Mg2Si (siliciuro de magnesio) que precipita y endurece las aleaciones durante el tratamiento térmico. De resistencia media, pero no tan resistentes como las aleaciones 2XXX y 7XXX, las 6XXX tienen buena formabilidad, soldabilidad, labrabilidad, y resistencia a la corrosión. Se pueden conformar a diferentes perfiles en la condición de temple T4, para después endurecerlas aún más a la condición del temple T6 después del conformado. Se utilizan en aplicaciones estructurales, marcos de bicicleta, equipo de transporte, barandas de puente y estructuras soldadas

• Se realiza para endurecer la aleación

• El Cu se disuelve a temperatura ambiente en un 0.2%, pero la solubilidad máxima es de 5.7%

• Primero se enfría rápidamente la aleación y se obtiene una solución sólida sobresaturada que es inestable

• Luego dependiendo de la temperatura se producen cambios que precipitan o preparan la precipitación del compuesto CuAl2 y solo queda en la solución el Cu correspondiente al sistema de equilibrio (0.2%)

Endurecimiento por precipitación o envejecimiento de la aleación Al - 4 %

Cu

Diagrama de equilibrio de fases binario Al-Cu

Endurecimiento por precipitación o envejecimiento de la aleación Al - 4 % Cu

• La aleación se calienta a una temperatura mayor que solvus en la cual el precipitado se disuelve en la solución sólida , para una aleación Al-Cu se hace entre 500 y 548 ºC.

• La aleación conteniendo se enfría muy rápidamente o se templa, formándose una solución sólida supersaturada que contiene cobre en exceso.

• El éxito del temple depende de llevar el cobre (Al2Cu) a solución sólida y luego atraparlo ahí

• Se calienta la solución sólida sobresaturada a una Temperatura intermedia T2 donde el cobre precipita como partículas muy finas de Al2Cu (aluminuro de cobre) en los límites de grano y a lo largo de los planos cristalinos inmovilizándolos (obstáculos para el movimiento de las dislocaciones) evitando el flujo plástico del metal, provocando un incremento de la dureza

• La fase estable no precipita de inmediato, sino en etapas que requieren tiempo para completarse hasta producirse un equilibrio entre y (La resistencia se incrementa con el tiempo: envejecimiento)

• Solo se bloqueará el deslizamiento de los planos si el precipitado está directamente en la trayectoria de la dislocación (precipitado coherente)

Endurecimiento por precipitación o envejecimiento de una aleación Al- 4% Cu

Microestructuras durante el tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación

Extremo rico en aluminio en el diagrama de fases Al-Cu que muestra los tres pasos en el tratamiento térmico por

envejecimiento y las microestructuras producidas

Envejecimiento

Matriz de solución sólida de Al (blanda)

Partículas de aluminuro de cobre (duras)

Tratamiento por solución: calentamiento a una sola fase por encima de solvus

Envejecimiento

Templado: enfriado a región bifásica

Templado

Envejecimiento:debe formarse un precipitado coherente

Tratamiento por solución

Solvus

Microestructuras durante el tratamiento térmico de endurecimiento por deformación

Partículas de aluminuro de cobre (duras)

Matriz de solución sólida de

Al (blanda)

¡Hay que evitarlo!

Partículas de aluminuro de cobre inmovilizando los planos de deslizamiento, evitando el flujo plástico

del metal

Micrografía (100X) de una lámina de aluminio 2024-T6Partículas de aluminuro de cobre

Tratamiento térmico a solución y envejecimiento artificial de la aleación 2014-T6

DESIGNACIÓN, USOS Y APLICACIONES

DEL ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDAS

Designación Elemento de aleación 1XX.Y Aluminio al 99%

Aleaciones de aluminio agrupados de acuerdo a la mayor cantidad de soluto

2XX.Y Cobre 3XX.Y Si-Mg, Si-Cu, Si-Cu-Mg 4XX.Y Silicio 5XX.Y Magnesio 7XX.Y Zinc 8XX.Y Estaño 9XX.Y Otros elementos 6XX.Y No se usa

TABLA 2. ESPECIFICACIÓN DE ALEACIONES ALUMINIO FUNDIDAS

Designación del aluminio y aleaciones de aluminio fundidos

Designación del aluminio y aleaciones de aluminio fundidos

Caso 1Aluminio no aleado o Prácticamente puro

Serie 1XX.Y

Caso 2Aleaciones de aluminioSeries: 2XX.Y, 3XX.Y, 4XX.Y, 5XX.Y, 7XX.Y,

8XX.Y, 9XX.Y6XX no se usa

Clasificación del aluminio y aleaciones de aluminio para fundición según la forma del

producto

Aluminio y aleaciones de Al para fundición

Moldes de Arena o transitorios Moldes permanentes o coquilla Lingoteras

Piezas o partes Piezas o partes Lingotes

Piezas fundidas

Designación del aluminio sin alear fundido

1 0 0 . 1

Designación de aleaciones fundidas de aluminio

A 3 0 5 . 0 T 5

DESIGNACIÓN AA DE ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDAS NO TRATABLES

TÉRMICAMENTE

Primera modificación de la composición de la aleación

original

Composición de la aleación para una PIEZA fundida en

molde arena

Número arbitrario AA de identificación de la subfamilia

dentro del grupo 3 de aleaciones de Al para fundición

Aleación de Al con Si, Cu y Mg como

aleantes principales

DESIGNACIÓN AA DE ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDAS

Aleación de Al-Cu con

composición original

Composición de la aleación para LINGOTE

Número arbitrario AA de identificación de la subfamilia dentro del grupo 2 de aleaciones

de Al para fundición


Primera modificación de la composición de la aleación original

Pieza fundida en molde de arena.


dentro de su grupo.

Aleación de Al-Cu para fundición


Segunda modificación de la composición de la

aleación original

Pieza fundida en molde de arena.


dentro de su grupo.

Aleación de Al-Cu para fundición

DESIGNACIÓN AA DE ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDAS TRATADAS

TÉRMICAMENTE

Aleación de Al-Cu para

fundición

Tratada térmicamente a solución y

envejecida en forma natural.

Número arbitrario AA de identificación de la subfamilia dentro del grupo.

DESIGNACIÓN AA DE ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDAS NO TRATABLES

TÉRMICAMENTE

Aluminio prácticamente

puro, no aleado

Contenido de Al = 99,08% ó impurezas en el Al = 0,92%

Tal como fué fabricada

Selección de piezas fundidas de aluminio y de aleaciones de aluminio

-Las aleaciones de aluminio para moldeo se basan en los mismos sistemas de aleación que las que se emplean para piezas forjadas, a excepción de la ausencia de manganeso como elemento de aleación principal

-Puesto que los productos son piezas fundidas , las aleaciones no termotratables no se endurecen por trabajado en frío

-Las aleaciones 3XX son las que más se utilizan para piezas fundidas, del mismo modo que las aleaciones 3XXX son para productos forjados. La diferencia entre éstas dos aleaciones radica en su elemento de aleación principal. Las aleaciones forjadas contienen Mn, en tanto que las fundidas tienen Si

- El silicio forma una eutéctica con el aluminio que proporciona la fluidez y moldeabilidad de estas aleaciones de aluminio para moldeo.

- El contenido de Si varía de 4 % hasta la composición eutéctica de 12 %, permite la producción de formas mucho más intrincadas y con espesores amplios de secciones

Aleaciones de aluminio termotratables y no termotratables

Aleaciones de Aluminio fundidas

Aleaciones No termotratables

Aleaciones termotratables

- 5XX.0

- 8XX.0

- 2XX.0

- 3XX.0

- 4XX.0

- 7XX.0

Usos y aplicaciones de aluminio y aleaciones de aluminio fundidas

1XX.0

-Por su conductividad eléctrica se le utiliza en forma de anillos y barras conductoras para fabricar rotores de ciertos tipos de motores eléctricos.

-Se utiliza las aleaciones 100.0. 150.0 y 170.0


2XX.0

-Se utiliza en ambientes a altas temperaturas

-Inicialmente la aleación 222 (10% Cu) se utilizó para la fabricación de pistones de motores de combustión

-Las aleaciones 230, 242, A242 y 243 se usan para fabricar pistones de motores diesel y culatas de motores de avión

-Las aleaciones 201, A206, 224 y 249 se utilizan para piezas de vehículos aeroespaciales


3XX.0-Aleación Si-Cu 319 se usan para el vaciado en moldes de arena

-Aleación Si-Cu 380 se usa para la fundición en matriz (coquilla)

-Aleaciones Si-Mg: 356 y A356 se aplican en piezas de aviones y automóviles (aros)

-Aleaciones A356 y A357 son para aplicaciones militares y aviación

-Aleación Si-Mg-Cu 332 (9,5%Si-3%Cu-1%Mg) se usa para motores de combustión interna y la 336 con más Si (12%) y Ni se utiliza en motores diesel


4XX.0-Se clasifican en eutécticas (12% Si) e hipoeutécticas (< 12% Si) y aleaciones hipereutécticas (>12% Si)

-En general son difíciles de maquinar

-Aleaciones eutéctica e hipoeutécticas (413, 443 y 444), se utilizan en todos los procesos de moldeo de piezas que requieren buena ductilidad, resistencia a la corrosión y estanqueidad a la presión

-Aleaciones hipereutécticas como la 390 se utiliza en motores pequeños, separadores de disco de computadora, pistones para compresoras de aire acondicionado, cajas de compresora de aire, cilindros maestros de frenos, bombas y otros componentes transmisiones automáticas


5XX.0

-Buenas para aplicaciones marinas y aguas de mar

-Idóneas para conjuntos soldados en necesidades arquitectónicas y otra índole decorativa, esto por su atractiva apariencia en su calidad de anodizado

-Por su moldeabilidad pobre y por prácticas especiales de taller de fundición para producir piezas de calidad, son bastante costosas


7XX.0

-Como envejecen de forma natural a temperatura ambiente, son útiles para elaborar piezas fundidas con formas difíciles de tratar térmicamente por disolución y templar sin que se agrieten y deformen

-Por problemas de moldeabilidad y procedimientos de manejo especiales son bastante costosas


8XX.0-Por su contenido de estaño se eligen para cojinetes y bujes porque tienen gran capacidad para soportar carga y gran resistencia a la fatiga

-Presenta una excelente resistencia a la corrosión causada por los aceites lubricantes de motores de combustión interna

-Con aleaciones 850 y 851 se fabrican bielas y cojinetes de cárter para motores diesel

-Las aleaciones 852 y 853 se usan en la fabricación de cojinetes grandes para camiones, trenes de laminación, así como bujes destinados a soportar grandes cargas

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