ALUMINIO,

TRATAMIENTOS

TERMICOS

ALUMINIO

La importancia de este material reside fundamentalmente en sus propiedades:

– Tecnológicas – Abundancia – Precio económico

Es el segundo material más corriente de la corteza terrestre, y su elevada energía utilizada en su producción se ve compensada por el bajo costo de su reciclado lo que asegura una larga vida al metal.

Es el metal no férreo de mayor producción mundial.

OBTENCIÓN

La mayor parte del aluminio industrial se obtiene de la bauxita. Su nombre se debe a su lugar de descubrimiento, en la localidad francesa de Baux.

Mediante electrolisis del mineral se obtiene la alúmina, AL2O3, u oxido de aluminio. El aluminio obtenido por electrolisis obtiene purezas del orden del 99.6/99.8%, siendo las impurezas más importantes el hierro y el silicio.

PROPIEDADES MECANICAS

Las características mecánicas son función directa de la pureza del material, así como de su estructura (forja, moldeo, fundición)y la temperatura a la que se realiza el ensayo.

Las durezas en el campo de los no férreos deben tomarse a escala industrial ,unicamente como orientativas, nunca como definitivas, porque con el tiempo se producen precipitaciones que aumentan la dureza.

Por deformación plástica, forjado, acritud, la resistencia mecánica, el límite elástico y la dureza aumentan, mientras que su alargamiento, decrece.

La adicción de elementos de aleación, incrementa en general la resistencia a la tracción y la dureza, disminuyendo la plasticidad.

El tamaño de grano, T.G., influye sobre las características mecánicas de forma que, cuanto más fino es, más elevada es la resistencia, el limite elástico y la dureza, bajando el alargamiento. El efecto de T.G. es menor cuanto más puro es el metal.

La relación de resistencia a la tracción RT8kg/mm2) y la dureza Brinell en KG/mm2 viene a ser de 0.35 en aluminio.

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN

El fundamento y la importancia de la resistencia a la corrosión del aluminio se encuentra en el AL2O3, es decir en la alúmina u oxido de aluminio.

La corrosión intergranular requiere que en las juntas de grano exista una zona circundante electronegativa.

La pureza del metal afecta a que se resista mejor cualquier tipo d corrosión.

La acritud hace disminuir la resistencia a la corrosión frente al recocido.

El tamaño de grano no influye significativamente. La porosidad afecta, así como la radiación y las superficies mal acabadas.

RESISTENCIA AL AGUA

Las aleaciones de aluminio con FE, NI, SI resisten mejor la acción del agua. Con el agua de mar se produce un oscurecimiento pero debemos vigilar la unión aire-agua que produce una fuerte corrosión.

EMBALAJE Y TRANSPORTE

Precauciones por oxidación

– Durante el almacenamiento si la temperatura diurna aumenta y la humedad también, el punto de rocío se eleva. El aluminio tiene una elevación de temperatura mucho más lenta y puede alcanzar el punto de rocío, produciéndose condensación.

– Durante el transporte, el metal sale del almacén a 16 ºC, si circula por zonas de menor temperatura, el metal se enfría. Al entrar en el segundo almacén a 16 ºC, la humedad provoca una condensación superficial que puede penetrar en el interior por capilaridad.

– El embalaje de cartón o plástico, da una protección razonable frente a la humedad, pero no los aísla de la temperatura y/o humedad, pudiendo producirse condensación superficial.

NORMAS DE ALMACENAMIENTO

Cuando se mueva un material de aluminio, la diferencia de temperatura, no debe ser superior a 11ºC por el peligro de la condensación.

NOMENCLATURA DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO

Se usa la nomenclatura AA, AW (forjado) más cuatro dígitos : A W x x x x

PRIMER DIGITO: Elemento dominante

1 x x x Aluminio 99% 2 x x x Cobre 3 x x x Manganeso 4 x x x Silicio 5 x x x Magnesio 6 x x x Magnesio y silicio 7 x x x Zinc 8 x x x Otros elementos 9 x x x Serie poco usual

SEGUNDO DIGITO: Control de Impurezas

Entre x 0 x x Aleación original x 1 x x — x 9 x x Modificaciones Controladas

TERCER Y CUARTO DIGITO:

Porcentaje mínimo de aluminio en grupo 1 u otros componentes en el resto de grupos

CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES

Se clasifican según el proceso seguido en:

Trabajadas en frio, suaves o no tratables térmicamente

–Son los grupos 1 x x x , 3 x x x , 4 x x x y 5 x x x. Durante el trabajo el metal se endurece (templa) El proceso requiere tratamiento térmico intermedio (recocido) y uno final (estabilización).

Trabajadas en caliente, duras o tratables térmicamente

–Son los grupos 2 x x x , 6 x x x y 7 x x x. Durante el trabajo el metal mejora sus características metalúrgicas y mecánicas. El proceso requiere tratamiento de extrusión y después un temple térmico.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ALUMINIO

NOMENCLATURA DE LOS TEMPLES

Aleaciones trabajadas en caliente

Se usa la nomenclatura T (Tempered) más un dígito, que define los procesos calóricos seguidos para obtener el producto final así: T- x

T Tratado térmicamente para producir temples más estables T 1 Enfriado y envejecido naturalmente. T 2 Recocido (solo productos fundidos) T 3 Tratamiento en solución y luego trabajado en frío T 4 Tratamiento en solución y envejecido naturalmente T 5 Envejecimiento artificial T 6 Tratamiento en solución y envejecido artificialmente T 7 Tratamiento en solución y estabilizado, o doble maduración. T 8 Tratamiento en solución, trabajado en frío y envejecido artificialmente T 9 Tratamiento en solución, envejecido artificialmente y trabajado en frío T 10 Enfriado, envejecido artificialmente y trabajado en frío.

Aleaciones trabajadas en frío

Se usa la nomenclatura H (Hardened ) más tres dígitos, que identifican los procesos seguidos para obtener el producto final así : H – x x x

Primer dígito. Tipo de trabajo

H 1 x x En frío, solamente H 2 x x En frío y parcialmente recocido H 3 x x En frío y estabilizado

Segundo dígito: Grado de dureza

H x 1 x Un octavo de dureza H x 2 x Un cuarto de dureza H x 3 x Tres octavos de dureza H x 4 Media dureza H x 5 x Cinco octavos de dureza H x 6 x Tres Cuartos de dureza H x 7 x Siete octavos de dureza H x 8 x Dureza total o duro H x 9 x Muy duro

Tercer dígito: Variaciones del temple.

H x x 1 Endurecido por debajo del temple exigido H x x 2 Endurecido naturalmente, pero sin control de temple H x x 3 Resistencia aceptable a corrosión por ranura H x x 4 Producto grabado en la superficie, con un patrón.

TEMPLE DEL ALUMINIO

El aluminio es un metal cuyo símbolo químico es Al, su número atómico es 13, y su peso atómico es 26.9815. El aluminio puro es blando y tiene poca resistencia mecánica, pero puede formar aleaciones con otros elementos para aumentar su resistencia y adquirir varias propiedades útiles.

Las aleaciones de aluminio son ligeras, fuertes, y de fácil formación; son fáciles de ensamblar, fundir o maquinar y aceptan gran variedad de acabados. Por sus propiedades físicas, químicas y metalúrgicas, el aluminio se ha convertido en el metal no ferroso de mayor uso.

Según los tipos de tratamiento que se utilicen para endurecer el aluminio, éstos se pueden clasificar en dos grupos:

- ALEACIONES NO TEMPLABLES CON ENDURECIMIENTO POR ACRITUD

El endurecimiento por acritud es un fenómeno que se produce en cualquiera de los modos de deformación utilizados: Laminado, estirado, plegado, martilleado, cintrado, embutido, entallado, etc.

- ALEACIONES TEMPLABLES CON ENDURECIMIENTO ESTRUCTURAL

Las aleaciones de endurecimiento estructural son las que sus características mecánicas dependen de tratamientos térmicos, solubilización, temple y maduración (natural o artificial). A este grupo pertenecen las familias 2000 (Aluminio-Cobre), 6.000 (Aluminio-Magnesio-Silicio) y 7000 (Aluminio-Zinc).

El tratamiento térmico para el endurecimiento de estas aleaciones sigue la siguiente secuencia:

1- SOLUBILIZACIÓN

Se hace a temperatura elevada del orden de 530º C ,esta temperatura es más elevada cuando la aleación está cargada de los elementos aleantes; magnesio, silicio y zinc.

La duración de mantenimiento a temperatura depende del espesor de los productos.

Durante el mantenimiento prolongado a temperaturas elevadas, los compuestos intermetálicos del tipo Mg, Si, Cu, Zn, se redisuelven y la aleación forma entonces una solución sólida homogénea.

La temperatura de puesta en solución de las aleaciones de aluminio de endurecimiento estructural deben ser reguladas con precisión para no alcanzar las temperaturas eutécticas que producen una fusión local de los compuestos intermetálicos . El metal es entonces inutilizable.

2- TEMPLE

Se trata de un enfriamiento muy rápido del metal que se hace normalmente por inmersión en agua fría a la salida del horno. El enfriamiento brutal del metal tiene por efecto impedir la precipitación de los compuestos intermetálicos.

Es inmediatamente después del temple cuando las aleaciones de endurecimiento estructural (AlCu-AlMgSi-AlZn) son fácilmente deformables. La velocidad de temple es un parámetro muy importante del que dependen ciertas propiedades, como son las características mecánicas de tracción, la tenacidad, el comportamiento a la corrosión…., existe para cada aleación una velocidad crítica de temple bajo cuyo umbral no se debe bajar.

Para obtener la tenacidad máxima la velocidad de temple debe ser tres veces más rápida que la velocidad crítica de temple. Observación: el temple es susceptible de producir tensiones internas sobre todo en las piezas de formas complejas o de grandes secciones.

Se puede disminuir las tensiones con una deformación plástica controlada, por ejemplo, una tracción con el 2% de alargamiento después del temple y antes de la maduración bien natural (T451) o artificial (T651).

3- REVENIDO O MADURACIÓN

Después del temple la solución sólida sobresaturada está en un estado metaestable.

La vuelta al equilibrio, es decir la precipitación de los compuestos intermetálicos que provocan el endurecimiento estructural, se produce por reordenación atómica de las moléculas que componen la aleación.

Puede hacer de dos maneras:

– Por maduración a temperatura ambiente (maduración natural). Después de un reposo de varias horas, que depende de las aleaciones, la dureza y las características mecánicas no aumentan. La precipitación y el endurecimiento estructural han terminado. Es el estado T4

– Por revenido, es decir un calentamiento de varias horas entre 160ºC y 180ºC. El revenido (maduración artificial) acelera la precipitación. Se realiza inmediatamente después del temple. Las condiciones del revenido dependen de las aleaciones.