Materia: Ciencia de los Materiales Complemento (Gráficos) - Clase de Aluminio y sus Aleaciones

Transcripción

1 Materia: CIENCIA DE LOS MATERIALES 2010 ALUMINIO Producción del Aluminio ALUMINIO Baja Densidad El Aluminio está entre los metales más livianos de los utilizados en ingeniería Metal Mg Be Al Ti Fe Densidad [Kg/dm 3 ] 1,74 1,85 2,70 4,51 7,85 1

2 Materia: ALUMINIO Conductividad Eléctrica y Térmica El Al es el cuarto mejor conductor entre los metales de uso industrial Metal Ag Cu Au Al Mg Conductividad Eléctrica [% IACS] Conductividad Térmica [% respecto de un grado std. Cu] Conductividad Eléctrica y Térmica, relativa a temperatura ambiente, para los mejores conductores metálicos ALUMINIO Conformabilidad El Al y varias de sus aleaciones, poseen baja resistencia a la fluencia y alta ductilidad, permitiendo que puedan ser sometidas a la mayoría de las operaciones de conformado en frío, con gran facilidad Trefilación de alambres (ej. 0,05 mm) Foil (ej. productos planos 100 µm) Fabricación de envases Industria aeronáutica, aeroespacial, naval, automotriz Máquinas rotativas Artículos deportivos Carpintería metálica Envases Recipientes para uso criogénico 2

3 Materia: Líneas de trasmisión y distribución de energía eléctrica (ej. AA 6101 T65) Tanques de almacenamiento para la industria química (ej. AA 3003, 3105) Productos trabajados en distintas aleaciones de Al Perfiles extruidos Tubos Piezas extruidas Pistones forjados Piezas coladas en diversas aleaciones de Al Llanta Cilindro Carcasa Block de motor Aleaciones Endurecibles por Precipitación (aleaciones termotratables ó aleaciones bonificables) Logran su resistencia mecánica mediante una solubilización, un temple y finalmente un tratamiento de envejecimiento (precipitación) 1 Tratamiento Solubilización Templado 2 Envejecimiento 3 4 % Cu 3

4 Materia: Nomenclatura para las Aleaciones de Aluminio según la Aluminum Association (AA) Dígito: tiene que ver con los aleantes principales de la aleación, según los siguientes grupos: 1. Aluminio Puro ; 2. Al Cu; 3. Al-Mn; 4. Al Si; 5. Al Mg; 6. Al Mg Si; 7. Al Zn; 8. Otras aleaciones 2 Dígito: si este dígito es Cero, se trata de la primera versión de la aleación y si es mayor indica sucesivas modificaciones de la aleación base, en general tendientes a disminuir las impurezas en pos de mejorar alguna propiedad específica 3 y 4 Dígito, en el Grupo 1: El porcentaje de Al, más allá del 99% 3 y 4 Dígito, en los Grupos 2 a 8: sirven únicamente para identificar a la aleación Clasificación de las Aleaciones según la Aluminum Association Aleaciones N Serie Aleantes Principales Termotratable 1xxx Aluminios Puros (99% mín.) NO 2xxx Cobre SI 3xxx Manganeso NO Para Forjado 4xxx Silicio NO 5xxx Magnesio NO 6xxx Magnesio y Silicio SI 7xxx Zinc SI Para Colado 8xxx Otros 1xx.x Al 99% mín. NO 2xx.x Cobre SI 3xx.x Manganeso La mayoría 4xx.x Silicio Solo algunas 5xx.x Magnesio NO 6xx.x Series poco utilizadas xx.x Zinc SI 8xx.x Estaño SI Designación del estado básico según la Aluminum Association Estado F O Descripción Condición de fabricado. Aplicado a productos que adquieren alguna dureza como resultado de las operaciones de manufactura. No hay garantía de propiedades mecánicas (as fabricated) Recocido. Tratamiento con mínima resistencia y máxima ductilidad (annealed) H Endurecido por deformación (strain hardening ó cold working) W T Tratados térmicamente en solución (solution heat treated) Tratado térmicamente (endurecimiento por precipitación ó envejecimiento). Se aplica a productos tratados térmicamente, con ó sin endurecimiento por deformación suplementario para producir estados estables 4

5 Materia: SERIE 1000 Aluminios de Alta Pureza Contienen un mínimo de 99 % de Aluminio Las principales impurezas son el Fe (0,1 a 0,4 %) y el Si (< 0,1 %), que provienen de la Bauxita Es el grupo de mayor resistencia a la corrosión, mayor conformabilidad y mayor conductiv. térmica y eléctrica Poseen baja resist. mecánica y mala maquinabilidad. Si bien estas características se mejoran con la deformación en frío, la resistencia mecánica máxima alcanzada, es menor que para el resto de los grupos SERIE 1000 Aluminios de Alta Pureza En la industria química se utiliza frecuentemente para la fabricación de tanques de almacenamiento Conductores eléctricos de baja resistencia mecánica (aleación AA 1350) En la industria de envases (foil de Al, aleación AA 1145) En la fabricación de capacitores y reflectores SERIE 3000 Aleaciones Al-Mn Son aleaciones donde el principal endurecedor es el Mn Poseen excelente resistencia a la corrosión, excelente soldabilidad, muy buena conformabilidad y excelente respuesta al anodizado La resist. mecánica es levemente superior a la de la Serie 1000 (R p0,2 hasta 250 MPa en estado de máximo endurecimiento por deformación) 5

6 Materia: SERIE 3000 Aleaciones Al-Mn Utensilios de cocina, tanques de almacenamiento para industrias químicas, paneles de recubrimiento en edificios, techos, tinglados, latas de bebidas, etc. Las aleaciones más utilizadas son la AA 3003, 3004 (cuerpo de latas de gaseosas, cervezas, aunque también se utiliza la AA 3104) y la AA 3105 SERIE 4000 Aleaciones Al-Si Son aleaciones donde el principal endurecedor es el Si (5 al 12 %) Poseen buena resistencia a la corrosión Sus propiedades tecnológicas son muy pobres, ya que son difíciles de soldar, mecanizar y conformar. Por este motivo, sus aplicaciones son más restringidas La resistencia mecánica es levemente superior a la de la Serie 3000 SERIE 4000 Aleaciones Al-Si El sistema Al-Si es muy utilizado como aleaciones para piezas coladas (AA 400.0) La aplicación más importante es como alambre de aporte para soldadura por brazing y método MIG (AA 4043) 6

7 Materia: SERIE 5000 Aleaciones Al-Mg Son aleaciones donde el principal endurecedor es el Mg Poseen excelente resistencia a la corrosión para contenidos de Mg menores al 3 %. La soldabilidad es muy buena para procesos de soldadura por resistencia y por arco Entrelasaleaciones no termotratables, éstasson las de mayor resistencia mecánica. En estado recocido presentan un R p0,2 de 100 MPa y en estado endurecido por deformación plástica en frío, este valor alcanza los 300 MPa SERIE 5000 Aleaciones Al-Mg Paneles de recubrimientos decorativos (anodizados) Tanques de almacenamiento y recipientes a presión en industrias químicas. Usos criogénicos Servicios marinos Tapas de latas de bebida Las aleaciones más utilizadas son AA 5082, 5083, 5086, 5183 y 5754 Aleaciones No Termotratables Designación de los grados de Endurecimiento por Deformación Estado Descripción Endurecido por deformación H 1 Dígito Endurecimiento Endurecido solamente por deformación (H12, H14, H16 y H18) Endurecido por deformación y luego recocido parcialmente (H22, H24, H26 y H28) Endurecido por deformación y estabilizado (H32, H34, H36 y H38) 2 Dígito Grado de Endurecimiento 2 ¼ dureza 4 Dureza media 6 ¾ dureza 8 Dureza Total Principales Grupos: 1xxx 3xxx 4xxx - 5xxx 7

8 Materia: SERIE 2000 Aleaciones Al-Cu Son aleaciones donde el aleante principal es el Cu La resistencia mecánica es intermedia entre las Series 7000 (son las de máxima resist. mecánica) y 6000 (son las de menor resist. mecánica dentro de las aleaciones termotratables) En general, son muy susceptibles a los fenómenos de corrosión localizada. La resist. a la corrosión, decrece a medida que aumenta el contenido de Cu, mientras que la resist. mecánica aumenta al mismo tiempo Buena resistencia a alta temperatura en comparación con las AA de las Series 6000 y 7000 Mala soldabilidad SERIE 2000 Aleaciones Al-Cu Las aleaciones comúnmente denominadas Duraluminio, pertenecen a este grupo Industria aeronáutica. Estructuras de aviones de bajo porte (AA 2024, 2124, 2224 y 2324) y fuselajes Remaches para aviones Chapas para carrocerías de automóviles Estructuras de edificios Pistones forjados de motores de combustión Otras aleaciones muy utilizadas son la AA 2014 y 2219 SERIE 6000 Aleaciones Al-Mg-Si Son aleaciones donde los principales aleantes son el Mg y el Si La fase endurecedora se basa en el compuesto Mg 2 Si Son las aleaciones que mejor combinan una buena resistencia mecánica y una buena resistencia a la corrosión Tienen muy buenas propiedades tecnológicas, lo que junto alaresist.mecánicayresist.alacorrosión;lasconvierten en las aleaciones de Al más utilizadas Entre las aleaciones termotratables, éstas son las de menor resist. mecánica. Puede alcanzar R p0,2 de 350 MPa 8

9 Materia: SERIE 6000 Aleaciones Al-Mg-Si La combinación de todas las propiedades, hacen que los usos sean muy diversos de bajos requerimientos, donde lo más importante es la aptitud para el conformado y la calidad superficial (carpintería metálica, mueblería, etc.) Piezas estructurales para aviones, barcos, automóviles, edificios, conductores eléctricos para el transporte y distribución de energía eléctrica, tanques, etc. La aleaciones más utilizadas son la AA 6063, 6061 y 6011 SERIE 6000 Aleaciones Al-Mg-Si Contenedor Sección extruida Pistón Matríz Palanquilla Proceso de Extrusión SERIE 7000 Aleaciones Al-Zn Son aleaciones donde el principal aleante es el Zn, aunque pueden estar presentes el Mg, Mn y Cu En este grupo de aleaciones, se alcanza la mayor resistencia mecánica. Losvaloresde R p0,2 pueden alcanzar los 550 MPa A igualdad de resist. mecánica, poseen mayor tenacidad que las aleaciones de la Serie 2000; convirtiéndolas en las aleaciones más aptas para aplicaciones estructurales La resist. a la corrosión suele ser buena para las aleaciones de este grupo que no poseen Cu, que son las de menor resistencia mecánica 9

10 Materia: SERIE 7000 Aleaciones Al-Zn Piezas estructurales con altos requerimientos (resist. mecánica y tenacidad) para aviones, barcos, automóviles y camiones La aleaciones más utilizadas son la AA 7005, 7050, 7075 y 7475 Aleaciones Termotratables Designación de los Tratamientos Térmicos Estado T Descripción Endurecido por Precipitación ó Envejecimiento Enfriado desde un proceso de conformado a alta temperatura y 1 envejecimiento natural hasta una condición estable Enfriado desde un proceso de conformado a alta temperatura, trabajado en 2 frío y envejecimiento natural hasta una condición estable Trat. Térm. de solubilización, trabajado en frío y envejecimiento natural hasta 3 una condición estable Trat. Térm. de solubilización y envejecimiento natural hasta una condición 4 estable Enfriado desde un proceso de conformado a alta temperatura y luego 5 envejecimiento artificial 6 Trat. térmico de solubilización y luego un envejecimiento artificial 7 Trat. térmico de solubilización y luego estabilizado 8 Trat. térm. de solubilización, trabajado en frío y luego envejecimiento artificial 9 Trat. térm. de solubilización, envejecimiento artificial y luego trabajado en frío Principales Grupos: 2xxx 6xxx 7xxx 10