ALEACIONES DE ALUMINIO

INTRODUCCIÓN

El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre y constituye el 7.3 % de su masa. En su forma natural, sólo existe en una combinación estable con otros materiales (particularmente en sales y óxidos).

Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería, tales como su baja densidad (2700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica.

Es buen conductor de la electricidad, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es el metal que más se utiliza después del acero.

Casi la totalidad de los productos de aluminio pueden desde un punto de vista técnico (factibilidad) y económico (rentabilidad) ser reciclados repentinamente para producir nuevos productos, sin perder la calidad y propiedades del metal.

Es un metal ligero y debido a su elevada proporción resistencia-peso es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía.

La resistencia a la corrosión al agua del mar también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos. Se puede preparar una amplia gama de aleaciones recubridoras y aleaciones forjadas que proporcionen al metal más fuerza y resistencia a la corrosión a las temperaturas elevadas, algunas de las nuevas aleaciones pueden utilizarse como planchas de blindaje para tanques y otros vehículos militares.

Características del aluminio

Características físicas

Es un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3

Tiene bajo punto de fusión (660 °C).

Su color es blanco brillante.

Refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico.

Es buen conductor eléctrico (entre 35 y 38 m/(Ω mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m•K)).

Características mecánicas

Es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4)

Muy maleable (permite la producción de láminas muy delgadas).

En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa).

Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.

Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales.

Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión.

También de esta forma se utiliza como soldadura.

Características químicas

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúminaAl2O3, que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.

Obtención del mineral

El mineral del cual se extrae el aluminio, comúnmente llamado bauxita, es abundante y se encuentra principalmente en áreas tropicales y subtropicales: África, Antillas, América del Sur y Australia. Hay también algunas minas de bauxita en Europa. La bauxita se refina para obtener óxido de aluminio (alúmina) y luego a través de un proceso electrolítico ser reducida a aluminio metálico.

Las plantas de producción de aluminio primario están localizadas por todo el mundo, por lo general en áreas donde hay abundantes recursos de energía eléctrica barata. En argentina la planta más importante es ALUAR y se encuentra en Puerto Madrin.

Se requieren de dos a tres toneladas de bauxita para producir una tonelada de alúmina. Se necesitan aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio. Por lo que la relación de bauxita-aluminio es de aproximadamente 5 a 1.

Hay numerosos depósitos de bauxita, principalmente en las regiones tropicales y subtropicales, así como también en Europa. La bauxita es generalmente extraída por un sistema de minería a cielo abierto, aproximadamente a unos 4-6 metros de profundidad de la tierra.

De acuerdo a información relevada por el internacional Aluminium Institute, una mina de bauxita tipo emplea aproximadamente 200 personas por cada millón de toneladas/año de bauxita producida o aproximadamente 11 personas por hectárea. Por lo general estas minas ofrecen empleos relativamente bien remunerados.

Diagrama de la obtención del aluminio

Obtención de la alúmina

Producción de alúmina por proceso Bayer

El proceso Bayer, inventado por Karl Bayer en 1889, es el método utilizado mayoritariamente para producir alúmina a partir de la bauxita.

El proceso comienza con un lavado de la bauxita molida con una solución de soda cáustica a alta presión y temperatura. Los minerales de aluminio se disuelven mientras que los otros componentes de la bauxita, principalmente sílice y óxidos de hierro y titanio permanecen sólidos y se depositan en el fondo de un decantador de donde son retirados.

A continuación se recristaliza el hidróxido de aluminio de la solución y se calcina a más de 900ºC para producir una alúmina, Al2O3, de alta calidad.

Obtención del Aluminio

Electrólisis de la alúmina: El óxido de aluminio se disuelve en un baño fundido de criolita y se electroliza en una celda electrolítica usando ánodos y cátodo de carbono. De estos baños se obtiene aluminio metálico en estado líquido con una pureza entre un 99,5 y un 99,9%, quedando trazas de hierro y silicio como impurezas.

Para la producción electrolítica del aluminio se opera sobre una solución particular, obtenida disolviendo alúmina en criolita fundida para lo que son necesarias temperaturas del orden de 1000ºC. Por esta razón el consumo energético que se utiliza para obtener aluminio es muy elevado y lo convierte en uno de los metales más caros de obtener, ya que es necesario gastar entre 17 y 20 kWh por cada kilo de metal de aluminio.

El gran problema del aluminio es el precio de la energía que consume para producirlo y que representa entre un 25% y un 30% del costo de producción del metal. Por esta razón se están desarrollando procesos alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria.

Purificación y conformado del aluminio

El aluminio procedente de las cubas electrolíticas pasa a hornos para mezclarlo de manera precisa con otros metales para formar diversas aleaciones con propiedades específicas diseñadas para diversos usos. El metal se purifica en un proceso denominado adición de fundente y después se vierte en moldes o se funde directamente en lingotes.

A mediados del año 2008 Aluar ha finalizado el proceso de puesta en marcha de 168 nuevas cubas alcanzando un total de 712 cubas y una capacidad instalada de 410.000 toneladas anuales. Dicho número de cubas se distribuye en 8 naves o salas de electrólisis de aproximadamente 500 metros de longitud cada una.

Clasificación por su proceso

 ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADO

Las aleaciones de aluminio en formas usuales para forja son clasificadas de acuerdo con los elementos aleantes principales que contenga la aleación. Para identificar las aleaciones de aluminio forjado se utiliza una designación numérica de cuatro dígitos

Las aleaciones de aluminio para forja pueden ser divididas en dos grupos:

Aleaciones no tratables térmicamente.

Aleaciones tratables térmicamente.

Las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente no pueden ser endurecidas por precipitación y solamente pueden ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia.

 ALEACIONES DE ALUMINIO PARA FUNDICIÓN

Se presenta en forma de piezas moldeadas de diferente conformación y que son propiamente aleaciones de aluminio.

Las aleaciones de aluminio son fundidas principalmente por tres procesos:

Fundición de arena

Fundición molde permanente

Fundición en coquilla.

Aleaciones de Aluminio

La mayoría de las aplicaciones del aluminio requieren que se lo combine con otros metales para formar aleaciones específicas para cada proceso de fabricación.

Desde el punto de vista físico, el aluminio puro posee una resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa. En cambio, unido en aleación con otros elementos, el aluminio adquiere características mecánicas muy superiores. A estas aleaciones se las conoce con el nombre genérico de Duraluminio, y pueden ser centenares de aleaciones diferentes. El duraluminio contiene pequeñas cantidades de cobre (Cu) (3-5%), magnesio (Mg) (0,5 - 2%), manganeso (Mn) (0,25 - 1%) y Zinc (3,5 - 5%).

Son también importantes los diversos tipos de aleaciones llamadas anticorodal, a base de aluminio (Al) y pequeños aportes de magnesio (Mg) y silicio (Si). Pero que pueden contener a veces manganeso (Mn), titanio (Ti) y Cromo (Cr).

Aportaciones de los elementos aleantes

Los principales elementos aleantes del aluminio son los siguientes y se enumeran las ventajas que proporcionan.

Cromo (Cr) Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado

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