Aleaciones De Aluminio

Palabras Claves: Microestructura, Aleaciones, Aluminio, Fases, Dureza.

1. INTRODUCCIÓN

En este informe se realizó el análisis metalográfico correspondiente a la microestructura de cuatro aleaciones de aluminio Serie 3003, 4043-T5, 5052 Laminada y 6261 Extruida teniendo en cuenta factores como la composición de la aleación, su distribución de fases, agentes externos (inclusiones, segregaciones e impurezas de elementos como Cr, Ti, Fe, Cu y Zn ), tamaño de grano y dureza de cada metal, regido bajo las normas internacionales ASTM correspondientes.

El aluminio es un material que se usa comúnmente a nivel industrial y de ingeniería, ya que es un metal ligero, resistente y de larga duración, resistente a la corrosión, excelente conductor de la electricidad, posee buenas propiedades de reflexión (luz o calor), alta ductilidad y es totalmente reciclable (de fácil recuperación después de terminar su vida útil). Existen diversas aleaciones de aluminio que cuentan con múltiples características a las que se les puede dar un uso específico; como la serie 3xxx, en la que el aleante principal es el Manganeso (Mn), cuenta con dureza media y buena maleabilidad, generalmente se utiliza en la fabricación de utensilios de cocina, señales de tráfico e intercambiadores de calor. (Avner, 1966)

La serie 4xxx, en la que el aleante principal es el Silicio (Si), cuenta con menor punto de fusión que el aluminio puro, por lo que es usada como elemento de soldadura, las aleaciones con un elevado nivel de Si tienen un rango de colores que van desde el gris oscuro al color carbón y por ello se utilizan en aplicaciones arquitectónicas, a nivel industrial se usa en condensadores y evaporadores; la serie 5xxx, presenta como aleante principal el Magnesio (Mg), lo que le otorga una dureza entre media y alta, buena solubilidad y alta resistencia a la corrosión pero presenta poca resistencia al trabajo en frio, generalmente se utiliza en adornos decorativos, botes, barcos y estructuras de automóviles; la serie 6xxx, en la que los aleantes principales son el Mg y el Si (Mg2Si), es adecuada para ser tratable térmicamente, son menos resistentes que el resto de aleaciones, sin embargo poseen alta ductilidad, soldabilidad, y resistencia a la corrosión, dentro de su amplio rango de usos, se destacan aplicaciones arquitectónicas, equipos de transporte y estructuras soldadas. (Manual de Aluminio y sus aleaciones, IngenieriadeMateriales.com)

2. MATERIALES

Para la práctica de aleaciones de Aluminio se utilizaron cuatro muestras representativas de materiales diferentes, pertenecientes a las series 3xxx, 4xxx, 5xxx y 6xxx; el nombre y la composición de cada uno se presentan a continuación:

• ALEACIÒN 3003 – ALUMINIO 3XXX (Alman 03)

Esta aleación de aluminio pertenece a la serie 3xxx y ha sido sometida a una deformación plástica o trabajo en frio (forja).Las propiedades mecánicas que presenta son resistencia a la fluencia 145 MPa (21 KSI), resistencia máxima 152 MPa (22 KSI), Elongación 8% (en 50mm, espesor 1.6mm) y módulo de elasticidad 69 GPa (10000 KSI). Tiene un contenido de manganeso de hasta 1.15%, 0,2% de Cobre, 0,7% de Hierro, 0,6 % de Silicio y 0,1% de Zinc. (Aleaciones de aluminio, SUMITEC S.A)

• ALEACIÓN 4043 – ALUMINIO 4XXX

En la tabla 1 se muestra la composición de la aleación de Aluminio 4043-T5, la cual posee una composición química del 4,5 al 6 de Silicio, comportándose como el elemento aleante de mayor proporción por encima del Manganeso, Magnesio, Titanio y Cobre. (Avner, 1966)

• ALEACIÓN 5052 LAMINADA-ALUMINIO 5XXX (Magnal 25)

Esta aleación de aluminio, perteneciente a la serie 5xxx, que ha sido sometida a un proceso de laminado en el que se realiza una deformación volumétrica para reducir el espesor inicial del material trabajado, cabe resaltar que el cero (0) ubicado en el segundo digito de la serie indica que es una aleación original y no se han realizado modificaciones en esta; el aluminio 5052 tiene la composición que se presenta en la tabla 1. (Avner, 1966)

• ALEACIÓN 6261 EXTRUIDA-ALUMINIO 6XXX (Simagal 65)

La aleación de aluminio, perteneciente a la serie 6xxx, ha sido sometida a un proceso de enfriado de una alta temperatura por un proceso de formación y envejecido artificialmente, usualmente asociado con productos extruidos y limitados a ciertas aleaciones 6XXX, este proceso es conocido en la industria como TEMPLE T5. (MetalService Metales Catalunya S.A Barcelona, www.metal-service.net)

Tabla 1. Composición Química porcentual de las aleaciones de aluminio trabajadas en esta práctica. (Lumetal, Almacén de aluminio, bronce, latón, cobre y plásticos técnicos)

Serie Aluminio Si Zn Mn Mg Cu Fe Ti Cr

3xxx 3003 0,6 0,1 1,0-1,5 0 0,05-0,2 0,7 0 0

4xxx 4043 4,5-6,0 0,1 máx. 0,05 máx. 0,15 0,3 máx. 0 0,20 máx. 0

5xxx 5052 0,10 0,01 0,03 2,46 0,02 0,24 0 0,15

6xxx 6261 0,40-0,82 0,25 0,8-1,2 0,15 0,15-0,4 0,7 0,15 0,04-0,35

3. DISENO EXPERIMENTAL

3.1. Preparación de la muestra y Corte

Figura 1. Maquinaria de corte utilizada.

En esta práctica se cortó una lámina rectangular delgada de cada muestra de aleación de aluminio, para esto se usó una segueta regular y agua como flujo refrigerante. Al momento de cortar las láminas se mantuvieron firmes en los soportes para corte manual, teniendo así estabilidad en el procedimiento. El metal no debe sobrecalentarse para no alterar sus propiedades mecánicas, por lo que periódicamente se vierte agua mientras se corta la muestra, así se evita que la estructura y el tamaño de grano se pueda alterar con dicho aumento de la temperatura. En la figura 1 se muestra la segueta utilizada para el corte de las muestras.

3.2. Dureza (ASTM E18)

Figura2. Durómetro utilizado para medición de dureza Rockwell.

Para esta práctica de aleaciones de aluminio, se usó un durómetro para medir la resistencia de cada aleación a ser penetrada, se rige por la norma ASTM E18 para llevar a cabo las medidas de dureza. Se utilizó un ensayo de dureza Rockwell con escala F y un indentador de bola de acero con un diámetro de 1/8 de pulgadas. En la Figura 2 se ilustra el durómetro que se utilizó en la medición de la macrodureza de los materiales objeto de estudio en esta práctica.

Se procedió a tomar cinco medidas de dureza para cada muestra, teniendo en cuenta la distribución uniforme sobre la superficie entre cada toma; el promedio de dureza Rockwell de cada muestra se registran a continuación en la tabla 2:

Tabla 2.Datos promedio obtenidos al realizar un ensayo de dureza Rockwell para cada una de las muestras.

METAL DUREZA DESVIACIÓN E.

3003 51,8 ROCKWELL F 1,095445115

4043 54 ROCKWELL F 1,673320053

5052 48 ROCKWELL F 1,6

6261 58,4 ROCKWELL F 1,019803903

3.3 Preparación metalográfica (ASTM E3-11)

• Montaje

Una vez realizado el corte de la muestra, se procedió a encapsular cada metal en resina líquida poliéster P115, utilizando aproximadamente 50 mL de resina en total, a las que se adicionó 20 gotas de catalizador para acelerar el proceso de endurecimiento de la resina, se dividió en cuatro porciones iguales la cantidad total de resina y se procedió a encapsular las aleaciones de aluminio, este procedimiento se realizó con el fin de aumentar la superficie de agarre y así sostener mejor la probeta en el momento de pulido con lija y paño fino. En la Figura 3 se muestran las cuatro probetas de aleaciones de aluminio totalmente encapsuladas.

Figura 3. Probetas encapsuladas en molde de resina p 115.

• Pulido de la muestra.

La muestra fue desbastada manualmente con lijas marca abracol, empezando desde la número 120 hasta la 1200 (A medida que se aumente el número de referencia de la lija, más finas serán las rayas de la lija sobre la probeta), se requiere alcanzar un pulido tipo espejo.

• Pulido en Paño

El proceso de pulido final se realizó mediante una máquina pulidora con una rueda giratoria, la cual cuenta con un paño fino de poliéster y algodón, en la parte superior que debe ser humedecido repetidamente con agua para mantener refrigerada la probeta con el fin de evitar cambios en las propiedades mecánicas y a su vez se le agrega partículas abrasivas de alúmina de 0,3 y 1 µ (micras) de tamaño, las cuales permiten llegar a un acabado “tipo espejo” en la probeta para así realizar el análisis microestructural adecuado, a continuación en la figura 4. se ilustra el pulido final con paño fino.

Figura 4. Pulido en paño fino, lubricado con alúmina de 1 a 0,3 µm sobre una superficie giratoria.

3.3 Ataque químico (ASTM E407-07):

Las probetas de las aleaciones de aluminio de serie 4xxx y 3xxx se atacaron según la norma ASTM E407-07 con 100mL de agua destilada, 4g de KMnO4 y 1g de NaOH durante 15 y 5 seg respectivamente. Las probetas que contenían las aleaciones de aluminio de serie 5xxx y 6xxx se atacaron con 2 mL de HF, 3 mL de HCl, 5 mL de HNO3 y 190 mL de H2O, durante 3 min y 25 seg respectivamente.

3.4 Medida de porcentaje de fases (ASTM E562-08)

Se siguió la respectiva norma ASTM E562-08, se utilizó la rejilla de 100 puntos se procedió a contar 5 veces los granos que entraban y limitaban la rejilla, este procedimiento se repitió con cada una de las aleaciones de aluminio.s

3.5 Medida de tamaño de grano (ASTM E112-10)

Una de las mediciones

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