Tecnología de Materiales - El aluminio y sus aleaciones

El aluminio y sus aleaciones

Fernando Alguacil Jiménez

Ana Bes Miras

José Martín Vicente

Juan Antonio Pinazo Álvarez

Miguel Ramos García

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Índice

1. EL ALUMINIO ......................................................................................................................... 2

2. APLICACIONES ....................................................................................................................... 4

3. ALEACIONES PARA FORJA...................................................................................................... 9

4. NOMENCALTURA PARA EL ALUMINIO FORJADO Y SUS ALEACIONES. ................................ 10

5. ALEACIONES PARA MOLDEO ............................................................................................... 11

6 .DURALUMINIO ........................................................................................................................ 13

6.1. Principales usos o aplicaciones ........................................................................................ 14

7. NOMENCLATURA PARA EL ALUMINIO EN MOLDEO Y SUS ALEACIONES ............................ 23

8. TRATAMIENTOS TÉRMICOS ................................................................................................. 25

9. EL ANONIZADO DEL ALUMINIO ........................................................................................... 28

10. SOLDABILIDAD DEL ALUMINIO Y SUS ALECIONES. .......................................................... 29

10.1. SELECCIÓN DEL METAL DE APORTE ............................................................................... 34

11. PROCESOS DE SOLDEO .................................................................................................... 35

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1. EL ALUMINIO

El aluminio es un metal de color blanco, ligeramente azulado. Cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras; esto hace que sea muy dúctil y maleable, pudiéndose así, forjar, laminar, batir y prensar. Es muy común obtenerlo en forma de perfiles mediante extrusión. Funde a una temperatura de 600ºC, y al acercarse a esta temperatura se vuelve frágil y se agrieta superficialmente.

Una de las propiedades más importantes es su baja densidad 2,7 g/cm3 , siendo sólo superior al magnesio. Este valor es unas tres veces menor que el acero, por lo que el aluminio o sus aleaciones se han hecho indispensables para aplicaciones donde se necesite bajo peso como por ejemplo, en la industria aeronáutica.

El aluminio tiene una resistencia mecánica muy baja, de 9daN/mm2 , un límite elástico de 4,4daN/mm2 y un alargamiento del 35%; además presenta otros inconvenientes, como que no se trabaja bien por mecanizado, ya que se adhiere al filo de las herramientas de corte. Estos inconvenientes hacen que en pocos casos se utilice el aluminio puro, sino que la mayoría de las aplicaciones necesitan añadir elementos de aleación para obtener algunos de los objetivos:

? Incremento de las propiedades mecánicas.

? Mejorar la maquinabilidad y el acabado superficial.

? Aumento de la resistencia de corrosión.

? Mejor aptitud a la soldadura.

? Etc…

Las propiedades mecánicas no solo pueden mejorarse mediante aleación, sino que es posible el endurecimiento por deformación producida al trabajar en frio, aunque al incrementarse la resistencia hay una disminución de la ductilidad. Otro método utilizado es el endurecimiento por precipitación, llamado también tratamiento térmico de envejecimiento o maduración.

Presenta una buena conductividad eléctrica, sólo superada por la plata, oro y cobre. Se puede utilizar como sustituto del cobre en las líneas de conducción eléctrica, ya que

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aunque su conductividad es 2/3 la del cobre, debido a que es mucho más ligero, para un cable del mismo peso la conductividad del aluminio es mayor. Presenta un buen poder reflector.

El aluminio tiene un gran poder reductor utilizando esta característica para la obtención de metales mediante proceso llamado aluminotermia. Sin embargo, a pesar de su gran actividad química, es muy resistente a la corrosión debido a la capa de óxido fuertemente adherida que se forma al ponerse en contacto con el aire húmedo. Es posible potenciar y mejorar esta reacción para obtener una capa más espesa, adherente, elástica y muy dura.

El procedimiento de oxidación es de naturaleza electroquímica, se caracteriza por que la pieza se une electroquímicamente con el ánodo, por eso se llama recubrimiento anódico.

El procedimiento consiste en colocar la parte a proteger en un baño que contiene ácido sulfúrico, crómico, oxálico o bórico, formándose una capa que aumenta hacia el interior del metal y no hacia el exterior; así las dimensiones de la pieza apenas quedan alteradas. Este tratamiento no puede prolongarse mucho tiempo; despajes de media hora la capa aun continua creciendo es porosa y menos resistente a la abrasión; este efecto va en aumento hasta que a las dos horas la capa pierde su cohesión y resulta inutilizable. La duración normalmente no sobrepasa los 50 minutos.

Las piezas oxidadas anódicamente resultante irresistentes a la corrosión y abrasión y adquieren una gran dureza superficial.

Es posible colorear estos recubrimientos, ya que la capa de óxido actúa como mordiente para los tintes; estos se fijan por inmersión en soluciones de acetato de cobalto. Suelen distinguirse tres tipos de oxidación anódica:

1. Recubrimientos resistentes al desgaste, con espesores de 2,5 a 12 micras.

2. Recubrimientos aislantes, utilizando como electrolito ácido bórico

3. Recubrimientos resistentes a la corrosión, con espesores de 10 micras.

Debido a la capa de alúmina (Al2O3) formada se creyó durante mucho tiempo que no podía soldarse, pero en la actualidad se logra soldarlo con soplete y por arco en atmósfera inerte, empleando los fundentes adecuados.

Según el fin a que se destinen las aleaciones de aluminio se pueden dividir en aleaciones para moldeo y aleaciones para forja.

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2. APLICACIONES

Las aplicaciones del aluminio y sus aleaciones se derivan de sus características:

Debido a la baja densidad y resistencias medias obtenidas mediante aleación o tratamientos, presenta una muy buena relación resistencia/peso, por lo que lo hace muy utilizado en la industria aeronáutica y espacial, automoción, ferroviaria, en edificación y construcción, superestructuras de barcos, así como para la elaboración de objetos en los que se requiera poco peso.

Tuberias de aluminio

La buena conductividad eléctrica que presenta lo hace apto para líneas de alta tensión. Para mejorar la resistencia mecánica los cables suelen estar formados por un alma metálica rodeada de aluminio.

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Conductor alta tensión de aluminio

Debido a su resistencia a la corrosión se utiliza en numerosas construcciones a la intemperie o en ambientes marinos. Como además presenta buena conductividad térmica, se utiliza para fabricar utensilios de cocina.

Ollas de aluminio

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El poder reflector que presenta hace que sea un material utilizado para trajes especiales, para trabajos en ambientes con gran radiación de calor, o en forma de polvo fino para fabricar pinturas (purpurinas de plata) destinadas a pintar depósitos que tienen que contener líquidos inflamables.

Pintura anticalórica

El aluminio presenta un buen aspecto estético, lo cual hace que sea utilizado en elementos de decoración (marcos de ventanas, teléfonos móviles, ordenadores, etc.)

Ordenador portátill

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Marco de ventana

Dividiendo ahora el uso del aluminio por sectores: Electricidad y comunicación

El aluminio ha ido reemplazando progresivamente al cobre desde la década de los 50 en las líneas de transmisión de alto voltaje y actualmente es una de las formas más económicas de transportar electricidad, además de que puede hacerlo más eficientemente que el cobre (actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más). Por otra parte, el aluminio también está presente en las antenas para televisores y satélites.

Transporte

Durante la última década la utilización de aluminio en la industria automovilística ha

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aumentado de forma constante y la industria del aluminio está dedicando importantes recursos para aumentar su participación en este sector. Este interés responde a criterios ecológicos, además de económicos. En el sector aeroespacial es indispensable gracias a su ligereza. Desde que se fabricara el primer aeroplano, el aluminio ha formado parte importante en su construcción y ha reemplazado a materiales que se utilizaban en sus inicios como la madera y el acero. De hecho, el primer avión de aluminio se fabricó en la década de 1920 y desde entonces sigue vinculado a este sector gracias a la combinación de su resistencia, ligereza y maleabilidad.

Edificación

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