La aleación de aluminio es popular por su bajo peso y alta resistencia. Además, posee resistencia a la corrosión. Todas estas características la hacen idónea para diversas aplicaciones, incluyendo la automoción, la industria aeroespacial, los bienes de consumo y muchas más.
En esta guía, exploraremos en profundidad las aleaciones de aluminio: su composición, características, propiedades, tipos y más. Comencemos:
¿Qué es la aleación de aluminio?
En las aleaciones de aluminio, se añaden al aluminio otros elementos como silicio, zinc, cobre, etc. en una proporción específica. Esta formación de aleación mejora las propiedades mecánicas y físicas del aluminio.
En comparación con el aluminio puro, las aleaciones de aluminio son más duraderas y tienen mejores propiedades físicas y químicas, lo que las hace adecuadas para diversas aplicaciones. Por ejemplo, las aleaciones de aluminio y magnesio son muy livianas y funcionan mejor para usos aeroespaciales.
¿De qué está hecha la aleación de aluminio?
En la aleación de aluminio, el aluminio puro se funde hasta alcanzar su estado líquido y se le añaden elementos de aleación. Estos elementos pueden constituir hasta el 15 % de la aleación en masa. Los elementos de aleación más comunes que se añaden al aluminio son los siguientes:
Elemento principal de aleación:
- El cobre (Cu)
- Manganeso (Mn)
- El magnesio (Mg)
- Silicona (Si)
- Zinc (Zn)
Elemento de aleación menor:
- Cromo (Cr)
- Titanio (Ti)
- Hierro (Fe)
- Níquel (Ni)
- Litio (Li)
Características básicas de la aleación de aluminio
- Resistencia a la corrosión
- Ligeros.
- Alta relación entre resistencia y peso.
- Bajo punto de fusión
- Conductor eléctrico
- conductivo térmico
- moldeable
- Sin interferencias magnéticas
- Reciclable
Propiedades de la aleación de aluminio
a. Propiedades físicas
Las propiedades físicas y mecánicas de las aleaciones de aluminio varían según el rango. Esta versatilidad las hace adecuadas para diversas aplicaciones.
| Serie de aleación de aluminio | Punto de fusión (° C) | Resistencia a la tracción (MPa) | Fuerza de producción (MPa) | Densidad (g / cm³) | Conductividad eléctrica (% IACS) | Conductividad Térmica (W/m·K) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Serie 1000 | 660 | 70 – 180 | 30 – 110 | 2.71 | 60 – 65 | 230 – 235 |
| Serie 2000 | 510 – 635 | 400 – 520 | 275 – 345 | 2.78 | 30 – 40 | 140 – 190 |
| Serie 3000 | 600 – 655 | 110 – 285 | 95 – 185 | 2.73 | 40 – 50 | 160 – 180 |
| Serie 4000 | 577 – 630 | 200 – 380 | 180 – 300 | 2.70 | 30 – 40 | 140 – 170 |
| Serie 5000 | 580 – 640 | 200 – 350 | 90 – 290 | 2.68 | 28 – 32 | 160 – 210 |
| Serie 6000 | 580 – 650 | 240 – 310 | 120 – 270 | 2.70 | 40 – 50 | 160 – 210 |
| Serie 7000 | 475 – 635 | 450 – 600 | 380 – 500 | 2.80 | 30 – 35 | 130 – 150 |
| Serie 9000 | Varía según la composición. | Varía según la composición. | Varía según la composición. | 2.74 | Varía según la composición. | Varía según la composición. |
b. Propiedades químicas
La aleación de aluminio es muy resistente a la corrosión. Sin embargo, las propiedades químicas varían según la composición. Son las siguientes:
| Serie de aleación | Elementos de aleación | Resistencia a la oxidación | reactividad | Resistencia a la Corrosión: | Requisito de recubrimiento |
|---|---|---|---|---|---|
| Serie 1000 | 99%+ Aluminio | Alto | Bajo | Excelente | No |
| Serie 2000 | Al, Cu | Moderado | Alto | Moderado | Sí: |
| Serie 3000 | Al, Mn | Alto | Moderado | Bueno | No |
| Serie 4000 | Al, Si | Moderado | Moderado | Bueno | No |
| Serie 5000 | Aluminio, magnesio | Alto | Bajo | Excelente | No |
| Serie 6000 | Al, Mg, Si | Alto | Moderado | Bueno | No |
| Serie 7000 | Aluminio, Zinc | Moderado | Alto | Moderado | Sí: |
| Serie 9000 | Varía según la composición. | Varía según la composición. | Varía según la composición. | Varía según la composición. | Varía según la composición. |
Tipos de aleaciones de aluminio
1. Aleaciones fundidas
Las aleaciones de aluminio fundido se componen de elementos de aleación principales como silicio, cobre, magnesio o zinc. Se pueden crear formas complejas fundiendo la aleación de aluminio y vertiéndola en moldes. Se utilizan ampliamente en artículos para el hogar, piezas mecánicas y la industria automotriz.
2. Aleaciones forjadas
Las aleaciones de aluminio forjado se procesan mecánicamente mediante extrusión, laminado o forjado. Esto le otorga a la aleación de aluminio mayor resistencia y durabilidad. Según el fortalecimiento mediante tratamiento térmico, las aleaciones forjadas pueden ser de dos tipos:
- Aleaciones de aluminio tratables térmicamente
- Aleaciones de aluminio no tratables térmicamente
3. Clasificación de series
Según los materiales y propiedades de aleación, la aleación de aluminio se clasifica en las siguientes series:
| Serie de aleación de aluminio | Elemento de aleación primaria | Propiedades | Aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Serie 1000 | Aluminio puro (≥99 % Al) | 1. Excelente resistencia a la corrosión 2. Alta conductividad eléctrica y térmica. 3. Buena trabajabilidad 4. Baja resistencia | Conductores eléctricos, equipos químicos, envases de alimentos, intercambiadores de calor. |
| Serie 2000 | Cobre | 1. Alta resistencia y dureza. 2. Menor resistencia a la corrosión. 3. No soldable | Estructuras aeroespaciales, bastidores de camiones, componentes de aeronaves. |
| Serie 3000 | Manganeso | 1. Excelente formabilidad 2 Buena resistencia a la corrosión 3. Viabilidad 4. Fuerza moderada | Envases de alimentos y bebidas, equipamientos de cocina, tanques químicos. |
| Serie 4000 | Silicio | 1. Alta fluidez 2. Punto de fusión bajo 3. Buena resistencia al desgaste 4. Alta conductividad térmica | Piezas de motores de automóviles, metales de aporte para soldadura fuerte, intercambiadores de calor |
| Serie 5000 | Magnesio | 1. Alta resistencia a la corrosión 2. Resistencia moderada a alta 3. Buena soldabilidad 4. No tratable térmicamente | Estructuras marinas, recipientes a presión, tanques de combustible, carrocerías de vehículos. |
| Serie 6000 | Magnesio y Silicio | 1 Buena resistencia a la corrosión 2. Fuerza moderada 3. Buena maquinabilidad 4. Excelente soldabilidad 5. Tratable térmicamente | Aplicaciones estructurales, piezas de automoción, materiales de construcción, componentes de puentes y ferrocarriles. |
| Serie 7000 | Zinc (y a veces cobre) | 1. Muy alta resistencia 2. Menor resistencia a la corrosión. 3. Tratable térmicamente | Bastidores aeroespaciales, componentes de alto estrés, artículos deportivos, piezas de suspensión de automóviles |
Beneficios de utilizar aleación de aluminio
Ligero pero de alta resistencia
Las aleaciones de aluminio son ligeras y tienen una gran resistencia. Estas características las hacen muy adecuadas para aplicaciones sensibles al peso. Por ejemplo, en la industria automotriz, las aleaciones de aluminio se utilizan para hacer que los vehículos sean livianos, ahorrando así el uso de combustible. Nuevamente, la característica de ligereza de las aleaciones de aluminio las hace ideales para su uso en la industria aeroespacial.
La resistencia a la corrosión los hace adecuados para entornos difíciles.
La formación de una fina capa de óxido sobre la superficie del aluminio lo hace muy resistente a la corrosión, por lo que se puede utilizar en exteriores, en entornos marinos, en la industria química y en aplicaciones que estén en contacto con la humedad.
La naturaleza duradera y resistente de la aleación de aluminio elimina la molestia de tener que reemplazarla con frecuencia. Por lo tanto, el uso de aleación de aluminio reduce los problemas de mantenimiento y ahorra dinero.
Aplicación versátil
Las aleaciones de aluminio son muy flexibles, lo que las hace adecuadas para aplicaciones versátiles. Se pueden crear estructuras complejas mediante forjado, laminado, fundición o extrusión de aleaciones de aluminio. Por ejemplo, la aleación de aluminio se utiliza en las carcasas de ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes y otros dispositivos eléctricos.
Conductividad Térmica y Eléctrica
Las aleaciones de aluminio tienen características de alta conductividad eléctrica y térmica. Esto las hace adecuadas para aplicaciones que requieren transmisión eléctrica o dispersión de calor. Por ejemplo, la aleación de aluminio se utiliza en sistemas de cableado, disipadores de calor y conductores.
Reciclable y Sostenible
Se puede separar el aluminio del elemento de aleación con solo una fracción de la energía. Esto hace que sean altamente reciclados, reduciendo su huella de carbono. Las empresas conscientes de la sostenibilidad priorizan el uso de aluminio reciclado, promoviendo un medio ambiente verde.
Reducción de costes
Aunque el costo inicial de las aleaciones de aluminio es alto, a largo plazo resulta rentable. Como las aleaciones de aluminio son duraderas, no es necesario reemplazarlas con frecuencia, lo que le permitirá ahorrar dinero. Además, sus características de ligereza también le permiten ahorrar costos de transporte.
Limitaciones de la aleación de aluminio
- Punto de fusión bajo: En comparación con metales como el acero, las aleaciones de aluminio tienen un punto de fusión bajo, lo que las hace inadecuadas para aplicaciones que requieren altas temperaturas.
- Susceptibilidad a la deformación: Las aleaciones de aluminio pueden deformarse bajo condiciones de alta tensión y carga. Sin embargo, con una ingeniería y un diseño adecuados, este riesgo se puede minimizar.
- Menor resistencia en comparación con otros metales: Aunque las aleaciones de aluminio ofrecen una mayor resistencia en comparación con el peso, no son tan resistentes como el acero o el titanio. Por lo tanto, cuando se requiere una mayor resistencia, la aleación de aluminio puede no ser una opción adecuada.
- Desafíos en la soldadura: Como la aleación de aluminio tiene una mayor conductividad térmica, puede resultar complicado soldarla.
Aplicación de la aleación de aluminio
Aeroespacial y automotriz
El aluminio representa aproximadamente un tercio del peso del acero. Esta característica liviana lo convierte en un material adecuado para la fabricación de piezas de automóviles y aeroespaciales. Al reducir el peso del vehículo, la aleación de aluminio maximiza la eficiencia y la sostenibilidad del combustible a largo plazo. Además, esta aleación también tiene un buen desempeño en las pruebas de choque.
Sector Eléctrico y Electrónico
Las aleaciones de aluminio no son magnéticas, lo que resulta esencial para la fabricación de productos electrónicos, el blindaje eléctrico, etc. Además, son buenos conductores de electricidad. Por eso, las aleaciones de aluminio se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos.
Maquinaria de construcción usada
La aleación de aluminio es el segundo elemento principal (el acero ocupa el primer lugar) que se utiliza para las estructuras de construcción. Como es ligero y tiene una gran resistencia, es un metal popular para los constructores y las industrias de la construcción.
Equipo Médico
Las aleaciones de aluminio se utilizan ampliamente en instrumentos quirúrgicos y otros dispositivos médicos. Como son duraderas y no se oxidan, el uso de aleaciones de aluminio es una excelente opción para aplicaciones médicas. Además de las camas de hospital, las sillas de ruedas, etc., también están hechas de aleaciones de aluminio. Además, también se utilizan en implantes médicos (por ejemplo, placas y tornillos para huesos) debido a su biocompatibilidad.
Bien de consumo
Los utensilios de cocina, los utensilios de cocina, las latas de bebidas y las carcasas de los ordenadores portátiles y los teléfonos inteligentes están fabricados con aleación de aluminio. Como es ligero y anticorrosivo, puedes utilizar con tranquilidad productos de aleación de aluminio para el uso diario.
¿Cuál es el proceso de fabricación de la aleación de aluminio?
Paso 1: Recolección de materia prima
La materia prima principal para la aleación de aluminio es el mineral de bauxita, que se extrae de la tierra y se envía para su procesamiento.
Paso 2: Refinación de alúmina
A continuación se tritura la bauxita extraída y se hace una mezcla añadiéndole hidróxido de sodio. Una vez calentada esta solución, se obtendrá alúmina pura precipitada en el fondo del recipiente. Se filtra y se procede al siguiente paso.
Paso 3: Electrólisis
Ahora, es necesario realizar una electrólisis para obtener aluminio metálico puro. Todo lo que hay que hacer es añadir criolita fundida a la alúmina y dejar que se disuelva. La electrólisis que se lleva a cabo aquí sigue el proceso Hall-Héroult.
Paso 4: Adición de un elemento de aleación al aluminio puro
Este es el paso principal en el que se añaden elementos de aleación como el zinc, el silicio, etc. para formar la aleación de aluminio. Sin embargo, se debe respetar la proporción correcta al añadir estos elementos al aluminio.
Paso 5: fundición
Una vez que se obtiene la aleación deseada, es el momento de darle forma. En este proceso, la aleación de aluminio se funde y se vierte en diferentes moldes. Después de moldear la aleación de aluminio hasta obtener una forma definida, se pueden utilizar diferentes tratamientos térmicos para fortalecer su mecanismo.
Paso 5: Formación
Para obtener el producto final, es necesario implementar diversos métodos como forjado, extrusión por laminación o mecanizado CNC.
¿Cómo fortalecer la aleación de aluminio?
Método 1: Refuerzo con solución sólida (aleación)
En el proceso de fortalecimiento con solución sólida, cuando se añaden elementos de aleación al aluminio y se solidifica, se mejora la resistencia del aluminio. Los elementos de aleación más comunes que se utilizan en el proceso tailandés incluyen cobre, magnesio, manganeso y silicio.
Método 2: endurecimiento por deformación (trabajo en frío)
En este método, la aleación de aluminio se deforma a bajas temperaturas. La dislocación en la aleación de aluminio mejora su resistencia. Por ejemplo, a temperatura ambiente, el límite elástico del aluminio puro es de 4 KSI (30 MPa). En cambio, el límite elástico alcanza los 24 KSI (165 MPa) en un estado completamente trabajado en frío.
Método 3: Endurecimiento por precipitación (edad)
En el proceso de endurecimiento por precipitación se forman partículas diminutas en el interior de la aleación de aluminio. Estas partículas son muy pequeñas, con un diámetro de menos de 0.001 mm. Sin embargo, no se pueden reforzar todos los tipos de aleaciones de aluminio con este proceso; solo las aleaciones 2xxx, 6xxx y 7xxx pueden participar en el proceso de endurecimiento por precipitación.
Método 4: endurecimiento por dispersión
En el proceso de endurecimiento por dispersión se añaden partículas finas como óxidos o carburos a la matriz de aluminio. La resistencia de la aleación de aluminio depende del volumen y tamaño de las partículas externas.
Método 5: Refinamiento de grano (tamaño de grano pequeño)
Cuando la aleación de aluminio pasa por un proceso de solidificación, se le añaden agentes refinadores de grano. Esto reduce el tamaño de grano de la aleación de aluminio y, como resultado, se crean más límites de grano. Estos límites de grano evitan el movimiento de dislocación y fortalecen la aleación de aluminio.
Aluminio vs. aleación de aluminio: ¿cuál es la diferencia?
Después del oxígeno y el silicio, el aluminio es el elemento más abundante en la corteza terrestre. El principal mineral de aluminio es la bauxita, por lo que es necesario extraerlo de la tierra para obtenerlo. La adición de otros metales a este aluminio puro se denomina aleación de aluminio.
| Criterios | Aluminio (puro) | Aleación de aluminio |
|---|---|---|
| Composición | Contiene 99% de aluminio. | Aluminio y una mezcla de otros elementos como zinc, cobre, silicona, etc. |
| Solidez | Inferior a la aleación de aluminio | Alto debido a la adición de un elemento de aleación. |
| Peso | Muy ligero | Ligero pero un poco más pesado que el aluminio puro. |
| Resistencia a la Corrosión: | Alto | Alto pero varía según el tipo de aleación. |
| Tratamiento térmico | No se puede tratar térmicamente | Algunas aleaciones de aluminio como las series 2xxx, 6xxx y 7xxx pueden tratarse térmicamente. |
| Costo | Barato | Costoso |
Resumen
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Preguntas Frecuentes
¿Cómo se ve la aleación de aluminio?
Las aleaciones de aluminio suelen tener un aspecto metálico de color blanco plateado. La superficie de estos metales es lisa y brillante.
¿Cuál es la aleación de aluminio más fuerte?
La aleación de aluminio 7068 es una de las más resistentes. Tiene una resistencia a la tracción de 710 MPa (103 KSI) y un límite elástico de 683 MPa (99.1 KSI).
¿Cuál es la densidad del material de la aleación de aluminio?
En comparación con el acero (7.85 g/cm³) y el titanio (4.51 g/cm³), la densidad del material de la aleación de aluminio es mucho menor. Suele oscilar entre 2.68 y 2.80 g/cm³. Esta característica de baja densidad las hace ligeras y adecuadas para aplicaciones como la automoción y la aeroespacial.
¿La aleación de aluminio está en la tabla periódica?
No, como la aleación de aluminio no es un elemento puro, no está incluida en la tabla periódica. El aluminio puro está presente en la tabla periódica, que tiene el número periódico 13. Sin embargo, debido a la adición de otros elementos, la aleación de aluminio ya no parece pura y, por lo tanto, no está incluida en la tabla periódica.
