Materia: Ciencia de los Materiales Complemento (Gráficos) - Clase de Aluminio y sus Aleaciones
Material preparado por: Ing. Diego F. Zalcman
CIENCIA DE LOS MATERIALES 2010
ALUMINIO Y SUS ALEACIONES
Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial
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ALUMINIO • Producción del Aluminio
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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 [K /d 3]
1,74
1,85
2,70
4,51
7,85
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Materia: Ciencia de los Materiales Complemento (Gráficos) - Clase de Aluminio y sus Aleaciones
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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]
105
100
70
61
39
Conductividad Térmica [% respecto de un grado std. Cu]
108
100
76
56
41
Conductividad Eléctrica y Térmica, relativa a temperatura ambiente, para los mejores conductores metálicos
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ALUMINIO
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• 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
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • Aplicaciones
• Industria aeronáutica, aeroespacial, naval, automotriz • Máquinas rotativas • Artículos deportivos • Carpintería metálica • Envases • Recipientes para uso criogénico
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • Aplicaciones
• Líneas de trasmisión y distribución de energía eléctrica (ej. AA 6101 T65) • Tanques de almacenamiento para la industria química (ej. AA 3003, 3105)
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • 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
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES
• 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) Tratamiento Solubilización
1
Templado
2
3
Envejecimiento
4% Cu
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • Nomenclatura para las Aleaciones Aluminum Association (AA)
1
0
50
2
0
24
3
1
03
4
0
43
5
7
54
6
0
63
7
4
75
8
0
01
1°
2°
3° 4°
de
Aluminio
según
la
1° 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
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• Clasificación de las Aleaciones según la Aluminum Association Aleaciones
Para Forjado
Para Colado
N° Serie
Aleantes Principales
Termotratable
1xxx
Aluminios Puros (99% mín.)
NO
2xxx
Cobre
SI
3xxx
Manganeso
NO
4xxx
Silicio
NO
5xxx
Magnesio
NO
6xxx
Magnesio y Silicio
SI
7xxx
Zinc
SI
8xxx
Otros
1xx.x
Al 99% mín.
2xx.x
Cobre
SI
3xx.x
Manganeso
La mayoría
4xx.x
Silicio
Solo algunas
NO
5xx.x
Magnesio
NO
6xx.x
Series poco utilizadas
-----
7xx.x
Zinc
SI
8xx.x
Estaño
SI Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial
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• Designación del estado básico según la Aluminum Association Estado
Descripción
F
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)
O
Recocido. Tratamiento con mínima resistencia y máxima ductilidad (annealed)
H
Endurecido por deformación (strain hardening ó cold working)
W
Tratados térmicamente en solución (solution heat treated)
T
Tratado térmicamente (endurecimiento por precipitación ó envejecimiento). Se aplica a productos tratados térmicamente, con ó sin endurecimiento por deformación suplementario para producir estados estables
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 1000 – Aluminios de Alta Pureza • Características • 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 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 1000 – Aluminios de Alta Pureza • Aplicaciones
• 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
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 3000 – Aleaciones Al-Mn • Características
• 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 (Rp0,2 hasta 250 MPa en estado de máximo endurecimiento por deformación)
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 3000 – Aleaciones Al-Mn • Aplicaciones
• 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, 3003 3004 (cuerpo de latas de gaseosas, cervezas, aunque también se utiliza la AA 3104) y la AA 3105
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 4000 – Aleaciones Al-Si • Características
• 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
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 4000 – Aleaciones Al-Si • Aplicaciones
• 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)
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 5000 – Aleaciones Al-Mg • Características
• Son aleaciones donde el principal endurecedor es el Mg • Poseen excelente resistencia a contenidos de Mg menores al 3 %.
la
corrosión
• La soldabilidad es muy buena para soldadura por resistencia y por arco
procesos
para
de
• Entre las aleaciones no termotratables, éstas son las de mayor resistencia mecánica. En estado recocido presentan un Rp0,2 de 100 MPa y en estado endurecido por deformación plástica en frío, este valor alcanza los 300 MPa Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 5000 – Aleaciones Al-Mg • Aplicaciones
• 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 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • Aleaciones No Termotratables
• Designación de los grados de Endurecimiento por Deformación Estado
Descripción Endurecido por deformación 1° Dígito
Endurecimiento
1
Endurecido solamente por deformación (H12, H14, H16 y H18)
2
Endurecido por deformación y luego recocido parcialmente (H22, H24, H26 y H28)
H
3
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 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 2000 – Aleaciones Al-Cu • Características
• 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 te mot atables) 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 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 2000 – Aleaciones Al-Cu • Aplicaciones
• 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 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 6000 – Aleaciones Al-Mg-Si • Características
• Son aleaciones donde los principales aleantes son el Mg y el Si • La fase endurecedora se basa en el compuesto Mg2Si • S Son las l aleaciones l i que mejor j combinan bi una buena b resistencia mecánica y una buena resistencia a la corrosión • Tienen muy buenas propiedades tecnológicas, lo que junto a la resist. mecánica y resist. a la corrosión; las convierten en las aleaciones de Al más utilizadas • Entre las aleaciones termotratables, éstas son las de menor resist. mecánica. Puede alcanzar Rp0,2 de 350 MPa Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 6000 – Aleaciones Al-Mg-Si • Aplicaciones
• La combinación de todas las propiedades, hacen que los usos sean muy diversos • Aplicaciones 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 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 6000 – Aleaciones Al-Mg-Si • Aplicaciones
Contenedor
Sección extruida
Pistón Palanquilla Matríz
Proceso de Extrusión
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 7000 – Aleaciones Al-Zn • Características
• 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. Los valores de Rp0, 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 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires
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ALUMINIO Y SUS ALEACIONES • SERIE 7000 – Aleaciones Al-Zn • Aplicaciones
• Piezas estructurales con altos requerimientos (resist. mecánica y tenacidad) para aviones, barcos, automóviles y camiones • La aleaciones más utilizadas son la AA 7005, 7005 7050, 7050 7075 y 7475
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• Aleaciones Termotratables • Designación de los Tratamientos Térmicos Estado
Descripción Endurecido por Precipitación ó Envejecimiento 1
T
Enfriado desde un proceso de conformado a alta temperatura y envejecimiento natural hasta una condición estable
2
Enfriado desde un proceso de conformado a alta temperatura, trabajado en frío y envejecimiento natural hasta una condición estable
3
Trat. Térm. de solubilización,, trabajado j en frío y envejecimiento j natural hasta una condición estable
4
Trat. Térm. de solubilización y envejecimiento natural hasta una condición estable
5
Enfriado desde un proceso de conformado a alta temperatura y luego 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 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires
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