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Una aleación de aluminio es una composición química en la que se agregan otros elementos al aluminio puro para mejorar sus propiedades, principalmente para aumentar su resistencia. Estos otros elementos incluyen hierro, silicio, cobre, magnesio, manganeso y zinc a niveles que combinados pueden constituir hasta el 15 por ciento de la aleación en peso. La aleación requiere la mezcla completa de aluminio con estos otros elementos mientras el aluminio está en forma líquida fundida.
Datos para llevar
- En la química
Las propiedades del aluminio, como resistencia, densidad, trabajabilidad, conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión, se ven afectadas al agregar otros elementos como magnesio, silicio o zinc. - Vehículo de combate Bradley El vehículo de combate Bradley militar está hecho de dos aleaciones de aluminio diferentes: una serie 7xxx y una serie 5xxx. El aluminio, de confianza para mantener a los soldados seguros y móviles, también se utiliza en muchos otros vehículos militares.
- Nuestro recipiente de bebidas favorito
El recipiente de bebidas favorito de Estados Unidos, la lata de aluminio, está hecho de múltiples aleaciones de aluminio. La carcasa de la lata se compone de 3004 y la tapa está hecha de 5182. A veces se necesita más de una aleación para hacer un artículo diario. - Las aleaciones de aluminio calientes y frías se pueden hacer más resistentes mediante tratamiento térmico o trabajo en frío. Los atributos de una aleación en particular son diferentes debido a sus aditivos y tratamiento.
Aleación de aluminio 101
Qué es una aleación de aluminio
Una aleación de aluminio es una composición química donde se agregan otros elementos al aluminio puro para mejorar sus propiedades, principalmente para aumentar su resistencia. Estos otros elementos incluyen hierro, silicio, cobre, magnesio, manganeso y zinc a niveles que combinados pueden constituir hasta el 15 por ciento de la aleación en peso. A las aleaciones se les asigna un número de cuatro dígitos, en el que el primer dígito identifica una clase general o serie, caracterizada por sus principales elementos de aleación.
Aluminio comercialmente puro
Serie 1xxx
Las aleaciones de la serie 1xxx se componen de aluminio de 99 por ciento o mayor pureza. Esta serie tiene una excelente resistencia a la corrosión, excelente trabajabilidad, así como una alta conductividad térmica y eléctrica. Esta es la razón por la que la serie 1xxx se usa comúnmente para líneas de transmisión o red eléctrica que conectan las redes nacionales a través de los Estados Unidos. Las designaciones de aleación comunes en esta serie son 1350, para aplicaciones eléctricas, y 1100, para bandejas de envasado de alimentos.
Aleaciones termotratables
Algunas aleaciones se fortalecen mediante tratamiento térmico de solución y luego enfriamiento, o enfriamiento rápido. El tratamiento térmico toma el metal sólido aleado y lo calienta hasta un punto específico. Los elementos de aleación, llamados soluto, se distribuyen homogéneamente con el aluminio poniéndolos en una solución sólida. El metal se apaga posteriormente, o se enfría rápidamente, lo que congela los átomos de soluto en su lugar. En consecuencia, los átomos de soluto se combinan en un precipitado finamente distribuido. Esto ocurre a temperatura ambiente, lo que se denomina envejecimiento natural, o en un funcionamiento de horno a baja temperatura, lo que se denomina envejecimiento artificial.
Serie 2xxx
En la serie 2xxx, el cobre se utiliza como elemento de aleación principal y se puede fortalecer significativamente a través del tratamiento térmico de la solución. Estas aleaciones poseen una buena combinación de alta resistencia y tenacidad, pero no tienen los niveles de resistencia a la corrosión atmosférica como muchas otras aleaciones de aluminio. Por lo tanto, estas aleaciones generalmente están pintadas o revestidas para tales exposiciones. Por lo general, están revestidos con una aleación de alta pureza o una aleación de la serie 6xxx para resistir en gran medida la corrosión. Aleación 2024 quizás la aleación de aviones más conocida.
Serie 6xxx
La serie 6xxx es versátil, tratable térmicamente, altamente moldeable, soldable y tiene una resistencia moderadamente alta junto con una excelente resistencia a la corrosión. Las aleaciones de esta serie contienen silicio y magnesio para formar siliciuro de magnesio dentro de la aleación. Los productos de extrusión de la serie 6xxx son la primera opción para aplicaciones arquitectónicas y estructurales. La aleación 6061 es la aleación más utilizada en esta serie y se usa a menudo en marcos de camiones y marinos. Además, algunas versiones del iPhone han utilizado extrusiones de aluminio de la serie 6xxx.
Serie 7xxx
El zinc es el agente de aleación principal para esta serie, y cuando se agrega magnesio en una cantidad más pequeña, el resultado es una aleación termotratable de muy alta resistencia. Otros elementos como el cobre y el cromo también se pueden agregar en pequeñas cantidades. Las aleaciones más conocidas son 7050 y 7075, que se utilizan ampliamente en la industria aeronáutica. El reloj de aluminio de Apple®, lanzado en 2015, se fabricó con una aleación personalizada de la serie 7xxx.
Las aleaciones no tratadas térmicamente
Las aleaciones no tratadas térmicamente se fortalecen mediante el trabajo en frío. El trabajo en frío se produce durante los métodos de laminado o forjado y es la acción de «trabajar» el metal para hacerlo más fuerte. Por ejemplo, al enrollar el aluminio a medidores más delgados, se vuelve más fuerte. Esto se debe a que el trabajo en frío acumula dislocaciones y vacantes en la estructura, que luego inhiben el movimiento de los átomos en relación entre sí. Esto aumenta la resistencia del metal. Los elementos de aleación como el magnesio intensifican este efecto, lo que resulta en una resistencia aún mayor.
Serie 3xxx
El manganeso es el principal elemento de aleación de esta serie, a menudo con cantidades más pequeñas de magnesio añadido. Sin embargo, solo un porcentaje limitado de manganeso se puede agregar efectivamente al aluminio. 3003 es una aleación popular para uso general porque tiene una resistencia moderada y buena trabajabilidad y se puede usar en aplicaciones como intercambiadores de calor y utensilios de cocina. La aleación 3004 y sus modificaciones se utilizan en los cuerpos de latas de bebidas de aluminio.
Serie 4xxx
las aleaciones de la serie 4xxx se combinan con silicio, que se puede agregar en cantidades suficientes para reducir el punto de fusión del aluminio, sin producir fragilidad. Debido a esto, la serie 4xxx produce excelentes alambres de soldadura y aleaciones de soldadura fuerte donde se requiere un punto de fusión más bajo. La aleación 4043 es una de las aleaciones de relleno más utilizadas para soldar aleaciones de la serie 6xxx para aplicaciones estructurales y automotrices.
Serie 5xxx
El magnesio es el agente de aleación principal de la serie 5xxx y es uno de los elementos de aleación más efectivos y ampliamente utilizados para aluminio. Las aleaciones de esta serie poseen características de resistencia moderada a alta, así como buena soldabilidad y resistencia a la corrosión en el medio marino. Debido a esto, las aleaciones de aluminio y magnesio son ampliamente utilizadas en edificios y construcción, tanques de almacenamiento, recipientes a presión y aplicaciones marinas. Ejemplos de aplicaciones de aleación comunes incluyen: 5052 en electrónica, 5083 en aplicaciones marinas, hoja 5005 anodizada para aplicaciones arquitectónicas y 5182 hace la tapa de aluminio para latas de bebidas. El vehículo de combate Bradley del ejército de los Estados Unidos está fabricado con aluminio de la serie 5083 y 7xxx.
Creando nuevas aleaciones
Hace más de 60 años, la Asociación de Aluminio estableció el sistema de designación de aleación forjada a través de su Comité Técnico de Normas de Productos (TCPS), que fue adoptado en los Estados Unidos en 1954. Tres años más tarde, el sistema fue aprobado como Estándar Nacional Estadounidense H35.1. Este sistema de designación fue adoptado oficialmente por los Signatarios internacionales de la Declaración de Acuerdo en 1970 y se convirtió en un sistema de designación internacional. En el mismo año, el Comité de Normas H35 sobre Aleaciones de Aluminio fue autorizado por el Instituto Nacional Americano de Normas (ANSI), con la Asociación sirviendo como Secretaría. La Asociación ha servido como la principal organización de establecimiento de estándares para la industria mundial del aluminio desde entonces.
El sistema de registro de aleaciones está gestionado actualmente por los TCPS de la Asociación. Todo el proceso, desde el registro de una nueva aleación hasta la asignación de una nueva designación, toma entre 60 y 90 días. Cuando el sistema actual se desarrolló originalmente en 1954, la lista incluía 75 composiciones químicas únicas. Hoy en día, hay más de 530 composiciones activas registradas y ese número sigue creciendo. Esto subraya lo versátil y ubicuo que se ha convertido el aluminio en nuestro mundo moderno.