Aleaciones no ferrosas El aluminio y sus aleaciones A pesar de que el aluminio aluminio puro es un material poco poco usado se da la paradoja paradoja de que las aleaciones de este material son ampliamente usadas en una grandisima variedad variedad de aplicaciones aplicaciones tanto a nivel nivel industrial como como a otros niveles. niveles.
Series de aluminios según sus aleantes Las aleaciones de aluminio (tanto las forjadas como las moldeadas) se clasifican en función del elemento aleante usado (al menos el que esté en mayor proporción). Los elementos aleantes más usados son: COMPONENTE PRINCIPAL
Serie 2xxx.
NUMERO GRUPO DE ALEACION
Aluminio sin alear 99% Aleaciones de aluminio
1
Cu
2
Mn
3
Si
4
Mg
5
Mg, Si
6
Zn
7
Otros
8
En estas aleaciones el principal elemento aleante es el Cu, pero a veces tambien se le añade Mg. Las características
de esta serie son: buena relación relación dureza-peso y mala resistencia resistencia a la corrosión. corrosión. algunas de las aleaciones de esta esta serie tienen que ser sometidas a TT de solubilidad y a veces de envejecimiento envejecimiento para mejorar sus propiedades mecánicas. Una vez hecho esto la serie 2xxx tiene unas propiedades mecánicas que son del similares e incluso superiores a los aceros bajos bajos en carbono. El efecto de los TT es el aumento de la la du dureza reza con una bajada de la la elongación. elongación. En lo referente a la segunda característica estas aleaciones generalmente son galvanizadas con aluminio de alta pureza o con aleaciones de la serie 6xxx para protegerlas de la corrosión y que no se produzca corrosión intergranular. intergranular. Los usos más frecuentes que se le dan a estos aluminios aluminios son (generalmente son son usados en lugares donde sea necesario una alta relación dureza-peso) en las ruedas de los camiones y de los aviones, en la suspensión suspensión de los camiones, camiones, en el fuselage de los aviones, en estructuras que requieran buena dureza a temperaturas superiores a 150 ºc. Para finalizar decir que salvo la aleción 2219 estas aleaciones tienen una mala soldabilidad pero una maquinabilidad muy buena. Serie 3xxx.
el principal elemento aleante es el Mn. Estas aleaciones tan solo tienen un 20% más de dureza que el aluminio
purodebido a que el Mn solo puede añadirse de forma efectiva en solo un 1.5%. Sin embargo los aluminios 3003, 3×04 y 3105 son muy usados para fabricar utensilios que necesiten dureza media y que sea necesario buena trabajabilidad para fabricarlos como son botellas para bebidas, utensilios de cocina, intecambiadores de calor, mobiliario, señales de tráfico, tejados y otras aplicaciones aplicaciones arquitectónicas. arquitectónicas. Serie 4xxx.
el principal elemento aleante es el Si que suele añadirese en cantidades medianamente elevadas (por encima del 12%)
para conseguir una bajada del del rango de fusión de la aleación. El objetivo objetivo es conseguir una aleación que funda a una temperatura más baja que el resto de aleaciones de aluminio para usarlo como elemento de soldadura. Estas aleaciones en principio no son tratables termicamente pero si son usadas en soldadura para soldar otra aleaciones que son tratables termicamente . Las aleaciones con un elevado nivel de Si tienen un rango de colores que van desde el gris oscuro al color carbon y por ello estan siendo demandadas en aplicaciones arquitectónicas. La 4032 tiene un bajo coeficiente de expansión térmica y una alta resistencia al desgaste lo que la hace bien situada para su uso en la frabricación de pistones de motores. Serie 5xxx.
el principal elemento aleante el Mg cuyo objetivo es el de endurecer el aluminio. El Mg es un elemento que endurece más el
aluminio. Las principales características de estas aleaciones son una media a alta dureza por endurecimiento por deformación, buena soldabilidad, buena resistencia resistencia a la corrosión corrosión en ambiento marino y una baja baja capacidad capacidad de trabajo en frío. Estas características hacen que estas
aleaciones
se
usen
para
adornos decorativos, hornamentales hornamentales y arquitectónicos, arquitectónicos, en el hogar, hogar, iluminación de de las calles y
carreteras, botes, barcos y tanques criogénicos, partes de puentes grua y estructuras de automóviles.
Serie 6xxx.
Mg2Si.
En estas aleaciones se usan como elementos aleantes el Mg y el Si en proporciones adecuadas para que
se forme el
Esto hace que esta aleación sea tratable termicamente. Estas aleciones son menos resitentes que el resto de aleaciones, a
cambio tiene tambien formabilidad, soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosión. Estas aleaciones pueden modearse por un TT T4 y endurecido por una serie de acciones que completen el TT T6. Su uso suele ser el de aplicaciones arquitectónicas, cuadros de bicicletas, pasamanos de los puentes, equipo de transporte y estructuras soldadas. Serie 7xxx.
El Zn añadido en proporciones que van desde el 1 al 8 % es el elemeto aleante en mayor proporción en estas aleaciones.
A
se
veces
añaden
pequeñas cantidades de Mg para hacer la aleación tratable termicamente. Tambien es normal añadir otros
elementos aleantes como Cu o Cr en pequeñas cantidades. Debido a que la principal propiedad de estas aleaciones es su alta dureza se suele usar en las estructuras de los aviones, equipos móviles y otras partes altamente forzadas. Debido a que esta serie muestra una muy baja resistencia a la corrosión bajo tensión se le suele aplicar levemente un TT para conseguir una mejor mezcla de propiedades.
ALEACIONES DE COBRE
El cobre posee una densidad de 8.93 g/cm3 y una temperatura de fusión de 1083 C. su conductividad eléctrica es excelente, y se puede mejorar mediante procesos de afino, lo que hace de las aleaciones de cobre un material idóneo para la fabricación de cables eléctricos. Su excelente conductividad térmica permite su uso de radiadores o cambiadores de calor.
Cristaliza en la red fcc, por lo que es fácilmente deformable y tiene una buena conformabilidad en frío, no tanto en caliente, por el excesivo aumento del tamaño de grano. Posee una resistencia media (entre 200 y 350 MPa) y se puede obtener alargamientos a rotura de hasta el 40 por 100. Es un m etal criogénico, y a -196 C la resistencia mecánica se incrementa un 50%. Excelente resistencia a la corrosión en agua de m ar y otros ambientes corrosivos, es atacado por los halógenos en húmedo. Siempre está recubierto de una capa protectora de óxido, que crece con la temperatura y puede llegar a descamarse. Al oxidarse, se cubre de una pátina verdosa, y esta coloración hace que se emplee en decoraciones. No se mecaniza por ser excesivamente blando.
La adición de aleantes busca la mejora de las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste, aunque perjudicarán la conductividad del cobre. Todas sus aleaciones endurecen por acritud.
Los latones son aleaciones de cobre en las que el cinc es el soluto por sustitución predominante. El intervalo de solidificación es muy pequeño. Hay al menos 3 familias de latones. Los latones (0-36% de cinc) y red fcc. Específicos para trabajar en frío. Se utilizan en bisutería, tuberías, instrumentos musicales, monedas, o en arquitectura. La máxima maleabilidad se alcanza con un 30% de Zn. Los latones que poseen contenidos de cinc entre (47-55% de cinc), se caracterizan por formar a baja temperatura una fase ordenada, dura y frágil, y los latones + (36-45%), excelentes para trabajar en caliente y pueden ser forjados o laminados, es mas fácil de mecanizar, con un porcentaje de cinc superior al 60%, no se usan industrialmente por su fragilidad.
Los bronces son aleaciones de cobre-estaño, la resistencia a tracción del cobre mejora hasta un máximo en torno al 20% de estaño, y las aleaciones con más de 8% de Sn no puedan ser conformadas en frío. Los bronces se dividen en 2 grupos: monofásicos, formados por una fase fcc, y los de estructura compleja, se emplean para moldeo, en la fabricación de cojinetes. Los monofásicos son deformables y se emplean para la forja. Los bronces son más resistentes a la corrosión que los latones, y son criogénicos, su comportamiento mejora al disminuir la temperatura. Existen otras aleaciones de cobre de hasta un 25% de otro elemento que también se les llaman bronces, por ejemplo bronces al plomo, contenidos en Pb inferiores al 7% mejoran la maquinabilidad, y pueden actuar como lubricante. Bronces al fósforo, pequeñas cantidades del este elemento en solución sólida aumentan las propiedades mecánicas. La dicción de Zn en los bronces al cinc mejora la colabilidad y abarata el bronce, y los bronces al níquel, buenas propiedades mecánicas y pueden ser conformados en caliente.
Los cuproaluminios son aleaciones de cobre-aluminio (5 a 11% Al), combinan buenas propiedades mecánicas con una resistencia a la corrosión, principalmente intergranular. Se emplean en forja y en moldeo.
Los cuproberilios (0.4-2% de Be), tratamientos térmicos de solución y maduración posterior, permiten obtener las aleaciones mas resistentes de cobre, comparables con los aceros de alta resistencia. Su principal inconveniente es su alto precio.
Las aleaciones de cobre-níquel (2 a 30% de Ni) se denominan cuproníquel, se utiliza en evaporadores, tubos de condensación, transformadores de calor y equipos marinos, no se pueden ser tratados en caliente.
Aleaciones de zinc
El cinc es un metal blanco azulado, es muy sensible a la corrosión electroquímica, y es atacado por la humedad. Se emplea en procesos de galvanizado de aceros, para obtener latones y en pinturas. Las aleaciones de cinc que incorporan cobre y aluminio son fácilmente moldeables debido a su baja temperatura de fusión y a la ausencia de reacción con los crisoles y matrices de acero. Se utilizan en piezas de automóviles. Los elementos de aleación presentan los siguientes efectos. Aluminio Es el elemento adicionado en mayor proporción . Aumenta sensiblemente la dureza y resistencia de la aleación, así como su fluidez, permitiendo la obtención de piezas fundidas de formas complicadas. Otra ventaja de la adición de este elemento es la disminución de los efectos corrosivos del zinc liquido sobre el acero de la maquina y las herramientas de inyección. Si el porcentaje del aluminio es superior al 4.5%, reduse su resistencia al impacto. En esas condiciones la aleación es frágil, pudiendo agrietarse durante las operaciones de endurecimiento o conformación. Por otro lado, para porcentajes inferiores al 3.5 %, la aleación pierde resistencia y dureza, descendiendo también su fundibilidad, lo que hace difícil la obtención de piezas complicadas y delgadas. Magnesio A pesar de encontrarse en porcentajes relativamente pequeños, este metal tiene gran influencia en las propiedades del zinc para colar bajo presión. Siendo el magnesio mas electronegativo que el zinc, inhibe la corrosión intergranular de la aleación. Y asociándose con el eutéctico del plomo, cadmio y estaño en los contornos de grano, reduce la diferencia de potencial entre el zinc y el eutéctico. Es aconsejable mantener la composición del magnesio por debajo de 0.06% pues este metal tiende a provocar fragilidad en caliente en las piezas fundidas. Cobre La adición del cobre aumenta la resistencia la corrosión, la resistencia mecánica y la dureza de la aleación. Sin embargo la presencia del cobre por encima del 1.25% vuelve inestable la aleación, al hacerla vulnerable al envejecimiento, reduciendo notablemente su resistencia al impacto. Porcentajes por encima del 0.6% provocan desde ya el fenómeno de precipitación, el cual afecta la estabilidad dimensional de la pieza. Magnesio y sus aleaciones Las aleaciones base magnesio son designadas generalmente por dos letras mayúsculas que representan los dos aleantes principales, la primera indica el de concentración más alta. Dos números siguen a estas letras, cada uno representa el contenido porcentual de los elementos señalados, si después se incluye una letra, esta expresa que la composición ha sido modificada, la misma letra indica el elemento que ha sido alterado. La principal característica de estas aleaciones es que proporcionan una adecuada resistencia mecánica para aplicaciones donde el peso de la pieza es un factor fundamental. Una de las más empleadas en la fabricación de caja de cambios de helicópteros, componentes de aeronaves y equipo militar en general, es la aleación ZE41A-T5, comercialmente conocida como "ZR5" Nótese que la composición de esta aleación involucra cinc (letra Z) y (letra E), las siglas ZR5 no están relacionadas con la composición de esta aleación. Esta aleación es además, ampliamente usada en la industria automotriz, especialmente en vehículos de alta velocidad. Con similares características se encuentra la aleación EZ33A-T5 o también llamada ZRE1, empleada en componentes donde la resistencia al creep es requerida, con un menor contenido de cinc y un mayor contenido de tierras raras, con respecto a ZR5, ZR1 es mucho menos versátil y de aplicaciones más específicas. Otra aleación interesante es la WE43AT6, comercialmente conocida sólo como WE43, además de circonio y tierras raras, contiene Ytri o (3,7-4,3%) y su principal característica es la de retener en forma excelente, sus propiedades a elevadas temperaturas. Por esta razón y debido a que sus propiedades mecánicas son superiores a la RZ5, esta aleación ha sido seleccionada para helicópteros como Eurocopter EC120, Sikorsky S92 y MD500, entre otros. A continuación se revisarán estas dos aleaciones con m ayor detalle. Titanio y sus aleaciones: Designación UNS: RXXXXX (R50000 <'> R59999) Los elementos aleantes le proporcionan al Ti endurecimiento por solución sólida y cambian su temperatura de transformación alotrópica. Estos elementos pueden dividirse en cuatro grupos: 1) Adiciones como el estaño y el circonio le aportan endurecimiento por solución sólida, sin afectar su temperatura de transformación. 2) El aluminio, el oxigeno, el hidrógeno y otros elementos estabilizadores de la fase alfa alfagénos incrementan la temperatura a la cual α se transforma en β.
3) Los estabilizadores de la fase beta como el vanadio, el tantalio, el molibdeno y el niobio reducen la temperatura de transformación, incluso haciendo que β sea estable a temperatura ambiente. 4) El manganeso, el cromo y el hierro provocan una reacción eutectoide, reduciendo la temperatura a la cual la transformación α'βocurre y, a la vez, produciendo una estructura bifásica a t emperatura ambiente. ALEACIONES DE BASE NIQUEL.
Fácilmente deformable por su red FCC. El níquel se utiliza como elemento de aleación en aceros en durecibles, inoxidables, en aquellos resistentes a la corrosión y para servicios a altas temperaturas. La resistencia a la corrosión del níquel lo hace particularmente útil para conservar la pureza de los productos en el manejo de alimentos, fibras sintéticas álcalis cáusticos, así como en aplicaciones estructurales. Aleaciones
Níquel y cobre: En esta aleación hay bajo níquel (2 a 13% Ni), cuproníqueles (de 10 a 30% Ni), aleaciones para monedas (25% Ni), aleaciones de resistencia eléctrica controlada (45% Ni), aleaciones no magnéticas (hasta 60% Ni), y aleaciones de alto níquel, metal monel (más de 50% Ni). A estas aleaciones se la denominan Monel, se caracterizan por tener elevada resistencia mecánica, soldabilidad, excelente resistencia a la corrosión, y tenacidad en un amplio intervalo de temperatura. Tienen un excelente rendimiento en la exposición al agua de mar o salobre en condiciones de alta velocidad. Níquel y hierro: Aleaciones de aceros forjados (de 0.5 a 9% Ni), aceros de aleación colados (de 0.5 a 9% Ni), hierros colados de aleación ( de 1 a 6 y de 14 a 36% Ni), aleaciones magnéticas ( de 20 a 90% Ni), aleaciones no magnéticas (10 a 20% Ni), aceros revestidos de acero inoxidable ( de 5 a 49% Ni), superaleaciones en base de hierro (de 0.2 a 9% Ni), y aleaciones de dilatación térmica controlada, de bajo coeficiente (de 36 a 50% Ni), de dilatación seleccionada (de 22 a 50% Ni).
Bibliografía
(http://www.utp.edu.co/~publio17/maleable.htm) http://www.uam.es/docencia/labvfmat//labvfmat/practicas/practica1/aleacion.htm.
http://fainweb.uncoma.edu.ar/materias/materiales_II/Archivos_MatII/U7_TEORIA_No_Ferrosos_2011.pdf
Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros, pág. 406-412. http://html.rincondelvago.com/aleaciones-del-acero-y-aluminio.html
