Extrusion de perfiles de aluminio

EXTRUSIÓN DE PERFILERÍA DE ALUMINIO

1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES  Elemento químico de símbolo Al y número atómico 13. Es un metal no ferroso.  Es el tercer elemento más común en la Tierra. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza terrestre. En estado natural se encuentra en muchos silicatos.  Como metal, se extrae del mineral bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio mediante electrólisis.  Este metal posee propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería, tales como su baja densidad (2.7 g/cm3) y su alta relación resistencia/peso y resistencia a la corrosión.  Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa).  Buen conductor de la electricidad, se mecaniza con facilidad y es barato, por lo que desde mediados del siglo XX es el metal que más se utiliza después del acero.

Extrusión de perfilería de aluminio

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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

El principal problema del aluminio es su baja resistencia mecánica. Por este motivo el aluminio y sus aleaciones se tratan térmicamente o se someten a procesos de forja para mejorar sus propiedades mecánicas. El módulo de elasticidad del aluminio es relativamente bajo y sensible al grado de impurezas de éste.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Tanto el aluminio puro como las aleaciones de éste presentan una gran resistencia a la corrosión debido a la formación de una capa fina (~ 4 y 5 μm de espesor) y adherente de óxido de aluminio o alúmina (Al2O3) sobre la superficie del metal. Esta capa de óxido constituye una película impermeable que impide la difusión del oxígeno hacia el metal base, haciendo al aluminio y sus aleaciones muy resistentes a la corrosión. Aleantes como el Si o el Zn hasta un 1 % tienen un efecto muy débil sobre la resistencia a la corrosión, mientras que aleantes de elevado número atómico, como el Cu el Ni, variaciones del 0.1%, afectan fuertemente a la resistencia. Según el efecto que tienen los aleantes sobre la resistencia a la corrosión, éstos se pueden clasificar en: — Elementos que mejoran la resistencia a la corrosión: cromo, magnesio y manganeso — Elementos que empeoran la resistencia: cobre, hierro, níquel, estaño, plomo y cobalto — Elementos que tienen poca influencia: silicio, titanio, zinc, antimonio, cadmio y circonio. Extrusión de perfilería de aluminio

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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES 1.1. LAS ALEACIONES DE ALUMINIO  El aluminio puro posee una resistencia a tracción muy baja y una dureza escasa, pero unido en aleación con otros elementos, el aluminio adquiere características mecánicas muy superiores.  Las aleaciones de aluminio contienen, en una matriz de aluminio, diversos elementos de aleación. Los principales son el cobre (Cu), silicio (Si), magnesio (Mg), cinc (Zn) y manganeso (Mn). En menores cantidades se usa también hierro (Fe), cromo (Cr) y titanio (Ti); y para aleaciones especiales se suele usar también níquel (Ni), cobalto (Co), plata (Ag), litio (Li), vanadio (V), circonio (Zr), estaño (Sn), plomo (Pb), cadmio (Cd), bismuto (Bi), berilio (Be), boro (B), sodio (Na) y estroncio (Sr).


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES 1.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO Alta relación resistencia-peso. El aluminio tiene una densidad alrededor de un tercio de la del acero. Como se puede ver en la figura, los aceros de alta resistencia a tracción tienen las mayores resistencias de todos los metales. A éstos le sigue el Ti6Al4V y las aleaciones de aluminio 7075-T6.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Si consideramos ahora la resistencia disponible para una masa dada dividiendo la resistencia a tracción por la densidad (relación resistencia/peso) obtenemos una imagen bastante diferente (Figura). Ahora encontramos la aleación 7075 en la parte superior con las aleaciones estructurales comerciales alrededor del acero.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Fácil fabricación. El aluminio es uno de los metales más fácil se puede conformar y fabricar, incluyendo operaciones tales como extrusión, doblado, laminación, embutición, estirado, forjado, fundición, hilado y mecanizado. De la figura se observa que la parte lineal de la curva tensióndeformación, la deformación por unidad de aumento de tensión es mucho mayor para el aluminio que para el acero, la medición muestra que es tres veces mayor. La pendiente de esta parte de la curva determina el módulo de elasticidad (módulo de Young), es decir, E: tensión/deformación. Se deduce por lo tanto que el Módulo de Elasticidad para el aluminio es un tercio del de acero (65500-72400 MPa para las aleaciones de aluminio).


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Cuando un miembro estructural de acero es reemplazado por uno de forma idéntica en una aleación de aluminio el peso será un tercio, pero la deflexión elástica será aproximadamente tres veces más grande. De esto se deduce que un elemento de aluminio de idéntica dimensión a uno en acero absorberá tres veces más energía, pero sólo hasta el punto en que la tensión en el aluminio permanezca por debajo del límite de proporcionalidad.

Cabe señalar que la RIGIDEZ se define como el producto del módulo de elasticidad y el momento de inercia de una sección (EI) y determina la deformación cuando se somete a una carga de flexión. Esto permite la aplicación de otro atributo del aluminio, su capacidad de ser hecho en una variedad de formas estructurales complejas por extrusión. El proceso de extrusión proporciona al diseñador la oportunidad de moldear el metal para lograr la máxima eficiencia en el diseño de una sección usualmente haciéndola más profunda. Sin embargo, hacer una sección más profunda a menudo sacrifica parte del ahorro de peso potencial con el resultado de que sólo pesa aproximadamente la mitad de la del miembro de acero en lugar de una tercera.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES La figura muestra dos enfoques diferentes de ahorro de peso cuando se utiliza Al en lugar de acero para las vigas principales de un remolque de carretera. Todas las secciones tienen la misma rigidez a flexión, la viga de aluminio en “I” ha sido diseñada con una dimensión máxima de extrusión y espesor mínimo de extrusión, mientras que la viga de aluminio ha sido diseñada para el mismo ancho que la viga de acero pero con características especiales adicionales para mejorar la fabricación. La viga de Al en “I” presenta un módulo de sección mejorado y, por consiguiente, una menor tensión a flexión inducida además de un ahorro de peso del 57%, pero debido a su delgada forma tiene una estabilidad torsional baja. La viga tipo caja de aluminio exhibe una mejora aún mayor en el módulo de sección, combinada con una mejora considerable en la estabilidad a torsión pero solamente un ahorro del peso del 33%. Al cambiar el diseño se puede obtener cualquier combinación de características dentro de los límites prácticos de fabricación. El Módulo de Torsión o Módulo de Rigidez de aluminio (tensión de cizallamiento dividido por la deformación angular) es de nuevo aproximadamente un tercio del de acero (26000 MPa para aluminio comparado con Por lo tanto, las mismas reglas deben ser aplicadas 82700 MPa para acero). por el diseñador al mirar diseños de aluminio en torsión como en flexión. Extrusión de perfilería de aluminio

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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Resistencia a la corrosión. El aluminio reacciona con el oxígeno muy rápidamente, pero la formación de la película de óxido (Al2O3:1-2 m de espesor y anodizado es 10-20 m de espesor ) impide la posterior oxidación del metal.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Alta conductividad eléctrica. La conductividad eléctrica del aluminio puro al 99,99% a 20 C es 63,8% del estándar internacional de cobre recocido (IACS). El aluminio conduce el doble de la electricidad con el mismo peso comparado con el cobre, por lo que es ideal para su uso en cables de transmisión eléctrica. Se prefieren los cables de múltiples hilos de aluminio de alta resistencia (tipo 6061) para algunas instalaciones porque pueden lograrse tensiones de línea más altas que pueden aplicarse para aumentar la distancia entre los pilones o, alternativamente, reducir su altura.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Alta conductividad térmica. La conductividad térmica, , del aluminio puro al 99,99% es de 244 W/mK (0-100 C), que es 61,9% del IACS, y de nuevo por su baja densidad, su conductividad térmica es el doble que el cobre y tres veces mas que la del hierro. La conductividad térmica se reduce ligeramente por la adición de elementos de aleación. Las propiedades combinadas de alta conductividad térmica, bajo peso y buena capacidad de conformado hacen del aluminio una elección obvia para su uso en intercambiadores de calor, radiadores de coches y utensilios de cocina mientras que en la forma de colada es ampliamente utilizado para cabezas de cilindros de motor de I/C.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Alta resistencia a temperaturas criogénicas. El aluminio no es propenso a la rotura frágil a bajas temperaturas y tiene una mayor resistencia y tenacidad a bajas temperaturas, por lo que es útil para los recipientes criogénicos.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Reciclabilidad. El aluminio es fácilmente reciclable. Se necesita un 95% menos de energía para procesar aluminio reciclado en comparación con hacerlo desde cero. Este gráfico muestra la energía ahorrada por el reciclaje de varios materiales frente a la fabricación de los mismos materiales nuevos.

No Tóxico. Como el aluminio es no tóxico, que se utiliza ampliamente en la industria del embalaje para alimentos y bebidas, así como las tuberías y los depósitos utilizados en el procesamiento de alimentos y utensilios de cocina. Extrusión de perfilería de aluminio

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Extrudabilidad (Extrudability). O capacidad de extrusión, es la velocidad de extrusión relativa máxima que permite obtener un perfil extruido sin desgarros ni grietas. La extrudabilidad depende de los siguientes factores:  Composición de la aleación  Temperatura del lingote  Relación de extrusión  Forma del perfil  Microestructura de la fundición  Nivel de microesgregación determinado por los parámetros del recocido de homogeneización


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Las aleaciones de aluminio que tienen una buena capacidad de extrusión son:  Aleaciones de aluminio forjado (1xxx)  Aleación de Al-Mn 3003  Aleaciones de Al-Mg forjado (5xxx) que contienen hasta el 2.5% de manganeso (5052)  La mayor parte de las aleaciones Al-Mg-Si de forja (6xxx) (excepto 6066)

Las aleaciones que tienen una capacidad de extrusión moderada son:  Aleaciones Al-Mg de forja (5xxx) que contienen 2.5-4% Mn  Al6066 Las aleaciones que tienen una pobre capacidad de extrusión son:  Aleaciones Al-Cu de forja (2xxx)  Aleaciones Al-Mg de forja (5xxx) que contienen más del 4%Mn  Aleaciones de Al-Zn-Mg de forja (7xxx).


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES 1.3. SISTEMA DE DESIGNACIÓN DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO DE FORJA Las aleaciones de forja se agrupan por un sistema de cuatro dígitos, en donde el primer índice indica el aleante mayoritario de la forma:

mientras que los siguientes índices representan otros aleantes minoritarios.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Según la norma española UNE EN 515, se pueden designar los diferentes estados de tratamiento de todas las formas de aluminio para forja y aleaciones de aluminio de colada destinados a ser forjados de la forma: F: Bruto de fabricación. O: Recocido H: Acritud (Generalmente estirado) T: Tratamiento térmico de endurecimiento estructural para producir estados distintos F, O y H W: Tratamiento térmico de solución y temple Subdivisiones de los estados básicos de tratamiento del aluminio Subdivisión del estado H: Acritud La primera cifra que sigue a la H indica la variación específica de las operaciones básicas del proceso según: H1: Acritud solamente H2: Acritud y recocido parcial H3: Acritud y estabilizado El segundo dígito que sigue a las designaciones H1, H2 y H3 indicará el grado final de acritud recibido: HX2: Estado 1/4 duro HX4: Estado semiduro HX6: Estado 3/4 duro HX8: Estado duro HX9: Estado extraduro Extrusión de perfilería de aluminio

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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Subdivisión de los estados T: Tratamiento térmico. Las cifras del 1 al 10 que siguen a la letra “T” indican las secuencias específicas de los tratamientos básicos como se verá a continuación. T1:Tratamiento de temple desde la temperatura de extrusión y maduración natural T2:Tratamiento de temple desde la temperatura de extrusión, acritud y maduración natural T3:Tratamiento térmico de solución, temple, acritud y madurado natural T4:Tratamiento térmico de solución, temple y maduración natural T5:Tratamiento térmico de temple desde la temperatura de extrusión y maduración artificial T6:Tratamiento térmico de solución, temple y maduración artificial T7:Tratamiento térmico de solución, temple y sobre-maduración/estabilizado T8:Tratamiento térmico de solución, temple, acritud y maduración artificial T9:Tratamiento térmico de solución, temple, maduración artificial y acritud T10:Tratamiento térmico de temple desde temperatura de extrusión, acritud y maduración artificial


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Las aleaciones de aluminio de forja se pueden dividir en dos grandes grupos:

Aleaciones de aluminio de forja no tratables térmicamente Las aleaciones que no reciben tratamiento térmico solamente pueden ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia. Hay tres grupos principales de estas aleaciones según la norma AISI-SAE que son los siguientes: Aleaciones 1xxx. (99% min. Aluminio) Sus principales impurezas son el hierro y el silicio como elemento aleante. Se les aporta un 0.12% de cobre para aumentar su resistencia. Tienen una resistencia aproximada de 90 Mpa. Aleaciones 3xxx. (Manganeso) Está presente en un 1.2% y tiene como objetivo reforzar al aluminio. Tienen una resistencia aproximada de 110MPa en condiciones de recocido. Se utilizan en componentes que exijan buena capacidad de mecanizado, latas, radiadores de edificios, etc. Aleaciones 5xxx. (Magnesio) Su aporte varía del 2 al 5%. Esta aleación se utiliza para conseguir endurecimiento por solución sólida. Tiene una resistencia aproximada de 193MPa en condiciones de recocido. Se utiliza en latas, automóviles, fachadas, construcción, transporte. Extrusión de perfilería de aluminio

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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Aleaciones de aluminio de forja tratables térmicamente Algunas aleaciones pueden endurecerse mediante tratamiento térmico en un proceso de precipitación. El nivel de tratamiento térmico de una aleación se representa mediante la letra T seguida de un número por ejemplo T5. Hay tres grupos principales de este tipo de aleaciones. Aleaciones 2xxx. (Cobre) Aunque también contienen magnesio Mg. Estas aleaciones con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción aproximada de 442 MPa y se utiliza en la fabricación de estructuras de aviones. Aleaciones 6xxx. (Magnesio y Silicio) Con unas condiciones de tratamiento térmico T6 alcanza una resistencia a la tracción de 290MPa y es utilizado para perfiles, estructuras en general, Automóviles, construcción y transporte. Aleaciones 7xxx. (Zinc, magnesio y cobre) Con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción aproximada de 504MPa y se utiliza para fabricar estructuras de aviones


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ALEACIONES SERIE 1XXX: ALUMINIOS DE ALTA PUREZA  Contienen un mínimo de 99% de Al.  Principales impurezas: Fe (0,1 a 0,4%) y Si (<0,1%), provenientes del mineral de Al.  Microestructura: matriz de Al con algunas partículas de segundas fases (Al6Fe, Al3Fe, Al12FeSi).  Es el grupo de mayor resistencia a la corrosión, mayor conformabilidad, mayor soldabilidad, y mayor conductividad térmica y eléctrica.  Poseen muy baja resistencia mecánica y pobre capacidad de mecanizado. Ambas cosas se mejoran mediante la deformación en frío, pero aún así la resistencia máxima alcanzada es menor que para el resto de los grupos. En estado recocido: Rp0,2 = 30 MPa y resistencia a la tracción 80 MPa. En estado deformado en frío: Rp0,2 = 70 MPa y resistencia a tracción 200 MPa. Aplicaciones  Donde se necesite la máxima resistencia a la corrosión y sea aceptable la baja resistencia mecánica. (Por ej: tanques de almacenamiento en la industria química).  Conductores eléctricos de baja resistencia mecánica (aleación AA 1350)  Industria de envases (foil de Al, aleación AA 1145)  Fabricación de capacitores y reflectores  Elementos disipadores de calor. Extrusión de perfilería de aluminio

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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ALEACIONES SERIE 2XXX (Al-Cu)  Aleante ppal: Cu. También contiene Mg y Mn así como otros elementos en menores proporciones.  Las aleaciones comúnmente denominadas duraluminio pertenecen a este grupo.  Presentan una resistencia mecánica intermedia entre las de la serie 7000 (las de máxima resistencia) y las de la serie 6000 (las de menor resistencia mecánica dentro de las aleaciones tratable térmicamente). En general: Rp0,2 = 400 MPa (puede llegar hasta 500 MPa).  La deformación en frío previa al envejecimiento es muy efectiva para aumentar la resistencia mecánica, y, en el caso de las aleaciones que son envejecibles en forma natural, las propiedades alcanzan un valor estable en un tiempo razonable.  En estas aleaciones es el Mg el que incrementa la tendencia al envejecimiento natural (este fenómeno no se da en aleaciones Al-Cu).  Mala soldabilidad. Sus principales problemas son la susceptibilidad a la fisuración en caliente y la necesidad de aplicar un TTPS para obtener la resistencia mecánica adecuada.  Las aleaciones de mayor resistencia dentro de este grupo (AA 2024 y 2014) se usan en estructuras aeronáuticas unidas mediante bulones o remaches evitando la soldadura.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Aplicaciones serie 2xxx:  Industria aeronáutica: la AA 2024 y sus sucesoras 2124, 2224 y 2324 son usadas como productos usualmente cladeados para la fabricación de los fuselajes unidos mediante remaches o bulones)  Camiones y tractores, estructuras de edificios, chapas para carrocerías de automóviles, pistones forjados de motores de combustión, remaches para aviones, y piezas que requieran alta estabilidad dimensional. Al2CuMg


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ALEACIONES SERIE 3XXX (Al-Mn)

Las principales características de la serie 3xxx son:  Alta conformabilidad y resistencia a la corrosión con resistencia mecánica media  Rango típico de resistencia a tracción final: 110-285 Mpa  Endurecible por deformación y se puede soldar/unir fácilmente. La 3003 se utiliza en utensilios de cocina y equipos químicos debido a su superioridad en el manejo de muchos alimentos y productos químicos. La aleación 3105 para techos y revestimientos. Debido a la facilidad y flexibilidad de la unión, la 3003 y otra aleaciones de la serie 3xxx se usan en forma de lámina y tubular para intercambiadores de calor en vehículos y plantas de energía. La aleación 3004 y su modificación 3104 se utilizan para el cuerpo de latas de bebidas para cerveza y refrescos. Como resultado, están entre las aleaciones individuales más usadas en el sistema de aluminio. AA3103: Al (Bal) 1.11Mn 0.06Si 0.51Fe Extrusión de perfilería de aluminio

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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ALEACIONES SERIE 4XXX (Al-Si) Las principales características de la serie 4xxx son:  Tratables térmicamente  Buena capacidad de flujo y resistencia mecánica media  Rango típico de resistencia a tracción: 170-380 MPa  Fácil de unir, especialmente por brazing y soldering Hay dos usos principales de la serie 4xxx, ambos generados por su excelente flujo proporcionado por sus contenidos relativamente altos de Si. La primera es para forjados: La aleación 4032 de resistencia media/alta se utiliza principalmente en aplicaciones tales como pistones de avión forjados. La segunda aplicación principal es como aleación de aporte en soldadura, donde la aleación 4043 se usa para la soldadura de GMA de las aleaciones de las series 4xxx y 6xxx para aplicaciones estructurales y de automoción.

Las partículas eutécticas de Si en escamas, junto con otras fases intermetálicas


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ALEACIONES SERIE 5XXX (Al-Mg) Las principales características de la serie 5xxx son:  Endurecible por deformación  Excelente resistencia a la corrosión, tenacidad, soldabilidad; resistencia moderada  Aplicaciones en construcción, automotrices, criogénicas y marinas  Aleaciones representativas: 5052, 5083,5754  Rango típico de resistencia a tracción: 125-350 MPa Aplicación en la construcción: estructuras de carreteras incluyendo puentes, tanques de almacenamiento y recipientes a presión, tanques criogénicos y sistemas para temperaturas cerca al cero absoluto (-270 ºC), transporte y aplicaciones marinas, incluyendo plataformas de perforación en alta mar. Las aleaciones 5052, 5086 y 5083 se utilizan en aplicaciones estructurales, con una resistencia cada vez mayor asociada con el mayor contenido de Mg. La 5182 se utiliza en la parte final de las latas de bebida, la 5754 para carrocerías y paneles de carrocería y las 5252, 5457 y 5657 para aplicaciones de acabado brillante. Se debe tener cuidado para evitar el uso de aleaciones 5xxx con más del 3% de Mg en aplicaciones donde reciben exposición continua a temperaturas superiores a 100 ºC. Tales aleaciones pueden ser sensibilizadas y susceptibles a la corrosión por tensión. Extrusión de perfilería de aluminio

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Mg2Si

”: Al3Mg ’: Al3Mg2 : Mg2Si

(FeCr)3SiAl12


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ALEACIONES SERIE 6XXX (Al-Mg-Si) Las principales características de la serie 6xxx son:  Tratable térmicamente  Alta resistencia a la corrosión, excelente extrudibilidad; resistencia moderada  Rango típico de resistencia a tracción: 125-400 MPa  Se pueden soldar fácilmente por los métodos de soldadura GMA y GTAW

Una característica única es su gran extrudabilidad, lo que permite producir formas arquitectónicas relativamente complejas. La aleación 6063 es quizás la más utilizada debido a su extrudabilidad. La aleación 6061 de mayor resistencia encuentran un uso amplio en elementos estructurales soldados tales como automóviles, camiones, marcos marinos, vagones de ferrocarril y tuberías. La aleación 6111 proporcionan una combinación fina de resistencia y formabilidad, útiles para paneles automotrices externos. La aleación 6066-T6 tiene una alta resistencia para piezas forjadas; la 6071 tiene la mayor resistencia disponible en las extrusiones de la serie 6xxx y las aleaciones 6101 y 6201 se utilizan en bus eléctrico de alta resistencia e hilo conductor eléctrico, respectivamente.


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ALEACIONES SERIE 7XXX (Al-Zn) Las principales características de la serie 7xxx son:  Tratable térmicamente  Muy alta resistencia y alta tenacidad en algunas aleaciones especiales  Rango típico de resistencia a tracción: 220-605 Mpa La aleación Al-Zn-Mg-Cu en particular, proporcionan las mayores resistencias de todas las aleaciones de aluminio de al serie 7xxx. Estas aleaciones se consideran no-soldables por procesos comerciales y se utilizan regularmente con la unión remachada. La aplicación más amplia de las aleaciones 7xxx ha sido históricamente en la industria aeronáutica. Hay varias aleaciones de la serie que se producen especialmente por su alta tenacidad, 7050, 7055, 7150, 7175 y 7475; con el control del nivel de impurezas (particularmente de Fe y Si) se maximiza la combinación de resistencia y tenacidad a fractura. Las forjas de estas aleaciones se usan a menudo para miembros estructurales grandes en aeronaves. La combinación alta resistencia-densidad de la 7075-T73 (así como 2014-T6) hace que se utilice en tubería de perforación, donde las longitudes necesarias para pozos profundos requieren aleaciones ligeras. La resistencia a la corrosión atmosférica de las aleaciones 7xxx no es tan alta como la de las aleaciones 5xxx y 6xxx, por lo que en servicio suelen ir con un recubrimiento o, para chapas y placas, se utilizan en una versión alclad. Extrusión de perfilería de aluminio

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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES También, se han desarrollado tratamientos térmicos especiales para mejorar su resistencia a la exfoliación y a la corrosión por tensión, los tipos T76 y T73, respectivamente. Estos tratamientos se recomiendan especialmente en situaciones en las que puede haber altas tensiones transversales cortas (a través del espesor) presentes durante la exposición a ambientes atmosféricos o más severos. Las aleaciones sin Cu tienen menor resistencia pero son fácilmente extruibles y soldables, por lo que aleaciones como 7005 y 7029 encuentran su camino en aplicaciones como guardabarros y parachoques para automóviles y camiones.

Mg(Zn, AI, Cu)2


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1. INTRODUCCIÓN AL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ALEACIONES SERIE 8XXX (Al + Otros elementos (no cubiertos por otras series)) Las principales características de la serie 8xxx son:  Tratable térmicamente  Alta conductividad, resistencia y dureza  Rango típico de resistencia a tracción: 115-240 MPa  La serie 8xxx se utiliza para aquellas aleaciones con elementos de aleación menos utilizados como Fe, Ni, y Li. Cada una se utiliza por las características particulares que proporcionan las aleaciones.  El hierro y el Ni proporcionan resistencia con poca pérdida de conductividad eléctrica y por lo tanto se utilizan en una serie de aleaciones representadas por la 8017 para conductores eléctricos.  El litio en la aleación 8090 proporciona una resistencia y un módulo excepcionalmente altos, por lo que esta aleación se utiliza para aplicaciones aeroespaciales en las que el aumento de la rigidez combinado con una alta resistencia reduce el peso del componente. 2020 (Al-Cu-Li-Cd), 01429 (Al-Mg-Li), 2090 (Al-Cu-Li), 2091 y 8090 (Al-Cu-Mg-Li)


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El contenido de litio de las aleaciones de Al-Li forjadas no puede exceder el límite de solubilidad del 4.2% de Li en Al. En la práctica, el contenido de Li es generalmente menor. ¿PORQUÉ Li? el Li es el metal más liviano (densidad de 0.539 g/cm3, estructura cristalina BCC y Tfusión de 181 ºC) por tanto al alearlo con aluminio (densidad de 2.7 g/cm3 y estructura FCC) se obtiene una aleación con menor peso específico. La segunda razón es que, con excepción del berilio, cuyo uso está asociado con problemas de salud y fabricación, el Li es el único metal que mejora el módulo de elasticidad y disminuye la densidad cuando se alea con aluminio. Extrusión de perfilería de aluminio

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Cada 1% de Li añadido al aluminio aumenta el módulo elástico (rigidez) en aproximadamente 5% (3 Gpa) y disminuye la densidad en aproximadamente 3% (unos 0.08 g/cm3).

Variación de la densidad con el contenido de Li y la temperatura en las aleaciones Al-Li.


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 Las aleaciones Al-Li de alta resistencia se obtienen por tratamientos térmicos de precipitación similares a los utilizados para las aleaciones de Al convencionales, con algunas variaciones.  Muchas de las aleaciones de Al-Li alcanzan la resistencia máxima solamente si se realiza el trabajo en frío (estiramiento) antes del tratamiento de precipitación o endurecimiento por envejecimiento. En la siguiente tabla se dan las propiedades mecánicas de algunas aleaciones Al-Li endurecidas por envejecimiento (-T8x).


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 La aleación 2090 fue desarrollada para reemplazar la 7075-T6, ofreciendo una densidad 8% más baja y una rigidez 10% más alta que la aleación convencional que se utiliza normalmente en estructuras del avión. La aleación 2090 también ofrece una resistencia a la corrosión mayor en ambientes marinos que la 7075-T6.  La aleación 2091 fue desarrollada para reemplazar la aleación de aluminio convencional 2024-T3, ofreciendo la densidad 8% más baja y el módulo 7% más alto, así como una mayor tolerancia al daño.  La aleación 8090 fue desarrollada para reemplazar las aleaciones de aluminio comerciales 2014 y 2024. La aleación 8090 tiene una densidad 10% más baja y un módulo 11% más alto que sus contrapartes convencionales y tiene mejores propiedades mecánicas a temperaturas criogénicas.  La aleación que se comercializa bajo el nombre comercial Weldalite 049, como su nombre indica, es una aleación Al-Li soldable diseñada para reemplazar a las aleaciones de aluminio 2219 y 2014 utilizadas en los sistemas de lanzamiento de naves espaciales. La densidad de Weldalite 049 es de 2.7 g/cm3 (aproximadamente igual que sus homólogos convencionales), tiene un módulo 5% más alto que la 2024 y se han reportado resistencias a tracción de piezas forjadas superiores a 700 MPa.


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La secuencia de precipitación Al-Li es:


‘

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Microestructuras de las aleaciones Al-Li en la condición tratada por solución En la condición tratada térmicamente por disolución, las microestructuras de aleaciones Al-Li generalmente consisten en estructura de grano, partículas de impurezas insolubles y precipitados ’ (Al3Zr) en aleaciones que contienen circonio. La fase ’ precipita durante la homogeneización y la cantidad de este precipitado determina su eficacia en la inhibición de la recristalización.

Microestructuras ópticas de aleaciones Al-Li-Cu-Mg-Zr: (A) Aleación Lital C con bajo contenido de Zr (0.08% en peso) recristalizada y (B) aleación AA 8090 con alto contenido en Zr (0.12% en peso) poca recristalización Extrusión de perfilería de aluminio

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Aplicaciones de las aleaciones Al-Li

AlLi alloy AA 2198 FSW first-stage barrel and spin-formed dome for the Falcon 9. Tanque de transbordador espacial Al-Li


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2. EXTRUSIÓN DE ALEACIONES DE ALUMINIO 2.1. INTRODUCCIÓN AL PROCESO DE EXTRUSIÓN  La extrusión es un proceso de conformado por deformación plástica, para producir metales semielaborados que son largos con respecto a su sección transversal, y rectos tales como barras, secciones sólidas y tubulares, tubos, alambres y tiras.  El proceso de extrusión consiste someter un lingote/barra confinado usualmente precalentado a una temperatura que oscila entre los 450 y 550 C a una presión muy alta forzando el metal a través de una abertura en un plato de acero también conocido como dado del cual adquiere la forma de perfil con una sección transversal constante.

https://www.youtube.com/watch?v=MG3Ls7jrr2o&feature=youtu.be Extrusión de perfilería de aluminio

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Ventajas del Proceso  Se puede aplicar en una gran variedad de formas, especialmente con extrusión en caliente  La estructura del grano y las propiedades de resistencia se mejoran con la extrusión en frío o en caliente  Son posibles tolerancias muy estrechas, en especial cuando se usa extrusión en frío  En algunas operaciones de extrusión se genera poco o ningún desperdicio.

Desventajas del Proceso  Una limitación es la geometría de la sección transversal que debe ser la misma a lo largo de toda la pieza.


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2.2. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE EXTRUSIÓN

Extrusión

Por dirección de extrusión

Directa

Indirecta

Por temperatura de operación

Caliente

Frío

Por equipamiento

Horizontal

Vertical

Mixta Extrusión de perfilería de aluminio

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POR DIRECCIÓN DE EXTRUSIÓN EXTRUSIÓN DIRECTA (O HACIA ADELANTE) Un tocho de metal se carga a un recipiente y un pisón (empujador) comprime el material forzándolo a fluir a través de una o más aberturas que hay en un dado situado al extremo opuesto del recipiente. Al aproximarse el pisón al dado, una pequeña porción del tocho/lingote permanece y no puede forzarse a través de la abertura del dado. Esta porción extra llamada tope o cabeza, se separa del producto, cortándola justamente después de la salida del dado.  Se pueden hacer secciones huecas (por ejemplo, tubos).  Se pueden realizar gran variedad de formas en la sección transversal.


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VENTAJAS  Mayor capacidad de presión DESVENTAJAS  La mayor desventaja de este proceso es la fuerza requerida en la extrusión de la barra, es mayor que la necesitada en la extrusión indirecta porque la fuerza de fricción introducida por la necesidad de la barra de recorrer completamente el contenedor.


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EXTRUSIÓN INDIRECTA (O HACIA ATRÁS) El dado está montado sobre el pisón, en lugar de estar en el extremo opuesto del recipiente. Al penetrar el pisón en el material de trabajo fuerza al metal a fluir a través del claro en una dirección opuesta a la del pisón.  Se pueden hacer secciones huecas (por ejemplo, tubos).


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VENTAJAS  Una reducción de la máxima carga, relativa a la extrusión directa en un 25-30%.  La presión de extrusión no es función del largo del lingote, porque no hay un movimiento relativo entre el lingote y el contenedor. Consecuentemente el largo del lingote no está limitado por la carga requerida para este desplazamiento sino por el largo del cuerpo del contenedor.  No se produce demasiado calor por la poca fricción existente entre el lingote y el contenedor, por lo tanto no ocurre un gran incremento de temperatura en la superficie del lingote hasta el final de la extrusión, consecuentemente en la extrusión indirecta hay menor tendencia a la ruptura o fisura de las superficies, por lo tanto se pueden utilizar velocidades de extrusión significativamente altas.  El tiempo de vida de las herramientas es mayor por existir menor fricción y menor incremento de temperatura. DESVENTAJAS  Las impurezas o defectos en la superficie del lingote afectan la superficie del producto extruido. Por ello es necesario utilizar lingotes mecanizados en muchos casos.  El área de la sección transversal para extruir es limitada por el tamaño del contenedor.


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EXTRUSIÓN MIXTA Existe un tercer sistema combinación de los dos anteriores en el que el material fluye simultáneamente en y contra el sentido de movimiento del embolo, obteniéndose así cuerpos huecos y macizos, paredes de distinto espesor, incluso con rebordes y escalonadas. La figura muestra ejemplos de este tipo de extrusión.


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POR TEMPERATURA DE EXTRUSIÓN EXTRUSIÓN EN CALIENTE  Requiere el calentamiento previo del tocho/lingote por encima de la Trecristalización. (aproximadamente 50 a 75% de la temperatura de fusión del material).  Se logran mayores reducciones de tamaño y formas más complejas.  Reducción de la fuerza en el pisón, mayor velocidad del mismo y reducción de las características del flujo de grano en el producto final.  La extrusión en caliente produce barras largas o tubos de sección transversal constante, es decir, la fabricación de productos semifabricados/semielaborados, mientras que, en frío se obtienen piezas pequeñas que generalmente son productos terminados/acabados.  Rango de presión entre 35 y 700 MPa  Aspecto crítico: Lubricación  Metales: Al, Cu, Mg, Zn, Sn, y sus aleaciones, aceros


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EXTRUSIÓN EN FRÍO/TIBIO  En la gran mayoría de los procesos en frío (T ambiente) no se requiere el calentamiento previo del tocho/lingote.  Se logra mayor resistencia debida al endurecimiento por deformación, tolerancias estrechas, acabados superficiales mejorados, ausencia de capas de óxidos y altas velocidades de producción.  Se efectúa por debajo de la temperatura de recristalización y se utiliza para producir piezas pequeñas.  La extrusión en frío se realiza a velocidades de 250 a 1500 mm/s, esta velocidad aumenta la temperatura y requiere menor fuerza que si se hace con velocidades inferiores.  Metales: Al, Cu, Mg, Zn, Sn y sus aleaciones, acero de bajo C y Aceros Inoxidables.


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POR EQUIPAMIENTO Actualmente las prensas de extrusión son de accionamiento hidráulico porque se puede controlar la carrera y velocidad de operación, aplican una fuerza constante en una carrera larga, pueden ser verticales u horizontales dependiendo de la dirección del ariete, las más utilizadas son las horizontales. EXTRUSIÓN HORIZONTAL  La disposición de la máquina de funcionamiento es horizontal y el movimiento del tocho/lingote/palanquilla así como el del pisón es en dirección horizontal.  La capacidad de los equipos comerciales está entre 1600-6500 toneladas dependiendo del tamaño de la prensa. aunque existen algunas de 14000 toneladas de capacidad.  La velocidad de la prensa de extrusión (normalmente entre 5 y 80 m/min) depende de la aleación y de la complejidad del perfil.  Se utiliza principalmente para la extrusión comercial de barras y formas.


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EXTRUSIÓN VERTICAL  Las prensas verticales tienen capacidades de 300 a 2000 toneladas  Las prensas verticales producirán un enfriamiento uniforme del material en el cuerpo de extrusión con lo que es posible obtener una deformación simétrica uniforme.  Para el aluminio puro la fuerza requerida va de las 40 a las 70 toneladas, esto depende de la composición, estructura y flujo.  Se utiliza principalmente para la fabricación de tubos de pared delgada.  Ofrecen una mayor facilidad de alineación entre el vástago del punzón y el material, así como mayores velocidades de producción; sin embargo se requiere de una nave de gran altura para albergar las prensas y se requieren plataformas con desniveles para piezas extruidas muy largas.


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OTROS PROCESOS DE EXTRUSIÓN EXTRUSIÓN POR IMPACTO  Como su nombre lo indica, el punzón golpea a la parte de trabajo más que aplicar presión  Se puede llevar a cabo como extrusión hacia adelante, extrusión hacia atrás o una combinación de ambas.  Se realiza a altas velocidades y carreras más cortas.  Se usa para hacer componentes individuales.  Se hace usualmente en frío.  Se realizan grandes reducciones y altas velocidades de producción. Ej: Pastas de Dientes y Cajas de Baterías.


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EXTRUSIÓN HIDROSTÁTICA  La extrusión hidrostática es una adaptación de la extrusión directa. Se utiliza un fluido en el interior del contenedor y se pone en contacto con el lingote, luego se presiona el fluido con el movimiento hacia adelante del pisón de tal manera que no exista fricción dentro del recipiente y se reduzca también la fricción en la abertura del dado.  Se puede usar con metales que son demasiado frágiles para operaciones de extrusión convencional. También se aplica en metales dúctiles.  Una desventaja del proceso es que se requiere preparar los tochos/lingotes iniciales de trabajo. El tocho debe formarse con un huso en uno de sus extremos para ajustarlo al ángulo de entrada del dado.


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2.3. PASOS O DISTRIBUCIÓN DE UNA PLANTA DE EXTRUSIÓN


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2.4. CLASIFICACIÓN DE LOS PERFILES EXTRUIDOS Los perfiles extruidos se clasifican en sólidos, huecos y semihuecos.


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Un perfil hueco es una forma extruida que en alguna parte de su sección encierra una forma vacía. El hueco puede tener cualquier forma y el perfil completo puede incluir una gran variedad de otras formas. Es común, además, subdividir este grupo en tres clases:


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Existen consejos de diseño de perfiles que ayudan a evitar la formación de defectos. La figura menciona las características a evitar y la forma adecuada que deben presentar los perfiles.


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Las matrices y utillajes de extrusión determinan el rendimiento y la economía de los procesos de extrusión de aluminio. Existen diferencias fundamentales entre las configuraciones de matrices y utillajes utilizados para extrusiones de aleaciones más blandas. La figura muestra las configuraciones de matrices y utillajes para aleaciones de aluminio de grado medio (Series 1100, 3000 y 6000) y su extrusión con procesos convencionales de extrusión directa.

Configuración de herramientas en proceso de extrusión directa con matriz de alimentación para una aleación más suave Extrusión de perfilería de aluminio

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2.5. VARIABLES DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN 2.5.1. Dimensiones del Dado: Ángulo del dado y forma del dado  Este ángulo depende de varios factores como material de trabajo, temperatura del tocho y lubricación; en consecuencia, es difícil determinarlo para un trabajo de extrusión. Los diseñadores de dados usan reglas empíricas para decidir el ángulo apropiado.


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 El efecto de la forma del orificio del dado puede valorarse por el factor de forma, definido como la relación entre la presión requerida para extruir una sección transversal de la forma dada y la presión de extrusión para una sección redonda de la misma área.


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El tamaño de la forma extruida se mide por el diámetro que circunscribe la sección transversal de la pieza terminada, Esta dimensión se conoce como diámetro de círculo circunscrito, CCD por sus siglas en inglés (Figura). Las extrusiones se limitan a piezas que pueden ser contenidas por un círculo de 43.18 cm (17 pulgadas) de diámetro para aluminio y de 15.24 cm (6 pulgadas) para el acero.

El precio de los dados de extrusión depende del material, la complejidad del perfil y la cantidad que se solicite, en la tabla se muestran precios sugeridos de acuerdo al CCD sin tomar en cuenta ciertos factores como el peralte del dado.


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 El dado, boquilla, troquel o abertura se observa en la figura. Por su forma, los dados se clasifican en rectos o cónicos. En dados rectos el ángulo de entrada es de 90°, al fluir metal se forman zonas muertas formando su propio ángulo de entrada, estos se utilizan en materiales no ferrosos, en particular el aluminio. Para dados con entrada cónica el ángulo del dado es menor a 90° (45 a 60º), al reducir el ángulo se logra mayor homogeneidad en la deformación y reduce la presión de extrusión.  Los factores importantes en un dado de extrusión son el ángulo de dado y la forma de la cavidad. La mitad del ángulo del dado es el ángulo . Para ángulos menores el área superficial del dado aumenta, así como la fricción entre dado y tocho, aumentando la fuerza en el pistón. En cambio para ángulos grandes se producen vórtices en el flujo del metal durante la reducción, incrementando la fuerza requerida del pistón.  El aluminio suele extruirse en caliente con dados rectos y sin lubricante provocando que la superficie del producto terminado sea brillante y satinada debido a la interacción con la zona de metal muerto. Extrusión de perfilería de aluminio

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2.5.2. Material del Dado/matriz El perfil de propiedades requerido para el acero a utilizar en distintos componentes en una prensa de extrusión, es bastante similar. De todas formas, la severa variedad del entorno térmico, nos indica que las propiedades de resistencia al calor que aportan los aceros para trabajo en caliente, son necesarias para aumentar o disminuir en las distintas partes de la prensa. El perfil de propiedades adecuado es esencialmente como sigue:  Adecuada resistencia al desgaste a elevadas temperaturas (matrices, camisas, mandrinos)  Muy buen límite de elasticidad y dureza en caliente.  Alto nivel de resistencia al revenido y a la pérdida de dureza a altas temperaturas.  Buena resistencia a la compresión ( en discos de empuje) y resistencia al bandeamiento (en matrices, mandrinos) a altas temperaturas.  Alta resistencia a la deformación.  Aceptable resistencia a las grietas producidas por la fatiga térmica. La vida de la matriz se ve limitada por (en orden de importancia):  Desgaste  Deformación plástica o roturas  Indentación  Estabilidad de los componentes de sujeción  Formación de grietas por fatiga térmica Extrusión de perfilería de aluminio

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Los materiales para dados de extrusión en caliente incluyen aceros para herramienta y aceros aleados, ya que requieren resistencia al desgaste, alta dureza y alta conductividad térmica, para remover el calor del proceso. El material que generalmente se utiliza es acero para herramienta H13. Para dados de extrusión en frío se incluyen aceros para herramienta y carburos cementados, estos requieren resistencia al desgaste sin perder su forma al someterse a altas cargas. Los carburos se utilizan cuando se requieren altas velocidades de producción y buen control dimensional. La tabla muestra los materiales para el herramental y durezas requeridas para extrusión en caliente, la extrusión de aluminio en caliente es similar a la del magnesio, la única diferencia es la presión requerida.


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Además de la matriz en si misma, una prensa de extrusión contiene una cantidad de piezas recambiables que tienen una vida limitada, la mayoría de las cuales están realizadas en acero para trabajo en caliente.


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2.5.3. Presión de extrusión Las prensas de extrusión, generalmente, se miden por las toneladas de fuerza, es decir, la fuerza total que la prensa es capaz de ejercer sobre el tocho durante la extrusión. Hablando en términos prácticos, el valor realmente interesante es de la presión específica de extrusión. Llamamos presión específica de extrusión a la relación existente entre la fuerza total de la prensa y la sección del contenedor empleado en la misma.

Así pues, de la formula anterior se desprende que la presión especifica de una prensa varía con el diámetro del contenedor que se emplee. Cuento menor sea este diámetro, mayor será la presión especifica que se obtenga. Extrusión de perfilería de aluminio

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Es muy importante tener en cuenta que el valor de P en toda operación de extrusión debe estar comprendido dentro de ciertos limites. El límite superior viene condicionado por la resistencia máxima que podemos obtener en los aceros especiales empleados en la fabricación de matrices (hileras o herramientas) y elementos de apoyo y el mínimo por la fuerza mínima necesaria para la deformación plástica del aluminio en sus diferentes aleaciones. Como datos orientativos, diremos que presiones específicas superiores a 100 kg/mm2 podrían causar ya problemas en los utillajes y presiones por debajo de 50 kg/mm2 la prensa funcionaria con muy bajo rendimiento. Así pues, los valores mas adecuados de P se hallarían entre los 65 y 75 kg/mm2. La presión que se necesita para extruir aluminio varía según la aleación, la temperatura del tocho, la sección del perfil a extruir, la velocidad de extrusión y del concepto de la relación de extrusión. Además de esto la presión varía en función de la longitud del tocho que se emplee, cuanto menor sea la longitud, meno será la presión necesaria. La presión de extrusión o la fuerza necesaria para la extrusión de un tocho, varía a medida que la extrusión va avanzando, debido naturalmente, a que la longitud del mismo cada vez va haciéndose más pequeña. Extrusión de perfilería de aluminio

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Teóricamente se puede hallar una fórmula que dé la presión máxima de extrusión aproximada.


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2.5.4. Material de entrada (Longitud del tocho/lingote y características del material) se deduce inmediatamente la influencia del largo del De la fórmula tocho en los valores de la presión máxima de extrusión, permaneciendo fija las demás variables. En efecto:

Para 2R = 130 mm se deduce que si consideramos un tocho de 600 mm de longitud y una sección determinada de producto extruido, al extruir la misma sección, pero utilizando tochos de 400 y 200 mm de longitud, se obtienen respectivamente y en números redondos unas presiones máximas de extrusión que son 3,5 y 12 veces menores que las que se obtienen al extruir el tocho primitivo de 600 mm de longitud. Cuando nos encontramos con las necesidades de extruir perfiles con una relación de extrusión elevada, cuanto menos sea la longitud del tocho que seleccionemos para la extrusión de estos perfiles mayor será la velocidad que podremos alcanzar en la extrusión, dado que la presión máxima necesaria será mas pequeña que la que hubiéramos necesitados con tochos mas largos. Extrusión de perfilería de aluminio

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Cuando se trate de extruir con matrices que tengan secciones críticas, es aconsejable emplear tochos los mas cortos posible con objeto asegurar al máximo la vida de la hilera. Un operador de prensa experimentado debe conocer perfectamente estos detalles, de modo que su operatividad sea eficiente y correcta.

Diagrama de representación de la presión, según la longitud del tocho y según la relación de extrusión. 1. Tocho de longitud L=A, 2. Tocho de longitud L=3/4 A 3. Tocho de longitud L=1/2 A


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2.5.5. Relación de extrusión Es la relación existente entre las secciones transversales del lingote y el producto extruido. rx  40:1 para la extrusión en caliente de aceros. rx  400:1 para el aluminio.


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2.5.6. Fricción y lubricación La lubricación durante la extrusión tiene importantes efectos sobre: a) el flujo del material CON SIN b) el acabado e integridad superficial c) la fuerza de conformado Los requerimientos de un buen lubricante son:  Bajo coeficiente de fricción  Elevada resistencia al esfuerzo normal  Buenas propiedades de adherencia  Prevención de soldadura en frío (soldadura por presión) Estas condiciones se cumplen para materiales no ferrosos lubricados con aceites y grasas o algunos otros minerales como disulfuro de molibdeno y grafito en conjunción con recubrimientos de fosfato. Para procesos de extrusión en caliente el vidrio es un excelente lubricante utilizado para aceros de bajo carbono e inoxidables, así como metales y aleaciones de alta temperatura. Los lubricantes pueden clasificarse básicamente en dos grupos, los cuales se utilizan a acuerdo a la temperatura de trabajo:   1000 ºC: Grasas lubricantes como grasas, grafito, asfalto, mica, bentonita, bisulfato de molibdeno y plásticos (polímeros a altas temperaturas).   1000 ºC: Vidrios lubricantes como vidrio, basalto y polvos cristalinos. Extrusión de perfilería de aluminio

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2.5.7. Velocidad de extrusión Las velocidades son esenciales para la extrusión en caliente. Una velocidad excesiva puede causar un sobrecalentamiento del lingote, roturas y otros defectos superficiales. Una velocidad que es baja reduce la productividad e incrementa la presión a medida que recorre el vástago por el enfriamiento del lingote. Velocidades bajas reducen también la vida de la herramienta por el prolongado tiempo de contacto entre el lingote caliente con la matriz y el contenedor. Las velocidades de extrusión para algunos materiales se muestran en la Tabla.

La variación de la velocidad en la prensa se logra utilizando bombas variables o válvulas reguladoras de caudal. Velocidad del producto extruido = velocidad del punzón  relación de extrusión Extrusión de perfilería de aluminio

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La figura muestra el rango de velocidades encontradas en la extrusión de varias aleaciones de aluminio. Las velocidades son relativamente altas para aleaciones suaves, pero son bajas para aleaciones duras como la 70775 y la 2024.


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2.5.8. Temperatura de extrusión La temperatura necesaria que se da al lingote para realizar el proceso de extrusión depende del tipo de material a ser extruido. Sin embargo esta temperatura varía mucho de acuerdo al tipo de aleación, como se muestra en la Tabla.

La mayor parte de los metales se extruyen en caliente. Puesto que el trabajo en caliente genera aparición de problemas como la oxidación del lingote, ablandamientos de las herramientas de extrusión, es conveniente trabajar a la temperatura más baja que proporcione al metal suficiente plasticidad. La temperatura de trabajo más alta es aquella en que aparece la fragilidad en caliente o, en los metales puros el punto de fusión. Extrusión de perfilería de aluminio

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Como la deformación producida por la extrusión es muy intensa, se debe produce considerable calentamiento interno. Por ello la temperatura límite superior de extrusión debe muy baja que la temperatura de fusión o el intervalo de fragilidad en caliente, a fin de tener seguridad en los resultados. Para una deformación determinada, se puede trabajar por extrusión a temperaturas más elevadas que las empleadas en forja o laminación por que las elevadas tensiones de compresión aminoran la posibilidad de agrietamiento. A pesar de ello se puede producir grietas en la extrusión de formas no simétricas, como consecuencia del flujo desigual en las diferentes secciones.


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2.6. FLUJO DE MATERIAL

El flujo del material durante la extrusión debe estudiarse debido a que:  El perfil de velocidades ofrece información sobre el desplazamiento, la rotación y velocidad de las partículas del material.  Se observan regiones de menor velocidad, conocidas como zonas muertas, que incrementan las cargas de extrusión  Está relacionado con los esfuerzos que se presentan en el material  La alteración de las condiciones de contacto, de transferencia de calor o geométricas se aprecian en él.  El patrón de flujo del metal es importante por su influencia en la calidad y las propiedades mecánicas del producto extruido. El material fluye longitudinalmente similar a un fluido incompresible por lo que los productos extruidos presentan una estructura de granos alargada.  El proceso de extrusión depende de las condiciones del metal y de la manera en que ha sido preparado. En materiales como plomo, el plomo-estaño y antimonio no se presentan problemas de fricción o flujo de material como el aluminio debido a su carácter graso y su alta plasticidad.


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Se han identificado tres patrones de deformación, cuya diferencia se atribuyó a la fricción entre el lingote y la cámara. Patrón tipo A. Se presenta cuando no existe fricción entre el contenedor y el material, por lo tanto es típico de extrusión invertida. En este caso las líneas perpendiculares a las del flujo sufren distorsión sólo hasta que se encuentran en la cercanía del dado; una vez en la vecindad de éste la superficie del lingote se deforma y la región central fluye rápidamente. Patrón tipo B. Se obtiene en materiales homogéneos cuando hay fricción tanto en las interfaces de recipiente como de matriz. Este patrón de flujo es bueno para procesos de extrusión directa. Patrón tipo C. Muestra el patrón de flujo cuando existe fricción sin deslizamiento entre el lingote y el contenedor. En este caso se forma una zona muerta a partir de la placa de apoyo del contenedor y se extiende hasta el extremo opuesto del lingote. El flujo ocurre por cortante a lo largo del plano por debajo de la superficie del lingote. Este patrón es típico de la extrusión directa de metales, como el aluminio y el cobre.


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Flujo microscópico durante la extrusión de la aleación AA6061


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2.7. DEFECTOS DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN De acuerdo con la condición del material y las variables del proceso, los productos extruidos pueden desarrollar varios defectos que pueden afectar en forma apreciable su resistencia y su calidad. Algunos defectos son visibles a ojo; otros sólo se pueden descubrir con las técnicas de ensayos no destructivos. Hay tres defectos de extrusión principales: agrietamiento de la superficie, tubos y agrietamiento interno. Agrietamiento de la superficie. Si la temperatura de extrusión, la fricción o la velocidad son demasiado altas, la temperatura en la superficie se incrementan significativamente y esta condición puede causar el agrietamiento o desgarre de la superficie. Estas grietas son intergranulares y tienen su origen en una deficiencia de la ductilidad en caliente, presentándose especialmente en aleaciones de aluminio, magnesio y zinc, aunque también pueden presentarse en aleaciones para alta temperatura (aleaciones de molibdeno).


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Defecto de extrusión. El patrón de flujo tiende a arrastrar los óxidos superficiales e impurezas hacia el centro del tocho en la forma de un embudo. Este defecto puede reducir modificando el patrón de flujo a uno que sea más homogéneo, por ejemplo mediante un mayor control de la fricción y la minimización de los gradientes de temperatura.


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Agrietamiento interno. El centro de un producto extruido puede desarrollar grietas de la manera ilustrada en las cuales son atribuidas a un estado hidrostático de esfuerzos de tracción que se desarrolla en la línea central de la zona de deformación en la matriz. Los estudios realizados indican que las variables más importantes que afectan la tracción hidrostática son: el ángulo de la matriz, magnitud de la reducción de la sección transversal de la pieza y la fricción.

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