Aluminio

Breve reseña histórica - En 1809, Davy (inglés) produjo una aleación de hierro-aluminio. - En 1825, Oerstedt (danés) produjo una muestra minúscula del aluminio en el laboratorio por medios químicos. - Veinte años más tarde el científico alemán, Frederick Wohler, produjo trozos de aluminio tan grandes como alfileres. - En 1854 Sainte-Clair Deville mejoró el método de Wohler y produjo barras de aluminio. - En 1886, 2 investigadores, Charles Hall y Paul Heroult, trabajando en forma independiente, utilizaron electrolisis para obtener aluminio. - En 1888, el químico alemán, Karl Bayer, patentó el proceso para producir alúmina. - Hasta 1890 el aluminio valía tanto como el oro.

Propiedades Baja densidad: 2.7g/cm3 (3 veces  que el Fe). Bajo punto de fusión: 600 ºC (Tfus Fe 1535 ªC) No tóxico. Alta resistencia a la corrosión. Excelente conductor del calor y la electricidad (65% de Cu). No magnetizable Alta plasticidad (papeles de Al) Excelente reflector de la luz. Reciclable Excelente maquinabilidad

Producción Mundial La producción mundial de aluminio ha experimentado un rápido crecimiento, aunque se estabilizó a partir de 1980. En 1900 la producción era de 7.300 toneladas, en 1938 de 598.000 ton. y en 1993 la producción estimada de aluminio primario era de unos 19 millones de ton. Los principales países productores son Estados Unidos, la antigua URSS, Canadá, China y Australia.

Producción Mundial Es el segundo metal en abundancia en la corteza terrestre. Con la reducción electrolítica del Al2O3 hacia metal líquido (Hall - Heroult) se logró producirlo a muy bajo costo.

Producción Mundial Aluminio electrolítico o primario: Parte de los minerales (bauxita) y se obtiene por reducción electrolítica. Aluminio secundario o de segunda fusión: Se obtiene por fusión de chatarras de productos de aluminio.

Producción Al primario _ La producción de Al consiste de 3 pasos: 1. extracción de bauxita (hidróxido de aluminio) 2. producción de alúmina (óxido de aluminio) 3. electrólisis de aluminio Se necesitan 4 ton. de bauxita para producir 2 ton. de alúmina, las cuales producirán 1 ton. de aluminio.

Propiedades Satisface como ningún otro metal las demandas que se piden a un material estructural como son: - Densidad ( 2,70 g/cm3 -- hierro 7,90 g/ cm3 ). - Buena resistencia mecánica de algunas de sus aleaciones, incluso a altas temperaturas. - Muy buena resistencia a la corrosión gracias a la película de alúmina, que se forma en su superficie de forma espontánea y lo protege de la corrosión.

Propiedades Reciclable: si bien el Al es uno de los metales más abundantes, el proceso de obtención del aluminio requiere una alta cantidad de energía en comparación con otros metales (acero) Esta cantidad de energía se reduce enormemente en el proceso de producción secundaria (reciclaje) del aluminio (reduce 95% del costo de energia). provocando que la industria lo tenga muy en cuenta a la hora de ahorrar dinero en forma de energía.

Clasificación

Clasificación del Aluminio Indica cambio en la aleación original o límites de impureza Designación del temple ( F, O, H, W, T) X X X X - YX Grupo  de aleación  Los dos últimos dígitos indican el % de aluminio después de la coma (serie 1xxx), para otra serie no tienen significado

Clasificación del Aluminio 1XXX Cobre 2XXX Manganeso 3XXX Silicio 4XXX Magnesio 5XXX Magnesio y silicio 6XXX Zinc 7XXX Otros 8XXX No utilizada 9XXX

Tratamiento UTS YS % de Elon. Aleación Tratamiento UTS (psi) YS % de Elon. 2011 T3 55000 43000 15 T6 57000 39000 17 T8 59000 45000 12 2219 25000 10000 20 T31 54000 36000 T62 60000 42000 10 T87 69000 2011: 5,5% Cu; 0,4% Bi y 0,4% Pb   2219: 6,3% Cu; 0,3% Mn; 0,06% Ti; 0,1% V; 0,18% Zr; se usa principalmente para piezas para aviación.

Clasificación de las aleaciones de Aluminio Se clasifican de acuerdo su método de manufactura:

Esta división se debe a los diferentes procesos de conformado que puede sufrir el aluminio y sus aleaciones. _ Para forja: Se conforman mediante deformación plástica. Sus propiedades quedan controladas por: - endurecimiento por deformación, - endurecimiento por solución sólida - control del tamaño de grano. _ Para fundición: La gran cantidad de Si causan la reacción eutéctica, dándoles bajos puntos de fusión y una fluencia adecuada

Clasificación del Aluminio Las aleaciones de Al para forjado se sub-dividen en: - Tratables térmicamente. Los grupos principales son : 2xxx, 6xxx y 7xxx. En esta división, se encuentran las aleaciones de aluminio con mayores resistencias mecánicas (2xxx y 7xxx) por lo que son las aleaciones más indicadas para TT. - No tratables térmicamente. Los grupos principales son: 1xxx, 3xxx y 5xxx

Duraluminio Los duraluminios son un conjunto de aleaciones de forja de Al, cobre (0,45%-1,5%) y magnesio (0,45%-1,5%) , manganeso (0,6%-0,8%) y silicio (0,5%-0,8%) como elementos secundarios. Pertenecen a la familia de las aleaciones aluminio-cobre (2000). Presentan una elevada resistencia mecánica a temperatura ambiente, sin embargo, su resistencia a la corrosión, soldabilidad y aptitud para el anodizado son bajas. Se emplean en la aeronáutica y automoción.

Tratamiento térmico del Al Las aleaciones de Al son tratadas térmicamente para incrementar la dureza y resistencia. Designación del temple: F, O, H, T (1-10). O Recosido, recristalización (solo para forjados) H Endurecimiento por deformación T2 Recosido (solo productos de fundición) T4 Envejecimiento natural T6 Envejecimiento artificial T7 Estabilización

Tratamiento térmico del Al   Tratamiento Descripción T-4 Puesta en solución + templado en agua seguido de un envejecimiento natural, "añejamiento normal" " Naturally aged " T-5 Envejecimiento natural, "añejamiento normal" T-6 Puesta en solución + templado en agua seguido de un envejecimiento artificial T-7 Puesta en solución + templado en agua seguido de un envejecimiento artificial prolongado (sobreañejamiento)

T4, T5 y T6 Son TT de precipitación. Es el TT más importante que se aplica a las aleaciones de aluminio. Este tratamiento eleva notablemente la resistencia mecánica de las aleaciones de aluminio endurecibles por tratamiento térmico. El TT por precipitación tiene lugar, en tres fases: - Recocido de disolución. - Temple. - Envejecimiento.

Recosido de disolución Por calentamiento a temperatura elevada se disuelven en la solución sólida de aluminio la mayor parte de los componentes de la aleación, que provocan el endurecimiento.

Temple Por enfriamiento rápido, la solución sólida, enriquecida en estos componentes de la aleación se transforma. Primero se enfría rápidamente la aleación y se obtiene una solución sólida sobresaturada que es inestable.

Envejecimiento Luego dependiendo de la temperatura, se producen cambios que precipitan o preparan la precipitación. Por permanencia, a la temperatura ambiente o a una temperatura más elevada, se producen precipitaciones de la solución sólida sobresaturada, que provocan un aumento de la resistencia a la tracción (del límite elástico 0,2%) y de la dureza.

Envejecimiento Natural: a temperatura ambiente Artificial: mayor temperatura que la ambiente

Envejecimiento natural Luego de 4 o 5 días alcanza su resistencia máxima. Durante las primeras horas (período de incubación) la velocidad de endurecimiento es mucho menor que en las siguientes. Durante la incubación se realiza el conformado.

Envejecimiento Artificial

Teoría El temple fija la solución sólida sobresaturada por lo que se podría suponer que durante el envejecimiento precipite la fase excedente CuAl2 Esta fase finamente dispersa provocaría dicha variación

Teoría Durante la etapa de envejecimiento natural, la aleación endurece y la solución sólida se descompone para dar lugar a la formación de pequeñas zonas o agrupaciones de átomos de soluto (zonas de Guinier-Preston o zonas GP). Estas agrupaciones están siempre situadas en los nudos de la red de aluminio. Estas zonas GP introducen distorsiones elásticas en la red de la matriz.

Teoría Un calentamiento posterior a T moderada (envejecimiento artificial), acentúa todavía más la descomposición de la solución sólida por la precipitación de más átomos. Produce precipitados más finos que endurecen todavía más la aleación.

Propiedades

Anodizado Se conoce como anodizado a la capa de protección artificial que se genera sobre el aluminio mediante el óxido protector del aluminio, conocido como alúmina. Esta capa se consigue por medio de procedimientos electroquímicos, de manera que se consigue una mayor resistencia y durabilidad del Al. Se oxida la superficie del aluminio, creando una capa de alúmina protectora para el resto de la pieza. La protección del aluminio dependerá en gran medida del espesor de esta capa (en micras).

Producción Al secundario Propiedades: Alto valor en el mercado. Fácil recuperación y reciclabilidad. Productos con mercado real y creciente.

Producción Al secundario