1. Influencia de los elementos de aleación

Elemento Cobre (Cu)

En las aleaciones de aluminio-cobre, la solubilidad máxima del cobre en el aluminio es de 5,65% a 548°C, disminuyendo a 0,45% a 302°C. El cobre es un elemento de aleación importante, que contribuye al fortalecimiento de la solución sólida. Además, la precipitación de CuAl2 durante el envejecimiento presenta notables efectos de endurecimiento por envejecimiento.

Normalmente, el contenido de cobre en las aleaciones de aluminio oscila entre 2,5% y 5%, observándose el refuerzo más eficaz con contenidos de cobre entre 4% y 6,8%. Por lo tanto, el contenido de cobre en la mayoría de las aleaciones de aluminio duro se encuentra dentro de este rango.

Aleaciones Al-Silicio (Si)

En el aleación de aluminio y silicio la solubilidad máxima del silicio en la fase rica en aluminio es de 1,65% a la temperatura eutéctica de 577°C. Aunque la solubilidad disminuye al disminuir la temperatura, estas aleaciones generalmente no pueden tratarse térmicamente para su refuerzo. Las aleaciones de aluminio-silicio presentan excelentes propiedades de fundición y resistencia a la corrosión.

Las aleaciones de aluminio-magnesio-silicio se fabrican combinando magnesio y silicio con aluminio. La fase reforzante en estas aleaciones es MgSi. La proporción de magnesio y silicio en esta fase es de 1,73 a 1.

Al diseñar aleaciones A-Mg-Si, los ingenieros dosifican el contenido de magnesio y silicio según esta proporción. Algunas aleaciones Al-Mg-5i añaden una cantidad adecuada de cobre para aumentar la resistencia, junto con cromo para contrarrestar los efectos adversos del cobre sobre la resistencia a la corrosión.

En las aleaciones Al-Mg2Si, la cantidad máxima de Mg2Si que puede disolverse en aluminio es de 1,85% en la fase rica en aluminio. Esta cantidad disminuye al aumentar la temperatura. En las aleaciones de aluminio deformables, el silicio se añade solo al aluminio únicamente para los materiales de soldadura, en los que también contribuye a cierto grado de refuerzo.

Elemento Magnesio (Mg)

En el aleación de aluminio y magnesio la solubilidad del magnesio en el aluminio disminuye con la temperatura. Sin embargo, en la mayoría de las aleaciones industriales de aluminio deformable, el contenido de magnesio es inferior a 6%, y el contenido de silicio también es bajo. Estas aleaciones no pueden tratarse térmicamente para reforzarlas, pero presentan buena soldabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia moderada.

El magnesio refuerza significativamente el aluminio, con un aumento aproximado de 34 MPa en la resistencia a la tracción por cada 1% de magnesio añadido. La adición de menos de 1% de manganeso puede proporcionar un refuerzo suplementario. Así, la adición de manganeso puede reducir el contenido de magnesio, disminuir la tendencia al agrietamiento en caliente y mejorar la resistencia a la corrosión y la soldabilidad. Además, el manganeso puede facilitar la precipitación uniforme de Mg5Al8, mejorando la resistencia a la corrosión y la soldabilidad.

Elemento manganeso (Mn)

En la serie de aleaciones Al-Mn, a 658°C, la mayor cantidad de manganeso que puede disolverse en la solución sólida es de 1,82%. La resistencia de la aleación aumenta continuamente con el incremento de la solubilidad, alcanzando el alargamiento máximo con un contenido de manganeso de 0,8%. Las aleaciones Al-Mn son aleaciones endurecibles no tratables térmicamente, lo que significa que no pueden reforzarse mediante tratamiento térmico.

El manganeso puede inhibir el proceso de recristalización de las aleaciones de aluminio, elevar la temperatura de recristalización y refinar significativamente los granos recristalizados. El refinamiento de los granos recristalizados se consigue principalmente mediante la dispersión de partículas de compuesto MnAl6, que impiden el crecimiento de los granos recristalizados. Otra función del MnAl6 es disolver el hierro impuro, formando (Fe, Mn)Al6, reduciendo los efectos nocivos del hierro.

El manganeso es un elemento importante en las aleaciones de aluminio y puede añadirse solo para formar aleaciones binarias Al-Mn o añadirse junto con otros elementos de aleación. Por lo tanto, la mayoría de las aleaciones de aluminio contienen manganeso.

Elemento Zinc (Zn)

En la serie de aleaciones aluminio-zinc, a 275°C, la solubilidad del zinc en el aluminio es de 31,6%, disminuyendo a 5,6% a 125°C. Cuando el zinc se añade solo al aluminio, proporciona una mejora limitada de la resistencia en condiciones de deformación y tiende a provocar grietas por corrosión bajo tensión, lo que limita su aplicación.

La adición simultánea de zinc y magnesio al aluminio para formar la fase reforzante Mg/Zn2 refuerza significativamente la aleación. El aumento del contenido de Mg/Zn2 de 0,5% a 12% mejora notablemente la resistencia a la tracción y el límite elástico. En las aleaciones de aluminio superduro en las que el contenido de magnesio supera el requisito para formar la fase Mg/Zn2, la relación entre zinc y magnesio se controla en torno a 2,7 para maximizar la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión.

La adición de cobre a las aleaciones base Al-Zn-Mg para formar aleaciones de la serie Al-Zn-Mg-Cu consigue el mayor efecto de refuerzo entre todas las aleaciones de aluminio, lo que la convierte en un material de aleación de aluminio vital en las industrias aeroespacial, aeronáutica y energética.

2. La influencia de los oligoelementos

Elementos de hierro y silicio (Fe-Si)

El hierro se añade como elemento de aleación en las aleaciones de aluminio de forja de la serie Al-Cu-Mg-Ni-Fe, mientras que el silicio se añade en el aluminio de forja de la serie Al-Mg-S y en las varillas de soldadura de la serie Al-Si y en las aleaciones de fundición de aluminio-silicio. El hierro y el silicio son elementos impuros comunes en otras aleaciones de aluminio, que afectan significativamente a las propiedades de la aleación. Existen principalmente como FeCl₃ y silicio libre.

Cuando el silicio supera al hierro, se forma la fase B-FeSiA13 (o Fe2S2Al9), mientras que cuando el hierro supera al silicio, se forma la fase α-Fe2SiAl8 (o Fe3i2Al12). Las proporciones inadecuadas de hierro y silicio pueden provocar grietas en las piezas fundidas, y un exceso de hierro en el aluminio fundido puede inducir a la fragilidad.

Elementos de titanio y boro (Ti-B)

El titanio es un aditivo de uso común en las aleaciones de aluminio, que se añade en forma de aleaciones maestras Al-Ti o Al-Ti-B. El titanio forma TiAl2 con el aluminio, actuando como núcleo de nucleación no espontáneo durante la cristalización, refinando tanto las estructuras de colada como de soldadura. En las aleaciones de la serie Al-Ti, el contenido crítico de titanio para la reacción exotérmica es de aproximadamente 0,15%, que disminuye a 0,01% en presencia de boro.

Cromo Elemento (Cr)

El cromo es un aditivo común en las aleaciones de las series Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn y Al-Mg. A 600 °C, la solubilidad del cromo en aluminio es de 0,8%, prácticamente insoluble a temperatura ambiente.

El cromo forma compuestos metálicos intermetálicos como (CFe)Al7 y (CrMn)Al12, dificultando los procesos de nucleación y crecimiento durante la recristalización, proporcionando cierto grado de fortalecimiento a la aleación, mejorando la tenacidad y reduciendo la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Sin embargo, puede aumentar la sensibilidad al enfriamiento rápido, dando lugar a una película de óxido anodizado de color amarillo. El contenido de cromo en las aleaciones de aluminio no suele superar 0,35% y disminuye con el aumento del contenido de elementos de transición.

Elemento Estroncio (Sr)

El estroncio es un elemento tensioactivo que altera el comportamiento de las fases intermetálicas en metalurgia. Por tanto, el uso de estroncio para el tratamiento de modificación mejora la plasticidad de las aleaciones y la calidad del producto final.

Debido a su largo tiempo de modificación efectiva, sus excelentes efectos y su reproducibilidad, el estroncio ha sustituido al sodio en los últimos años en las aleaciones de fundición Al-Si. La adición de estroncio 0,015%-0,03% a las aleaciones de aluminio de extrusión transforma la fase β-AlFesi en α-AlFesi, reduciendo el tiempo de homogeneización.

Comprender la intrincada influencia de los distintos elementos en las aleaciones de aluminio es crucial para optimizar las propiedades de los materiales y mejorar su rendimiento en todos los sectores. Tanto si trabaja en el sector aeroespacial como en el de la automoción, la construcción o cualquier otro campo en el que se utilicen aleaciones de aluminio, el aprovechamiento de estos conocimientos puede dar lugar a innovaciones y avances en el diseño de productos, los procesos de fabricación y la calidad del producto final. Póngase en contacto con nosotros ahora mismo: https://elitemoldtech.com/die-casting/