NOTAS

SOBRE

ALEACIONES DE

ALUMINIO

JUAN MANUEL VELEZ RESTREPO

Trabajo de

prc~cci~n

a

Profeso~

asistente.

UNVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ·SECCIONAL DE MEDELLIN FACULTAD DE MINAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA

Medellin,

l·~--

I111111 I!IIIII!

enerc de 1989.

UNAL-MedeUin

I I I I ~1~l l l lil l l l l l,~I I I ~I ~I I I I I

,--'--_ _ 6 4_000 00049:'58 9

TABLA

DE

CONTENIDO Pagp

vi

LISTP,

DE

FIGUR{~S

viii

I~ESUi"lEN

:1..

2 .. 1 2 .. 1 .. 1

I NTF~DDUCC 101\1

1

PROPIEDADES DEL ALUMINIO

'-'

PROPIEDADES

.~.

FISICAS

Red crista1ina

~

Densidad Conductibilidad el~ctrica Conductibilidad t~rmica Otrasprcpiedades fisicas 2.2

I.}.

5

6

PROPIEDADES MECANICAS / PROPIEDADES QUIMICAS /

3

2.3.2 2.3.3

CorrosiOn Gases en e1 Aluminia

..:;...

METALURGIA GENEI~?)L. I

3.2

DE

ALEACIONES

9

10

10

DE

ALUMINIO

DADES

PRINCIPALES

SISTEMAS DE

ALEACIONES

Br.NAf~IA~l

3.2.1 3n2.2 3"2.3

Sistema Sistema Sistema

15

Aluminio - Cobra A1uminio.- Silicio

Aluminio - Magnesia

17

30

3.3

3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.4

4.



SISTEMAS DE ALEACIONES COMPLEJAS DE ALUMINIO Sistema Aluminic-Siliciuro de Magnesia Sistema Aluminio - Silicio - Cobra Sistema Aluminia - Zinc - Magnesia Sistema Aluminio - Silicio - Hierro

CLASIFICACION NORMALIZACION

33

34 36

DE

ALEACIONES

DE

AL~MINIO

4.1

31 31 33

38

INTRODUCCION

4q2

DESIGNACION"AMERICANA PARA COMPOSI­ CrONES (ANS) 4.2.1 Aluminio yaleaciohes de aluminio para defcrmaciOn plAstica 4.2.2 Aluminio y aleaciones de aluminio fundidas

4.3 DESIGNACION AMERICANA PARA ESTADOS 4.3.1 DesignaciOn de estadcs b~sicos 4.3.2 SubdivisiOn del estado H: endureci­ miento por deformaciOn. 4.3"3 SubdivisiOn del estado T: aleacionss tratadas termicamente 4.3.4 Subdivisiones de estadc 0: Recocido DESIGNACION DE ALEACIONES BEGUN NOR­ MAS AFNOR (ASOCIACION FRANCESA DE NORMALIZACION) 4.4.1 DesignaciOn para productos fundidos 4.4"2 DesignaciOn para productos obtenido5 per defcrmaciOn plAstica

38 38 40

42 42 44 46

50

4.4

4.5

DESIGNACION DE NORM AS ICONTEC

50 50

COMPOSICIONES SEGUN

4.5.1 Aluminio y aleaciones de aluminio para deformaci6n pl~stica 4.5.2 DesignaciOn de estados 4.5.3 Aluminioy aleaciones de aluminio para fundiciOn

53 53 54 55

4.6

OTR0S DESIGNACIONES

5.

ALEACIONES DE ALUMINIO PARA DEFOR­ MACrON PLASTICA

57

GENERALIDADES

57

5.1

ALEACIONES QUE NO ENDURECEN CON TRA­

5 .. 2

TAI~'I

I EI\ITD

5.2» 1

GI'~UpO

z::.... .,..) oJ ....

(-JI~UpO

.t::.

t.!:"

,.... It

,.,.

.... J •. ~

..t::' -ty

u ...:"

GI'""UPO

TEF~jv!

I CO

58

1000 UU umi 11 i 0 no 21 £22 y el de 1a Afnor (Francia).

para deformaciOn con sus

E~n

segun

principales

pl~stica

propiedades

y

y para fundicibn

aplicaciones~ (

El

capitulo hace referencia a1 analisis metalogrAfica aleaciones de

vacio existents

preparaciOn de

aluminio;

en nuestro

que

trata de

llenar un

medic tanto en el aspecto de

las muestras como en Is identificacibn de

fases y constituyentes en 81 microscopio.

2.

2.1

PROPIEDADES DEL ALUMINIO

PROPIEDADES FISICAS.

2 .. 1. 1

El aluminio cristBliza en una

F J

alta plasticidad.

c~bico,

2tf 1.2 .•1;:...

tiene

una

densidad

aproximadamente

aluminio

'1.;r:

d~

~2.

7gr"/c. c::,

i:\

20

0

c.

una tarcera parte de la del hierro

tienen una

CJ

resistencia comparable con Is de

i.:-d

la

fundici6n gri5 y algunos Bceres no aleedos, una relaci6n peso-resistencia muy baja, siendo por ello de aplicaci6n

en

~reas

como

a1

i ndustl'· i

e1 transporte y 1a

La

presencia de otros metalss como el hierro y

incrementan levemente 1a densidad, pequeNas

ca~tidades.

El

de

£:'l

industria

el

cuando se adicionan en

aumentc de la temperatura produce

una

caida

de 1a densidad del metal,

VCjl um~tj"'i ea

dE)}

6.6

per ciento

temperatura de fusiOn

(660

2.1.3 Conductibilidad

0

con

cuando

una 58

expansiOn alcanza

1s

C) •

El

aluminio

equivale a una eonductibilidad

el~ctrica

el~ctrica.

de

alta

(99 .. 99 'X. AI)!,

10 eual

cobr·f.:!

de

otrcs

cd ean t

La

elementos,

magnesia

bien

sea

como

par a

~~

LIn

presencia

impurezas

importante la ejercen

m~s

y e1 cobre.

conductibilidad s6lida

extra~05

Los

vol umen 'l del 200

como

0

8!5.

acciOn

ciOn

:::'!i1CJ

Esta propiedad as afectada per la

peso.

mi~::.mo

81 mi

rJH1r" i::\

de 64.5 %

es

con

manganE~Sc),

La disminuci6n de Ia

( \h2':'j'" F i 9. 1. ) ..

m~xima

'1

E? .1,

cuando el elemento forma

solu­

e1 aluminie,

deforman Ia red del metal base.

tratamientos

t~rmic05

tambi~n

Un

t.1·- .clt2,'·'"

de soluciOn s9guido de temple,

miento

decrecimiento de la

conductibilidad~

pero se restituye con

un proceeo de precipitacion

(envejecimiento).

Una

tipicas as la

de las aplicaciones

m~5

conduccibn

de

energia en lineas de alta tensiOn, utilizando

aluminio

para

con

alma de acero.

~1

aluminio

m~s

utilizado

Beta propbsito as e1 que tiene una pureza de 99.5

minima, admitiendo impurezas estrechamente controladas.

%

..J9qS

2,g

-

N

t.

e e e

~

0 0

Cl Cl

-.

94

2,8

.-. c::x:: ru

'-'

~

'-'

'­

~

'(1)

.......

.

I..J

2,7

~

en en

(1)

2,63

c:

Ag

C1.I

~;.

'-'

97,5

0.1

....... w

.

-0

.::

100

2,5

'(1)

0

u

q3

Q2

Impurezas %

FIGURA 1.

Efecto de impurezas en 1a conduc­ tibilidad el~ctrica del aluminio (F::fij+"

4)"

Eats permite una combinaci6n de bajo costo, b i clc:\d

alta conducti­

e1 E~ctl'·i ca~!

resistencia a 12 corrosi6n.

traccibn oscila entre 55 y 124 Mpa,

Su conductibilidad

de acuerdo al

grado de

endurecimiento per deformacibn en frio. son

usadas para conducci6n de energia en condiciones

p a ,,- t. i c l..l J. c\ I'· e 5

muy

~I

a temperaturas elevadas.

Conductibilidad un l::.stD

60

t~rmica.

El

aluminio tiene

entr2

% de 1a conductibilidad

'I,. CJ

1.:.]I'''E.\\"l

dc~

uti:l. i dad

evaporadores e implementos de cocina. '1

_

J.



C

c r' l..­

espec:ifico~

C!CCf:::-mc::t d f!:: 1 d i

las aleaciones

que tienen un porcentaje

elemento aleante men or del indicado per el sc:m

monof~sicas

en

estado

puntD

t'1,

s61ido; S610

puede

En

incrementarse

las

aleaciones

superior a mismo E:l

las

0

c~m~::nt.o

la ind

su resistencia

qU0

tienen

una

con

cantidad

ada per e1 punta A,

fases que

~l

deformaci6n

S9

de

en

soluto

precipitar~

forme con el aluminio

U

e1

otro

..

precipita

e1 silicio;

en

las AI-Mg 5e forma A13Mg2 y

AL-Mg-Si se precipita e1 compuesto Mg2Si.

en

Las

aleaciones

los

entre

que de seuer-do a

puntas

A y B,

de

precipitaci~n,

s;ol ub i 1 i dE,d con

aleac:icnes

composici6n, pcsibilidad

la

incremental'" su resistencia y t~rmico

su

dureza con un

5U

cuya

1. a ternrJ8t- ai:ur" e:\,

base as

fnal..·· c.: t:1c1o POt-

~l

pr6ximas

tratamiento

el

c:aHib i

I c;\ 1. i

punto C,

dt-:-?

0

f~'''''D

nE'i:'l.

con composic:icnes entre los puntas B y

forman en la solidificaci6n el consi:iuyente

de

eut~ctico.

n

C., o•

Las

presentan buena colabilidad,

muy aptas para el moldeo de piezas. 3.2.1 una

Sistema aluminio -

~)48 c

C,

cambios en los

un

eu

de

5~65%

propia del aluminio

param~tros

limite de solubilidad,

formando

33

de

a

ambiente,

ES';;ta -FC'it.SfF..' prlif!l::;.enta unC';\ est''''LlctUt-f't cl'"imtEtIini::t

de cara centrada,

ligeros

un

m~xima

aluminio,

que disminuye hasta 0.3% a temperatura

-figu,"'a 7 ..

c~bica

del.

en

'!.;olt.u:ion s61iclil !5u::i-i.:itl.H::i.onal cJe cobl'-e can una solubilidad

VE'I'"

En este sistema se forma

cobra.

de Ia redn

linei;;\ p,,"ooE!, fr~gil,

POI'"

e1 cobre

encl.ma aparece CuA12

que tiene aproximadamente 54 % de cobra y

forma

can Ie fass

~

de

con

fOrmula

eut~ctico

compuesto duro y

puro,

en el punto definido par el

% de cobre y la temperatura

548 c C.

El

incremento del

contenidc de aleante, produce un aumento del porcentaje de Ia fase

e

presente,

con 10 cual se elevan la dureza y

resistencia de estas aleaciones,

la

hasta alcanzar un limite

a partir del cual esos valores empiszan a caer.

II ! .

10

aC.

20

of

j

1200 600

1000 500

Eut+e

I -c. 400

800

600 1000

500

800

pl~5tica

y

del material

qulmica, el

modo

sa de

Se utilizan des si5te­

los productos obtenides

per

deformaciOn

otro para los que involucran la fusiOn

y

el

vaciadc en mol des.

4.4.1 que

DesignaciOn

,para

productos fundidos.

describe _ la aleaci6n, sa compone

El

simbolo

de des partes:

la

" primera caracteriza la composici6n quimica y la ssgunda e1 modo de produccibn y e1 astado de entraga.

La ccmposiciOn q~imica se describe por la letra A de (vet-

seguida

otras letras. que representsn los elementos adicionados Tabla

indicando

y que

5)

podr~n

ir acompaNadas de una

e1 porcentaje .del elemento, cuando

par ciento

mayor.

0

Ejemplo::

A-U4G~

aIsaeiOn que contiene 4% de cabre

(U)

cifra,

es del

corresponde y magnesia

uno

a

una

en una

cantidad men or a 1%.

TABLA 5.

SimbolizaciOn de elementosa

El ement:cJ

Simbolo

l------------------------~:.~-------------------: 1"la9nesi 0 (1""19) G·

L

Cobre (Cu) Zinc

I

(Zn

Z

1'1anganeso T i ·t an i

0

Cil'"'ccmio

1"1

(lvln)

Ti )

T

(Si)

s

(

Silicio

u

(Z,"') I I·

PIC-JinD

(Pb)

All.\ min i

0

(AI)

!\Ii quel

(Ni)

Hi

(Fe)

t?rI"'O

F'b

A

Fe

ducciOn y e1 astado de entrega(en condiciOn de colada tratada

t~rmieamente).

Est& formada por la letra V

0

acom­

paNada de dos nfimeros, el primero de los cuales informa 81

I·

modo:

de

producciOn segun .. 10 especifica la tabla

segunda cifra indica el estado de 1a piaza, ver tabla 7.

TABLA 6. Simbolizacibn

de la

manera de obtencibn.

.Simbolol

Procc:~so

: -----------------_._.....:.:._-----------_ .._------------ : No definido

YO

Lingote

Yi

Arena .....

Y2

Y3

Bcd D presi On

Por sintetizacibn

U

CI

tt

u

•

•

•

,,'

111

.. It

111

It

un._

Se~~n prescripciones.

TABLA 7 ..

Y9

Simbolizaci6n de tratamientcs termi CC)S It

Tratamientot~rmicD

Designacion



:-------------------------------~--~------~-----------I

NingOn tratamiento

0

no especificado.HU ••••

I::':ec DC i cI c}

0

1

Temple Temple y-revenido

3

w."

Temp 1 e y envej (::~,c 1 mi ento

ES'l:2tb i 1 i zac ion

Algunos

e) empl os

de

especi f i ca.ci on

aluminio en ests sistema SO~:

de

1 I.

A-S7G Y30:

Es

una aleaeiOn

can siate

par

ciento

de

silicic, eonteniendo magnesia en cantidad inferior a uno

per ciento; moldeada

en coquilla y sin tratamiento

t~r-

mica.

A-USGT Y24:

Es una aleaci6n

can cinco

ccbre, que centiene titanic menores a uno; es mcldeada

y

par

magnesio en

ciento

de

porcentajes

en arena, templada y enveje­

cida.

En

resumen

la

alfanufueric~

de

aleaciOn

que informa

estar~

descrita

par

parte

la cemposiciOn qui mica, separada

letra Y y dos cifras que ~escriben el

1a

una

proceso

de

elaboraciOn.

*

DesignaciOn para productos

4.4.2

cion

plstica.

similar

a

obtenido~

La designaciOn se realiza de

per

deforma­

una

manera

.1a norma Americana utilizada por la ANS, tanto

en 10 referente a la composiciOn quimica como a los dos de las aleaciones, y que descrita

4.5 DESIGNACIDN

DE

CDMPOSICIDNES

esta­

en e1 aparte 4.2.1u

SEGUN

NDRMAS ICDNTEC

(REFERENCIA 1S).

4.5.1

AluminiQ y aleaciones de aluminio deformados

ticamente

(Norma 1685).

El aluminio no aleado se designa

con el slmbolo quimico del metal centaje

de

pw~eza

pl.s­

del metal.

(AI), Ejemplo~

seguido del

por­

A199.0, AI99.5.

I.

Las (;\1

aleaciones

LUll i

ni a

se

designan con e1 slmbolo

seguido de los simbolos

(AI)

quimico

de los

del

elementos

a continuacibn de cada ·elemento se cnloca el

as SUPEH-iol'- a 11. ..

pOIl'"centaje contentdo,

si

el contenido de dns

m~s

orden

en

carse

0

a1 ·fabeti co·

En caso de que

aleantes sea igual, sa

colocar~n

Pueclen

clel 51 mbo1 0 qui mi eeL.

los poreentajes menores de 1% euendo tangan

colo-­

alguna

i mpor·tanci a ..

Ejemplo~

4.5.2

Al

I"lg:l. 8i

ell::

AleaeiOn

Dasignacion de estados.

een 0.15

a

0.40%

La norma contempla

eu;

varios

est.ados bl\si cos:

o

Recocido.

Sa aplice a productos deformados que

reeocidos total mente son

recocidos

y a productos fundidos,

para

ganar

ductilidad

y

son

los cuales estabilidad

dimensionc:\l. H Endurecido por deformaciOn.

sentan

deformacibn

pl~stica

Para productos

que

pre­

en su setae/a de suministrc.

Esta designaciOn presenta subdivisiones que consistsn en 10 siguler1"l:e:

. HH.

Gradb final de endurecimiento por deformaci6n.

. HD.

Resistencia a la tensiOn aproximadamente equidis­

tante entreel est ado 0 y e1 HHu

HB.

Resistencia a la tensiOn aproximadamente equidis­

tante entre e1 estado 0 y HD.

II

HF.

Resistencia

Is tensiOn equidistante entre

a

e1

estado HD y e1 HHu

T.. fes

TII""atado termi'camente.. a1

0 y Hu

Se logll""3%). La Tabl i:t

!I • meCdn l. cas

11 dc\

algunas

de

aleaciones de Bste grupo.

5.3.

ALEACIONES QUE ENDURECEN CON TRATAMIENTO TERMICO

5.3.1.

Grupo

aleaciaries las cuando se

2000.

(Aluminio-

Cobre).

hace un tratamiento

nci pal mente

est~\s

m~ximas propiedades mec~nicas se obtienen t~rmico CUc:\l

pr~ i

En

el

limite

e1astico

de

e~vejecimiento,

acttla

i ncl.. . ementi:~l\:~I~o

~ reduciendo

1.'

El efecte en 1a resistencia a la traccibn no as tian fuerte.

:>. • TABLA 11. Propiedades meCdnlcas de las aleacicnes del Grupe 5000 en diferentes estados (Ref.3)

~

--------------------------------------------------------- Aleaci6n

Est~do

LuE

R.Tu

Mpa

Mpa

ElongaciOn (X) Ca)

Dureza

f

,,,

HB

--------------------------------------------------------125 0 28

~~

~·1

5005

~~

H12

130

140

10

H14

150

160

c

H16

170

180

5

H18

195

200

4

90

195

25

47

H32

195

230

12

60

H34

215

260

10

68

H36

240

275

8

73

0

;

/

J

1j

5052

.-:'

j

5056

5252

H38

255

290

7

0

150

290

~~

~J

(b~

65

H18

405

435

10

(b)

105

H38

345

415

15

(b)

100

H25

170

235

11

H28

240

285

77

68

7~ ~

5

--------------------------------------------------------



Limite el~sticc; R.T:Resistenciaa la, traccibn

a) ElongaciOn madida en lAminas; 'b) Probata 12.7 mm.

LRE~

La resistenc~~ deficients y corrosiOn

a la

corrosiOn de

en algunas

intergranular.

recubrirlas con

chapa de

astas

condiciones Debido aluminio de

al~aciones

puede a

ssta

as

presentarse BS

alta pureza

usual 0

con

alguns aleaciOn Aluminio-Silicio-Magnesio Grupo 6000). La soldabilidad

bastante

BS

agrietamiento en logradas con

caliente y

e1 tratamiento

Las aieaciones

la

per

de

t&rmico.

propiedades

La maquinabilidad

contienen

otros

adicianales como Magnesia y Manganese

adem~\ 5

(Dw'- a1 LHiii n i os),

e1

p~rdida

comerciales normal mente

elementos aleante~

i~purezas

limitada

naturales.

. r-I-i

del

EH"' ro

y

Esto hace que e1

e).

silicio

como

en~urecimiento

par

precipitaciOn no

sa una

unicamente (Fase

CuA1 2

tambifun presents

e1 fenOmeno de precipitaciOn , pero can

una respuesta

en e1

).

funciOn del porcentaje de Cobra Aparece e1 compuesto MgzSi que

tiempo mucho

envejecimiento artificial

m~s

(100~200Q C)

r&pida

para

e1

Y una mayor dureza

j j

-------­ Durezt:1 Vick~rs

140~-----T------~------~----~------~

Cu=4.Z •

f20r------T-------;---~~~~~-----~

(00

80

I-----t--_""..c.----+-----=:o~

-----I

~----~------+---~-+----~~----~

.60

40 ~----~------+------+------~----~

aoo(

FIGURA

19u

aOI

af

100 I 10 Dlas de env~jecimienfo.

Influencia del Magnesio en e1 endurs­ cimiento per precipitaci6n de una ~leaci6n 4% Cu. Temp. 190 o C. Ref.b.

La presencia

las prcpiedades (FiglJra

hierro reduce fuertemente el efecto en

del

buscado

mec~nicas

pal""

20),

El Manganeso

cr-eci mi ento del

debe

que

grana y

envejecimento

con el SEI""

tiene cbmo aumentar la

fin controlar resistencia

a

el la

traccibn de las aleaciones.

Oureza Vickers

100

80

150·

Cu =If/.

120

Fe=Oi{

-~

/

Fe:::O.~

~

'60

40

z

o

---­

4

-

6

8

;

- a/as de t!nvejecimiento :

FIGURA 20. Influencia del Hierro en e1 endure­ cimiento por precipitaciOn de una aleaeiOn 4% Cu. Temp. 150~C. Ref.6.

Es importante

conoeer 'la

elementos

los

en

natural las CuA1 2

,

en

mejor con

dL\I'" a1

influencia de umi n i os;

mejores propiedades tanto

qu~

en e1

e1~compuesto

tratamiento simi lares.

E1

logran

artificial la

Mg 2 Si para

diferentes

envej eci mi ent.o

el

en S9

los

con la

fase

respuesta

es

unas condiciones

de

mejor caso

as cuando

I'

estan ':

presentes

~os

dos (Figura 21).

Durl1za Vickers Kglmm. Z

f20~1----=--=~~~-.------.

to

10

FIGURA 21.

Las

variables

Influencia del CuA12 y el Mg2Si en el envejecimiento de aleaciOn can 4% de cobre ( Ref.b) .,

tiempa,

calentamiento tienen

temper atLu'" a

g~an

incidencia

velacidad

'l

de

en las propiedades

finales obtenidas 'can temple y revenida de precipitaciOn de este Grupe de aleaciones de aluminio.

En pI'" i mel'" I ugar

can temperaturas

e1 contenida de

las fases, salida

que producen el

es

mec~nicas

de soluciOn

tambien

muy bajas

endurecimiento~

bajo;

esto

en la soluciOn prop i ed£ides

prcJdLlce

inferiares a las posibles, ver Figura 22.

De otro lade una temperatura mayor que la apropiada producir fusi6n los limites a la

parcial del-

eut~ctico,

podr~

principalmente en

de grano, can un deterioro en la resistencia

tracciOn y

la ductilidad

del material.

ccasionado es irremediable por tratamiento

El

t~rmico.

La

Kg/mm2

55

50

45

I~

40

"

:r

I

A

1C1 I

I ,I

I

!

490

480

­

510

500

530

520

Te:r.cerature DC

FIGUF:A 22v

detecciOn de

Influencia de la temceratura de scluci6n en las prcpiedades despu~s de revenido de un duraluminio CRef.8)

estes defectos no as posible con inspeccibn

visual de

le pieza

c con

Figura 23

ilustra e1

ensayos no

fenOmeno de

destructivos.La

fusiOn parcial en los

limites de granau ,


:::':;80,,0

I

F

165

330

3 .. 0

~583.

0

I

F

150

:;:;10

:3 .. 5

390 .. 0

c

F

200

200

:t • 0

I

F

14·0

300

A

F

55

1:;:;0

8 .. 0

c

F

62

159

10.0

..l!-43 .. 0

~ ..::. If

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