Aleaciones de aluminio explicadas: Guía de grados, propiedades y aplicaciones

Las aleaciones de aluminio se encuentran entre los materiales más versátiles y efectivos para diseñar productos para uso en diversas industrias. Este material posee excelente resistencia, destacada resistencia a la corrosidad, tratabilidad térmica, buena soldabilidad y conformabilidad. En consecuencia, muchos fabricantes han recurrido a usar diferentes tipos de aleaciones de aluminio en varias aplicaciones.

El aluminio está disponible en diferentes grados, cada uno con elementos de aleación y propiedades variables. Por lo tanto, debe conocer las diferencias entre estos grados de aleación de aluminio para elegir el adecuado para su proyecto. Esta guía explora los tipos de aleaciones de aluminio, sus características, beneficios y aplicaciones.

¿Qué es una aleación de aluminio?

Una aleación de aluminio es una combinación única de diferentes elementos metálicos con resistencia y durabilidad mejoradas. El aluminio es tradicionalmente ligero y tiene excelente resistencia a la corrosión. Estas aleaciones se forman combinando aluminio en su forma líquida/fundida con otros elementos, que luego se enfrían y solidifican, formando un material sólido homogéneo. Los otros elementos combinados con aluminio para formar estas aleaciones pueden representar hasta el 15 % de la masa total.

Ejemplos de estos elementos añadidos incluyen Zinc, Hierro, Magnesio, Cobre y Silicio. Lo más importante, agregar estos elementos al aluminio ofrece a la aleación conductividad eléctrica mejorada, resistencia a la corrosión, trabajabilidad y resistencia, que los elementos metálicos puros.

Propiedades del aluminio

El aluminio tiene muchas propiedades destacadas, lo que lo hace famoso y comúnmente usado en la mayoría de aplicaciones. Aquí están algunas de ellas:

Resistencia a la corrosión

El aluminio produce una capa natural de óxido delgada que protege el metal de reaccionar con el entorno. Por lo tanto, es adecuado para varias aplicaciones donde puede estar expuesto a agentes corrosivos como vehículos. Sin embargo, debe notar que las aleaciones de aluminio tienen propiedades de resistencia a la corrosión más altas que el aluminio puro.

Ligereza

El peso estándar del aluminio es precisamente 2,7 g/cm³, aproximadamente un tercio del peso del acero. Su propiedad de ligereza ayuda a reducir significativamente sus costes de fabricación. Usualmente, las industrias automotrices usan aluminio en automóviles para reducir peso y aumentar capacidad de carga. Además, puede ajustar la composición de los tipos de aleaciones de aluminio para modificar el peso dependiendo de la aplicación.

Conductividad eléctrica y térmica

El aluminio es un gran conductor de electricidad y calor debido a su peso. Su nivel de conductividad eléctrica y térmica es el doble que el del cobre. Como resultado, se usa comúnmente para hacer líneas de transmisión de energía. También funciona como excelente disipador/extensor de calor, haciéndolo la opción ideal para electrodomésticos que requieren disipación de calor rápida y eficiente.

Aplicaciones de las aleaciones de aluminio

Industria aeroespacial

La industria aeronáutica a menudo requiere aleaciones de aluminio ligeras y fuertes. Estas aleaciones deben ofrecer una excelente relación resistencia-peso mientras se ajustan perfectamente al rango presupuestario. Del mismo modo, usar grados de aluminio en aeronaves ayuda a prevenir daños prematuros en la aeronave debido a exposición a condiciones ambientales desfavorables.

Sector sanitario

Los productos de aluminio han ayudado a la industria de la salud a mantener su alta limpieza y biocompatibilidad. Varios instrumentos médicos, como quirúrgicos y ortopédicos, están hechos con varios tipos de aluminio. Del mismo modo, los fabricantes hacen otros equipos de uso general como bandejas y contenedores con aluminio.

Industria automotriz

Los fabricantes de vehículos usan grados de aluminio para hacer vehículos ideales ligeros, ecológicos y duraderos. Los fabricantes usan diferentes piezas de fundición a presión hechas con aluminio en coches para hacerlos ágiles y robustos debido al alto nivel de durabilidad y propiedades de ligereza de las aleaciones de aluminio.

Ingeniería eléctrica y electrónica

Los productores de electrónica de consumo utilizan diferentes tipos de aleaciones de aluminio continuamente en la fabricación de productos debido a su alta conductividad térmica. Los fabricantes usan la excelente conductividad térmica del aluminio en la fabricación de componentes como componentes de refrigeración para procesadores gráficos y disipadores de calor.

Cómo identificar grados de aleación de aluminio

Generalmente, puede identificar una aleación de aluminio usando un modelo de identificación de 4 dígitos. Cada dígito en la tabla de grados de aluminio representa un aspecto diferente del metal aleado y se escribe comúnmente antes del elemento metálico puro para claridad. Por ejemplo, Aluminio 5052.

Los dígitos representan entidades separadas como aleación de acero, aleación de titanio u otras aleaciones. Aquí hay un desglose del principal elemento de aleación que representa cada primer dígito:

• "1" significa ausencia de elementos aleados y que es aluminio puro
• "2" representa Cobre
• "5" representa Magnesio
• "6" representa Magnesio y Silicio
• "7" representa Zinc
• "8" está reservado para todos los demás agentes de aleación

Debe notar que estos números pueden identificar toda la lista de aleaciones de aluminio. Por ejemplo, dado que "2" denota Cobre, todas las aleaciones de aluminio-cobre se referirán como "serie 2xxx".

Además, el segundo dígito significa cualquier condición de aleación única y si la aleación ha sido alterada de su estado original. Sin embargo, el dígito permanece "0" si no existen modificaciones especiales. En cuanto al tercer y cuarto dígito, se usan típicamente para serializar y distinguir aleaciones individuales.

Una serie 1xxx (aluminio puro que consiste en precisamente 99 % de aluminio) mientras que los dos últimos dígitos denotan el porcentaje mínimo de aluminio por encima del 99 %. Por ejemplo, aluminio 1060 contiene al menos 99,60 % de aluminio puro.

Siete aleaciones base diferentes están disponibles para uso industrial entre los rangos de 1xxx a 7xxx. Cada una con una combinación única de dígitos y proporciones y combinaciones variables. Aquí está la lista estándar de aleaciones de aluminio para uso industrial:

Serie 1xxx

Esta clase de aleación se conoce como la serie de aluminio puro porque comprende 99 % o más de aluminio puro. Estas aleaciones ofrecen precisamente 69 a 186 MPa (10 a 27 ksi) de resistencia a la tracción última. Son generalmente soldables pero no tratables térmicamente porque son vulnerables a altas temperaturas.

Estas aleaciones poseen excelente conductividad eléctrica y térmica. Adicionalmente, su excelente resistencia a la corrosión lo hace una opción ideal para fabricar tanques y tuberías químicas.

Serie 2xxx

El Cobre es el elemento de aleación principal en la serie 2xxx, con proporciones significativas de magnesio, manganeso, silicio y otros elementos. El Cobre, el elemento de aleación principal del grado de aluminio serie 2xxx, tiene una resistencia a la tracción última de 186 a 427 MPa (27 a 62 ksi). Estos grados tienen alta mecanizabilidad y mantienen gran resistencia en un amplio margen de temperatura, haciéndolos adecuados para la industria aeroespacial.

Aunque las aleaciones de la serie 2xxx son fuertes y tenaces, tienen baja resistencia a la corrosión que otros tipos de aleaciones de aluminio. Como resultado, puede considerar recubrir o pintar estas aleaciones de aluminio para mejorar su longevidad.

Serie 3xxx

El grado de aluminio serie 3xxx contiene magnesio y manganeso como elementos de aleación principales. Da al grado de aluminio una resistencia mecánica destacada, que mantiene en un rango de temperaturas más amplio que el aluminio puro.

Estos grados de aluminio usualmente no son tratables térmicamente y tienen resistencia a la tracción última dentro de un rango de 110 a 283 MPa (16 a 41 ksi). La aleación 3004 es un excelente ejemplo de una aleación adecuada para envasado de bienes de consumo de esta clase.

Serie 4xxx

La serie 4xxx de grados de aluminio es la única categoría que comprende aleaciones de aluminio tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Cuando se añade al aluminio, el silicio, como elemento de aleación principal, reduce puntos de fusión y mejora la fluidez de las aleaciones de la serie 4xxx en su forma fundida/líquida. Aunque el silicio es naturalmente no tratable térmicamente, algunas aleaciones de silicio contienen cobre o magnesio, haciéndolas responder positivamente al tratamiento térmico.

Serie 5xxx

La serie 5xxx tiene magnesio como elemento de aleación principal. Estos grados de aleación de aluminio son usualmente muy fuertes, altamente resistentes a la corrosión y alcalinos, perfectos para aplicaciones marinas, y pueden soldarse fácilmente. Debido a su alta conformabilidad, son fáciles de estampar, doblar, laminar, estirar y hilar en chapa metálica.

Aluminio 5083 es un excelente ejemplo de un grado de aluminio serie 5xxx comúnmente usado para aplicaciones industriales debido a su resistencia al agua de mar y varios químicos industriales.

Serie 6xxx

Las aleaciones 6xxx comprenden magnesio y silicio, que forman silicuro de magnesio. Estos grados de aleación de aluminio son altamente conformables, soldables y compatibles con tratamiento térmico. La aleación 6061 es la aleación de aluminio más común en la serie 6xxx, con excelente resistencia a la corrosión y buena resistencia. Como resultado, se usa comúnmente para crear bastidores de barcos y camiones.

Aleaciones de fundición vs. aleaciones forjadas: ¿Cuáles son las diferencias?

Las aleaciones de fundición y aleaciones forjadas son las principales categorías de aleaciones de aluminio. Hay varias diferencias considerables entre aleaciones de aluminio de fundición y forjadas.

Elementos de aleación metálicos

Las aleaciones forjadas poseen menos otros metales que las aleaciones de fundición. Generalmente, las aleaciones forjadas contienen ≤4 % de elementos de aleación comparado con >22 % de aleaciones de fundición. Aunque esta diferencia parece intangible, tiene un efecto más significativo en las características materiales de estas aleaciones.

La ductilidad de una aleación de aluminio se reduce cuando se añaden otros elementos de aleación. Resulta en la vulnerabilidad de la mayoría de aleaciones de fundición a fractura frágil. Por otro lado, puede aumentar la resistencia de aleaciones de aluminio forjado, su resistencia a la corrosión y conductividad añadiendo diferentes elementos de aleación mientras mantiene su flexibilidad y otras cualidades positivas.

Técnicas de fabricación

No obstante, la diferencia más significativa entre estas dos categorías radica en la técnica de fabricación que estas aleaciones experimentan antes de lograr el producto final. Las aleaciones de fundición a menudo salen de su molde en una forma sólida precisa como se desea.

Por otro lado, las aleaciones forjadas requieren varias alteraciones mientras están en su forma sólida. Como resultado, la diferencia en su fabricación a menudo afecta significativamente las formas posibles y características físicas de los productos finales.

Propiedades

Las aleaciones de aluminio de fundición tienen puntos de fusión y resistencia a la tracción más bajos que el aluminio forjado. El aluminio-silicio es la aleación de aluminio más ampliamente usada debido a su alta concentración de silicio, permitiéndole fundirse fácilmente. El aluminio forjado tiene una mayor cantidad de aplicaciones, y los fabricantes hacen productos mediante extrusión o laminación de aluminio.

Tipos comunes de aleación de aluminio usados en mecanizado

Esta sección discute los diversos tipos de aleaciones de aluminio que puede usar en el mecanizado de sus productos.

Aluminio 6061

El aluminio 6061 tiene silicio y magnesio como sus elementos principales. Es compatible con varias aplicaciones debido a su resistencia, resistencia a la corrosión, soldabilidad y tratabilidad térmica. Se adapta bien a la técnica de extrusión, y aplicar temple T6 ayuda a hacerlo más fuerte y duradero. Del mismo modo, funciona bien con anodizado para un acabado estético mejorado.

Aluminio 7075

La aleación de aluminio 7075 es una aleación fuerte con excelente resistencia, similar al acero. Sus elementos de aleación principales son cobre y zinc. Encuentra uso en aplicaciones que requieren excelente resistencia, como naves espaciales, aeronaves, etc. Aunque no soldable, es fuerte, moderadamente soldable y capaz de soportar tensión.

Aluminio 5052

El aluminio 5052 es una aleación fiable con excelente resistencia a la corrosión y resistencia moderada. Es altamente adecuado para aplicaciones de agua salada debido a la ausencia de contenido de cobre en la aleación. Equipos marinos son la pieza más común hecha de aluminio 5052. Sin embargo, el 5052 es de la serie 5xxx de aleación de aluminio; por lo tanto, no puede ser tratado térmicamente.

Aluminio 6063

La aleación de aluminio 6063 comprende magnesio y silicio y a menudo se le llama aluminio arquitectónico debido a su resistencia moderada y alta ductilidad. Es altamente compatible con conformado a presión. Además, el aluminio 6063 es altamente resistente a la corrosión debido a su composición de silicuro de magnesio.

Algunas piezas comunes creadas usando aluminio 6063 incluyen productos arquitectónicos, muebles, tuberías, etc. El grabado láser de aluminio también es compatible con este grado de aluminio.

Consideraciones para elegir el tipo correcto de aleación de aluminio

Elegir el grado de aluminio adecuado para su proyecto es esencial para los mejores resultados. Aquí están los factores clave a considerar antes de seleccionar una aleación de aluminio.

1. Calificación de mecanizabilidad

La calificación de mecanizabilidad de una aleación de aluminio le permite conocer el estado de compatibilidad de tal material con procesos de mecanizado CNC de aluminio. Ayudaría notar que 6061-T6, aluminio 2011 y aluminio 7075 son aleaciones adecuadas con calificaciones de mecanizabilidad altas a moderadas. Por lo tanto, puede usar estos materiales para crear piezas complejas con requisitos intrincados.

2. Costes y disponibilidad del material

Al elegir un material para su proyecto, es esencial considerar los costes del grado de aleación de aluminio. Mantenga un equilibrio entre su presupuesto y el coste del material con las propiedades ideales para su proyecto. Ayuda a establecer una base eficiente para su proceso de producción.

Además, los precios del grado de aluminio elegido decidirán la disponibilidad de la aleación de aluminio. Un grado de aluminio escaso ralentizará el proceso de fabricación. Por ejemplo, el aluminio 7075 ofrece excelente mecanizabilidad pero tiene costes extremadamente más altos. Por otro lado, el aluminio 6061 es mucho más barato y tiene dureza y resistencia a la tracción reducidas, haciéndolo fácilmente mecanizable.

3. Tratamiento térmico

El tratamiento térmico implica usar temperaturas de calor extremas para tratar aleaciones de aluminio para mejorar su resistencia y durabilidad. Por lo tanto, debe averiguar qué serie de aluminio es tratable térmicamente y cuál no.

Sin embargo, ayudaría notar que las series de aleación de aluminio 2xxx, 6xxx y 7xxx son compatibles con tratamiento térmico. Puede tratar térmicamente piezas hechas con estas aleaciones para mejorar la resistencia de los productos terminados.

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Conclusión

El aluminio es un material metálico comúnmente usado con propiedades versátiles dependiendo de la composición de elementos. Varios tipos de aleaciones de aluminio tienen propiedades variables, haciéndolas adecuadas para diferentes aplicaciones. Así, es esencial comprender completamente las diferencias en estas aleaciones de aluminio para elegir el material ideal para sus proyectos.

Preguntas frecuentes

¿Las aleaciones de aluminio se oxidan?

Todos los materiales metálicos tienden a deteriorarse en calidad con el tiempo sin cuidado adecuado. Aunque el aluminio no se oxida, hay una alta posibilidad de que se corroe—sin embargo, la capa de óxido de aluminio en su superficie ayuda a prevenir la corrosión del material.

¿Qué aleación de aluminio tiene mejor mecanizabilidad entre 6061 y 7075?

La aleación de aluminio 6061 tiene varias ventajas sobre el aluminio 7075 al considerar su proceso de fabricación. Esto es porque 6061 tiene dureza y resistencia a la tracción reducidas, haciéndolo más mecanizable que 7075.