Explicación de las aleaciones de aluminio:una guía de grados, propiedades y aplicaciones

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

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

¿Qué es la aleación de aluminio?

Una aleación de aluminio es una combinación única de diferentes elementos metálicos con mayor resistencia y durabilidad. El aluminio es tradicionalmente liviano y tiene una excelente resistencia a la corrosión. Estas aleaciones se forman combinando aluminio en su forma líquida/fundido con otros elementos, que luego se enfría y solidifica formando un material sólido homogéneo. Los demás elementos combinados con aluminio para formar estas aleaciones pueden ocupar hasta el 15 por ciento de la masa total.

Ejemplos de estos elementos añadidos incluyen zinc, hierro, magnesio, cobre y silicio. Más importante aún, agregar estos elementos al aluminio ofrece a la aleación una mayor conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, trabajabilidad y resistencia que los elementos metálicos puros.

Propiedades del Aluminio

El aluminio tiene muchas propiedades sobresalientes, lo que lo hace famoso y comúnmente utilizado en la mayoría de las aplicaciones. Éstos son algunos de ellos:

Resistencia a la corrosión

El aluminio produce una fina capa natural de óxido que protege al metal de reaccionar con el medio ambiente. Por lo tanto, es adecuado para diversas aplicaciones donde puede estar expuesto a agentes corrosivos como vehículos. Sin embargo, debe tener en cuenta que las aleaciones de aluminio tienen mayores propiedades de resistencia a la corrosión que el aluminio puro.

Ligero

El peso estándar del aluminio es exactamente de 2,7 g/cm³, aproximadamente un tercio del peso del acero. Su propiedad liviana ayuda a reducir significativamente sus costos de fabricación. Por lo general, las industrias automotrices utilizan aluminio en los automóviles para reducir el peso y aumentar la capacidad de carga. Además, puede ajustar la composición de los tipos de aleación de aluminio para modificar el peso según 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 utiliza comúnmente para fabricar líneas de transmisión de energía. Además, funciona como un excelente disipador/esparcidor de calor, lo que lo convierte en la opción ideal para electrodomésticos que requieren una disipación de calor rápida y veloz.

Aplicaciones de las aleaciones de aluminio

Estas son algunas de las aplicaciones más comunes de las aleaciones de aluminio.

Industria aeroespacial

La industria aeronáutica suele necesitar aleaciones de aluminio ligeras y resistentes. Estas aleaciones deben ofrecer una excelente relación resistencia-peso y al mismo tiempo ajustarse perfectamente al rango de presupuesto. Asimismo, el uso de grados de aluminio en aeronaves ayuda a prevenir daños prematuros a la aeronave debido a la 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 los quirúrgicos y ortopédicos, están fabricados con varios tipos de aluminio. Asimismo, los fabricantes fabrican otros equipos de uso general como bandejas y contenedores con aluminio.

Industria del automóvil

Los fabricantes de vehículos utilizan grados de aluminio para hacer que los vehículos ideales sean livianos, ecológicos y duraderos. Los fabricantes utilizan diferentes piezas de fundición a presión hechas con aluminio en los automóviles para hacerlos ágiles y resistentes debido al alto nivel de durabilidad y propiedades livianas de las aleaciones de aluminio.

Ingeniería eléctrica y electrónica

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

¿Cómo identificar los grados de aleación de aluminio?

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

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

• “1” significa la 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 tener en cuenta que estos números pueden identificar toda la lista de aleaciones de aluminio. Por ejemplo, dado que "2" denota cobre, todas las aleaciones de cobre y aluminio se denominarán "serie 2xxx".

Además, el segundo dígito indica cualquier condición de aleación única y si la aleación ha sido alterada desde su estado original. Sin embargo, el dígito sigue siendo “0” si no existen modificaciones especiales. En cuanto al tercer y cuarto dígitos, normalmente se utilizan para serializar y distinguir aleaciones individuales.

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

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

Serie 1xxx

Esta clase de aleación se conoce como serie de aluminio puro porque comprende 99 % o más de aluminio puro. Estas aleaciones ofrecen precisamente una resistencia a la tracción máxima de 10 a 27 ksi. Generalmente son soldables pero no tratables térmicamente porque son vulnerables a las altas temperaturas.

Estas aleaciones poseen una excelente conductividad eléctrica y térmica. Además, su excelente resistencia a la corrosión lo convierte en una opción ideal para fabricar tanques y tuberías para productos químicos.

Serie 2xxx

El cobre es el principal elemento de aleación de la serie 2xxx, con proporciones significativas de magnesio, manganeso, silicio y otros elementos. El cobre, el principal elemento de aleación del grado de aluminio de la serie 2xxx, tiene una resistencia máxima a la tracción de 27 a 62 ksi. Estos grados tienen una alta maquinabilidad y mantienen una gran resistencia en un amplio margen de temperatura, lo que los hace adecuados para la industria aeroespacial.

Aunque las aleaciones de la serie 2xxx son fuertes y resistentes, tienen una 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 de la serie 3xxx contiene magnesio y manganeso como elemento de aleación principal. Proporciona al aluminio una resistencia mecánica excepcional, que mantiene en un amplio rango de temperaturas que el aluminio puro.

Estos grados de aluminio generalmente no se pueden tratar térmicamente y tienen una resistencia máxima a la tracción dentro de un rango de 16 a 41 ksi. La aleación 3004 es un excelente ejemplo de aleación adecuada para envasar bienes de consumo de esta clase.

Serie 4xxx

El grado de aluminio de la serie 4xxx es la única categoría que comprende aleaciones de aluminio tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Cuando se agrega al aluminio, el silicio, como elemento de aleación principal, reduce los puntos de fusión y mejora la fluidez de las aleaciones de la serie 4xxx en su forma fundida/líquida. Aunque el silicio naturalmente no se puede tratar térmicamente, algunas aleaciones de silicio contienen cobre o magnesio, lo que hace que respondan positivamente al tratamiento térmico.

Serie 5xxx

La serie 5xxx tiene magnesio como principal elemento de aleación. Estos grados de aleación de aluminio suelen ser muy fuertes, altamente resistentes a la corrosión y a los álcalis, perfectos para aplicaciones marinas y pueden soldarse fácilmente. Debido a su alta formabilidad, son fáciles de estampar, doblar, enrollar, estirar y girar en láminas de metal.

El aluminio 5083 es un excelente ejemplo de un grado de aluminio de la serie 5xxx comúnmente utilizado para aplicaciones industriales debido a su resistencia al agua de mar y diversos productos químicos industriales.

Serie 6xxx

Las aleaciones 6xxx comprenden magnesio y silicio, que forman siliciuro de magnesio. Estas aleaciones de calidad de aluminio son altamente conformables, soldables y compatibles con el tratamiento térmico. La aleación 6061 es la aleación de aluminio más común de la serie 6xxx, con excelente resistencia a la corrosión y buena resistencia. Como resultado, se utiliza comúnmente para crear estructuras de barcos y camiones.

Aleaciones fundidas frente a aleaciones forjadas:¿cuáles son las diferencias?

Las aleaciones fundidas y las aleaciones forjadas son las principales categorías de aleaciones de aluminio. Existen varias diferencias considerables entre las aleaciones de aluminio fundido y forjado.

Elementos de aleación de metales

Las aleaciones forjadas contienen menos metales que las aleaciones fundidas. Generalmente, las aleaciones forjadas contienen ≤4% de elementos de aleación en comparación con>22% de las aleaciones fundidas. 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 agregan otros elementos de aleación. Resulta en la vulnerabilidad de la mayoría de las aleaciones fundidas a la fractura frágil. Por otro lado, puede aumentar la resistencia de las aleaciones de aluminio forjado, su resistencia a la corrosión y su conductividad añadiendo diferentes elementos de aleación manteniendo su flexibilidad y otras cualidades positivas.

Técnicas de fabricación

Sin embargo, la diferencia más significativa entre estas dos categorías radica en la técnica de fabricación a la que se someten estas aleaciones antes de llegar al producto final. Las aleaciones fundidas suelen salir del molde en una forma sólida precisa, según se desee.

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

Propiedades

Las aleaciones de aluminio fundido tienen puntos de fusión y resistencia a la tracción más bajos que el aluminio forjado. El aluminio-silicio es la aleación de aluminio más utilizada debido a su alta concentración de silicio, lo que permite su fundición con facilidad. El aluminio forjado tiene una mayor cantidad de aplicaciones y los fabricantes fabrican productos mediante extrusión o laminado de aluminio.

Tipos comunes de aleaciones de aluminio utilizadas en el mecanizado

Esta sección analiza los distintos tipos de aleaciones de aluminio que puede utilizar para mecanizar sus productos.

Aluminio 6061

El aluminio 6061 tiene silicio y magnesio como elementos primarios. Es compatible con diversas aplicaciones debido a su solidez, resistencia a la corrosión, soldabilidad y tratabilidad térmica. Es muy adecuado para la técnica de extrusión y la aplicación del templado T6 ayuda a hacerlo más resistente y duradero. Asimismo, 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 principales elementos de aleación son el cobre y el zinc. Se utiliza en aplicaciones que requieren una resistencia excelente, como naves espaciales, aviones, etc. Aunque no es soldable, es fuerte, moderadamente soldable y capaz de soportar tensiones.

Aluminio 5052

El aluminio 5052 es una aleación confiable con excelente resistencia a la corrosión y resistencia moderada. Es muy adecuado para aplicaciones de agua salada debido a la ausencia de contenido de cobre en la aleación. Los equipos marinos son la pieza más común fabricada con aluminio 5052. Sin embargo, el 5052 es del grado de aleación de aluminio 5xxx; por lo tanto, no se puede tratar térmicamente.

Aluminio 6063

La aleación de aluminio 6063 comprende magnesio y silicio y a menudo se la denomina aluminio arquitectónico debido a su resistencia moderada y alta ductilidad. Es altamente compatible con la formación de troqueles. Además, el aluminio 6063 es altamente resistente a la corrosión debido a su composición de siliciuro de magnesio.

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

Consideraciones para elegir el tipo de aleación de aluminio adecuado

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

1. Clasificación de maquinabilidad

El índice de maquinabilidad de una aleación de aluminio le permite conocer el estado de compatibilidad de dicho material con los procesos de mecanizado CNC de aluminio. Sería útil tener en cuenta que el aluminio 6061-T6, el aluminio 2011 y el aluminio 7075 son aleaciones adecuadas con índices de maquinabilidad de altos a moderados. Por lo tanto, puede utilizar estos materiales para crear piezas complejas con requisitos complejos.

2. Costos y disponibilidad de materiales

Al elegir un material para su proyecto, es esencial considerar los costos del grado de aleación de aluminio. Mantenga un equilibrio entre su presupuesto y el costo 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. Una calidad de aluminio escasa ralentizará el proceso de fabricación. Por ejemplo, el aluminio 7075 ofrece una excelente maquinabilidad pero tiene costos extremadamente altos. Por otro lado, el aluminio 6061 es mucho más económico y tiene una dureza y resistencia a la tracción reducidas, lo que lo hace fácilmente mecanizable.

3. Tratamiento térmico

El tratamiento térmico implica el uso de temperaturas extremas para tratar las aleaciones de aluminio y mejorar su resistencia y durabilidad. Por lo tanto, debes averiguar qué series de aluminio son tratables térmicamente y cuáles no.

Sin embargo, sería útil tener en cuenta que las series de aleaciones de aluminio 2xxx, 6xxx y 7xxx son compatibles con el tratamiento térmico. Puede tratar térmicamente piezas fabricadas con estas aleaciones para mejorar la resistencia de los productos terminados.

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Conclusión

El aluminio es un material metálico de uso común con propiedades versátiles según la composición del elemento. Varios tipos de aleaciones de aluminio tienen diferentes propiedades, lo que las hace adecuadas para diferentes aplicaciones. Por ello, es fundamental comprender plenamente las diferencias entre estas aleaciones de aluminio para elegir el material ideal para tus proyectos.

Preguntas frecuentes

¿Se oxidan las aleaciones de aluminio?

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

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

La aleación de aluminio 6061 tiene varias ventajas sobre el aluminio 7075 al considerar su proceso de fabricación. Esto se debe a que el 6061 tiene una dureza y resistencia a la tracción reducidas, lo que lo hace más mecanizable que el 7075.