¿Cuál es la temperatura de transición de dúctil a frágil del aluminio 6061?

Es importante comprender las temperaturas de transición de dúctil a frágil (DBTT) de los metales al considerar qué materiales usar para aplicaciones que funcionan en entornos criogénicos. Algunos metales que son más dúctiles a temperatura ambiente pueden volverse quebradizos a bajas temperaturas. Como resultado, desarrollan fracturas y la estructura puede fallar. Por ejemplo, el DBTT del acero con bajo contenido de carbono utilizado en la construcción del Titanic puede haber contribuido al hundimiento del barco en un entorno de solo -4 °F.

Sin embargo, ¿DBTT es aplicable a todos los metales, incluido el aluminio 6061? A continuación, profundizamos en DBTT y por qué en realidad no hay una temperatura de transición de dúctil a frágil del aluminio 6061.

Comprensión de la temperatura de transición de dúctil a frágil

DBTT se refiere a la temperatura del material a la que entra en la fase frágil de la fase dúctil. En este punto, el material ya no puede soportar la fuerza de carga sin desarrollar una fractura.

Los metales puros tienden a tener una temperatura de transición definida, mientras que en las aleaciones, esta temperatura de transición está definida de manera única:puede ocurrir en un rango finito.

En este sentido, la prueba de impacto Charpy, también conocida como prueba de muesca en V Charpy, se lleva a cabo para determinar la tenacidad de un material. Sin embargo, sorprendentemente, el aluminio no tiene DBTT.

Temperatura de transición de dúctil a frágil del aluminio 6061

El aluminio tiene una estructura cúbica centrada en las caras (FCC). Los materiales cúbicos centrados en las caras no tienen ninguna transición de dúctil a frágil; siempre tienden a permanecer frágiles.

¿Por qué? Para eso, necesitamos entender el sistema de deslizamiento del material. Los metales se deforman a lo largo de las direcciones más compactas en los planos de deslizamiento más compactos, también conocidos como sistemas de deslizamiento. La dislocación de un deslizamiento ocurre cuando un átomo de esquina salta al centro del cubo.

Echemos un vistazo a la celda unitaria de los materiales BCC y FCC, como se muestra a continuación.

Texto alternativo:estructura reticular FCC frente a BCC 

Enlace

Ambas estructuras tienen el mismo número de sistemas de deslizamiento (12). Sin embargo, a diferencia de BCC, FCC tiene aviones muy juntos que pertenecen a cada sistema de deslizamiento.

A altas temperaturas, tanto las estructuras FCC como BCC tienen dislocaciones móviles, lo que significa que pueden sufrir deformación plástica sin sufrir fracturas. Sin embargo, a bajas temperaturas, se necesita una cierta cantidad de energía térmica para activar las dislocaciones en las estructuras BCC, pero las dislocaciones ocurren en FCC independientemente de la temperatura ambiente. Como resultado, FCC se mantiene dúctil incluso a bajas temperaturas y no muestra ningún fenómeno DBTT.

Es por eso que no puede encontrar ningún dato sobre la temperatura de transición de dúctil a frágil del aluminio 6061.

Aplicaciones únicas de aluminio a baja temperatura

A diferencia de otros metales, el aluminio es más dúctil y resistente a bajas temperaturas, gracias a la estructura FCC del metal. Esta propiedad única se presenta como una ventaja para las instalaciones en alta mar en el hemisferio norte, que alcanza fácilmente -40 °F.

Las aleaciones de aluminio de las series 5000 y 6000 se consideran las más adecuadas para aplicaciones criogénicas debido a su alta relación de rendimiento en muesca, que es una relación entre la resistencia a la tracción en muesca y la resistencia a la tracción para una prueba de control de calidad del material frente a pruebas de fractura.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que no todas las aleaciones de aluminio se comportan igual a bajas temperaturas. Por ejemplo, la resistencia del aluminio 6061 aumenta a medida que se reduce la temperatura, mientras que para el aluminio 5456 permanece casi constante.

Para mayor claridad, el siguiente gráfico muestra el límite elástico de tracción a una fuerza de 4K (ksi) para diferentes aleaciones de aluminio.

Algunas industrias utilizan fluidos de baja temperatura para lograr las condiciones de trabajo deseadas. En este sentido, los equipos e instalaciones hechos de aluminio pueden ofrecer una resistencia y ductilidad excepcionales, incluso a -320,8 °F.

La siguiente tabla enumera los diferentes grados de aluminio utilizados en una amplia gama de temperaturas criogénicas.

Si bien la ausencia de una temperatura de transición de dúctil a frágil del aluminio 6061 es beneficiosa para las industrias que trabajan con aplicaciones criogénicas, su naturaleza blanda es un desafío para los operadores de máquinas. El bajo punto de fusión de la aleación puede generar una acumulación gomosa alrededor del borde de la herramienta.

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