¿Cuáles son las ventajas exclusivas de los metales livianos?

Un metal ligero es un metal que tiene una densidad relativamente baja; los primeros siete metales de la tabla periódica, que incluyen litio, berilio, sodio, magnesio, aluminio, potasio y calcio, se conocen colectivamente como los "metales más livianos". En este sentido, el aluminio y el magnesio se utilizan habitualmente para reducir el peso de componentes y estructuras. El titanio, aunque no es uno de los siete metales más livianos, tiene una densidad relativamente más baja que los metales pesados; por lo tanto, también califica como metal ligero y tiene aplicaciones industriales específicas.

A continuación, discutimos las propiedades únicas de los metales livianos más utilizados y sus aplicaciones industriales específicas.

Propiedades y aplicaciones únicas de los metales ligeros

Los metales livianos se usan comúnmente en muchas aplicaciones industriales debido a sus propiedades químicas, físicas y mecánicas únicas. Echemos un vistazo a algunos de los metales ligeros más utilizados comercialmente.

Litio

El litio es el más ligero de todos los metales, con una masa atómica de 6,941 u y la densidad más baja de 0,534 g/cm³. Tiene un aspecto brillante y es fácil de cortar, incluso con un simple cuchillo cuando se aplica suficiente fuerza. Se oxida rápidamente al aire libre a temperatura ambiente, pero se comporta de manera opuesta a temperaturas superiores a 572 °F.

El litio se usa comúnmente en:

• Baterías de iones.
• Vidrio.
• Cerámica.
• Esmaltes.
• Cemento.
• Adhesivos.
• Polvo de colada continua.
• Aire acondicionado industrial.
• Medicamentos.
• Grasas lubricantes.
• Pinturas.

Las aleaciones de litio y aluminio también se utilizan ampliamente para aplicaciones aeroespaciales.

Aluminio

El aluminio tiene una baja densidad de 2,7 g/cm³ y, por lo tanto, es ligero. Es tres veces más ligero que el acero, pero tiene una relación resistencia-peso mucho mayor. El aluminio es altamente resistente a la corrosión, ya que forma una fina capa de óxido alrededor de su superficie que evita un mayor contacto con el aire y el agua. Los conductores de aluminio pesan solo el 30 % de los conductores de cobre, pero tienen el doble de conductividad eléctrica para la misma resistencia eléctrica.

Se agregan diferentes elementos de aleación como zinc, cobre y magnesio al aluminio puro para mejorar aún más su resistencia. Las aleaciones de aluminio están disponibles en siete series diferentes, diseñadas para cumplir con los requisitos de aplicaciones únicas.

Serie Al	Elemento(s) primario(s) de aleación	Propiedades	Aplicaciones
Serie 1xxx	99 % aluminio puro	Alta resistencia a la corrosión, trabajabilidad y conductividad térmica y eléctrica	Líneas de transmisión eléctrica
Serie 2xxx	Cobre	Fuerza y ​​dureza	Aplicaciones aeroespaciales
Serie 3xxx	Manganeso	Buena soldabilidad y maquinabilidad	Propósito general, latas de bebidas
Serie 4xxx	Silicona	Bajo punto de fusión, alta ductilidad	Alambre de soldadura, rellenos de soldadura fuerte
Serie 5xxx	Magnesio	Alta resistencia, alta resistencia a la corrosión y excelente formabilidad, maquinabilidad y soldabilidad	Recipientes a presión, aplicaciones marinas
Serie 6xxx	Magnesio y silicio	Tratable térmicamente, altamente conformable, buena maquinabilidad	Aeronaves, armazones marinos, ensamblajes de semiconductores
serie 7xxx	Zinc	El más fuerte de toda la serie, tratable térmicamente	Aeronaves, aeroespacial, equipo deportivo

Magnesio

El magnesio tiene la masa más baja entre las aleaciones utilizadas para la fundición a presión. La adición de diferentes elementos mejora las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión del magnesio sin comprometer la propiedad de ligereza. Las aleaciones de magnesio son un 30 % menos densas en comparación con el aluminio, con una densidad de 1,7-2,0 g/cm³. El magnesio sobresale como el material de construcción metálico más liviano y tiene un bajo costo de producción debido a su abundante suministro en la naturaleza. Por lo tanto, las industrias aeroespacial y automotriz modernas utilizan mucho las aleaciones de magnesio para lograr diseños livianos y de bajo costo.

El magnesio se usa comúnmente en:

• Artículos deportivos.
• Productos para el hogar.
• Equipo de oficina.
• Aplicaciones automotrices.
• La industria biomédica.
• Carcasas de motores y cajas de cambios de aeronaves.

Titanio

Junto al aluminio, el titanio ofrece una excelente relación resistencia-peso. El titanio tiene una densidad más alta que el aluminio, pero requiere menos material para lograr la misma resistencia. La resistencia a la tracción de las aleaciones de titanio puede llegar hasta 160 ksi, el doble que las aleaciones de aluminio. Es tan fuerte como el acero pero pesa solo el 56% como mucho. Cuando se alea con trazas variables de otros metales, el titanio logra una resistencia y una trabajabilidad aún mayores.

Las aleaciones de titanio se pueden clasificar en varios grados comercialmente puros y grados de aleación en términos de resistencia, resistencia a la corrosión y servicio a alta temperatura. Por ejemplo, los polvos metálicos de bronce titanio se utilizan en la fundición de resina (fundición en frío), revestimientos decorativos y pulvimetalurgia para lograr una excelente resistencia a la relajación de la tensión. Además, ciertas aleaciones de titanio conservan su resistencia y ductilidad incluso a temperaturas criogénicas. Por ejemplo, las aleaciones Al25Zn con aditivos de titanio muestran excelentes propiedades de protección contra rayos gamma y neutrones. Sin embargo, las aleaciones de titanio también tienen un precio alto, lo que puede resultar difícil para aquellos que deben ajustarse a presupuestos estrictos.

Como metal altamente reactivo, el titanio forma espontáneamente una capa protectora de óxido duro cuando entra en contacto con el oxígeno bajo el agua o al aire libre. Ofrece una excelente resistencia a la corrosión por ácidos, álcalis y agua contaminada. Es el único metal completamente inmune a la corrosión inducida por microbiología en el agua de mar.

El titanio se usa comúnmente en:

• Motores a reacción.
• Implantes médicos.
• Equipamiento deportivo.
• Cuadros de bicicletas.
• Misiles.
• Naves espaciales.
• Tuberías de la central eléctrica.

Desafíos con los metales ligeros

Aunque hay muchas ventajas en el uso de metales livianos, también hay algunas desventajas. A continuación, analizamos algunos de los desafíos del uso de metales livianos, incluidas las dificultades de mecanizado y los altos costos de los materiales.

Dificultad de mecanizado

La deformación de las piezas es una gran preocupación cuando se mecanizan metales ligeros. Es imperativo mantener una sujeción libre de distorsiones que dé rigidez a los materiales frágiles y delicados. Los metales como el titanio requieren una menor resistencia al corte a través de la tecnología de corte por pulsos para evitar la distorsión debido a las altas cargas térmicas.

Alto costo de materiales

El uso de aleaciones ligeras en el proceso de fabricación aumenta los costes del proyecto, ya que muchas de estas aleaciones pueden resultar bastante caras. Para compensar estos costos, vale la pena considerar utilizar remanentes de metal verificados para obtener las características deseadas de su producto final pero a un menor costo de fabricación.

Residuos materiales

La falta de experiencia y de herramientas de corte de alta gama puede conducir a la generación de desechos de metal al mecanizar metales livianos. Esto, a su vez, conducirá a compras en exceso y a exceder su presupuesto de producción a largo plazo.

En ausencia de experiencia y equipos de corte de última generación, es mejor asociarse con un proveedor local de metales para cortar a tiempo sus metales livianos.

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