Aluminio explicado: Propiedades, tipos y usos – Guía experta

El aluminio es un metal gris plateado, uno de los más extendidos en la Tierra, constituyendo más del 8 % de la masa del núcleo terrestre.

Es el elemento 13 en la tabla periódica con símbolo Al y el tercer metal más común en nuestro planeta después del silicio y el oxígeno.

También escrito Aluminium, el aluminio puro no ocurre en la naturaleza porque tiende a unirse fácilmente con otros metales. Por eso, el aluminio se produjo por primera vez tan tarde como 1824.

La forma más común en la naturaleza son los sulfatos de aluminio.

El aluminio tiene menor densidad que otros metales (un tercio del acero). Forma una capa protectora de óxido en su superficie al exponerse al aire, por su gran afinidad al oxígeno, y forma compuestos principalmente en estado de oxidación +3.

La fuerte afinidad al oxígeno lleva a su común asociación con óxidos, por lo que se encuentra mayormente en rocas de la corteza y no en el manto.

El catión Al³⁺ es altamente cargado y pequeño. El punto de ebullición es ~2743 K y el de fusión ~933,47 K.

La producción de aluminio metálico se asocia principalmente con mineral de bauxita, que contiene 40-50 % de óxido de aluminio hidratado mezclado con sílice y óxido de hierro.

Aunque químicamente similar al acero o cobre, el aluminio es un metal ligero, fuerte, no corrosivo, flexible y intensamente reciclable.

El acero es físicamente más fuerte que el aluminio, pero este se prefiere por su baja densidad y flexibilidad para componentes de aeronaves, marcos de ventanas, barcos y rascacielos.

El aluminio es unas 2,5 veces menos denso que el acero, lo que lo hace alternativa para requerir movilidad y portabilidad.

Las aleaciones de aluminio son generalmente muy dúctiles y maleables, por lo que pueden formarse y mecanizarse fácilmente.

También buenos conductores eléctricos y térmicos, no generan chispas y no son magnéticos, los materiales de aluminio tienen numerosas aplicaciones.

Es altamente reciclable, requiriendo baja energía de refundición, solo alrededor del 5 % de la energía necesaria para producir el metal primario. El 75 % del material se recupera para reuso sin perder propiedades deseables.

Características del aluminio:

#1. Ligereza:

El peso específico del aluminio es 2,7 g/cm³, aproximadamente un tercio del acero. Esto reduce el coste de fabricación.

El uso de aluminio en automóviles reduce peso muerto y consumo energético, aumentando capacidad de carga.

Además, la resistencia puede adaptarse a la aplicación modificando la composición de las aleaciones.

Aluminio-manganeso-magnesio es la mezcla preferida para durabilidad con resistencia, mientras que aluminio-magnesio-silicio se prefiere para chapas de automóvil.

#2. Resistencia a la corrosión:

El aluminio produce naturalmente un recubrimiento de óxido delgado. Actúa como película protectora que evita que el metal contacte mucho con el entorno.

Útil para aplicaciones expuestas a agentes corrosivos como vehículos.

Sin embargo, las aleaciones de aluminio son mucho más resistentes a la corrosión que el aluminio puro (excepto aleaciones marinas de magnesio-aluminio).

#3. Conductividad eléctrica y térmica:

Según su peso, el aluminio es excelente conductor de calor y electricidad, siendo el doble de buen conductor que el cobre.

Esto ha hecho del aluminio la primera opción para líneas de transmisión de energía. También, un excelente disipador de calor usado en aparatos que requieren drenaje rápido y repentino de calor.

#4. Reflectividad:

El aluminio es excelente reflector de luz visible y calor. Su bajo peso además lo hace excelente material para reflectores, por ejemplo, luminarias o mantas de techo.

Techos fríos de aluminio reducen el calor solar interior, reflejando hasta el 95 % de la luz solar.

#5. Ductilidad:

Tiene bajo punto de fusión y densidad. Esto permite procesarlo de varias formas en estado fundido.

La ductilidad del aluminio asegura la fluidez del diseño si el producto se mantiene hasta el final. Chapas, láminas, tubos, barras y alambres consisten en aluminio.

¿Cuáles son los diferentes tipos de aluminio?

Para modificar propiedades como conformabilidad, resistencia a la corrosión y maquinabilidad, el aluminio puro se combina a menudo con diferentes elementos. Pero las aleaciones necesitan identificación y así un sistema de gradación.

La Aluminum Association creó un sistema de gradación para identificar aleaciones de aluminio y mantiene la nomenclatura de grados estándar.

Se gradúa según el elemento de aleación principal junto con sus propiedades térmicas y mecánicas.

Las aleaciones de aluminio se clasifican principalmente en dos categorías: Aluminio forjado (wrought) y aluminio fundido (cast). Ambas tienen sistemas de designación diferentes.

Aluminio forjado (Wrought Aluminum):

Se fabrica fundiendo lingotes de aluminio con cierta cantidad del elemento de aleación específico, resultando la composición del grado. La aleación se funde y se somete a otros procesos mecánicos hasta la extrusión.

Un número de cuatro dígitos identifica cada grado:

• El primer dígito indica el elemento de aleación principal mezclado con aluminio puro. Tiene efectos mayores en las propiedades de los grados en una serie.
• El segundo dígito indica la modificación de una aleación específica. Las modificaciones requieren documentación específica y se registran en IADS. Si el dígito es cero, la aleación es original/sin modificar.
• El tercer y cuarto dígito son números asignados a una aleación específica en la serie. En la serie 1000, indican la pureza de la aleación.

La tabla describe las series de aluminio forjado:

GRADO	ELEMENTO DE ALEACIÓN PRINCIPAL
1XXX	99,00 % Aluminio
2XXX	Cobre
3XXX	Manganeso
4XXX	Silicio
5XXX	Magnesio
6XXX	Magnesio y silicio
7XXX	Zinc
8XXX	Otros elementos

Serie 1000

Contiene al menos 99,0 % de aluminio sin elemento de aleación significativo. Excelente resistencia a la corrosión y alta conductividad eléctrica y térmica. Altamente conformables y se endurecen por trabajo muy lentamente por su ductilidad y blandura relativa. Preferidos para procesos que requieren deformación severa. Soldables pero con rango de fusión muy estrecho. Resistencia mecánica comparativamente menor.

Aluminio 1100 es el grado más común en la serie 1000. Mayor resistencia mecánica en la serie, también conocido como aluminio comercial puro. Adecuado para disipadores de calor e intercambiadores de calor por buena conductividad eléctrica y térmica. Excelentes propiedades de conformado, apto para trabajo en frío: doblado, laminado, estirado, estampado, hilado. Su ductilidad permite formar alambres, placas, láminas, barras y tiras. Junto con trabajo en frío, el conformado en caliente es fácil. Métodos de soldadura convencionales, incluida soldadura por resistencia, pueden soldar este grado. No se puede endurecer por tratamiento térmico, solo por trabajo en frío, como la mayoría de aleaciones de esta serie.

Serie 2000

Aleaciones de aluminio serie 2000 consisten en ~0,7-6,8 % cobre y menores cantidades de silicio, manganeso, magnesio y otros. El cobre es el elemento principal. Aporta resistencia y dureza adicionales, mejorando maquinabilidad. Mantienen alta resistencia en amplio rango de temperaturas.

Adecuadas para aplicaciones aeroespaciales y de aeronaves como aleaciones de alto rendimiento y alta resistencia. Sin embargo, el cobre reduce ductilidad y resistencia a la corrosión. Son tratables térmicamente. El endurecimiento por precipitación aumenta su resistencia. Durante el tratamiento térmico, la precipitación del intermetálico Al₂Cu aumenta la dureza.

Pueden ser difíciles de soldar por compuestos intermetálicos. Algunos grados no son aptos para soldadura por arco por susceptibilidad a agrietamiento en caliente y corrosión bajo tensión.

Aluminio 2011: aleación de libre mecanizado, excelentes propiedades de maquinabilidad (genera virutas pequeñas y acabado superficial liso), apto para torneado de alta velocidad. Aleación muy versátil, pero mala resistencia a la corrosión, necesita recubrimiento o anodizado. No recomendado para conformado y soldadura.

Aluminio 2024: ideal para aplicaciones de servicio pesado bajo tensión prolongada. Una de las aleaciones de alta resistencia más conocidas. Buena resistencia a fractura, tenacidad y bajo crecimiento de grietas. Requiere mitigación mediante revestimiento o anodizado para mejorar su mala resistencia a la corrosión.

Serie 3000

Manganeso como elemento principal, ~0,05-1,5 % de la aleación. El manganeso da mayor resistencia mecánica que el aluminio puro, mantenida en amplio rango de temperaturas. Características: buena resistencia a la corrosión, alta ductilidad y conformabilidad. No tratables térmicamente, aptas para soldadura. Endurecimiento por trabajo en frío.

Aluminio 3003: 1,5 % manganeso y 0,1 % cobre, grado más usado. Propiedades mecánicas exactas al 1100 con 20 % mayor resistencia a tracción. Puede brazarse, embutir profundamente, hilar y soldar.

Serie 4000

3,6-13,5 % silicio como elemento principal, con pequeñas cantidades de cobre y magnesio. El silicio baja el punto de fusión y mejora fluidez en estado fundido. Grados serie 4000 son opción adecuada como material de aporte para soldadura y brazing. Tratabilidad térmica de algunos grados depende de cantidades de cobre y magnesio. La adición de tales elementos da respuesta favorable al tratamiento térmico. Grados tratados térmicamente pueden preferirse para soldadura.

Serie 5000

0,5-5,5 % magnesio como elemento principal. No tratables térmicamente, endurecibles por trabajo en frío. Alta ductilidad en estado recocido y resistencia moderada. Soldables fácilmente y alta resistencia a la corrosión. Excelente resistencia alcalina. Algunos grados con 3,5 % magnesio no aptos para altas temperaturas, propensos a corrosión bajo tensión.

Aluminio 5005: usado en trabajo de chapa. Buena conformabilidad, fácil doblar, hilar, estirar, estampar, laminar. Resiste ambientes marinos y es resistente a la corrosión.

Aluminio 5083: contiene algo de manganeso y cromo. Resiste la mayoría de químicos industriales y agua de mar. Retiene alta resistencia tras soldadura.

Aluminio 5052: mejor resistencia a ambientes marinos que otros grados. Buenas cualidades de acabado, puede estirarse y conformarse en formas intrincadas por su excelente trabajabilidad. Mayor resistencia entre grados no tratables térmicamente.

Serie 6000

Silicio y magnesio como elementos principales. Presencia de silicio y magnesio ~0,2-1,8 % y 0,35-1,5 % respectivamente. Para aumentar límite elástico, pueden tratarse térmicamente. Alto contenido de silicio promueve endurecimiento por precipitación, que puede reducir ductilidad. Este efecto puede revertirse añadiendo cromo y manganeso, que deprimen la recristalización. Difíciles de soldar por sensibilidad a agrietamiento por solidificación, requieren técnicas adecuadas.

Aluminio 6061: más versátil entre aleaciones tratables térmicamente. Conocido como aleación "caballo de batalla". Características: excelente conformabilidad y resistencia a la corrosión (doblado, embutición profunda, estampado). Aptas para soldadura con cualquier método.

Aluminio 6063: aleación común para extrusión de aluminio. Alta resistencia a tracción y corrosión con excelentes cualidades de acabado. Produce superficies lisas tras conformar formas intrincadas, apto para anodizado. Buena soldabilidad y maquinabilidad media.

Aluminio 6262: aleación de libre mecanizado. Excelente resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión.

Serie 7000

0,8-8,2 % zinc como elemento principal. Aleaciones de mayor resistencia están en esta serie. Grados tratables térmicamente que necesitan envejecimiento para aumentar límite elástico. La presencia de zinc lleva a precipitación de MgZn₂ y Mg₃Zn₃Al₂, endureciendo la aleación. Características: alta resistencia a la corrosión, mejorable con cobre. Mala soldabilidad por susceptibilidad a agrietamiento por corrosión bajo tensión y agrietamiento en caliente.

Aluminio 7075: entre las mayores resistencias de grados de aluminio. Aleación de alto rendimiento, con mayor resistencia a tracción que 6061. Más duro y soporta períodos prolongados de tensión. Soldable por puntos o fusión.

Aluminio fundido (Cast Aluminum):

Como sugiere el nombre, se produce por proceso de fundición vertiendo aluminio fundido con cantidades específicas de elementos de aleación. Luego se moldea para formar la forma deseada.

Las aleaciones de aluminio fundido generalmente tienen menor resistencia a tracción que el forjado. Son susceptibles a agrietamiento y contracción. Sin embargo, son más rentables. El aluminio fundido puede tomar flexiblemente la forma de cavidades del molde, permitiendo moldear en amplia gama de formas.

Un código de cuatro dígitos con valor decimal identifica cada grado de aluminio fundido:

• El primer dígito indica el elemento de aleación principal.
• El segundo y tercer dígito son números arbitrarios, excepto en serie 1XX.X. En 1XX.X indican pureza del aluminio puro.
• El último dígito indica si la aleación es fundida o lingote: (".0") para fundido, (".1" o ".2") para lingote.

Tabla de series de aleaciones de aluminio fundido:

Serie	Elemento de aleación principal
1XX.X	99,00 % Aluminio
2XX.X	Cobre
3XX.X	Silicio con cobre o magnesio añadido
4XX.X	Silicio
5XX.X	Magnesio
7XX.X	Zinc
8XX.X	Estaño
9XX.X	Otros

Serie 1XX.X

Máxima cantidad de aluminio puro (mínimo 99,00 %). Alta conductividad eléctrica y térmica, buena fiabilidad, excelente resistencia a la corrosión y propiedades de acabado.

Serie 2XX.X

Cobre como elemento principal. Tratables térmicamente. Características: alta resistencia y baja fluidez. Baja resistencia a la corrosión y ductilidad. Susceptibles a agrietamiento en caliente.

Serie 3XX.X

Silicio como principal con pequeñas cantidades de magnesio y/o cobre. Tratables térmicamente. Características significativas: alta resistencia, buena resistencia al desgaste y agrietamiento. El cobre aumentado reduce resistencia a la corrosión. Ductilidad comparativamente baja.

Serie 4XX.X

Silicio como principal. Resistencia moderada. No tratables térmicamente, buena maquinabilidad por alta ductilidad. Características: buena resistencia al impacto, corrosión y propiedades de fundición.

Serie 5XX.X

Magnesio como principal. La presencia de magnesio las hace resistentes a la corrosión. No tratables térmicamente. Características: buena resistencia a la corrosión y aspecto muy atractivo cuando se anodizan. Resistencia moderada-alta, mecanizables y excelentes propiedades de fundición.

Serie 7XX.X

Zinc como principal. Grados tratables térmicamente. Características: alta resistencia, buena resistencia a la corrosión, buena estabilidad dimensional, buenas cualidades de acabado. Propiedades de fundición de esta aleación son pobres.

Serie 8XX.X

Estaño como principal. Aleaciones no tratables térmicamente. Características: buena maquinabilidad y resistencia al desgaste por bajo coeficiente de fricción. Resistencia mecánica comparativamente baja.

La serie 6XX.X no se usa en estos estándares.

Designación de temple de aleaciones de aluminio

El sistema de designación de temple indica la respuesta de una aleación a soldadura y otros procesos de fabricación. Relacionado con procesos de endurecimiento y fortalecimiento que la aleación ha sufrido. Usado tanto para aleaciones forjadas como fundidas.

Comprende una letra mayúscula seguida de un número de dos dígitos para aleaciones endurecidas por deformación y tratadas térmicamente. Separado de la designación numérica de la aleación por un guion (ej., 5052-H32).

El primer carácter indica el tratamiento principal que la aleación ha sufrido:

Letra	Tratamiento
F	Aleaciones tal como fabricadas, sin tratamiento
O	Recocido
H	Endurecido por deformación o trabajo en frío
W	Tratado en solución
T	Tratado térmicamente

El primer y segundo dígito indican la operación tras endurecimiento por deformación y el grado de endurecimiento respectivamente (para aleaciones endurecidas por deformación). El primer dígito indica la condición de tratamiento térmico para aleaciones tratadas térmicamente.

¿Cuáles son los usos o aplicaciones del aluminio?

Grados de aluminio forjado:

Aluminio 1100: remaches, piezas embutidas (ollas, fregaderos), vagones cisterna, reflectores. Usado en existencias, intercambiadores de calor y disipadores por alta conductividad térmica. Adecuado para aplicaciones eléctricas.

Aluminio 2011: fabricación de piezas de máquinas y automóviles, sujetadores, armas, municiones, accesorios de tubería, piezas de atomizador. También para productos de tornos automáticos.

Aluminio 2024: grado más adecuado para aplicaciones aeroespaciales y de aeronaves. Amplio uso en equipos marinos, miembros de tensión de alas, tornillos, piezas de válvulas hidráulicas, ejes, acoplamientos, tuercas, engranajes, pistones.

Aluminio 3003: producción de intercambiadores de calor, vasijas a presión, tanques de almacenamiento y combustible. Utensilios de manipulación de alimentos: ollas, bandejas de cubitos, sartenes, paneles de refrigerador. Productos de construcción: techos, revestimientos, puertas de garaje, paneles aislantes, canalones, bajantes.

Aluminio 5005: excelente material de construcción para revestimientos, techos, muebles y conductor eléctrico. Equipos de manipulación química y alimentaria, HVAC, vasijas, tanques, láminas de alta resistencia. Por su superficie brillante, útil en aplicaciones decorativas.

Aluminio 5083: vagones de ferrocarril, vasijas a presión, plataformas de perforación, construcción naval, vehículos.

Aluminio 5052: aplicaciones dúctiles como equipos de procesamiento de alimentos, utensilios de cocina, intercambiadores de calor, tanques de almacenamiento químico. También paneles de camión, paneles de suelo, remaches, alambres, placas antideslizantes, contenedores.

Aluminio 6061: conformable en tubos, vigas y ángulos con esquinas redondeadas. Accesorios de tanque, camiones, vagones, componentes marinos, tuberías, muebles.

Aluminio 6063: extensamente usado en aplicaciones arquitectónicas: barandillas, muebles, marcos de ventanas, puertas, marcos de señalización. También conformable en tubos, ángulos, vigas y canales.

Aluminio 6262: productos de tornos automáticos, pasadores de bisagra, accesorios marinos, accesorios de tubería, pomos, tuercas, acoplamientos, válvulas, herrajes decorativos.

Aluminio 7075: preferido en aeroespacial y aeronaves por alta resistencia. También para piezas de motor, moldes, equipamiento deportivo de competición, herramientas industriales.

¿Cuáles son las diferentes formas de aluminio?

#1. Alambres

Producidos procesando lingotes de aluminio a través de una matriz que comprime el diámetro mientras aumenta la longitud. Buena conductividad eléctrica y alta relación resistencia-peso, alternativa al cobre en aplicaciones eléctricas. Pero pueden oxidarse fácilmente. Sin medidas para prevenir oxidación, puede deteriorar cableado y causar riesgo de incendio.

#2. Láminas (Foils)

Fabricadas con chapas de aluminio. Proceso de aplanado con laminador que reduce espesor. Rango de espesor: 0,2 mm a 6 micras. Maleables, flexibles, fáciles de doblar y envolver. Usadas como material de embalaje y blindaje electromagnético, entre otras aplicaciones industriales.

#3. Chapas (Sheets)

Producidas aplicando laminado a alta presión sobre losas de aluminio varias veces hasta que son más delgadas y planas. Espesor inferior a 0,249 pulgadas. Forma más usada de productos de aluminio. Aplicaciones: latas, materiales de embalaje, piezas de camión y automóvil, utensilios de cocina, piezas de construcción como techos, revestimientos, canalones.

#4. Planchas (Plates)

Fabricadas como chapas, pero espesor superior a 0,250 pulgadas. Más usadas en aplicaciones de servicio pesado. Aplicaciones: transporte, aeroespacial, aeronáutico, marino, militar. También para fabricar tanques de almacenamiento y combustible.

#5. Barras, tubos y tuberías

Componentes extremadamente importantes fabricados con aluminio. Producidos por extrusión: un lingote de aluminio pasa por la abertura de una matriz mediante fuerza compresiva. La matriz transforma la forma del lingote al pasar. La extrusión es flexible y produce variedad de piezas con diferentes secciones transversales: redondas, rectangulares, cuadradas, hexagonales, así como tubos y tuberías huecas. También piezas con formas complejas y sección transversal constante. Usados extensamente en industrias: estructural, aeronáutica, automotriz, transporte marino, aeroespacial, componentes HVAC.

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Referencias [Enlaces externos]:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium
• https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_alloy