Aleaciones de Aluminio Tratables Térmicamente: Tipos, Propiedades y Aplicaciones

Aleaciones de Aluminio Forjadas Tratables

1. Aluminio-Magnesio-Silicio (6000)

Al tener menos aleantes, presenta un pico de endurecimiento en T6, similar al de la serie 2000 en T4. El Mg y el Si forman Mg₂Si (fase β, que aumenta la dureza), la cual es incoherente con la matriz. Relación %Mg/Si = 1,73.

Características

Propiedades mecánicas medias, buena forjabilidad, soldabilidad y comportamiento frente a la corrosión. Al tener pocos aleantes, la capa de alúmina perdura y protege, facilitando el anodizado.

• Exceso de Mg: mejora poco las propiedades mecánicas y puede reducir la solubilidad del Mg₂Si.
• Exceso de Si: eleva la resistencia y el límite elástico, pero empeora la tenacidad y la corrosión, y genera inclusiones muy frágiles.
• Cobre: para Cu ≥ 0,5 % empeora la corrosión; si Cu < 0,5 %, endurece la aleación por solución sólida (SS).
• A mayor contenido de Mg₂Si, menor capacidad de extrusión, ya que dificulta la deformación plástica.

Aplicaciones

1. Menor resistencia y fácil extrusión: arquitectura y mobiliario.
2. Resistencia media: aeroespacial.
3. Alta resistencia: aeroespacial.

2. Aluminio-Cobre y Aluminio-Cobre-Magnesio (2000)

Características

Propiedades mecánicas muy elevadas, solo superadas por la serie 7000. Con maduración natural (T3/T4) presentan crecimiento de grietas y mala resistencia a la corrosión (picaduras y exfoliación). Se comportan bien a altas temperaturas y se utiliza para el intradós por su buena resistencia a compresión.

Acción de los aleantes sobre la velocidad crítica de enfriamiento durante la solubilización

1. Pocos aleantes: la velocidad crítica es lenta, lo que permite dar una solubilización calentando directamente durante la forja, seguida de enfriamiento y maduración.
2. Muchos aleantes: la velocidad crítica es más rápida; si el enfriamiento es lento, los aleantes precipitan indeseablemente. Habrá que forjar, solubilizar y madurar por separado.

Efecto de los aleantes

• Cu: aumenta la dureza y disminuye la resistencia a la corrosión.
• Mg: aumenta la precipitación, la descomposición de la solución sólida sobresaturada (SSS) y la maduración natural; disminuye la forjabilidad y la soldabilidad.
• Mn: forma dispersoides, es antirrecristalizante y aumenta la resistencia máxima.
• Ni: mejora el comportamiento mecánico a altas temperaturas y disminuye el coeficiente de dilatación.
• Zn: mejora el comportamiento frente a la corrosión.
• Fe y Si: forman fases intermetálicas.

Estados de tratamiento

2024-T4: la temperatura de servicio es la ambiente; si se aumenta, comienza la maduración artificial.
2024-T6: la temperatura máxima de servicio es 191 ºC; si se calienta por encima, pasa a sobremaduración (T7), lo que reduce la resistencia mecánica.

3. Aluminio-Zinc-Magnesio y Aluminio-Zinc-Magnesio-Cobre (7000)

El sistema Al-Zn-Mg no se utiliza en aeroespacial; el Al-Zn-Mg-Cu sí. Ambos endurecen por maduración natural y artificial, pero presentan mala resistencia a la corrosión.

Efecto de los aleantes

• Mn, Cr y Zr: forman dispersoides, son antirrecristalizantes y anclan los bordes de grano (BG) para evitar su crecimiento durante los tratamientos térmicos, aumentando la resistencia mecánica.
• Cu: mejora la resistencia a la corrosión bajo tensiones, disminuye la diferencia de electronegatividad entre la matriz y los precipitados, y, al favorecer la discontinuidad en la laminación, impide el camino continuo de corrosión.

4. Aluminio-Litio

Acción del litio

Es un metal ligero que disminuye la densidad (ρ) y aumenta el módulo de elasticidad.

Sistemas de aleación

• a) Al-Li: estructura de precipitación por tratamiento térmico. δ': forma esférica, cizallable. δ: forma de placa, semicoherente o incoherente, con nucleación heterogénea; genera muchos problemas de anisotropía y ablandamiento.
• b) Al-Li-Mg: el Mg reduce la densidad, endurece por solución sólida y disminuye la solubilidad del Li, habiendo más precipitación de δ'.
• c) Al-Cu-Li: depende de la temperatura de maduración y de la relación Cu/Li.
• d) Al-Cu-Mg-Li: interesa que el Li esté lo más acompañado posible.

Problemas de procesamiento

• Colada: el Li complica el proceso, ya que difunde de forma muy rápida y se volatiliza.
• Tratamiento térmico: existen mayores tensiones residuales debido a la mayor temperatura de solubilización y a su menor conductividad térmica. Se aplica el tratamiento T8 para eliminar las tensiones creadas durante la solubilización.
• Pérdida de Li en superficie: el Li tiende a migrar a la superficie y reaccionar con el O₂, generando zonas bajas en Li. Esto disminuye el comportamiento a fatiga; conviene eliminar la capa superficial deteriorada o utilizar temperaturas y tiempos menores.
• El precipitado tiene estructura FCC, como la matriz de Al, lo que permite mantener la coherencia red-red y aporta endurecimiento.

Conceptos clave

Temperatura máxima de servicio: máxima temperatura a la cual no se modifican ni las propiedades mecánicas ni la microestructura.