empleo de nuevos materiales para las aplicaciones

ESTUDIO DEL EMPLEO DE
NUEVOS MATERIALES PARA LAS
APLICACIONES TRADICIONALES
DE LOS FABRICADOS
METÁLICOS
Mayo 2009
Este Estudio se enmarca dentro del II Plan de Competitividad de la Empresa
Valenciana del Sector Metal, promovido por el IMPIVA y con la cofinanciación
financiación del
Programa Operativo FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional)
PROMOVIDO POR:
COFINANCIADO POR:
POR
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Índice
1. INTRODUCCIÓN
2. SECTORES PRODUCTIVOS EN LA COMUNIDAD VALENCIANA
2.1. PRIMERA TRANSFORMACIÓN Y SEMIPRODUCTOS
2.2. MAQUINARIA Y BIENES EQUIPO
2.3. CARPINTERIA METÁLICA
2.4. MOLDE, MATRICERÍA, ESTAMPACIÓN Y FUNDICIÓN
2.5. COMPONENTES ELÉCTRICOS/ELECTRÓNICOS
2.6. ELEMENTOS DE ILUMINACIÓN
2.7. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
2.8. INDUSTRIA AUXILIAR
AR MECÁNICA
2.9. ARTE EN METAL
2.10.
COMPONENTES AUTOMOCIÓN
2.11.
OTROS PRODUCTOS METÁLICOS
3. ALTERNATIVAS A LOS MATERIALES UTILIZADOS ACTUALMENTE
3.1. ACEROS AVANZADOS DE ALTA RESISTENCIA (AHSS)
3.1.1. Definición y Clasificación de los AHSS
3.1.2. Metalurgia de los AHSS
3.1.2.1. Aceros Fase Dual (DP)
(DP
3.1.2.2. Aceros con Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP)
3.1.2.3. Aceros de Fase Compleja (CP)
3.1.2.4. Aceros Martensíticos (MS)
3.1.2.5. Aceros Ferrítico-Bainítico
Ferrítico
(FB)
3.1.2.6. Aceros con Plasticidad Inducida por Unión (TWIP)
3.1.2.7. Aceros Formados en Caliente (HF)
3.1.2.8. Aceros Tratables Térmicamente Pos-formado (PFHT)
3.1.3. Aplicaciones de los AHSS
3.1.4. Evolución de los AHSS
3.2. MAGNESIO Y ALEACIONES DE MAGNESIO
3.2.1. Características del Magnesio
3.2.2. Identificación de las Aleaciones de Magnesio
3.2.3. Elementos de Aleación
3.2.4. Aleaciones de Magnesio Fundidas
3.2.5. Aleaciones de Magnesio
M
Forjadas
3.2.6. Aplicaciones del Magnesio y Aleaciones de Magnesio
3.2.7. Investigación y Desarrollo del Magnesio y sus Aleaciones
3.3. TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIO
3.3.1. Historia
3.3.2. Características Generales y Propiedades Físicas
3.3.3. Aleaciones y Diagramas de Fase
3.3.4. Desarrollo Microestructural
3.3.5. Propiedades Mecánicas
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3.3.6. Propiedades químicas y comportamiento a corrosión
3.3.7. Selección de las Aleaciones de Titanio y Aspectos de Diseño
3.3.8. Aplicaciones
3.4. ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO
3.4.1. Características del Aluminio
3.4.2. Sistemas de Designación de Aleaciones y Tratamientos Térmicos
3.4.2.1. Aleaciones de Aluminio Forjadas
3.4.2.2. Aleaciones de Aluminio Fundidas
3.4.2.3. Tratamientos Térmicos
3.4.3. Propiedades Mecánicas para Aleaciones de Aluminio Forjadas y Fundidas
3.4.4. Desarrollo de las Aleaciones y Procesos de Fabricación para el Aluminio
Al
3.4.4.1. Aleaciones de Aluminio-Litio
Aluminio
3.4.4.2. Nuevas Aleaciones de Aluminio para la Automoción
3.4.4.3. Espumas de Aluminio
3.4.4.4. Compuestos de Matriz Metálica base Aluminio
3.4.4.5. Soldadura por Fricción (Friction
(
Stir Welding, FSW)
3.5. NÍQUEL Y ALEACIONES DE NÍQUEL
3.5.1. Propiedades del Níquel y Aleaciones de Níquel
3.5.2. Aplicaciones y Características del Níquel y Aleaciones de Níquel
4. CONCLUSIONES
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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EMPLEO
LEO DE NUEVOS MATERIALES PARA LAS APLICACIONES TRADICIONALES DE LOS
FABRICADOS METÁLICOS
1. INTRODUCCIÓN
En la actualidad las empresas se encuentran enfrentadas a profundos cambios ocasionados por
la tecnología, la competencia global y nuevas formas de operar. El sector Metalmecánico de la
Comunidad Valenciana, no es ajeno a estos cambios, además por tener una amplia relevancia
debe
ebe potenciar los avances tecnológicos que permitan
permit n desarrollar una infraestructura de indusindu
trias duras que respondan a los requerimientos del desarrollo productivo sectorial.
En los últimos años, el equipamiento y la organización de los procesos industriales
industria
del sector
metalmecánico han sufrido una profunda reestructuración. En ese nuevo entorno de la demanda
se constata la necesidad de estar en permanente contacto con el mercado, para atender rápiráp
damente a las nuevas tendencias y producir una gran diversidad
diversidad de productos en series pequepequ
ñas o medianas, con flexibilidad, calidad y productividad.
Hasta hace aproximadamente 50 años, los únicos materiales utilizados en aplicaciones de ingeing
niería o estructurales eran los metales, sin embargo, la creciente demanda
demanda de materiales con
propiedades cada vez más específicas, como resistencia química en ambientes altamente agreagr
sivos, la resistencia a alta temperatura, la resistencia al desgaste y el bajo peso, motivó la apliapl
cación y el desarrollo de nuevos materiales con mejores prestaciones mecánicas. Por todo esto,
constantemente se buscan alternativas para mejorar a los materiales tradicionales o reemplazarreemplaza
los con nuevas materias primas y superar de la mejor forma posible sus desventajas.
Entre esos
sos materiales se tienen las aleaciones superplásticas, los nuevos aceros refractarios e
inoxidables, las aleaciones con memoria de forma, las aleaciones para pulvimetalurgia, las aleaale
ciones magnéticas y con propiedades eléctricas especiales, los nanoestructurados
nanoestructurados y los vidrios
metálicos, con propiedades magnéticas muy particulares, las aleaciones ligeras con buena relarel
ción resistencia/peso, etc.
Para dar una idea de las tendencias en desarrollo e investigación en materiales metálicos, se
presentan los campos
os señalados por el programa de materiales metálicos Euram de la ComuniComun
dad Económica Europea (CEE).
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mejoramiento de las aleaciones de aluminio clásicas y desarrollo de otras nuevas para uso
en la industria del transporte, en donde la relación de propiedades
propiedades mecánicas a peso especíespec
fico es muy importante.
Desarrollo de nuevas aleaciones de aluminio, magnesio y titanio mediante técnicas de pulpu
vimetalurgia.
Desarrollo de aleaciones livianas superplásticas.
Desarrollo de aleaciones de aluminio y de magnesio utilizando
utilizando técnicas de solidificación
rápida en atmósfera inerte y técnicas de vaciado, como la llamada "rheocasting".
Simplificación de métodos de obtención de aleaciones de titanio.
Desarrollo de nuevas aleaciones de magnesio con resistencias mejoradas, tanto
ta
mecánicas
como químicas, y que se adapten a las técnicas de vaciado modernas (thixoc
ixocasting).
Obtención de nuevos materiales para contactos eléctricos y electrónicos para sustituir a los
usados actualmente, como la plata, el platino y el oro.
Desarrollo de nuevas tecnologías para el tratamiento de superficies de los materiales para
maquinaria y herramientas de corte, aleaciones de magnesio y acero y contactos eléctricos,
para protegerlos de la erosión provocada por el fenómeno del arco eléctrico
Creación
n de materiales metálicos magnéticos de alto rendimiento y poco costosos.
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Desarrollo de técnicas para colado de componentes de paredes delgadas.
De esta manera es necesario conocer de primera mano cuales son los materiales utilizados en
la actualidad para
a la fabricación de piezas y cuáles son las posibles alternativas de materiales
avanzados de fabricación teniendo en cuenta los progresos en investigación, desarrollo e innoinn
vación.
2. SECTORES PRODUCTIVOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN LA COMUNIDAD VALENCIANA
Teniendo
iendo en cuenta el ‘Estudio Tecnológico del Sector del Metal’ de la Comunidad Valenciana
realizado por FEMEVAL (Federación Empresarial Metalúrgica Valenciana) y AIMME (Asociación
de Investigación de la rama Metalmecánica, afines y conexas), se han identificado
identifi
las actividades que se encuentran en el sector metalmecánico de la comunidad valenciana y son las sis
guientes: a) primera transformación y semiproductos, b) maquinaria y bienes equipo, c) carpincarpi
tería metálica, d) molde, matricería, estampación y fundición,
fundición, e) componentes eléctrieléctr
cos/electrónicos, f) elementos de iluminación, g) tratamientos superficiales, h) industria auxiliar
metalmecánica, i) arte en metal, j) componentes de automoción y k) otros productos metálicos,
donde se utilizan diversas materias primas para la obtención de sus productos. A continuación
enumeramos las actividades y resaltamos las materias primas utilizadas.
2.1. PRIMERA TRANSFORMACIÓN Y SEMIPRODUCTOS
La actividad industrial que desarrolla esta industria engloba a los procesos de transformación
transf
del
material metálico como materia prima en semiproductos a usar por otras actividades de fabricafabric
ción. Como principales procesos podemos distinguir: procesos de laminación, procesos de exe
trusión, procesos de conformado en caliente, procesos de fundición.
fun
Las actividades relacionadas con los procesos mencionados anteriormente y que podríamos
especificar son las siguientes:
•
•
•
•
•
•
•
Fabricación de productos básicos de hierro, acero y ferroaleaciones
Tubos de hierro, acero y accesorios
Estirado en frío
Laminado en frío
Producción de perfiles en frío por conformación con plegado
Trefilado en frío
Producción y primera transformación de metales preciosos y de otros metales no férreos:
metales preciosos, aluminio, plomo, zinc, estaño, cobre y otros metales no
no férreos (incluyen(incluye
do recuperación)
Como materias primas encontramos metales férreos y no férreos, de los que podemos destacar:
acero, zamak, aluminio y latón.
Como productos y mercados se identificaron los siguientes:
•
•
•
•
•
Automoción.
Grifería, sanitarios, auxiliares,
iliares, etc.
Iluminación.
Construcción.
Joyería y bisutería.
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Este sector se encuentra acusado por el aumento de los costes de materia prima a nivel global,
repercutiendo en la estructura de su negocio. Además se están popularizando otros materiales
para los
os productos que fabrican, tales como: aleaciones de metales ligeros (Titanio y Magnesio),
materiales poliméricos, materiales pulvimetalúrgicos, etc. La variedad de tipos de materiales y
las crecientes exigencias en calidad de los semiproductos hace que este
este sector esté en continua
evolución. Ante los cada vez mayores consumos de materiales y su constante diversificación, el
segmento ha de plantearse un aumento de la flexibilidad de sus procesos productivos, así como
del incremento de la productividad de los
lo mismos.
2.2. MAQUINARIA Y BIENES EQUIPO
Este sector comprende aquellas empresas que realizan actividades relacionadas con el diseño,
fabricación y montaje de maquinaria, equipos y subconjuntos metalmecánicos, eléctricos y
electrónicos de utilización industrial.
industrial. Los procesos comunes a estas actividades son los de desades
rrollo y montaje, siendo complementarios los de fabricación.
La principal materia prima utilizada en el sector es el acero y otros materiales ferrosos y aleacioaleaci
nes, aunque cada vez más nos encontramos
encontramos con plásticos y sus derivados que componen la
estructura de la máquina. Así mismo se utilizan una gran variedad de elementos y componentes
eléctrico – electrónicos, así como mecánicos utilizados para diseñar y fabricar la parte de control
y los accionamientos
mientos de las máquinas y equipos industriales.
Como productos y mercados se identificaron los siguientes:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Piezas y subconjuntos mecánicos.
Maquinaria para agroalimentación y hostelería.
Equipos de elevación y transporte.
Maquinaria para la industria cerámica.
Maquinaria para la manipulación de papel, cartón, envase y embalaje.
Equipos de calor, refrigeración e hidráulicos.
Maquinaria para trabajar el metal.
Maquinaria para trabajar la madera.
Maquinaria para la industria de la piel, cuero y calzado.
Maquinaria
aquinaria para la construcción.
Maquinaria para industria textil y de confección.
Maquinaria para caucho y plástico.
2.3. CARPINTERÍA METÁLICA
Esta agrupación de empresas se estructura alrededor de operaciones básicas de corte, taladrataladr
do y ensamblado de perfiles
les y chapas férricas y alumínicas. La materia prima férrica viene en
forma de perfiles conformados en geometrías estándar (tubos, cuadrados, H, U, T, L) y chapa
lisa o corrugada. En cuanto al aluminio, se procesa a partir de chapa lisa o corrugada y perfiles
perfi
extruidos. Las operaciones básicas son:
•
•
•
•
•
Corte (cizallado, corte por sierra, láser, oxicorte).
Taladrado.
Conformado (curvados, doblados).
Ensamblado (unión doblada, remachado, atornillado, soldadura).
Acabado (normalmente pintado).
Diferentes tendenciass tecnológicas se pueden incluir en este sector:
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•
•
•
Aumento de presencia de aluminio en todos los fabricados (salvo en el caso de estructuras
metálicas).
Materiales alternativos como plásticos y polímeros compuestos para el sector de la conscon
trucción.
Perfiles con rotura térmica, mecanismos oscilo – batientes en construcción, presencia de
elementos eléctricos, etc.
2.4. MOLDE, MATRICERÍA, ESTAMPACIÓN Y FUNDICIÓN
Este sector comprende las actividades de fabricación del útil (moldes y matrices) junto con las
de producción. Los moldes y matrices fundamentalmente se mecanizan por procesos de fresafres
do, torneado, rectificado y para ciertos detalles se utilizan procesos de electroerosión. Los molmo
des y matrices se fabrican generalmente se fabrican de acero (aceros para trabajo en frío y aceac
ros para trabajo en caliente). Por lo general, para aumentar las propiedades mecánicas del mam
terial y adecuarlo a las condiciones que exige el proceso de transformación, se suelen templar y
a veces nitrurar. Los procesos de fabricación (fundición inyectada y estampación) se realizan
sobre materiales como chapa metálica, chapa galvanizada, aluminio, zamak, latón, bronce y
otras aleaciones no férricas.
Se consideran dentro del sector de moldes y matrices aquellas empresas que fabrican el utillaje
para los siguientes sectores:
•
•
•
•
•
Inyección de plástico.
Inyección de metales.
Estampación.
Embutición.
Forja.
Este sector está observando el aumento en las materias primas y por eso la tendencia a mejorar
este factor, desarrollando materiales con mejores
mejores propiedades tribológicas. Además se están
desarrollando los procesos de estampación sin matriz.
2.5. COMPONENTES ELÉCTRICOS/ELECTRÓNICOS
Este es un segmento muy variado, articulado alrededor de dos factores: capacidad de desarrollo
de producto y funcionamiento
ento vinculado a la disciplina de la ingeniería eléctrica/electrónica. El
subsector es un tradicional proveedor de los fabricantes de maquinaria y equipo electrónico final,
así como de las actividades de servicio industrial (automatización, reparación y mantenimiento).
ma
El en campo del equipamiento eléctrico, el mercado de la distribución eléctrica es también conco
siderable. Sus productos pertenecen al terreno de los componentes eléctricos, como motores,
transformadores, componentes de sonorización y comunicación,
comunicación, componentes de automatizaautomatiz
ción, etc.
2.6. ELEMENTOS DE ILUMINACIÓN
Se consideran como empresas fabricantes de elementos de iluminación los fabricantes de lumilum
narias aunque también empresas que fabrican componentes para dicho producto. Los materiamateri
les mayoritariamente
ariamente utilizados siguen siendo las aleaciones no férricas (latón y zamak), aunque
el aluminio empieza a ser un elemento muy significativo en la luminaria de carácter moderno.
Otros materiales como aceros inoxidables y materiales no metálicos aparecen minoritariamente.
m
Los procesos de fabricación principales son de tipo seriado:
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•
•
•
Fundición inyectada.
Fundición en coquilla.
Forja.
Tratándose de un producto cuya funcionalidad es básica, las tendencias tecnológicas visibles
son variadas aunque concretas:
•
•
Presencia de nuevos materiales (plásticos y compuestos cerámicos).
Introducción de técnicas para mejorar los diseños y productos (CAD y fabricación rápida).
2.7. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
Este segmento agrupa todos los procesos que modifiquen el estado superficial de los materiales,
especialmente los metálicos. Entre los principales procesos podemos distinguir:
•
•
•
•
•
•
•
Procesos de tratamientos térmicos
Procesos de pretratamientos mecánicos (lijado, pulido, vibrado, granallado).
Procesos de anodizado
Procesos de conversión, pasivados y fosfatados.
Procesos de recubrimientos metálicos galvánicos.
Procesos de inmersión en caliente, galvanizados.
Procesos de recubrimientos orgánicos, pinturas y barnices.
Como materias primas podemos destacar:
•
•
•
•
•
Compuestos químicos.
Sales
es metálicas galvánicas.
Metales férreos y no férreos.
Pinturas y barnices.
Agua.
Gran parte de los movimientos tecnológicos detectados vienen marcados por los impactos mem
dioambientales ligados a los procesos productivos y a los ciclos de vida de los propios
propi productos
tratados. Entre estos medios tecnológicos están:
•
•
Materiales alternativos sustitutivos de los que producen un gran impacto medioambiental y
dominar los procesos vinculados (pinturas con base agua, eliminación de cianuros en baños,
sustitución del cromo, etc.).
Mayor flexibilidad de acabados (PVD, CDV, etc.).
2.8. INDUSTRIA AUXILIAR MECÁNICA
Aquí se agrupan las empresas que aplican procesos productivos mecánicos a elementos mecámec
nicos, sin tener ni decisiones ni responsabilidades de diseño sobre dichos
dichos elementos. Entre ese
tos procesos podemos considerar:
•
•
•
•
•
Mecanizado (fresado, torneado, roscado, etc.).
Conformado (doblado, punzonado, estampado).
Rectificados.
Soldadura.
Corte (cizallas, oxicorte, láser, etc.).
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Las principales materia primas son: acero, aluminio,
aluminio, zamak y latón en diferentes formas, bien
como preformas simples (chapa, tubo, cilindro y cuadrado), bien como componentes destinados
a productos finales.
2.9. ARTE EN METAL
Dentro de este sector, además de actividades de joyería, cabe considerar los herrajes
he
ornamentales y la forja artística. Los principales procesos de fabricación son los de estampación, forja y
fundición de metales (microfusión, fundición a presión y fundición por gravedad). Las principales
materia primas utilizadas dependen del tipo de producto que se fabrica. En el caso de la joyería,
la materia prima por excelencia es el oro, la plata y en menor medida el platino. Para el resto de
sectores los metales de partida son aleaciones de zinc, aleaciones de aluminio, cobre, latón.
•
•
•
•
•
Los productos
ctos y mercados considerados son:
Joyería y bisutería.
Herrajes decorativos
Grifería
Forjas artísticas.
Ciertos factores amenazan el sector, como lo son: el aumento en el coste de las materias primas
y de los costes energéticos. Sin embargo las tendencias tecnológicas hacen siempre que surjan
nuevas alternativas de mercado:
•
•
•
Nuevos materiales y recubrimientos (oros coloreados, titanios, rodio, platino, aceros quirúrquirú
gicos, nuevas aleaciones).
Aplicación de CAD.
Aplicación de soluciones de bajo coste en prototipado rápido y fabricación rápida.
2.10.
COMPONENTES DE AUTOMOCIÓN
En este sector los procesos son muy variados, aunque están condicionados por las necesidades
de elevada producción, por lo que son mayoritariamente procesos de conformado metálico:
•
•
•
Estampación
ción y embutición.
Sinterizado.
Doblado y perfilado.
Las materias primas principales están en continua evolución y son relativamente variadas: aceac
ro, aluminio, compuestos, ABS, etc. Sin embargo, en la comunidad valenciana predominan los
aceros (actualmente los aceros de alto límite elástico) en perfil o chapa.
2.11.
OTROS PRODUCTOS METÁLICOS
Este segmento acumula gran variedad de transformados metálicos orientados tanto al mercado
industrial como al de consumo.
•
•
•
•
•
Señalización Vial.
quirúrgicos de precisión, óptica y relojería.
Instrumentos médico – quirúrgicos,
Fabricación de pernos, tornillos, cadenas y muelles.
Mobiliario metálico, esqueletaje, varillaje.
Cables, eslingas, soportes y otros elementos de sujeción.
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•
•
•
•
•
•
•
Artículos de ferretería y cerrajería.
Artículos de cocina y menaje.
mena Accesorios de baño.
Herramientas, útiles agrícolas.
Instrumentos musicales, adornos, trofeos, marroquinería.
Artículos deportivos.
Recipientes y envases metálicos.
Otros aparatos domésticos no eléctricos.
3. ALTERNATIVAS A LOS MATERIALES UTILIZADOS ACTUALMENTE
3.1. ACEROS AVANZADOS DE ALTA RESISTENCIA (AHSS)
Los aceros modernos de elevada resistencia, surgen por el proceso de evolución al que se ha
visto sometido la industria del acero en cuanto a la necesidad de abaratar las materias primas
que se utilizan
an en gran parte de los procesos de fabricación. Hasta principios del siglo XX, las
necesidades de conseguir aceros de mayor resistencia sin variar su composición, y en concreto
su contenido en carbono, se solventaban utilizando diseños con mayores secciones
seccion de material.
Desde entonces, los criterios económicos más racionales, y hoy en día más especialmente, el
cumplimiento de los nuevos requisitos de cara al medio ambiente, han promovido el desarrollo
de aceros con mejores propiedades mecánicas (resistencia,
(resistencia, ductilidad, tenacidad, etc.), con
menores espesores y cantidad de material. Estos cambios repercuten de cara a los aceristas en
cuanto al ahorro de energía consumida (en kilovatios por tonelada producida), y de cara al usuausu
rio también se supone un ahorro
ahorr en el peso de las estructuras construidas.
Por una parte, en la actualidad existe un mayor abanico de materiales alternativos a los que el
acero debe superar para evitar su reemplazo y por otra parte, los nuevos requisitos en cuanto a
prestaciones, seguridad
ridad y consumos han llevado al desarrollo de los nuevos aceros. Se puede
considerar un caso concreto, el del sector del automóvil; uno de los mayores consumidores de
acero, con la introducción de los resultados de los Conceptos Avanzados en Aceros Ultraligeros
Ultrali
para las Carrocerías de Vehículos (ULSAB-AVC,
(ULSAB AVC, por sus siglas en Inglés) en el año del 2002, se
hizo presente el conocimiento sobre los Aceros Avanzados de Alta Resistencia (Advanced High
Strength Steels, AHSS por sus siglas en Inglés), de tal forma que
que hoy en día la industria cuenta
con los materiales de alta tecnología que requiere. Estos materiales proporcionan una combinacombin
ción de características como son la resistencia, facilidad en el formado, facilidad en los procesos
de soldado, de durabilidad y de dureza al esfuerzo, características que permiten el diseño y la
manufactura de estructuras para vehículos más eficientes y con efectividad en los costos.
3.1.1. Definición y Clasificación de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia
Una forma de clasificarlos es por su designación metalúrgica, que incluyen los aceros de baja
resistencia (aceros sin intersticios y los aceros dulces), los aceros de alta resistencia (HSS) conco
vencionales (aceros al carbono-manganeso,
carbono manganeso, aceros endurecidos al horno, aceros sin intersticios
intersti
de alta resistencia y aceros de alta resistencia, baja aleación de acero) y los nuevos tipos de
AHSS (aceros de doble fase, aceros de plasticidad inducida por transformación, aceros de comco
pleja fase y aceros martensíticos). Adicional, los aceros de alta
alta resistencia para el mercado aua
tomotriz incluyen los aceros ferrítico-bainítico
ferrítico
(FB steels),
), aceros de plasticidad inducida por
unión (TWIP steels),
), nanoaceros, aceros formados en caliente (HF
(
steels)) y aceros tratados
térmicamente después del formado (PFHT
(
steels).
). Otra forma de clasificarlos es por la resistenresiste
cia del acero. La industria del acero en forma global, recomendó un sistema de clasificación que
defina el límite elástico (YS, pos sus siglas en Inglés) y la resistencia máxima a la tensión (UTS,
por sus siglas en Inglés) para todos los grados del acero. Bajo esta nomenclatura, los aceros
son identificados como “XX aaa/bbb,” donde:
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XX = Tipo de acero
aaa = Límite Elástico (Yield Strength) Mínimo en MPa
bbb = Resistencia Última a la Tensión (Ultimate
(Ultimate Tensile Strength) Mínima en MPa.
Por ejemplo, en este sistema de clasificación, DP 500/800 se refiere a acero de fase doble con
un YS mínimo de 500 MPa y un UTS mínimo de 800 Mpa. Versiones abreviadas de este sistema
se enfocan en la resistencia última a tensión – DP 800, por ejemplo. La Tabla 1 muestra las propr
piedades mecánicas típicas que ilustran el amplio rango de grados de los AHSS que pueden
estar disponibles en el mercado hoy en día. Un tercer método de clasificación presenta varias
propiedades mecánicas
ecánicas o parámetros de conformado de los parámetros de los diferentes aceac
ros, tales como el alargamiento total, el exponente de endurecimiento por trabajo n o la capacidad de expansión por perforado. Como ejemplo, la Figura 3 compara el alargamiento total
tota (propiedad del acero relacionada con la formabilidad) para distintos tipos de acero. Figura 8a muesmue
tra los aceros con menor resistencia en gris oscuro y los aceros HSS (High
(High Strength Steels)
Steels en
gris claro. Algunos de los aceros AHSS (Advanced
(
High Strength Steels)) se muestran en color.
La figura 3b muestra algunos de los nuevos aceros avanzados de alta resistencia para el merme
cado automotriz. Las figuras 3a y 3b ilustran la comparación relativa de los diferentes grados de
acero (no se especifican los rangos
rango de las propiedades de cada tipo).
(a)
(b)
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Figura 3. a) Esquema de los aceros AHSS (que se muestra en color) en comparación con los
aceros de baja resistencia (gris oscuro) y los HSS (gris claro), b) Esquema
squema de los nuevos aceac
ros de alta resistencia con características químicas únicas,
únicas procesamiento y microestructura
para obtener más propiedades específicas y mejores características de conformado.
conformado
La diferencia principal entre los aceros HSS y los AHSS es su microestructura. Los aceros HSS
son aceros ferríticos de fase única. Los aceros AHSS son principalmente aceros multi-fase,
multi
contienen ferrita, martensita, bainita y/o austenita retenida en cantidades suficientes para producir
propiedades mecánicas únicas. Algunos tipos de AHSS tienen una gran capacidad
capac
de endurecimiento por deformación lo que conlleva a un balance resistencia – ductilidad superior a los
aceros convencionales. Otros tipos tiene un límite elástico y una resistencia a la tracción ultraultra
altos y muestran un comportamiento de endurecimiento
endurecimien por recocido (bake
bake hardening).
hardening
Es importante señalar que los diferentes criterios de especificación han sido adoptados por difedif
rentes empresas automotrices en todo el mundo y que las empresas siderúrgicas tienen diferendifere
tes capacidades de producción y disponibilidad
disponibilidad comercial. Por lo tanto, las propiedades mecánimecán
cas típicas que se muestran en la tabla 1 simplemente ilustran la amplia gama de grado de
AHSS que pueden estar disponibles. Es imperativo para comunicarse directamente con cada
una de las empresass de acero y determinar la disponibilidad específica de cada grado, los
parámetros asociados y propiedades, tales como:
•
•
•
•
Propiedades mecánicas y rangos.
Espesores y anchuras.
Laminados en caliente, laminados en frío y recubrimiento.
Especificación de la composición
posición química.
Tabla 1. Ejemplos de Propiedades de los grados de Aceros del ULSAB-AVC.
AVC.
•
•
YS (Límite Elástico) y UTS (Resistencia Última a la Tracción) son los valores mínimos.
Tot. EL (Elongación Total), es un valor típico para un amplio rango de espesores y longitudes calibradas.
3.1.2. Metalurgia de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia
La metalurgia fundamental de los aceros de baja y alta resistencia es bien concebida por los
fabricantes y usuarios de aceros. La metalurgia y la transformación de los grados AHSS son
algo diferente en comparación con los aceros convencionales, por eso se describe aquí para
proporcionar un punto de referencia y comprender como evolucionan sus propiedades mecánimecán
cas a partir de su singular transformación y estructura. Todos los aceros AHSS se producen
mediante el control de la velocidad de enfriamiento de la austenita o austenita más ferrita, ya sea
en la mesa en la laminación en caliente (para productos laminados en caliente) o en la sección
de enfriamiento de los hornos
os de recocido continuo (productos de recocido continuo o recubierrecubie
tos por inmersión en caliente).
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3.1.2.1. Aceros Fase Dual (DP)
El acero DP consiste en una matriz ferrítica que contiene una segunda fase (martens
martensita dura) en
forma de islas. El aumento de la fracción
fracción volumétrica de la segunda fase generalmente aumenta
la resistencia. Estos aceros se
s obtienen por el enfriamiento controlado de la fase austenita (en
(
productos laminados en caliente) o de las dos fases,
fases austenita y ferrita (para
para productos laminalamin
dos en frío con recocido continuo
continu y recubiertos por inmersión en caliente), para transformar algo
de austenita a ferrita antes que el enfriamiento rápido transforme el resto de austenita en marma
tensita.. Dependiendo de la composición y la ruta de procesado, los aceros laminados en caliente
requieren aumentar la resistencia al estirado o al borde del punzonado (suele medirse por la
capacidad de expansión de perforado)
perforado) puede tener una microestructura que contienen cantidacantid
des significativas de bainita.
La figura 4 muestra un esquema de la microestructura de un acero DP, que contiene ferrita e
islas de martensita. La fase de ferrita suave es generalmente continua, dando a estos aceros
una excelente ductilidad. Cuando estos aceros se deforman, la deformación se concentra en la
ferrita de más baja resistencia que rodea las islas de martensita, estableciendo
bleciendo la alta tasa de
endurecimiento por trabajo; característica principal y/o única de estos aceros. La tasa de endurecimiento por trabajo más el excelente alargamiento da a los aceros DP una resistencia a la
tracción final mucho más alta que los aceros convencionales de similar límite elástico.
elástico
La figura 5 compara la curva esfuerzo – deformación para los aceros HSLA y los aceros DP con
un límite elástico similar. El acero DP muestra una tasa por endurecimiento inicial más alta, un
aumento de la resistencia a la tracción y la reducción de la relación YS/TS con un límite de elasticidad similar al del acero HSLA. Los aceros DP y otros AHSS también tienen un efecto de
endurecimiento por recocido que es muy significativo comparado con los aceros convencionales.
El efecto del endurecimiento por recocido es el aumento en el límite elástico resultante de una
temperatura de envejecimiento elevada (creado por la temperatura de curado de la pintura del
horno) después de una pre-deformación
deformación (generada por el endurecimiento por trabajo debido a la
deformación durante el estampado o por cualquier otro proceso de fabricación).
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Figura 4. Esquema donde se muestra las islas de martensita en una matriz de ferrita.
El alcance del efecto del endurecimiento por recocido en los AHSS depende de la química específica y la historia térmica de los aceros. En los aceros DP, el carbono permite la formación de
martensita a velocidades de enfriamiento normales mediante el aumento de la templabilidad del
acero. El manganeso,
anganeso, cromo, molibdeno, vanadio y níquel adicionados por separado o en comco
binación, también ayudan a aumentar la
l templabilidad. El carbono también refuerza la martensimartens
ta como un soluto de ferrita más resistente,
resistente al igual que el silicio
o y fósforo. Estas adiciones ded
ben equilibrarse cuidadosamente, no sólo para producir propiedades mecánicas únicas, sino
también para mantener una buena resistencia y capacidad a la soldadura por puntos. Sin eme
bargo, de sueldan
an los grados de más alta resistencia (DP 700/1000) a sí mismo, la soldabilidad
por puntos puede requerir ajustes en la práctica de la soldadura.
Figura 5. El DP 350/600 con una Resistencia a la Tracción mayor que el HSLA 350/450.
3.1.2.2. Acero con Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP)
La microestructura de los aceros TRIP es austenita retenida incrustada en una matriz primaria
de ferrita. Contiene un 5 por ciento en volumen (como mínimo) de austenita retenida y diferentes
cantidades de fases duras (como martensita y bainita).Los aceros TRIP suelen requerir el uso de
un mantenimiento isotérmico a una temperatura intermedia, que produce algo de bainita.
baini Con el
alto contenido de silicio y carbono de los aceros TRIP también se obtienen importantes fracciofracci
nes volumétricas de austenita retenida en la microestructura final. Un esquema de la microesmicroe
tructura del acero TRIP se muestra en la Figura 6.
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Figura 6. Fases adicionales en los aceros TRIP: bainita y austenita
ustenita retenida.
Durante la deformación, la dispersión de las fases duras en la ferrita suave crea una alta velociveloc
dad de endurecimiento por, como se observa en los aceros DP. Sin embargo, en los aceros
TRIP la austenita retenida también se transforma progresivamente en martensita con el aumento
de la deformación, con lo que el aumento de la velocidad de endurecimiento se obtiene en los
niveles de deformación más altos. Esto es ilustra en la figura
figura 7, donde se compara el comportacomport
miento a esfuerzo – deformación de ingeniería de los aceros HSLA, DP y TRIP de límites elástielást
cos similares. Los aceros TRIP tienen velocidad de endurecimiento por trabajo inicial más bajo
que los aceros DP, pero la velocidad
velocidad de endurecimiento persiste a deformaciones más altas
donde el endurecimiento por trabajo de los aceros DP comienza a disminuir. La velocidad de
endurecimiento por trabajo de los aceros TRIP es sustancialmente superior a la de los aceros
convencionales HSS,
S, proporcionando un importante formado por estirado. Esto es especialmenespecialme
te útil cuando los diseñadores aprovechan las ventajas de la alta velocidad de endurecimiento
por trabajo (y el aumento del efecto de endurecimiento por recocido) para diseñar partes utilizando las propiedades mecánicas de los semi-elaborados.
semi elaborados. La alta tasa de endurecimiento por
trabajo persiste a más altas deformaciones en los aceros TRIP, proporcionando una ligera venve
taja
ja sobre los aceros DP en aplicaciones donde el formado por estirado
estirado en más severo.
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Figura 7. TRIP 350/600 con un mayor alargamiento total comparado con DP 350/600 y HSLA
350/450.
Los aceros TRIP utilizan más altas cantidades de carbono que los aceros DP para obtener sufisuf
ciente contenido de carbono para estabilizar la austenita retenida por debajo de la temperatura
ambiente. Se utiliza un mayor contenido de silicio y/o de aluminio para acelerar la formación de
ferrita/bainita, por tanto, estos elementos ayudan a mantener el contenido de carbono necesario
dentro de la austenita retenida. La desaparición de la precipitación de carburos durante la transtran
formación bainítica parece ser crucial para los aceros TRIP. El silicio y el aluminio se utilizan
para evitar la precipitación de carburo en la región bainítica. Se pueden
pueden proyectar los niveles de
deformación en los que la austenita retenida comienza a transformarse en martensita para ajusaju
tar el contenido de carbono. En los niveles más bajos de carbono, la austenita retenida empieza
a transformarse casi inmediatamente después
después de la deformación, aumentando la velocidad de
endurecimiento por trabajo y la formabilidad durante el proceso de estampación. A mayores
contenidos de carbono, la austenita retenida es más estable y empieza a transformarse sólo en
los niveles de deformación
ción más allá de los producidos durante el formado. En estos niveles de
carbono la austenita retenida persiste en la parte final. Se transforma en martensita durante la
posterior deformación, como el caso de un accidente. Los aceros TRIP se pueden diseñar o
adaptar para proporcionar una excelente conformabilidad para la fabricación de piezas complecompl
jas de AHSS, para exhibir un alto endurecimiento por trabajo durante un choque o para proporpropo
cionar una excelente absorción de energía en un accidente. Los requerimientos
requerimientos de nuevos eleel
mentos de aleación de los aceros TRIP degradan su resistencia in situ en la soldadura por punpu
tos. Esto se puede dirigir por la modificación de los ciclos de soldadura usados (por ejemplo,
soldadura por pulsos o soldadura de dilución).
3.1.2.3. Aceross de Fase Compleja (CP)
Los aceros CP caracterizan a la transición de acero de muy alta resistencia a la tracción final. La
microestructura de los aceros CP contiene pequeñas cantidades de martensita,
martensita austenita retenida y perlita dentro de la matriz de ferrita/bainita. Se crea un
n refinamiento de grano extremo por
una recristalización retardada o por la precipitación de elementos microaleantes como el Ti o Cb.
En comparación con los aceros DP, los aceros CP muestran un límite elástico significativamente
significativamen
más alto con la misma y/o mayor resistencia a la tracción de 800 MPa (Figura 8).
8) Los aceros CP
se caracterizan por una alta absorción de energía y una alta capacidad de deformación residual.
Figura 8. Esquema de los aceros CP.
3.1.2.4. Aceros Martensíticos (MS)
Para crear aceros MS, la austenita que existe durante la laminación en caliente o el recocido se
transforma casi en su totalidad a martensita durante el enfriamiento en el tren de laminación o en
la sección de enfriamiento de la línea de recocido continuo.
continuo. Los aceros MS se caracterizan por
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una matriz martensítica que contiene pequeñas cantidades de ferrita y/o bainita. Dentro del grugr
po de aceros multifase, los aceros MS muestran el más alto nivel de resistencia a la tracción.
Esta estructura también se puede desarrollar un tratamiento térmico de post-formado.
post
Los aceros MS proporcionar la más alta resistencia, de hasta 1.700 MPa de resistencia última a la tractra
ción (Figura 9). A menudo se someten a post-templado
post templado de amortiguación para mejorar la ductiliductil
dad
d y proporcionan una formabilidad adecuada incluso a resistencias extremadamente muy ala
tas. Se adiciona carbono para aumentar la templabilidad y para reforzar la martensita. También
se utiliza manganeso, silicio, cromo, molibdeno, boro, vanadio y níquel en diversas combinaciocombinaci
nes para aumentar la templabilidad. Los aceros MS se producen a partir de la fase austenita, por
el rápido enfriamiento se transforma la mayor parte de la austenita a martensita. Los aceros CP
también siguen un patrón similar de enfriamiento,
enfriamiento, pero aquí la química se ajusta para producir
menos austenita retenida y formar precipitados finos para reforzar la martensita y bainita.
Figura 9. Esquema de los aceros MS.
3.1.2.5. Aceros Ferríticos – Bainíticos (FB)
Los aceros FB también se denominan a veces Aceros de Reborde Estirado (SF) o Aceros de
Alta Expansión de Perforado (HHE) por su inmejorable capacidad de estirado
estira
de bordes. Los
aceros FB tienen una microestructura de ferrita fina y bainita. El refuerzo se obtiene por el refinamiento de grano y por el endurecimiento de la segunda fase con bainita. Se encuentran en el
mercado como productos laminados en caliente.
caliente
Figura 10.
1 Esquema de los aceros FB.
La principal ventaja de los aceros FB sobre los aceros HSLA y DP es su mejor
mejo estirabilidad de
bordes cizallados, medido
o con el ensayo de expansión de perforado (Figura 10).
10) Comparando
los aceros HSLA con el mismo nivel de resistencia, los aceros FB también tienen un mayor exe
ponente (n) de endurecimiento por deformación y un aumento de la elongación total. Debido a
su buena soldabilidad, los aceros FB se consideran para aplicaciones en matriz a medida (tailo(
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red blank).. Estos aceros se caracterizan por su buen desempeño al choque y buenas propiedapropied
des de fatiga.
3.1.2.6. Aceros con Plasticidad Inducida por Unión (TWIP)
Los aceros TWIP tienen un alto contenido de manganeso (17-24%)
(17 24%) que hace que el acero sea
completamente austenítico a temperatura ambiente. Esto hace que el principal modo de defordefo
mación sea el maclaje dentro de los granos.
granos. El maclaje causa un alto valor de velocidad de ene
durecimiento instantáneo (valor n)) con una microestructura muy fina. Los límites de las maclas
resultantes actúan como límites de grano y refuerzan el acero. Los aceros TWIP combinan una
resistencia extremadamente
remadamente alta con una formabilidad extremadamente alta. El valor n aumenta
a un valor de 0.4 con una deformación de ingeniería de aprox. 30% y se mantiene constante
hasta una elongación total de alrededor del 50%. La resistencia a la tracción es superior
superio a 1000
MPa (Figura 11).
Figura 11.
1 Esquema de los aceros TWIP.
3.1.2.7. Aceross Formados en Caliente (HF)
Optimiza parte geométricas con formas complicadas y no establece una recuperación elástica
(springback)) cuando se utilizan aceros formados en caliente y endurecidos por enfriamiento a
temperaturas por encima de la región austenítica (900 - 950 °C).
C). Durante el procesamiento, se
diferencian tres estados con diferentes propiedades mecánicas (Ver Figura 12).
•
•
•
Elipse 1: Se debe considerar para el diseño de matrices a medida la resistencia a la tracción
hasta 600 MPa a temperatura ambiente.
Elipse 2: Alta elongación (más del 50%) y baja resistencia a la temperatura de deformación
permiten el conformado de formas complejas. Se recomienda un recubrimiento especial de
aluminio y silicio para evitar la oxidación de la superficie del producto después del conformaconform
do.
Elipse 3: Tras la conformación, se consigue una resistencia por encima de 1300 MPa desde
pués del enfriamiento
nto en la matriz. Se deben tener en cuenta procesos especiales a la hora
de terminar el producto (no conformados adicionales, cortes especiales y dispositivos de rer
corte, etc.)
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Figura 12.
1 Esquema de los aceros HF.
El tiempo de ciclo típico es de 20 a 30 segundos para cada ciclo de prensado. Sin embargo, se
pueden estampar varias partes al mismo tiempo, de modo que se pueden obtener dos o más
partes por ciclo. Los aceros al boro conformado en caliente son los más comúnmente utilizados
en materia de seguridad
dad y partes estructurales.
3.1.2.8. Aceross Tratables Térmicamente por Post-Conformado
Post
(PFHT)
El tratamiento térmico de post-conformado
post conformado es un método general desarrollado como una alternaaltern
tiva de los aceros de alta resistencia. El principal problema de los aceros HSS
HSS ha sido el mantemant
ner la geometría de las partes durante y después de los tratamientos térmicos. Fijando las parpa
tes, calentándolas (horno o inducción) y enfriando inmediatamente parece ser una solución con
las aplicaciones de producción. Además, el estampado
estampado se forma a una baja resistencia (elipse 1,
fig. 13) y luego alcanza una resistencia mucho mayor por tratamiento térmico (elipse 2, fig. 13).
Un proceso es enfriamiento en agua de los aceros de bajo costo con sustancias químicas que
permiten resistenciass entre 900 y 1400 MPa de la resistencia a la tracción. Además, algunos
recubrimientos de zinc pueden sobrevivir a los tratamientos térmicos debido a que el tiempo a la
temperatura del tratamiento es muy corto. La amplia variedad de sustancias químicas para
par hacer
frente a partes con requerimientos específicos extra-especiales
extra especiales requiere de una coordinación
con el proveedor de acero. Otro proceso el endurecimiento al aire de los aceros aleados de temte
ple que tiene muy buenas características de conformado en estado
estado blando (propiedades de eme
butición profunda) y alta resistencia después del tratamiento térmico (endurecimiento al aire).
Aparte de la aplicación directa como lámina o chapa, los aceros endurecidos al aire son aptos
para la soldadura de tubo. Estos tubos
tubos son excelentes para aplicaciones de hidro-conformado.
hidro
Los componentes se pueden tratar térmicamente en horno con una atmósfera protectora de gas
(austenizado) y, a continuación, endurecido y templado durante el enfriamiento natural en el aire
o un gas protector.
Figura 13.
1 Esquema de los aceros PFHT.
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Se obtiene una muy buena templabilidad y resistencia al templado mediante la adición, además
de carbono y manganeso, de otros elementos de aleación como el cromo, molibdeno, vanadio,
boro y titanio. El acero es muy fácil de soldar, tanto en estado blando como endurecido al aire,
así como en la combinación de blando/endurecido al aire. Este acero responde bien a las capas
de recubrimiento utilizando métodos estándar (lote de galvanizado convencionales y lotes
l
de
galvanizado de alta temperatura).
3.1.3. Aplicaciones de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia
Los aceros avanzados de alta resistencia ofrecen oportunidades técnicas ilimitadas en la fabrifabr
cación de productos más resistentes, livianos y avanzados. Pero
Pero su verdadera fortaleza radica
en las ventajas económicas que ofrecen. Los aceros avanzados de alta resistencia benefician
tanto al fabricante como al usuario final del producto, incrementando la competitividad y rentabirentab
lidad para ambos. Mediante la utilización
utilización de aceros de extra y ultra alta resistencia se puede
ahorrar peso, incrementar la carga útil y reducir los costes de fabricación. Algunos ejemplos de
aplicaciones en segmentos son:
Vehículos de pasajeros. El cumplimiento
cumplimie
de las demandas medioambientales
ales y las exigencias
en materia de seguridad son de gran importancia en la industria de la automoción. El acero de
ultra alta resistencia es la solución más efectiva en términos de coste para mejorar la seguridad,
el consumo de combustible y el rendimiento
rendimiento en los vehículos de pasajeros. Un ahorro del 1 % en
peso conduce a un ahorro del 0.5
0 % en combustible. Los aceros de ultra alta resistencia pueden
ser utilizados para conseguir los mayores ahorros de peso en componentes vitales de la estrucestru
tura de seguridad del vehículo, tales como las barras de impacto lateral de puertas o los pilares
B, mejorando al mismo tiempo la capacidad de resistencia al choque del vehículo (Figura 14).
Otros materiales, como el aluminio, no ofrecen la misma posibilidad de reducir el peso del componente y mantener al mismo tiempo la capacidad de absorción de energía durante una colisión.
La fila central de asientos del Volvo XC90 va montada sobre un avanzado y seguro marco de
acero avanzado de ultra alta resistencia. El peso total es
es de sólo 16 Kg, pudiendo resistir fuerzas
de colisión de hasta 6 toneladas.
Ferrocarriles. Los vagones diseñados con componentes construidos en aceros avanzados de
extra alta resistencia pueden transportar cargas mayores, y son mucho más resistentes al desde
gaste y al impacto que los vagones fabricados con aceros suaves. Los vagones abiertos para el
transporte de chatarra de acero son un ejemplo. En ellos la resistencia al desgaste tiene como
resultado un menor coste de mantenimiento. La calidad en las condiciones
ciones de trabajo del persopers
nal ferroviario es otra razón importante para el uso de aceros avanzados de extra alta resistenresiste
cia. Las puertas correderas, paneles divisorios y brazos de cierre hechos en acero de alta resisresi
tencia son más ligeros y fáciles de manipular.
manipular. Estos aceros están también ganando terreno en la
construcción de las estructuras de seguridad de las locomotoras, mejorando así la seguridad del
conductor (Figura 15). Tatravagónka, fabricante eslovaco de ferrocarriles, redujo el peso de este
vagón
n en una tonelada, utilizando aceros de ultra alta resistencia.
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Figura 14. Distribución de los diferentes grados de aceros de alta resistencia en la carrocería de
un automóvil.
Figura 15. Locomotora fabricada con chapa de AHSS de 16 m de longitud.
Contenedores de residuos.. Los camiones de recogida de residuos, así como los contenedores
construidos total o parcialmente en aceros avanzados de ultra alta resistencia, representan una
inversión amortizable a corto plazo. La mejora en resistencia permite reducir peso, aumentar la
capacidad de carga y disminuir el número de viajes para una tarea concreto. Mediante la utilizautiliz
ción de aceros avanzados de ultra alta resistencia, los ahorros en peso pueden llegar a ser de
hasta un 40 %. Para un determinado nivel de carga útil, resulta obvio pensar en una disminución
del consumo de combustible en el vehículo aligerado. Los costes de mantenimiento se reducen
considerablemente, debido a la resistencia al desgaste del material y la posibilidad de simplificar
el diseño utilizando menos refuerzos. La Compañía holandesa Hoogendoorn Container-Bouw
Container
B.V., utiliza aceros de ultra alta resistencia de 2 mm de espesor para sus contenedores de residuos y chatarra en lugar del acero suave de 4 – 5 mm utilizado anteriormente.
Grúas. Las grúas y equipos de elevación son, desde hace tiempo, una de las aplicaciones más
importantes de los aceros avanzados de alta resistencia. Los ahorros de peso conseguidos en
las grúas móviles por el uso de aceros de alta resistencia, son particularmente
particularmente importantes. La
reducción de peso en las grúas montadas sobre camión hasta el mínimo posible, a la vez de
aumentar su capacidad portante, resulta de vital importancia. Los brazos de las grúas móviles se
construyen a menudo en aceros de extra alta resistencia.
resis
La capacidad de elevación de la mayor
parte de otros tipos de grúas, tales como grúas para la construcción o de contenedores, puede
incrementarse mediante el uso de un acero de extra alta resistencia en componentes vitales de
la grúa. La Compañía sueca
ueca HIAB es una de las empresas líderes en la fabricación de grúas
móviles, alrededor del 90 % de su exclusivo brazo de sección hexagonal, está fabricado con
acero de extra alta resistencia de 5 – 10 mm de espesor.
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Remolques. Fuertes razones económicas favorecen
favorecen el uso de aceros avanzados de extra alta
resistencia en la fabricación de camiones y remolques. Los ahorros en peso incrementan la cac
pacidad de carga y/o el ahorro de combustible. El aumento de coste del remolque en acero de
alta resistencia se recupera
upera rápidamente y, a menudo, el propietario puede esperar un aumento
de los ingresos anuales de varios miles de euros por remolque. No es inusual un ahorro del 20
% en peso al sustituir acero suave por un acero de alta resistencia o de ultra alta resistencia
resiste
en
los chasis y las bañeras de los camiones y remolques. En las industrias de movimiento de tierras
existen otras ventajas económicas imputables a la mayor resistencia al desgaste de los aceros
de alta resistencia. La utilización de acero de ultra alta
alt resistencia para los laterales de la bañera
del remolque Trailord en Sudáfrica, permitió la reducción del espesor del material a tan solo 1.5
1
mm.
Asientos para trenes y autobuses.
autobuses Cada kilo ahorrado en el peso de los vehículos para transtran
porte público es importante económicamente y para la seguridad de los pasajeros (Ver Figura).
Este es el motivo por el cual, los fabricantes de asientos utilizan aceros avanzados de alta resisresi
tencia en sus últimos productos. Los asientos tienen que ser capaces de resistir esfuerzos muy
elevados en un eventual accidente. Por este motivo debe utilizarse un acero de alta resistencia
(acero
acero de fase dual laminado en frío)
frío en las partes críticas de la estructura del asiento. Este aceac
ro es utilizado en la fabricación de tubos, así como en las partes de chapa sometidas a un propr
ceso de estampación. Los aceros de alta resistencia aumentan la vida útil de los asientos y rer
ducen el riesgo de fatiga en el material, asociado a asientos construidos en aluminio y otros materiales ligeros (Figura 16). El fabricante de asientos español Fainsa, redujo el peso de los asienasie
tos un 30 %, al utilizar acero de alta resistencia. Los ensayos han demostrado que la vida útil del
nuevo asiento será de 7 años.
Figura 16. Asiento trasero, el mismo peso
p
que uno de aluminio pero con reducción de costes
co
del
50%.
Tubos y perfiles abiertos.. Los aceros avanzados de extra alta resistencia ofrecen grandes
ventajas en todo tipo de aplicaciones en las que los tubos son partes vitales de las construccioconstrucci
nes, o en la que los tubos pueden reemplazar otros métodos de construcción. El amplio espectro
de los aceros avanzados de alta resistencia puede utilizarse en aplicaciones de tubos soldados,
soldados
maquinaria, grúas, andamios,
andamios componentes tubulares para chasis, armazones
armazone de edificios prefabricados, barreras anticolisión en carreteras u otras aplicaciones en las que la resistencia a la
corrosión es importante (Figura 17).
17) El fabricante especialista de tubos Profilmec S.p.A. utiliza
aceros de alta resistencia para producir los tubos empleados en asientos para vehículos y en la
industria de mobiliario para la fabricación de sillas.
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Figura 17. Asiento trasero hecho con tubos de acero avanzado de alta resistencia fase dual
(DP).
Equipos agrícolas. El equipo para la industria agrícola y ganadera se ve continuamente exe
puesto a cargas permanentes y a una fuerte abrasión en su contacto con la tierra. Al mismo
tiempo, se espera que dure más y que tenga un coste menor que antes. El acero de extra alta
resistencia es una pieza clave en el diseño de equipos agrícolas más eficientes. Puede ser utilizado para piezas estructurales sujetas a altos esfuerzos y tensiones. Los componentes de corte,
expuestos a un fuerte desgaste por abrasión, son ejemplos de otras áreas donde el uso de aceac
ros avanzados de alta resistencia ha resultado muy satisfactorio. El bajo peso puede ser también
de vital importancia en aperos de labranza y remolques para tractor. Hardi Evrard es un fabricanfabrica
te danés-francés
francés líder en equipos de pulverización para aplicaciones agrícolas,
agrícolas utiliza el acero
de extra alta resistencia en largueros y travesaños del chasis de este pulverizador de campo
autopropulsado.
Equipos de elevación. Elevar una carga más pesada o tener un mejor alcance de brazo marca
diferencias en operaciones
peraciones de almacenaje y elevación. La capacidad de elevación de los equiequ
pos móviles telescópicos depende de la longitud del brazo de grúa, cuya capacidad portante
depende, a su vez, del tipo de acero empleado en el brazo. Un acero de extra alta resistencia
resisten
representa una clara opción para aumentar tanto la capacidad como el alcance. Otro ejemplo de
equipos de elevación en los que se utilizan los aceros de extra alta resistencia son las apiladoras
de alcance, empleadas para maniobrar contenedores y remolques
remolques en puertos y terminales. La
Compañía francesa Manitou es una de los mayores fabricantes de equipos de elevación móvimóv
les, el brazo de su grúa móvil MRT 2150 está hecho de acero avanzado de alta resistencia.
resistencia
Volquetes. Rocas, arena y grava pasan una fuerte
fuerte factura en el fondo y en los laterales de un
volquete. El desgaste, la abrasión y la dura manipulación pueden derivar en una corta vida útil
de un volquete hecho de acero suave. Esta es la razón por la que el acero de ultra alta resistenresiste
cia se está convirtiendo
irtiendo en el nuevo estándar
stándar para fabricantes y operadores de volquetes. Si se
utilizan aceros avanzados de alta resistencia en el fondo y laterales de un volquete, su vida útil
se verá incrementada sustancialmente, y el mantenimiento y reparaciones se minimizarán,
mi
si
además se utilizan para las costillas, el peso del volquete se reducirá y la efectividad de costes
se mejorará aún más. Wielton, fabricante polaco líder en volquetes y remolques, considera de tal
importancia el uso de aceros avanzados de alta resistencia en las partes críticas del diseño.
diseño
Protección.. Se fabrican aceros avanzados de alta resistencia de protección balística con duredur
zas de hasta 500 HV y espesores entre 1.0 mm y 6.0 mm.. A pesar de su alta dureza, poseen
una buena conformabilidad en frío y buenas propiedades de soldadura,
soldadura resultan
esultan apropiados en
aplicaciones donde el bajo peso es vital, tales como limusinas, furgones de seguridad y vehícuvehíc
los policiales. Otras aplicaciones incluyen fachadas de edificios, vallas de seguridad y mostradomostrad
res bancarios. La policía sueca usa chalecos de protección balística en los que la “placa contra
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trauma”, cubriendo la zona pectoral, está hecha de aceros avanzados de alta resistencia de 1.8
mm de espesor.
Contenedores de carga. Los aceros de extra alta resistencia se pueden utilizar para conseguir
en los contenedores de 53 pies una tara muy similar a los fabricados en aluminio, pero con mam
yor resistencia, menores costes de mantenimiento y una mejor economía global. El peso de un
contenedor fabricado en acero
cero de extra alta resistencia es más bajo que el de un contenedor
fabricado en un acero tradicional, y, por tanto, su capacidad de carga portante es mayor. En
muchos casos, los costes de mantenimiento también se reducen. Los contenedores, fabricados
con aceros
ceros de alta resistencia y resistentes a la corrosión atmosférica, soportan mejor el desgasdesga
te durante su manipulación, por lo que disminuyen los daños y se reducen los costes de mantemant
nimiento. Esto permite que los periodos de utilización entre operaciones de mantenimiento sean
más largos, lo que genera un incremento de ingresos para usuario. Los beneficios en los contecont
nedores de 45 pies son ampliamente conocidos, y actualmente el uso de aceros de extra alta
resistencia está siendo investigado y ensayado para
para contenedores de 20 y 40 pies. Jindo Corporation de Corea ha utilizado aceros de extra alta resistencia y resistentes a la corrosión atmosféatmosf
rica entre 1 – 6 mm de espesor en los contenedores de 53 pies para los E.E.U.U. El coste de
mantenimiento de estos contenedores representa un 25 % del correspondiente a los contenedores de aluminio.
3.1.4. Evolución de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia (AHSS)
En respuesta a las demandas del sector de la automoción para conseguir mejoras adicionales
de los AHSS, la industria
ustria del acero continúa investigando y desarrollando nuevos tipos de acero.
Estos aceros se diseñan para reducir la densidad, mejorar la resistencia y/o aumentar la elongaelong
ción. Por ejemplo, los nano-aceros
aceros están diseñados para evitar los valores bajos de estirado de
bordes (alargamiento local) que experimentan los aceros DP y los aceros TRIP. En lugar de las
islas de martensita, la matriz de ferrita se refuerza con partículas ultra-finas
ultra finas de tamaño nano
(<10 nm). Esto se logra en aceros de alta resistencia laminados en caliente con una resistencia
a la tracción alrededor de 750 MPa. El acero resultante tiene una relación YS/TS alta con un
excelente balance total de elongación y elongación local (relación de expansión de perforado).
Otros ejemplos de desarrollo
llo de estos aceros son los aceros de grano ultrafino, aceros de baja
densidad y aceros de alto módulo de Young.
3.2. MAGNESIO Y ALEACIONES DE MAGNESIO
Uno de los principales objetivos para los próximos decenios es la reducción de las emisiones
para disminuir ell creciente impacto ambiental. Teniendo en cuenta esto, el uso de metales ligelig
ros como materiales de construcción se ha considerado de vital importancia para el futuro. AunAu
que la demanda de las aleaciones de magnesio es satisfactoria por ser un material de bajo peso
específico con excelente capacidad de mecanizado y buen potencial de reciclado, todavía no se
utiliza en la misma medida que el aluminio y/o el plástico. Una de las razones es el alto precio
del material base, junto con la parcial falta de posibilidades
posibilidades de reciclaje. Por otro lado, la varievari
dad de magnesio disponible para el consumidor está limitada a unas pocas aleaciones. LamenLame
tablemente, hay una falta de conocimiento sobre el uso de magnesio, sin embargo dentro de las
empresas tratan con el mecanizado
anizado y la aplicación en materiales de construcción. Como resultaresult
do, la industria todavía tiende al uso de materiales "convencionales" en vez de aleaciones de
magnesio.
Teniendo en cuenta el total de la energía necesaria para producir magnesio a partir de
d sus diversas materias primas, se consume una gran cantidad de energía en comparación con otros
metales, siempre y cuando el cálculo se basa en la masa. En cuanto al volumen de la materia
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prima de magnesio obtenida muestra un efecto contrario: en este caso,
caso, el magnesio utiliza mum
cha menos energía que por ejemplo, el aluminio o zinc, e incluso compite con los polímeros.
Además, se supone que la energía eléctrica (consumida actualmente) de 40-80
40 80 MJ/kg (25 MJ/kg
sería posible en teoría) necesaria para la electrólisis
electrólisis puede reducirse a 40 MJ/kg, según todos
los grandes productores, en un futuro cercano. Esto significaría que los valores correspondientes
para la producción de aluminio (el proceso de electrólisis de la alúmina, Al2O3, para producir
aluminio consume
me 47 MJ/kg) pueden ser más baratos. La optimización o mejora de los actuales
métodos de producción y la creación de una recirculación secundaria podrían abrir nuevas persper
pectivas para la reducción de los costos primarios de la producción de magnesio.
La mayoría
ayoría de las aleaciones de magnesio muestran muy buena procesabilidad y maquinabilimaquinabil
dad, incluso las piezas fundidas más complicadas pueden ser producidas con facilidad. Las piepi
zas fundidas, moldeadas y forjados hechas de aleaciones de magnesio se pueden mecanizar
m
y
soldar con gas inerte. Otro aspecto es el buen comportamiento de amortiguación, lo que hace a
estas aleaciones aún más atractivas para aumentar el ciclo de vida de máquinas y equipos o
para la reducción de la emisión sónica. El magnesio puro, muestra
muestra propiedades de amortiguaamortigu
ción como de hierro fundido, aunque estas propiedades son altamente dependientes del tratatrat
miento térmico previo. Junto con las excelentes propiedades, hay algunas desventajas para la
aplicación de estas aleaciones: no se puede trabajar en frío y la resistencia a la corrosión es
muy baja, además el magnesio es muy reactivo. Cuando se funde, el magnesio tiene una alta
contracción en el molde; de aproximadamente el 4% cuando solidifica y de alrededor del 5%
durante el enfriamiento.. Debido a este alto grado de contracción se presentará una microporosimicroporos
dad, baja tenacidad y una alta sensibilidad a entalla que no se puede ignorar. Este comportacomport
miento, así como el alto coeficiente de expansión térmica (10% por encima del valor corresponcorrespo
diente de aluminio), se presenta como evidencia en contra de la utilización de aleaciones de
magnesio. Las propiedades negativas antes mencionadas disuaden a los técnicos de la conscon
trucción de la conformidad hacia las aleaciones de magnesio como una ventaja
ventaj competitiva para
la sustitución del aluminio o el acero. Por lo tanto, se han hecho intentos para mejorar el perfil de
las características de las aleaciones de magnesio mediante el empleo de diferentes elementos
de aleación, a fin de lograr una mejor precipitación
precipitación y endurecimiento por solución. De esta mam
nera, se han podido obtener todas las ventajosas propiedades que figuran a continuación:
•
•
•
•
•
•
•
•
3
Densidad más baja de todos los metales de construcción con 1.8 g/cm ; posibilidad de conscon
truir partes ligeras
Alta resistencia específica (relación resistencia/densidad)
Excelente capacidad de fundición, se pueden utilizar matrices de acero
Buena capacidad de mecanizado (fresado, torneado, aserrado)
Mejora de la resistencia a la corrosión con aleaciones de alta pureza (HP)
Altas propiedades de amortiguación
Buena soldabilidad con gases inertes
Posibilidad de reciclaje integrado
Las propiedades mecánicas estáticas y dinámicas son inferiores a los valores correspondientes
para del aluminio, por ejemplo, el Módulo de Young. Sin embargo, el magnesio se encuentra en
todos los lugares donde el ahorro de peso es una prioridad sobre las otras propiedades, principrinc
palmente porque la resistencia específica puede alcanzar e incluso superar los valores del alual
minio y el acero (Figura 18).
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Figura 18. Densidad y Resistencia Específica de algunos materiales
3.2.1. Elementos de Aleación
Desde el advenimiento de las aleaciones de magnesio, ha habido un gran esfuerzo para influir
en las propiedades del magnesio puro con diferentes elementos de aleación. El principal mecamec
nismo para mejorar las propiedades mecánicas es el endurecimiento por precipitación y/o enduend
recimiento por solución sólida. Mientras que el endurecimiento por solución sólida está determideterm
nado por las diferencias en los radios atómicos de los elementos involucrados, la eficacia del
endurecimiento por precipitación depende principalmente de una reducción de la solubilidad a
bajas temperaturas, el contenido de magnesio de las fases intermetálicas y su estabilidad a la
temperatura
a de aplicación. El magnesio forma fases intermetálicas con la mayoría de los eleel
mentos de aleación, la estabilidad de las fases aumenta con la electronegatividad de los demás
elementos.
En la década de 1920, el aluminio ya se había convertido en el más importante
importante elemento de
aleación para incrementar significativamente la resistencia a la tracción, especialmente por la
formación de fases intermetálicas del tipo Mg17Al12. Efectos similares se puede lograr con el zinc
y el manganeso, mientras que la adición de plata mejora la resistencia a altas temperaturas.
Altos porcentajes de silicio reducen el colabilidad y permiten la fragilidad, mientras que la incluincl
sión zirconio forma óxidos debido a su afinidad por el oxígeno, que actúan como formadores de
estructura de núcleos. Debido a esto, las propiedades físicas se incrementan por el endureciendurec
miento de grano fino. El uso de elementos de tierras raras (por ejemplo, Y, Nd, Ce) se ha conco
vertido en el elemento de aleación más popular, ya que ofrecen un aumento significativo
signifi
de la
resistencia a través del endurecimiento por precipitación. El cobre, níquel y el hierro se utilizan
muy rara vez. Todos estos elementos incrementan la susceptibilidad a la corrosión, según lo
establecido por la precipitación de compuestos catódicos
catódicos cuando solidifican. En contraste con
los casos comunes (un óxido de magnesio o capa de hidruro protege el metal de la corrosión y
reduce la tasa de corrosión), estos elementos aumentan la tasa de corrosión. Esta es una de las
razones por las que se desarrollaron las aleaciones orientadas hacia las aleaciones de "alta
pureza" (HP) con muy poco uso de hierro, níquel o cobre. Abajo están los más importantes eleel
mentos de aleación en orden alfabético:
Aluminio (Al)
El aluminio aumenta la resistencia a la tracción y la dureza, el efecto de la
dureza causado por la precipitación de la fase Mg17Al12 se ha observado
hasta los 120 °C.
C. Estas aleaciones se les pueden realizar tratamientos
térmicos (T6), excepto en condición de fundida lo cual permite el endureciendure
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Berilio (Be)
Calcio (Ca)
Litio (Li)
Manganeso
(Mn)
RE
(Elementos Raros)
Silicio (Si)
Plata (Ag)
Torio (Th)
Zinc (Zn)
Zirconio (Zr)
miento por tratamiento térmico. Además de estas mejoras de las propiedapropied
des mecánicas, la gran ventaja es una mejor colabilidad (sistema eutéctico,
TE = 437 °C).
°C). Esta es la principal razón por la que la mayoría de las aleaale
ciones, especialmente las aleaciones
aleaciones fundidas (principalmente la AZ91),
contienen un alto porcentaje de aluminio. La desventaja es una mayor tente
dencia a la microporosidad.
El berilio se adiciona en la fusión en pequeñas cantidades (<30 ppm), puepu
de reducir drásticamente la oxidación del fundido.
El calcio tiene un efecto positivo en la refinación del grano y ayuda a la
resistencia a la fluencia. Por otra parte, el calcio permite la adherencia a la
herramienta durante la fundición y al agrietamiento en caliente.
El litio acarrea un endurecimiento por solución sólida a temperatura ambienambie
te, reduce la densidad y aumenta la ductilidad. Sin embargo, tiene fuertes
efectos negativos en el comportamiento a combustión y vapor en el fundido,
la corrosión empeora.
empeora. Por encima del 30% de contenido de Li, la estructura
cambia a FCC (Cúbico Centrado en las Caras).
Por encima de 1.5% en peso de manganeso, aumenta la resistencia a la
tracción. La aleación con manganeso mejora la resistencia a la corrosión
corrosi (el
contenido de Fe se controla por la reducción de la solubilidad), el refinarefin
miento de grano y la soldabilidad.
Todos los elementos de tierras raras (incluido el itrio) forman un sistema
eutéctico de solubilidad limitada con magnesio.
magnesio. Por lo tanto, es posible y
tiene sentido el endurecimiento por precipitación. Los precipitados son muy
estables y aumentan la resistencia a la fluencia, resistencia a la corrosión y
resistencia a altas temperaturas. Los elementos de aleación comunes
comune son
el itrio, neodimio y cerio. Debido a los altos costos, estos elementos se utiliutil
zan principalmente en aleaciones para alta tecnología.
El silicio reduce la colabilidad, se puede obtener una buena resistencia a la
fluencia por la formación
formac
de silazides estables.
La plata, junto con los metales de tierras raras, aumenta en gran medida la
resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la fluencia, pero también
promueve una baja resistencia a la corrosión.
El torio es el elemento más eficaz para aumentar la resistencia a altas temte
peraturas y la resistencia a la fluencia de las aleaciones de magnesio. DesDe
afortunadamente es radioactiva y, por lo tanto, se prefieren otros elemeneleme
tos.
Zinc promueve el mismo
mismo comportamiento del Al en términos de refuerzo y
colabilidad. Mediante la adición de hasta un 3% de zinc, se puede compencompe
sar las contracciones y alcanzar una buena resistencia a la tracción. Al igual
que ocurre con el aluminio, hay una tendencia a la microporosidad
microporosidad y si se
adiciona más de un 2% puede provocar agrietamiento en caliente.
La adición de zirconio promueve un aumento en la resistencia a la tracción
sin pérdida de ductilidad, debido a su afinidad por el oxígeno. Los óxidos
formadoss son estructuras de núcleos y ayudan en el refinamiento del grano.
El zirconio no se puede agregar a fundidos que contengan aluminio o silicio.
3.2.2. Aleaciones de Magnesio Fundidas
El aluminio es, como ya se ha descrito, el elemento de aleación más utilizado en las aleaciones
de magnesio, con contenidos que oscilan entre 3 y 9% en peso. Estas aleaciones tienen buenas
propiedades mecánicas y excelente resistencia a la corrosión. Cuanto más aluminio contiene el
fundido (sistema eutéctico, TE = 437 °C; contenido de Al ∼33%),
33%), mejor colabilidad tiene la aleaale
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ción. La aleación de magnesio fundida más utilizada es la AZ91, debido a su excelente colabilicolabil
dad incluso para las piezas más complejas y de paredes delgadas. Uno de los criterios más
importantes para las aleaciones
ones de magnesio es su comportamiento a altas temperaturas y a
fluencia. Por esta razón, en años anteriores se hicieron intentos para reducir el contenido de
aluminio en el producto de la fusión y utilizar diferentes materiales de aleación. De las aleacioaleaci
nes
es obtenidas, AS21 y AS41, se encontró que poseen una resistencia a altas temperaturas y a
la fluencia mucho más grande que la aleación AZ91. El mecanismo por el cual se mejora la rer
sistencia a altas temperaturas y a fluencia se basa en una reducción del contenido
contenido de aluminio y
la formación de fases intermetálicas del tipo Mg2Si (Tm = 1085 °C),
C), que muestran buena estabiliestabil
dad incluso a altas temperaturas. En este contexto, se toman en consideración las aleaciones
AE, aunque no se pueden producir por fundición
fundición porque los precipitados muy estables de Al-RE
Al
se forman en el enfriamiento lento.
Las aplicaciones a temperaturas más allá de 200 °C
C demandan propiedades que sólo se pueden
obtener por aleaciones que contengan plata y/o tierras raras. Concretamente, esto
es significa que
se pueden utilizar las aleaciones del grupo QE, que presentan propiedades a altas temperaturas
importantes y las aleaciones para alta tecnología WE-x,
WE x, que permiten aplicaciones hasta 300
°C. La desventaja de ambas series de aleaciones es su bajo colabilidad; el método de producprodu
ción se limita a la fundición en arena y por gravedad. Además, hay que tener un cuenta los eleel
vados costes como una razón para que muchos no quieran utilizarlas (por ejemplo, 13 €/kg para
la aleación QE22, 25 €/kg para
para la aleación WE54; en comparación con los 2-3
2 €/kg para una
aleación AZ o una aleación AM). Por esta razón, estas aleaciones se utilizan principalmente en
aplicaciones especiales como en la industria aeronáutica y de naves espaciales. La caída de los
precios
cios de las tierras raras en los mercados internacionales puede dar lugar a un cambio en esta
tendencia en el futuro.
3.2.3. Aleaciones de Magnesio Forjadas
La baja capacidad de trabajo en frío de la estructura hexagonal y la formación de maclas da
como resultado
o un uso muy limitado del magnesio como material forjado. Por lo tanto, la gama
de aleaciones forjadas disponibles es todavía limitada. Las tablas 2 y 3 ofrecen una visión genegen
ral de las composiciones y las propiedades de determinadas aleaciones. La serie de aleaciones
Mg/Al (AZ31, AZ61, AZ80) desempeñan el papel más importante, porque se están utilizando en
una escala comparable a la de las aleaciones fundidas.
Tabla 2. Resumen de las aleaciones de magnesio forjadas
forjad disponibles.
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Tabla 3. Propiedades Mecánicas de varias aleaciones de magnesio forjadas.
Se encuentran disponibles las aleaciones
a
ZC71, ZW3 y ZM21, pero no se utilizan en gran medimed
da. Las aleaciones forjadas son trabajadas en caliente por laminación,, extrusión y forja a tempetemp
raturas superiores a 350 °C.
C. Los procedimientos adicionales, como el trabajo en frío, se pueden
aplicar después con bajas
as tasas de deformación para evitar la formación de grietas.
grietas Dado que se
prevé el magnesio para su uso en piezas con altos niveles de seguridad,
seguridad, se ha producido un
notable aumento de interés en las aleaciones forjadas.. El comportamiento durante un choque es
un criterio importante en esas consideraciones.
3.2.4. Aplicaciones
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En el pasado, la fuerza impulsora detrás del desarrollo de las aleaciones de magnesio fue el
potencial para construcciones ligeras en las aplicaciones militares. Hoy en día, el énfasis se ha
desplazado hacia el ahorro de peso en aplicaciones de automóviles, a fin de satisfacer la ded
manda para economizar el uso de combustible y la reducción de las emisiones en un momento
de creciente impacto ambiental. Es interesante anotar que el uso de magnesio en los automóviautomóv
les no es una innovación reciente. Ya en la década de 1930, era común que incluyera partes de
magnesio fundido en automóviles,
automó
con el VW-Beetle
Beetle como el más famoso ejemplo. Desde el
inicio de su producción en 1939, se añadieron varias partes, como el cárter principal, los engraengr
najes del cigüeñal, el cárter de la caja de cambios,, varias cubiertas y el brazo de un generador
de energía eléctrica, hasta que el peso total de magnesio alcanzó los 17 kg en 1962, lo que sigsi
nificó una reducción de 50 kg de la masa total en comparación con el acero. La producción de
los VW-Beetle
Beetle utilizó casi 21.000 toneladas de aleaciones de magnesio en 1960 y el Grupo
Volkswagen alcanzó un consumo total de 42.000 toneladas de aleaciones de magnesio en 1972,
hasta el cambio de los motores refrigerados por aire a los motores refrigerado por agua que
redujo drásticamente el uso de las aleaciones de magnesio.
magnesio. Otros fabricantes utilizaron el magma
nesio en sus aplicaciones técnicas, así como en piezas complejas, tales como las cubiertas del
tractor hechas de fundición (dimensiones: 1250 mm × 725 mm × 480 mm, peso 7.6 kg), las cajas
de cambio principales de helicópteros
helicópteros (peso de la fundición 400 kg, 200 kg mecanizados), el
cárter principal para los motores Zeppelin, el cárter de la admisión de aire para motores turbohéturboh
lice (peso 42 kg), marcos, llantas, paneles de instrumentos, aspas de ventilador para torres de
enfriamiento (169 kg de peso), etc.
Es difícil de explicar el porqué la tendencia a utilizar aleaciones de magnesio no continúa de una
manera sencilla. Un factor principal es sin duda la capacidad limitada de los pocos productores
de magnesio, lo que conlleva
leva a que no se logre un precio competitivo. El factor principal que
impide un amplio uso es su baja resistencia a la corrosión. El desarrollo de las aleaciones de alta
pureza (HP), con su muy mejorada resistencia a la corrosión, contribuyó a una rápida expansión
e
de la producción. Otro factor que favorece el uso de magnesio es que se cuenta como un sustisust
tuto de los polímeros porque aún no se ha encontrado una solución satisfactoria para su reciclarecicl
do. En lo que respecta al procesamiento de las aleaciones de magnesio, se prefiere la fundición
en coquilla bajo presión debido a sus ventajas en el procesamiento de las aleaciones de alumialum
nio y zinc, que son susceptibles a este tipo de fundición. Además de las propiedades específicas
del magnesio, los factores más favorables son su baja temperatura de fundición (650-680
(650
°C,
dependiendo de la aleación) y el relativo bajo consumo de energía necesario para la fusión. La
3
energía necesaria para la aleación AZ91 (2 kJ/cm ) es de aproximadamente el 77% de la que se
requiere
re para fundir la aleación de aluminio AlSi12CuFe. El alto precio de magnesio por lo genegen
ral se refiere a su masa no a su volumen y la baja densidad, junto con otros factores pueden
realmente hacerlo más barato en términos reales. Por lo tanto, el bajo contenido
contenido térmico permite
que el proceso de fundición sea 50% más rápido que con el aluminio; se pueden realizar ciclos
de piezas grandes manteniendo una alta precisión y buena calidad superficial. A temperaturas
bajo cero, la estructura cristalina es de grano
grano muy fino, lo que se traduce en buenas propiedades
mecánicas a temperatura ambiente pero se obtiene una baja resistencia a la fluencia. Por otra
parte, la microestructura puede ser porosa debido a turbulencias por una alta velocidad de llenallen
do del molde; debido a esto es inusual realizar tratamientos térmicos posteriores ya que los pop
ros se rompen aparte. El magnesio no ataca los moldes de hierro tanto como los de aluminio; los
moldes pueden tener paredes escarpadas y el potencial de ahorro en términos de herramientas
puede ser como un 50% comparado con el uso de aluminio.
La industria automotriz es a gran escala el principal usuario de las aleaciones de magnesio, ded
bido a la posibilidad de producir en masa series de piezas por fundición en coquilla bajo presión
p
de alta calidad a un coste razonable. Ejemplos de piezas de magnesio en los vehículos incluyen:
•
Cárter de la caja de cambios, por ejemplo, en el VW Passat, Audi A4
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•
•
•
•
•
•
•
Interior de la puerta del maletero en el Lupo ( "coche de 3 litros"), que está hecha de AM50
(3.2 kg)
Cubierta del tanque en el Mercedes-Benz
Mercedes
SLK
Tapón de la culata, por ejemplo, hecha de AZ91HP por fundición en cámara fría y con un
peso de 1.4 kg
Salpicadero, por ejemplo, en el Audi A8 y en el Buick Park Avenue/Le Sabre
Marcos de los asientos
Volantes, por ejemplo, en el Toyota Lexus, Celica, Carina y Corolla
Llantas, por ejemplo, en el Porsche Carrera RS (9.8 kg de AM70 HP; colada en lingotes a
baja presión)
La lista de piezas de magnesio en los automóviles puede continuar ya que se añaden
a
constantemente nuevos ejemplos. Dos recientes aplicaciones de magnesio se ilustra en las figuras 19 y
20. La cubierta del tanque del Mercedes-Benz
Mercedes Benz SLK se utiliza como un ejemplo para mostrar el
resultado de la conversión de materiales convencionales a aleaciones de magnesio. La parte
que soporta el alma de la carrocería del vehículo y actúa como separación entre el maletero y
los asientos traseros, se fabricó inicialmente como un marco de conductos soldados de acero y
soldaduras de aluminio (7-8
8 kg cada
cada uno) y una parte de magnesio fundido. La fundición de
magnesio se constituyó como una parte en serie con un peso total de 3.2 kg, requerimientos de
disminución espacial y un menor número de componentes. Por otra parte, no se necesitaba un
post-procesamiento
ento y la parte se podría utilizar al descubierto. El uso de magnesio en el cárter
de la caja de cambios en el VW Passat también se basa principalmente en el ahorro de peso
logrado sustituyendo las aleaciones de aluminio. El uso de la aleación AZ91 en lugar
luga de la aleación de aluminio dio lugar a una reducción del peso total de casi 25%, sin cambios en la geoge
metría y el equipo de producción. Desde la introducción del trabajo repetitivo en 1996, se fabrifabr
can para VW en Kassel 600 piezas/día; se proyecta una producción
producción de 1200 piezas/día. La baja
densidad del magnesio lo blinda contra la radiación electromagnética y la posibilidad de producir
partes de paredes delgadas ha dado lugar a un mayor uso de piezas de fundición por presión en
la industria de la informática,
ica, en los teléfonos móviles (figuras 21 y 21) y en herramientas de
mano (por ejemplo, motosierras).
Figura 19. Tanque de combustible-cubrir
combustible
(Mercedes-Benz
Benz AG)
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Figura 20. Caja de cambios de vivienda en el VW Passat-(Volkswagen
Passat (Volkswagen AG)
Figura 21.
21 Carcasa de Teléfono Móvil (Unitech Company)
Figura 22. Partes de una centralita telefónica (Unitech Company)
Company
3.2.5. Investigación y Desarrollo del Magnesio y sus Aleaciones
La investigación y el desarrollo de las aleaciones de magnesio se centran actualmente en:
•
•
•
•
•
•
Desarrollo de aleaciones
Solidificación rápida
Tecnología de producción
Compuestos
Corrosión y su prevención
Reciclado
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3.3. TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIO
El titanio tiene excelentes propiedades de resistencia, ductilidad y resistencia a la fractura en
combinación con una gran resistencia ambiental. Sin embargo, la dificultad en la obtención de
titanio a partir de sus minerales (principalmente ilmenita y rutilo) junto con estrictos requisitos de
procesamiento (que implican su alto costo), frena en gran medida
medida su comercialización. Sin eme
bargo, hoy hay una vibrante industria de titanio lista para avanzar en el mercado con altos volúvol
menes de producción y una buena relación costo – competitividad. Tiene un punto de fusión de
3
1675 °C,
C, un peso atómico de 47.9 y una densidad de 4.5 g/cm . Es el cuarto elemento más
abundantes entre los elementos metálicos de la corteza terrestre (detrás de Al, Fe y Mg), que se
produce principalmente como
o rutilo (TiO2) e ilmenita (FeTiO3). El uso del titanio metálico puede
dividirse
e en dos categorías principales: resistencia a la corrosión (esencialmente titanio y aleaale
ciones de titanio en menor medida) y de uso estructural (para lo cual el titanio es más altamente
aleado para aumentar el nivel de resistencia, manteniendo al mismo tiempo
tiempo los niveles de otras
propiedades mecánicas como la ductilidad). Si bien el mercado de titanio metálico está mostranmostra
do una tendencia general al alza, el principal uso del titanio es como TiO2, un componente blanbla
co con un alto índice de refracción, es como
como un pigmento "blanqueador" en pinturas, papel, cauca
cho, plásticos y es 20 × el nivel de uso de titanio metálico.
Las aleaciones de titanio se pueden dividir en dos grandes categorías: aleaciones resistentes a
la corrosión y aleaciones estructurales. Las aleaciones resistentes a la corrosión se basan genegen
ralmente en la única fase α con adiciones diluidas de solución sólida reforzada y elementos ese
tabilizadores de la fase α como oxígeno, paladio, rutenio y aluminio. Estas aleaciones se usan
en la industria química, energía, papel y procesado de alimentos en la fabricación de tuberías
altamente resistentes a la corrosión, intercambiadores de calor, carcasa de las válvulas y contecont
nedores. Las aleaciones fase α proporcionan una excelente resistencia a la corrosión,
corros
buena
soldabilidad y son de fácil procesamiento y fabricación pero tienen una resistencia relativamente
baja. Las aleaciones estructurales pueden dividirse en cuatro categorías: las aleaciones casi-α,
casi
la aleaciones α+β,, las aleaciones β y el intermetálico
lico aluminuro de titanio. El titanio en su forma
natural es de color gris oscuro, sin embargo, se puede anodizar para dar una muy atractiva gag
ma de colores para su uso en joyería y otras aplicaciones donde la apariencia es importante,
entre ellas algunos edificios (el uso de este último en particular en Japón). El metal y sus aleaale
ciones tienen una baja densidad, aproximadamente el 60% de la densidad del acero. El titanio
es amagnético y tienen buenas características de transferencia de calor, su coeficiente
coeficient de expansión térmica es un poco menor que el del acero y menos de la mitad que el del aluminio. El
punto de fusión del titanio y sus aleaciones es más alto que el del acero, pero la temperatura de
aplicación es mucho más baja anunciada sobre la base de esta
esta característica por sí sola.
El titanio existe en dos estados cristalinos: la fase alfa (α)
( ) a baja temperatura, que tiene una
estructura cristalina hexagonal compacta y la fase beta (β)
( ) a alta temperatura, que tiene una
estructura cúbica centrada en el cuerpo. Esta transformación alotrópica se produce a 880 °C en
el titanio nominalmente puro. El titanio tiene ciertas características que lo hacen muy diferente a
otros metales ligeros como el aluminio y el magnesio.
magnesio. La transformación alotrópica permite la
formación de aleaciones de microestructuras compuestas de α, β, o α/β,, además de la formación
de compuestos en ciertas aleaciones. Debido a su estructura electrónica como elemento de
transición, el titanio puede formar soluciones sólidas con la mayoría de elementos sustitucionasustitucion
les que tengan un factor de tamaño del 20%, dando la posibilidad de obtener muchas aleacioaleaci
nes. El titanio también reacciona fuertemente con elementos intersticiales tales como nitrógeno,
oxígeno e hidrógeno a temperaturas por debajo
debajo de su punto de fusión, cuando reacciona con
otros elementos puede formar soluciones sólidas y compuestos de unión metálica, covalente o
iónica. La elección de los elementos de aleación está determinada por la capacidad del elemeneleme
to para estabilizar las fases α o β (Fig. 23). El aluminio, oxígeno, nitrógeno, galio y el carbono
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son los elementos más comunes de estabilización de la fase α.. El zirconio, estaño y silicio son
vistos como neutrales en su capacidad para estabilizar cada fase. Los elementos que estabilie
zan la fase β puede formar sistemas binarios del tipo la β-isomorfo
isomorfo o del tipo de β-eutectoide.
Los elementos que forman sistemas binarios del tipo isomorfo incluyen Mo, V y Ta, mientras que
Cu, Mn, Cr, Fe, Ni, Co y H son formadores eutectoides los cuales pueden formar compuestos.
Los elementos de aleación β-isomorfos,
β isomorfos, que no forman compuestos intermetálicos, se prefieren
en vez de los elementos del tipo eutectoide como adicionales a las aleaciones α-β o las aleaciones β para mejorar su templabilidad y aumentar su respuesta a tratamientos térmicos. Se han
realizado una serie de intentos de clasificación de los diagramas de fase de las aleaciones de
titanio, hay dos grandes divisiones: sistema estabilizador α y sistema estabilizador
abilizador β. De estos,
probablemente, el más conveniente es el que se desarrolló por Molchanova (Fig. 23). En este
caso, los estabilizadores alfa se dividen en los que tienen estabilidad completa, en los que la
fase alfa puede coexistir con el líquido (por
(po ejemplo, Ti-O y Ti-N)
N) y hay una simple reacción pep
ritéctica y los que tienen una estabilidad alfa limitada, en la que con la disminución de la tempetemp
ratura, la descomposición de la alfa se produce por una reacción peritectoide en beta además de
un compuesto
to (beta peritectoide). Ejemplos de este último tipo de sistema son B-Ti,
B
Ti-C y Ti-AI.
Molchanova también divide a los estabilizadores β en dos categorías,
ías, β-isomorfos y βeutectoides. En el primer sistema existe un amplio rango de solubilidad β con un rango
r
limitado
de solubilidad α.. Ejemplos de ello son Ti-Mo,
Ti
Ti-Ta, Ti-V,
V, con elementos tales como Zr y Hf que
ocupan una posición intermedia, ya que tienen solubilidad mutua completa en ambas fases, α y
β. Para el sistema β-eutectoide
eutectoide la fase β tiene un rango
ngo de solubilidad limitado y se descompone
en α y un compuesto (por ejemplo, Ti-Cr
Ti
y Ti-Cu).
Cu). Esta clase también se pueden subdividirse,
dependiendo de si la transformación β es rápida (tales como Ti-Si, Ti-Cu
Cu y Ni-Ti)
Ni
o lento (tales
como Ti-Cr y Ti-Fe).
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Figura 23. Esquema de Clasificación de las Aleaciones de Titanio
itanio Binario.
Las aleaciones de titanio se clasifican en uno de los cuatro grupos: aleaciones alfa (α),
(
alfa-beta
(α-β), beta (β)) y los intermetálicos (TixAl, donde x = 1 o 3). Las aleaciones de titanio para aplicaciones en el sector aeroespacial contienen elementos estabilizadores α y β necesarios para lol
grar buenas propiedades mecánicas tales como resistencia a la tracción, fluencia, fatiga, resisresi
tencia a la propagación de grietas por fatiga, tenacidad
tenacidad a la fractura, corrosión bajo tensión y
resistencia a la oxidación. Una vez que la química está seleccionada, la optimización de las propr
piedades mecánicas se consigue por trabajo (deformaciones) para controlar el tamaño, la forma
y la dispersión de la fase β primero y más tarde la fase α.
Aleaciones α. Las aleaciones α contienen predominantemente fase α a temperaturas muy por
encima de 540 °C.
C. Una de las principales clases de aleaciones α es la familia de aleaciones de
titanio sin alear que difieren en la cantidad de oxígeno y de hierro en cada aleación. Las aleacioaleaci
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nes con un alto contenido intersticial tienen una elevada resistencia, dureza y temperatura de
transformación comparadas con las aleaciones de alta pureza. Aproximadamente cada 0.01%
0.0
en peso de oxígeno da un aumento de 10.5 MPa en el nivel de resistencia. Otras aleaciones α
contienen adiciones, tales como Al y Sn (por ejemplo, Ti-5Al-2.5Sn
Ti
y Ti-6Al--2Sn-4Zr-2Mo). Generalmente, las aleaciones ricas en α son más resistentes que las aleaciones
aciones α-β o las aleaciones β a la fluencia a altas temperaturas y presentan poco endurecimiento por tratamiento térmitérm
co. Estas aleaciones suelen ser recocidas o recristalizadas para eliminar los esfuerzos por trabatrab
jo en frío, tienen buena soldabilidad y generalmente, baja forjabilidad en comparación con las
aleaciones α-β o β.
Aleaciones α-β. Las aleaciones α-β contienen uno o más estabilizadores de α y β. Estas aleaciones retienen más β después del tratamiento térmico final que las aleaciones casi α y se pueden endurecer por tratamiento de solución y envejecimiento, aunque generalmente se utilizan en
condición de recocido. El tratamiento de solución usualmente se realiza en lo alto del campo de
las fases α-β seguido por un envejecimiento a baja temperatura
temperatura para que precipite α, obteniéndose una mezcla de α fine en una matriz α-β.. El tratamiento de solución y el envejecimiento
pueden aumentar la resistencia de estas aleaciones hasta un 80%. Las aleaciones con bajas
cantidades de estabilizadores β (por ejemplo, Ti-6Al-4V)
4V) tiene una templabilidad pobre y se debe
enfriar rápidamente para su posterior endurecimiento. Un enfriamiento en agua adecuado de la
aleación Ti-6Al-4V
4V endurecerá las secciones inferiores a 25 mm.
Aleaciones β . Las aleaciones β tienen más contenido de estabilizadores β y menos estabilizaestabiliz
dores α que las aleaciones α-β.. Estas aleaciones tienen una alta templabilidad con la fase β
retenida completamente durante el enfriamiento al aire en secciones delgadas y enfriamiento al
agua en secciones de espesor. Tienen buena forjabilidad y buena conformabilidad en frío en la
condición de tratamiento por solución. Después del tratamiento por solución, se realiza un enveenv
jecimiento para transformar algo de fase β a fase α. El nivel de resistencia
ia de estas aleaciones
es mayor que el de las aleaciones α-β, porque las partículas α están finamente dispersas en la
fase β.. Estas aleaciones tienen una densidad relativamente mayor y, generalmente, una baja
resistencia a la fluencia comparada con las aleaciones
ale
α-β.. La tenacidad a la fractura de las
aleaciones β envejecidas a un determinado nivel de resistencia es, generalmente, más alta que
el de una aleación α-β envejecida, aunque la velocidad de crecimiento de la grieta puede ser
más rápida.
Aluminuros de Titanio.. Para aumentar la eficiencia de los motores de las turbinas de gas, es
necesario operar a temperaturas mucho más altas, que requieren aleaciones con mejores propr
piedades mecánicas a temperaturas elevadas. La familia de las aleaciones de titanio que muestra potencial para aplicaciones a temperaturas altas (900 °C)
C) son los compuestos intermetálicos
de aluminuro de titanio Ti3Al (α
( 2) y TiAl (γ). La principal desventaja de este grupo de aleaciones
su baja ductilidad a temperatura ambiente. Sin embargo,
embargo, se ha encontrado que el niobio o el
niobio con otros elementos β--estabilizadores,
estabilizadores, en combinación con un control de la microestructumicroestruct
ra, puede aumentar la ductilidad a temperatura ambiente de las aleaciones Ti3Al hasta un 26%
de elongación. Recientemente,
Recientemente, con un control cuidadoso de la microestructura a temperatura
ambiente se han elevado los niveles de ductilidad en dos fases TiAl (γ+α
(
elo
2) hasta un 5% de elongación. Las composiciones del TiAl (por ejemplo, Ti-48Al-2Cr-2Nb)
Ti
2Nb) han llegado a una etapa de
madurez donde son serios competidores en la fabricación de motores avanzados de turbinas de
gas y automóviles.
3.3.1. Propiedades Mecánicas
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Aleaciones de Titanio Forjadas.
Forjadas Las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio no ded
penden sólo de la química sino que también son fuertemente influenciadas por la microestructumicroestruct
ra como se señaló anteriormente, ésta a su vez depende de la transformación. Las propiedades
tensiles de algunas aleaciones de titanio forjadas se resumen en la Tabla 4.
Tabla 4. Composición y Propiedades a Tracción a Temperatura
T
Ambiente de Aleaciones de
a
Titanio Forjado .
Composición Química, %
Al
Sn
Zr
Mo
V
Si
Otros
Densidad
Relativa
CP Ti 99.5%
-----
-----
-----
-----
-----
-----
-----
4.51
IMI 115
Ti-35A
---------
---------
---------
---------
---------
---------
---------
---------
CP Ti 99.0%
-----
-----
-----
-----
-----
-----
-----
4.51
IMI 155
Ti-75A
---------
---------
---------
---------
---------
---------
0.2 Pd
-----
---------
IMI 260
-----
-----
-----
-----
-----
-----
-----
4.51
IMI 317
5
2.5
-----
-----
-----
-----
-----
4.46
IMI 230
-----
-----
-----
-----
-----
-----
2.5 Cu
4.56
Designación
Condición
Esfuerzo
0.2%,
MPa
Resistencia
a la Tracción, MPa
Elongación,
%
Aleaciones α
Aleaciones cercanas a α
8-1-1
8
-----
-----
1
1
-----
-----
4.37
IMI 679
2.25
11
5
1
-----
0.25
-----
4.82
IMI 685
6
-----
5
0.5
-----
0.25
-----
4.49
6-2-4-2S
6
2
4
2
-----
0.2
-----
4.54
Ti-11
6
2
1.5
1
-----
0.1
0.35 Bi
4.45
IMI 829
5.5
3.5
3
.03
-----
0.3
1 Nb
4.61
Aleaciones α-β
IMI 318, 6-4
6
-----
-----
-----
4
-----
-----
4.46
IMI 550
4
2
-----
4
-----
0.5
-----
4.60
IMI 680
2.25
11
-----
4
-----
0.2
-----
4.86
6-6-2
6
2
-----
6
-----
-----
0.7(Fe,Cu)
4.54
6-2-4-6
6
2
4
6
-----
-----
-----
4.68
IMI 151
4
4
-----
4
-----
0.5
-----
4.62
Recocido
675 °C
--------------------------------Recocido
675 °C
--------------------------------Recocido
675 °C
Recocido
900 °C
ST (α), Envejecimiento
dúplex a 400 y
475 °C
Recocido
780 °C
ST (α+β)
envejecido a
500 °C
ST (β) envejecido a 500 °C
ST (α+β)
recocido a
500 °C
ST (β) envejecido a 700 °C
ST (β) envejecido a 625 °C
Recocido a
700 °C,
ST (α+β)
envejecido a
500 °C
ST (α+β)
envejecido a
500 °C
ST (α+β)
envejecido a
500 °C
ST (α+β)
envejecido a
550 °C
ST (α+β)
recocido a
590 °C
ST (α+β)
envejecido a
170
240
25
---------
-------------------------
-------------------------
480
550
15
---------
-------------------------
-------------------------
315
425
25
800
860
15
630
790
24
980
1060
15
990
1100
15
900
1020
12
960
1030
15
850
940
15
860
960
15
925
1100
990
1170
14
10
1000
1100
14
1190
1310
15
1170
1275
10
1170
1270
10
1200
1310
13
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Ti-8 Mn
-----
-----
-----
-----
-----
-----
8 Mn
4.72
3
-----
-----
-----
13
-----
11 Cr
4.87
4.5
6
11.5
-----
-----
3
-----
-----
8
8
-----
2 Fe
4.85
8
2
2
11
-----
11
-----
-----
4.81
6
Aleaciones β
13-11-13
Beta III
8-8-2-3
Transage
129
500 °C
recocido a
700 °C
5.07
ST (β) envejecido a 480 °C
ST (β) dúplex
envejecido a
480 y 600 °C
860
945
15
1200
1280
8
1315
1390
10
1240
1310
ST (β) enveje1280
1400
cido a 580 °C
ST (β) envejeBeta C
3
----4
4
8
----6 Cr
4.82
1130
1225
cido a 540 °C
ST (β) enveje10-2-3
3
------------10
----2 Fe
4.65
1250
1320
cido a 580 °C
a
ST (α), ST (α+β) y ST (β)) corresponde a un tratamiento de solución en los campos de las fases α, α + β, β
β, respectivamente. El tratamiento de recocido implica, normalmente, un tiempo más corto que el tratamiento de envejecimiento.
Aleaciones de Titanio Fundidas
undidas.. Debido a que las aleaciones obtienen sus formas casi acabadas
directamente del
el estado fundido, obtienen una microestructura que no se puede modificar por
tratamientos termomecánicos
os utilizados con materiales fundidos y forjados (lingotes).
(lingote Adicionalmente, pueden ocurrir una serie de defectos en las piezas moldeadas, como la porosidad, lo que
puede degradar las propiedades mecánicas. La microestructura de los productos fundidos, por
ejemplo, en la aleación Ti-6Al
6Al-4V, consta de grandes granos β,, extensos límites de grano α, α
intergranular alargada y gruesa, que se encuentran en colonias (de platos alineados de manera
similar) o en una morfología Widmanstatten. Esto ocasiona unas propiedades
propiedades (tales como resisresi
tencia, tenacidad de fractura, tasa de crecimiento de grieta a fatiga y comportamiento a fluencia)
con un nivel relativamente alto (Tabla 5). Sin embargo, la ductilidad y la fatiga S-N
S son inferiores
a los productos fundidos y forjado.
forjad Ambas propiedades, ductilidad y fatiga S-N,
N, se pueden mejomej
rar mediante el uso de cualquier tratamiento térmico innovador o el uso de hidrógeno como un
elemento de aleación temporal (procesamiento por termohidrogenado, THP) para refinar la mim
croestructura.
a. La fatiga a altos ciclos de las aleaciones de titanio, tales como el Ti-6Al-4V,
Ti
se
puede mejorar con la compactación isostática en caliente (HIPing). También es posible la fundifund
ción de aleaciones de titanio distintas de las aleaciones Ti-6Al-4V
Ti
convencionales.
onales. Un ejemplo
es la aleación Ti-3AL-8V-6Cr--4Zr-4Mo (38-6-44
44 o beta C), que presenta excelentes propiedades
tensiles y un impresionante comportamiento a fatiga, con un límite de endurancia del 85% por
encima del valor promedio típico de la aleación Ti-6Al-4V.
Ti
4V. Recientemente, se han fabricado
aleaciones fundidas γ que se podrían utilizar en la automoción y en los motores a reacción de las
turbinas de gas avanzadas.
Tabla 5. Propiedades a Tracción a Temperatura
T
Ambiente de varias Aleaciones de Titanio Fundidas.
Aleación
Condición
Titanio puro comercial
Ti-6Al-4V
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
Ti-5Al-2.5Sn-ELI
Fundición bruta o recorec
cido
Fundición bruta o recorec
cido
Doble recocido
Recocido
Resistencia a
la Tracción,
MPa
Límite Elástico, MPa
Elongación,
%
Reducción
de Área, %
550
450
17
32
1035
890
10
19
1035
805
895
745
8
11
16
----------------
3.3.2. Selección de las Aleaciones de Titanio y Aspectos de Diseño
Como se discutió antes hay cuatro clases de aleaciones de titanio: las aleaciones casi α, las
aleaciones α-β,, las aleaciones β y los intermetálicos Aluminuros de Titanio. Se puede hacer una
clasificación en las aleaciones utilizadas principalmente para su resistencia a la corrosión y las
l
utilizadas en aplicaciones estructurales para soportar carga.
rga. Una lista parcial de las aleaciones
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de titanio más importantes en la actualidad se muestra en la tabla 6.. Dentro de categoría de las
aleaciones resistentes a la corrosión se encuentran los grados comercialmente puro y las aleaale
ciones que contienen adiciones
iones específicas para mejorar el comportamiento a corrosión (por
ejemplo, el grupo de metales del platino, como Pt, Pd y Ru). Se puede hace una
un amplia separación de las aleaciones estructurales, entra lass que se utilizan predominantemente a temperatura
ambiente y las
as que se utilizan a temperaturas elevadas (a 600 °C para aleaciones terminales,
hasta un máximo de 900 °C
C para el intermetálicos
intermetálic basado en el TiAl equiatómic
mico).
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Tabla 6. Aleaciones de Titanio mas importantes
Aleación
Titanio sin alear
a
Número
UNS
Designación
ASTM
Comentarios
R50250
Grado 1
4 han aumentado la resistencia debideb
Los grados 2-4
do a un mayor contenido de oxígeno BT1-0
BT1 (puro) y
BT1-0 ruso.
R52400
y
R52250
R53400
R56320
R54520
R54620
R54810
-------------------------------
Grado 7 y 11
Resistentes a la corrosión, la sustitución por Ru
reduce los costes
Grado 12
Grado 9
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Resistente a la corrosión
Formable, tubos
Soldable, usos criogénicos BT5-1
BT5 ruso.
Resistente a la fluencia
Alto módulo
Timetal 1100 usado a 600 °C
C
IMI-230
IMI-829
-----------
------------------
IMI-834
----------------------------------------R56400
R56401
R56620
------------------------------R58650
--------------------------------------------------------------------Grado 5
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
R56260
------------------
Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr
Ti-10V-2Fe-3Al
R58640
-----------
-----------------------------------
Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn
-----------
------------------
Ti-3Al-7.4Mo-10.5Cr
Ti-1.5Al-5.5Fe-6.8Mo
Ti15-Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si
Alpha-2 (Ti3Al) aluminide
--------------------R58210
-----------
---------------------------------------------------------------------
Gamma (TiAl)
-----------
------------------
Estructural OT4 ruso.
Alta temperatura BT8 ruso
Alta temperatura BT9 ruso
Alta temperatura BT18 ruso
Aleación workhorse BT6 ruso
Bajos Intersticios, tolerancia al daño
Mayor resistencia que Ti-6Al--4V
IMI 551
Aleación superplástica SP-700
700
Aleación de bajo costo Timetal 62S
Ti-17,
17, alta resistencia, moderada temperatura
Moderada temperatura, resistencia y fluencia a
largo término.
Beta C (38-6-44)
Ti-10-2-3,
3, piezas forjadas de alta resistencia
Ti-15-3,
3, alta resistencia y se puede procesar como
chapa
Estructural BT15 ruso.
LCB Timetal beta de bajo costo
Timetal 21S
Intermetálicos experimentales
Se trabaja mejor con las aleaciones en dos fases
(α2+γ), semicomercial.
Aleaciones con memoria de forma
TiB2 o TiAl
Ti-0.2Pd
Ti-0.3Mo-0.8Ni
Ti-3Al-2.5V
Ti-5Al-2.5Sn
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si
Ti-8Al-1Mo-1V
Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si
Ti-2.5Cu
Ti-5Al-3.5Sn-0.3Zr-1Nb-0.3Si
Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo0.35Si
Ti-4.3Al-1.4Mn
Ti-6.7Al-3.3Mo-0.3Si
Ti-6.4Al-3.3Mo-1.4Zr-0.28Si
Ti-7.7Al-0.6Mo-11Zr-1.0Nb-0.12Si
Ti-6Al-4V
Ti-6Al-4VELI
Ti-6Al-6V-2Sn
Ti-4Al-4Mo-4Sn-0.5Si
Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe
Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si
Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr
Ti-Ni
---------------------------Cerme Ti
---------------------------(a) IMI, Imperial Metals Industries (ahora parte de Timet).
Al diseñar con titanio y sus aleaciones es conveniente dividir en las dos áreas mencionadas
anteriormente: resistentes a la corrosión y aplicaciones estructurales.
Diseños Resistentes a la Corrosión.
Corrosión. Como se discutió antes, la gran película de óxido adherente
que se forma en la superficie del titanio y sus aleaciones
aleaciones ofrece una resistencia excepcional en
una amplia gama de ácidos y álcalis, así como la sal natural y aguas contaminadas. Las aleaale
ciones de titanio son especialmente resistentes a la corrosión en ambientes oxidantes y este
comportamiento se puede ampliar
ampliar al régimen de reducción con la adición de metales del grupo
del platino. Un resumen de los ambientes de corrosión donde la película de óxido de titanio ofreofr
ce resistencia se muestra en la Tabla 7.
Diseños Estructurales.. Con su alta relación resistencia
resistenc – densidad, excelentes propiedades relarel
cionadas con fractura (tenacidad de fractura, fatiga y velocidad de crecimiento de grieta a fatiga)
y superior resistencia ambiental, el titanio es el material de elección para muchas aplicaciones
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estructurales aeroespaciales
oespaciales y terrestres (soportar carga). La selección del titanio para los fusefus
lajes y motores se basa en sus propiedades específicas: reducción de peso (debido a la relación
resistencia – densidad) junto con la fiabilidad atribuible a su excepcional resistencia
res
a la corrosión y propiedades mecánicas en general. Se han diseñado motores de turbina de gas muy efief
cientes mediante el uso de componentes de aleación de titanio, tales como los álabes del ventivent
lador, los álabes del compresor, rotores, discos, centros
centros y otras partes como la entrada del disdi
tribuidor. El titanio es el material más común para las piezas del motor que operan hasta 593 °C
debido a su resistencia y a la capacidad de tolerar temperaturas moderadas en las partes del
sistema de enfriamiento del motor. Otras ventajas claves de las aleaciones base titanio son la
baja densidad (lo que se traduce en economía de combustible) y su buena resistencia a la fluenflue
cia y la fatiga. El desarrollo de los Aluminuros de Titanio permitió el uso del titanio en secciones
con mayor temperatura de una nueva generación de motores. Las aleaciones de titanio han
sustituido al níquel y las aleaciones de acero en el bastidor y los componentes del tren de aterriaterr
zaje en el Boeing 777. Esto incluye partes de fundición invertida
invertida que permiten que fabricar forfo
mas complejas a un costo relativamente bajo. Por ejemplo, los escudos térmicos que protegen
los componentes del ala de los gases de escape son de fundición de titanio. La fundición en
crisol frío permite la producción de metales limpios, fundamentalmente, para aplicaciones estrucestru
turales al mismo tiempo que se controlan los costos. La unión por conformado/difusión supersupe
plástica/o y la metalurgia de polvos han contribuido a aumentar el uso de las aleaciones de titatit
nio en los
os nuevos diseños del fuselaje, mediante la reducción del costo de mecanizado y la canca
tidad de residuos producidos.
Tabla 7. Ambientes corrosivos donde la película de óxido de titanio proporciona resistencia.
Cloro y otros halogenuros
Soluciones salinas de compuestos
uestos inorgánicos
•
Totalmente resistente a los vapores del cloro y sus comco
•
Altamente resistentes a los cloruros de calcio, cobre,
puestos.
hierro, amoníaco, manganeso y níquel.
•
Totalmente resistente a las soluciones de cloritos, hipohip
•
Altamente resistente a las sales de bromuro.
cloritos, percloratos y dióxidos de cloro.
•
Altamente resistentes a los sulfuros, sulfatos, carbonacarbon
•
Resistencia a vapores de bromo, yodo y sus compuestos,
tos, nitratos, cloratos e hipocloritos.
es similar resistencia al cloro.
Agua
Ácidos orgánicos
tereftál
•
Inmune a la corrosión en todos los medios naturales, En general muy resistentes a los ácidos acético, tereftálico, adípico, cítrico, fórmico, láctico, esteárico, tartárico y
mar, aguas salobres y aguas contaminadas.
•
Inmune a la corrosión influenciada microbiológicamente tánico.
(MIC).
Ácidos minerales oxidantes
Productos químicos orgánicos
Altamente resistentes a los ácidos nítrico, crómico, Resistentes a la corrosión en procesos orgánicos con
perclórico, e hipocloroso (vapor de cloro).
flujos de alcoholes, aldehídos, esteres, cetonas e hidrohidr
carburos, con el aire o la humedad.
Gases
Medios alcalinos
Resistentes a la corrosión por dióxido de azufre, amonio, Velocidad
ad de corrosión baja en los hidróxidos de sodio,
dióxido de carbono, monóxido de carbono, sulfuro de potasio, calcio, magnesio y amoníaco.
hidrógeno y nitrógeno.
Información proporcionada como una visión general. Antes de especificar el titanio en cualquier medio ambiente agresivo, consulte a
expertos en corrosión. Adaptado de James
ames S. Grauman y Brent Willey, "Shedding New Light on Titanium in CPI Construction", Chemical
Engineering, August 1998.
3.3.3. Aplicaciones
El mercado de las aleaciones de titanio y los requerimientos de los productos se pueden enmarenma
car en tres principales segmentos: motores a reacción, fuselajes y aplicaciones industriales
(véase la tabla 8). El primero de estos dos segmentos está relacionado con el amplio mercado
aeroespacial, que domina el uso del titanio y consume aproximadamente cantidades iguales en
loss motores y los fuselajes. Estas dos aplicaciones se basan principalmente en titanio de alta
resistencia específica (relación resistencia – densidad). El tercero y más pequeño segmento de
mercado es el industrial, que se basa en titanio de excelente resistencia
resistencia a la corrosión en agua
salada y otros ambientes agresivos. Como se indica en la tabla 8, estos segmentos de mercado
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tienen proporciones similares en los Estados Unidos y Europa, aunque el total de mercado de
EE.UU. es de aproximadamente 2.5 veces el de Europa. En Japón, la mayoría del titanio es para
uso en otros sectores diferentes al aeroespacial. La capacidad de titanio de la antigua Unión
Soviética se estima en alrededor de 90 millones de kg por año, una capacidad que podría camca
biar totalmente el mercado occidental con productos a bajo costo.
Tabla 8. Aleaciones de Titanio
itanio – Requerimientos del mercado y del producto.
Segmento del Mercado
Mercado en USA
Cuota Europea
•
Motores a reacción
42%
37%
•
•
•
•
•
Fuselajes
38%
33%
•
•
•
•
Industria
20%
30%
•
•
•
Total
Consumo en 2008, kg x
106
100%
23.6
100%
9.1
Requerimientos del
Producto
Resistencia a la tracción
a altas temperaturas.
Resistencia a la fluencia
Estabilidad
a
altas
temperaturas
Resistencia a fatiga
Tenacidad a la fractura
Alta resistencia a la
tracción
Resistencia a fatiga
Tenacidad de fractura
Fabricable
Resistencia a la corrosión
Resistencia adecuada
Fabricable
Costos competitivos
Las necesidades de productos para las aleaciones de titanio en cada segmento de mercado son
sobre la base de las necesidades específicas para la aplicación particular. Por ejemplo, los rer
querimientos del motor a reacción se centran principalmente en la resistencia a la tracción, resisresi
tencia a la fluencia y estabilidad térmica a temperaturas elevadas. En segundo
segundo nivel son consicons
deradas la resistencia a la fatiga y la tenacidad a fractura. Las aplicaciones en fuselajes requierequi
ren alta resistencia a la tracción combinada con una buena resistencia a la fatiga y tenacidad a
fractura. También se considera importante
importante la fácil fabricabilidad de los componentes. Las aplicaaplic
ciones industriales enfatizan la buena resistencia a la corrosión en una variedad de medios de
comunicación como una consideración primordial, así como la adecuada resistencia, fabricabilifabricabil
dad y costoss competitivos, en relación con otros tipos de aleaciones resistentes a la corrosión.
Las aplicaciones en motores a reacción incluyen los discos y los álabes del ventilador (Figs. 24 a
y b). Los componentes de fuselajes fabricados a partir de titanio varían
varían desde pequeñas a grangra
des partes de las vigas de apoyo del tren de aterrizaje principal, la popa de una sección del fusefus
laje y la viga forjada de un camión (figuras 25a, b y c). Las aplicaciones no-aeroespaciales
no aeroespaciales traditrad
cionales incluyen la cubierta de los tubos en los equipos de transferencia de calor (Fig. 25d) y la
carcasa de relojes (Fig. 26a). También se incluyen artículos deportivos (Fig. 26b), cubiertas para
la prevención en la corrosión del agua de mar sobre muelles (Fig. 26c) y los techos de los edifiedi
cios (Fig. 26d). El alto costo de las aleaciones de titanio a menudo limita el empleo. Por ejemplo,
la tabla 9 compara la cantidad de titanio previsto para su uso en tres sistemas de la Fuerza AéA
rea de los EE.UU., expresado como porcentaje en peso del fuselaje,
fuselaje, con cifras de un primer
diseño para la comparación. Así pues, mucho trabajo se ha centrado en la reducción de costos
de los componentes, manteniendo al mismo tiempo niveles aceptables de propiedades mecánimecán
cas, incluyendo técnicas de conformado casi terminados y la formulación de aleaciones de un
menor coste. Un área de expansión para el titanio se encuentra en los automóviles con alredealred
dor de 16 millones de automóviles y camiones ligeros producidos en los Estados Unidos cada
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año. Así pues, con sólo 1.8 kg de titanio por vehículo podría aumentar por más del doble del
consumo anual de titanio en los Estados Unidos aunque con un efecto dramático sobre la infrainfr
estructura de titanio. Se fabricó a mediados de los años 1950 un automóvil todo de titanio. Sin
embargo, el uso generalizado en gran volumen de producción de automóviles (Fig. 27a) requerequ
rirá que sea un producto rentable. Recientemente, un atractivo comportamiento balístico de las
aleaciones de titanio ha permitido su uso en vehículos militares blindados.
blindados. Una novedad ha sido
la utilización de las aleaciones de titanio en los clubes de golf, sobre todo el metal "madera" (Fig.
27b). También la obligación de reducir los efectos nocivos (tal como los tipo I, duros, grandes
defectos intersticiales (O2 y N2)) y la posibilidad mar cercana de la fusión de palanquillas a la
configuración final (por lo tanto, reducir los costos) se ha traducido en un aumento presente y
previsto para facilitar la fusión en crisol.
(a)
(b)
Figura 24. (a) Álabes de titanio para motores a reacción. (Cortesía de RMI Titanium Company),
Company)
(b) Discos de Ventilador fabricado con una aleación Ti-6Al-4V forjado
o de un motor serie CF6 del
General Electric. Cada forjado es de 90 cm (35 pulgadas) de diámetro y 250 kg (550 lb) de peso.
(Courtesy Wyman-Gordon Company)
(a)
(b)
(c)
(d)
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Figura 25. (a) Viga de apoyo del tren de aterrizaje principal fabricada con Ti-6Al
Ti 6Al-4V forjado para
el Boeing 747. Cada forjado es de 6.2 m de largo, 97 cm de ancho, 28 cm de espesor y pesa
más de 1600 kg. (Cortesía Wyman-Gordon
Wyman
Company), (b) Popa Ti-6Al-4V/Ti--8Mn "bala cola de
bote"" de la sección del fuselaje del F-5.
F La sección del plano experimenta
menta un calentamiento debido a su proximidad al motor. (Cortesía Northrop-Grumman
Northrop
Corporation,
rporation, División de Aviones),
(c) Boeing 777 Ti-10V-2FE-3AL
3AL viga forjada de camión, montaje soldado alrededor de 10 m de
largo. (Cortesía Boeing
ng Commercial Airplane Company), (d) Tubos de titanio en un equipo de
transferencia
sferencia de calor. (Cortesía de RMI Titanium Company)
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 26. (a) Carcasa de relojes de aleación de titanio fabricado mediante el proceso PIM
(moldeado por inyección de polvo).
polvo) (Courtesy Hitachi Metals Precision/Casio Computer Co.),
Co.) (b)
Bate de softbol fabricado de titanio pulvimetalúrgico (Cortesía de Dynamet Technology),
Tec
(c) Cubierta de titanio para prevenir la corrosión en un muelle de observación aluvial.
aluvial. (Cortesía Nippon
Steel), (d) Figura 33. Techo de titanio soldado
soldado por electrodo, Centro Tecnológico Futtsu, Japón.
(Cortesía Nippon Steel).
Tabla 9. Titanio (wt. %) en el fuselaje
A finales de la década de 1990 el mercado del titanio tuvo un descenso menor debido a la disdi
minución de los aviones comerciales, especialmente por parte de la Compañía Boeing. Sin eme
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bargo, el mercado se fortaleció nuevamente a finales de 1990 y en combinación con el aumento
de las aplicaciones no-aeroespaciales
aeroespaciales del titanio dará lugar a una continuación de la tendencia
general de crecimiento.
cimiento. El principal factor que restringe mucho más el uso generalizado del titatit
nio y sus aleaciones es el costo. Sin embargo, ahora hemos visto avances significativos del uso
de las aleaciones de titanio en la familia del automóvil Toyota Altezza. Si los
los rumores de un mem
nor costo de extracción por el proceso de "electrolisis invertida" proceso son verdaderos, entonento
ces se va a producir un aumento espectacular en el uso del titanio y sus aleaciones.
(a)
(b)
Figura 27. (a) Primeros componentes sustituidos por titanio para un gran volumen de producción
de automóviles. (Cortesía de la Sociedad de Japón de titanio), (b) Palos de golf fabricados de
titanio. (Cortesía TaylorMade Golf.)
3.4. ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO
En menos de 100 años, el aluminio
aluminio se ha convertido en el metal más utilizado después del hiehi
rro. Si bien, todas las aleaciones de aluminio son descubrimientos recientes en comparación con
metales como hierro, cobre, plomo y estaño, la industria del aluminio continúa desarrollando
nuevas
as aleaciones y aplicaciones. La penetración de las nuevas tendencias, sin embargo, se ve
reforzada por un conocimiento de la historia del aluminio. En la naturaleza, el aluminio se ene
cuentra perfectamente combinado con otros elementos, principalmente oxígeno
oxígeno y silicio, en ded
pósitos de bauxita roja arcillosa cerca de la superficie de la Tierra. Debido a que es tan difícil
extraer aluminio puro a partir de su estado natural, no fue hasta 1807 que fue identificado por Sir
Humphry Davy de Inglaterra, quien lo llamó aluminio después de alumine, el metal que los ror
manos creían estaba presente en la arcilla. Davy había producido con éxito, pequeñas y relatirelat
vamente puras, cantidades de potasio, pero fracasó al intentar aislar el aluminio. Aunque el alual
minio es el metal
etal más abundante en la corteza terrestre, cuesta más que algunos metales mem
nos abundantes debido a la energía necesaria para extraer el metal a partir de minerales. Su
uso generalizado se debe a las cualidades de aluminio, que incluyen:
Alta relación Resistencia-Peso
Peso.. El aluminio es el metal más ligero, más que otros como el magma
nesio, con una densidad alrededor de un tercio de la del acero. Sin embargo, la resistencia de
las aleaciones de aluminio, rivales del acero al carbono templado, pueden alcanzar los
lo 700 MPa.
Esta combinación de alta resistencia y peso ligero del aluminio lo hace especialmente adecuado
para los vehículos de transporte tales como barcos, coches de ferrocarril, aeronaves, cohetes,
camiones y, cada vez más, los automóviles, así como las estructuras portátiles, tales como ese
caleras,
leras, andamios y pasarelas.
Fácil Fabricación.. El aluminio es uno de los metales más fácil se puede conformar y fabricar,
incluyendo operaciones tales como extrusión, doblado, laminación, embutición, estirado, forjado,
forja
fundición, hilado y mecanizado. De hecho, todos los métodos utilizados para conformar otros
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metales se pueden usar para conformar aluminio. El aluminio es el metal más apropiado para la
extrusión, este proceso (por el cual el metal sólido es empujado a través de una abertura, esboesb
za la forma de la parte resultante) es especialmente útil, ya que pueden producir piezas con
secciones transversales complejas en una sola operación. Los ejemplos incluyen productos de
ventanaje en aluminio como los marcos de las
las ventanas, umbrales de puertas, miembros de
enmarcado y entre-ventanas
ventanas utilizados en la elaboración de los muros de revestimiento y para la
fachada exterior de muchos edificios.
Resistencia a la corrosión.. El aluminio reacciona con el oxígeno muy rápidamente,
rápidam
pero la formación de la película de óxido dura impide la posterior oxidación del metal. Esta delgada, dura e
incolora película de óxido se une fuertemente a la superficie del aluminio y se reforma rápidarápid
mente cuando hay daño.
Alta conductividad eléctrica.. El aluminio conduce el doble de la electricidad con el mismo peso
comparado con el cobre, por lo que es ideal para su uso en cables de transmisión eléctrica.
Alta conductividad térmica.. El aluminio conduce el calor tres veces más que el hierro, en beneficio de aplicaciones de calefacción y refrigeración, incluidos los radiadores de automóviles, bobibob
nas de evaporador del refrigerador, intercambiadores de calor, utensilios de cocina y componencompone
tes del motor.
Alta resistencia a temperaturas criogénicas.
criogénic . El aluminio no es propenso a la rotura frágil a bajas
temperaturas y tiene una mayor resistencia y tenacidad a bajas temperaturas, por lo que es útil
para los recipientes criogénicos.
Reflectividad.. El aluminio es un excelente reflector de energía radiante,
radiante, por lo que se utiliza para
la calefacción, los reflectores de las lámparas y en aislamiento.
No Tóxico.. Como el aluminio es no tóxico, que se utiliza ampliamente en la industria del embalaembal
je para alimentos y bebidas, así como las tuberías y los depósitos
depósitos utilizados en el procesamiento
de alimentos y utensilios de cocina.
Reciclabilidad.. El aluminio es fácilmente reciclable; alrededor del 30% de la producción de aluminio de los EE.UU. es a partir de material reciclado. El aluminio fabricado a partir de material
reciclado requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir aluminio a partir de bauxita.
Una buena combinación de propiedades de este metal desempeña un papel importante en su
selección para una aplicación determinada. Un ejemplo de ello son las canaletas de lluvia y de
d
desagüe,, hechas de aluminio porque se pueden laminar de una manera fácil y rápida con equiequ
pos portátiles en el lugar de la obra y es resistente a la corrosión. Otro ejemplo son las latas de
bebidas, que se benefician del peso
peso ligero del aluminio para su transporte y su reciclabilidad.
3.4.1. Sistema de Designación de Aleaciones y Revenidos
Los metales en su estado puro se utilizan muy poco, con la adición de uno o más elementos a
un metal se obtienen aleaciones
ones que tiene a menudo propiedades muy diferentes,
diferentes comparadas
con el material sin alear.. Si bien la adición de elementos de aleación a veces degrada ciertas
características del metal puro (tales como la resistencia a la corrosión o la conductividad eléctrieléctr
ca), esto es aceptable para ciertas aplicaciones porque otras propiedades (tales como la resistencia) se pueden
n mejorar ostensiblemente.
ostensiblemente Para alear el aluminio se utilizan cerca
c
de 15 elementos y aunque generalmente comprenden menos del 10% de la aleación en peso, que puepu
den afectar
ctar dramáticamente las propiedades del material. Las aleaciones
leaciones de aluminio se dividen
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en dos categorías: las aleaciones forjadas,
forjad
que hay que trabajarlas para darle forma y las aleaciones de fundición, las cuales desde el estado líquido se vierten en un molde que determina su
forma. La Asociación de aluminio mantiene un sistema de designación,
designación para cada categoría,
categoría
ampliamente reconocido; que se describe en la norma ANSI H35.1, las denominaciones para las
aleaciones de aluminio y tratamientos,
tratamientos se analizan a continuación.
3.4.1.1. Aleaciones de Aluminio Forjadas
En el sistema de designación de la Asociación de Aluminio (Aluminum
Aluminum Association)
Association para las
aleaciones de aluminio, se asigna un número de cuatro dígitos a cada aleación registrada en la
asociación. El primer número de la aleación designa el elemento de aleación principal, el cual
produce un grupo de aleaciones con propiedades similares. Los dos últimos dígitos son asignaasign
dos secuencialmente por la asociación.
asociaci
El segundo dígito indica una modificación de una aleaale
ción.
Tabla 10. Sistema de Designación y Características de las Aleaciones de Aluminio Forjadas
Número de
Serie
Elemento de
Aleación Primaario
Resistencia a la
Corrosión Relativa
Resistencia
Relativa
Tratamiento Térmico
1xxx
Ninguno
Excelente
Normal
No Tratable Térmicamente
2xxx
Cobre
Normal
Excelente
Tratable Térmicamente
3xxx
Manganeso
Buena
Normal
No Tratable Térmicamente
4xxx
Silicio
----------------------
---------------------
No Tratable Térmicamente
5xxx
Magnesio
Buena
Buena
No Tratable Térmicamente
6xxx
Magnesio y Silicio
Buena
Buena
Tratable Térmicamente
7xxx
Zinc
Normal
Excelente
Tratable Térmicamente
Por ejemplo, la aleación 6463 es una modificación de la aleación 6063 con un poco más de límites restrictivos sobre determinados elementos de aleación tales como el hierro, manganeso,
cromo y para obtener mejores características de acabado. Los principales elementos de aleaale
ción y las propiedades de las aleaciones resultantes se enumeran
enumeran a continuación y se resumen
en la Tabla 10:
m
1xxx.. Esta serie es para el aluminio comercialmente puro, definido en la industria como al menos el 99% de aluminio. Los números asignados dentro de la serie 1xxx son para las variaciovariaci
nes en la pureza y elementos que comprenden las impurezas, los principales son el hierro y
silicio. Los principales usos de las aleaciones de esta serie son: conductores eléctricos y almaalm
cenamiento o procesamiento de químicos, porque las propiedades más atractivas de las aleaale
ciones de esta serie son la conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión. Los dos últimos
dígitos del número de aleación denotan los dos dígitos a la derecha del punto decimal del porpo
centaje del material (aluminio). Por ejemplo, 1060 significa una aleación que es 99,60% de alual
minio. La resistencia del aluminio puro es relativamente baja.
2xxx.. El principal elemento de aleación para este grupo es el cobre, que produce una alta resisresi
tencia, pero reduce la resistencia a la corrosión. Estas aleaciones
aleaciones se encuentran entre las primeprim
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ras aleaciones de aluminio que se desarrollaron y originalmente se llamaban duraluminio. La
aleación 2024 es quizás la más conocida y más utilizada en los aviones. Las aleaciones originaorigin
les aluminio-cobre
cobre no son muy soldables,
soldables, pero los diseñadores han superado este obstáculo con
el desarrollo de otras aleaciones en esta serie.
3xxx.. El manganeso es el principal elemento de aleación para la serie 3xxx, aumenta la resisresi
tencia del aluminio sin alear alrededor de un 20%. Tienen buena
buena resistencia a la corrosión y
buena trabajabilidad, consiste principalmente de las aleaciones 3003, 3004 y 3105. Las aleacioaleaci
nes de la serie 3xxx se adaptan bien a productos arquitectónicos como los canalones de aguas
lluvia, cubiertas y revestimientos.
4xxx.. Se adiciona silicio a las aleaciones de la serie 4xxx para reducir el punto de fusión para
aplicaciones de soldadura por fusión y soldadura fuerte. El silicio también ofrece buenas caraccara
terísticas de flujo, que en el caso de las piezas forjadas proporcionar
proporcionar un llenado más completo
de formas complejas. La aleación 4043 se utiliza comúnmente para el alambre de relleno en
soldadura.
5xxx.. Las aleaciones de la serie 5xxx contienen magnesio, consiguiéndose una alta resistencia
y resistencia a la corrosión.. Las aleaciones de este grupo se utilizan en los cascos de buques y
otras aplicaciones marinas, alambre de soldadura y recipientes de almacenamiento soldados. La
resistencia de las aleaciones de esta serie es directamente proporcional al contenido de magnemagn
sio, en rangos de hasta aproximadamente el 6%.
6xxx.. Las aleaciones de este grupo contienen magnesio y silicio en proporciones que forman
siliciuro de magnesio (Mg2Si). Estas aleaciones tienen un buen equilibrio de resistencia a la coc
rrosión y resistencia mecánica. La aleación 6061 es de las más populares de todas las aleacioaleaci
nes de aluminio y tiene un límite elástico comparable al acero al carbono templado. La aleacioaleaci
nes de la serie 6xxx son muy fáciles de extruir, por lo que la mayoría de los productos extruidos
se utilizan ampliamente en la construcción, la edificación y otras aplicaciones estructurales.
7xxx.. El principal elemento de aleación de esta serie es el zinc. La serie 7xxx incluye dos tipos
de aleaciones: las aleaciones aluminio-zinc-magnesio
aluminio
(como
omo la 7005) y las aleaciones aluminioaluminio
zinc-magnesio-cobre
cobre (como la 7075 y 7178). Las aleaciones de esta serie incluyen algunas de
las aleaciones de aluminio más fuertes (como la 7178), que tiene una resistencia última a la
tracción mínima de 580 MPa, y se utilizan en los marcos de aviones y componentes estructuraestructur
les. Sin embargo, la resistencia a la corrosión de las aleaciones serie 7xxx aleadas con cobre es
menor que la de las series 1xxx, 3xxx, 5xxx o 6xxx. Las aleaciones 7xxx sin cobre son resistenresiste
tes a la corrosión, y algunas (como la 7008 y 7072) se utilizan como revestimiento para protecprote
ción catódica de las aleaciones de aluminio menos resistentes a la corrosión.
8xxx.. La serie 8xxx está reservada para elementos de aleación que no sea utilicen para la serie
2xxx a través de 7xxx. El hierro y el níquel se utilizan para aumentar la resistencia sin una pérdipérd
da significativa en la conductividad eléctrica, como en las aleaciones conductoras 8017.
9xxx.. Esta serie no está actualmente en uso.
Las aleaciones experimentales
xperimentales son designadas de conformidad con el citado sistema, pero con
el prefijo X hasta que ya no son experimentales. Los productores también ofrecen aleaciones
patentadas a las que asignan sus propios números de designación o nombres de marca. Otros
Otro
países pueden registrar variaciones nacionales de estas aleaciones en virtud de este sistema.
Estas variaciones les asignan una letra mayúscula después de la designación numérica (por
ejemplo, 6005A, una variación en 6005 utilizada en Europa). Las variaciones
variaciones en límites de comco
posición química nacionales son similares a los límites de la Asociación del Aluminio, pero varva
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ían ligeramente. Algunas organizaciones de normas de otros países tienen sus propios sistemas
de designación que difieren del sistema de la
la Asociación de Aluminio. Las series 2xxx y 7xxx a
veces se denominan como aleaciones de aviones, pero se utilizan también en otras aplicacioaplicaci
nes, incluidos los retenedores utilizados en los edificios. Las aleaciones de las series 1xxx, 3xxx
y 6xxx a veces se denominan "suaves", mientras que las aleaciones de las series 2xxx, 5xxx y
7xxx son llamadas "duras". Esta descripción se refiere a la facilidad de extrusión de las aleacioaleaci
nes, las aleaciones duras son más difíciles de extruir, lo que requiere mayor capacidad
cap
de las
prensas y, por tanto, más caras.
Algunas aleaciones están dotadas de un fino recubrimiento de aluminio puro o aleación de aluminio resistente a la corrosión (como la 7072), el producto resultante se llama alclad. Este revestimiento es unido metalúrgicamente
etalúrgicamente a uno o ambos lados de las
las láminas,
láminas placas, tubos de
3003 o alambres de 5056 y puede ser 1.5-10%
1
del total del espesor. La aleación del revestimiento se elige porque
ue es anódica
anódic a la aleación del núcleo y así lo protege de la corrosión. La
corrosión que se produce ocurre en la interfaz revestimiento-núcleo
núcleo y, a continuación, se extienextie
de lateralmente, haciendo el revestimiento muy eficaz en la protección de materiales delgados.
Debido a que el revestimiento en general tiene una menor resistencia que el metal base, las
aleaciones alclad tienen una resistencia ligeramente inferior que las aleaciones
aciones sin revestimiento
para un mismo espesor.
3.4.1.2. Aleaciones de Aluminio Fundidas
Las aleaciones fundidas contienen una mayor proporción de elementos de aleación que las
aleaciones forjadas. Esto resulta en una estructura heterogénea que en general es menos dúctil
que la estructura más homogénea de las aleaciones forjadas. Las aleaciones fundidas también
contienen más silicio que las aleaciones forjadas para proporcionar fluidez necesaria para los
procesos de fundición. Mientras que el sistema de designación de las aleaciones fundidas de la
Asociación del Aluminio utiliza cuatro dígitos como el sistema de las aleaciones forjadas, la mam
yoría de las similitudes terminan ahí. El sistema de designación de las aleaciones fundidas tiene
tres dígitos, seguido de un punto decimal, seguido por otro dígito. El primer dígito indica el eleel
mento principal
ipal de aleación. Los siguientes dos dígitos designan la aleación, o en el caso de las
aleaciones fundidas comercialmente puras, el nivel de pureza. El último dígito indica la forma de
producto, 1 o 2 para lingotes (dependiendo de los niveles de impureza) y 0 para las piezas molmo
deadas. Una modificación de la aleación original se designa por un prefijo, una letra (A, B, C,
etc.), al número de aleación. Los principales elementos de aleación son los siguientes:
1xx.x.. Estos son las aleaciones fundidas de aluminio
aluminio comercialmente puras; un ejemplo de su
uso está en el rotor de los motores.
2xx.x.. El uso del cobre como el principal elemento de aleación produce aleaciones fundidas más
fuertes. Las aleaciones de este grupo se utilizan para máquinas herramientas, aeronaves,
aer
y las
piezas del motor. La aleación 203.0 tiene la mayor resistencia a elevadas temperaturas y es apta
para el servicio a 200 °C.
3xx.x.. El silicio, con cobre y/o magnesio, se utilizan en esta serie. Estas aleaciones tienen una
excelente fluidez y resistencia y son las más utilizadas de las aleaciones de aluminio fundidas.
La aleación 356.0 y sus modificaciones son muy populares y se utilizan en diferentes aplicacioaplicaci
nes. Las aleaciones con alto contenido de silicio tienen buena resistencia al desgaste
desgast y se utilizan en la automoción para los bloques del motor y los pistones.
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4xx.x.. El uso del silicio en esta serie ofrece una excelente fluidez en aleaciones fundidas como
lo hace para las aleaciones forjadas y se adaptan bien a piezas de fundición con detalles,
de
como
marcos de máquina de escribir y tienen buena resistencia a la corrosión general. La aleación
A444.0 tiene una resistencia moderada y buena ductilidad.
5xx.x.. Las aleaciones fundidas con magnesio tienen buena resistencia a la corrosión, especialespecia
mente en medio marino (por ejemplo, la 514.0), buena maquinabilidad y pueden tener acabados
atractivos, sin embargo, son más difíciles de fundir que las series 200, 300 y 400.
6xx.x.. Esta serie no se utiliza.
7xx.x.. Aleado principalmente con zinc, esta serie
serie es difícil de fundir y se utiliza cuando son imi
portantes sus características de acabado o maquinabilidad. Estas aleaciones tienen una mejor o
moderada resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión general, pero no son adecuaadecu
das para temperaturas
ras elevadas.
8xx.x.. Esta serie es aleada con alrededor de 6% de estaño y se utiliza principalmente para ror
damientos, siendo superior a la mayoría de otros materiales para este fin. Estas aleaciones se
utilizan para el tren de laminación de grandes rodamientos,
rodamientos, bielas y cojinetes del cárter de los
motores diesel.
9xx.x.. Esta serie está reservado para las aleaciones fundidas con otros elementos distintos de
los utilizados en las otras series.
3.4.1.3. Revenidas
Las aleaciones de aluminio se revienen por tratamiento térmico o por endurecimiento por defordefo
mación para aumentar la resistencia mecánica más allá del efecto de endurecimiento que propr
duce la adición de elementos de aleación. Las aleaciones se dividen en dos grupos basados en
si el aumento de la resistencia mecánica
mecánica se puede obtener o no por tratamiento térmico. Ambos
grupos de aleaciones, los tratables térmicamente y los no tratables térmicamente pueden enduend
recerse mediante endurecimiento por deformación, también llamado trabajo en frío. Las aleacioaleaci
nes que no son
on tratables térmicamente sólo puedes endurecerse por trabajo en frío. Si una aleaale
ción puede o no recibir tratamiento térmico depende de sus elementos de aleación. Las aleacioaleaci
nes en la que la cantidad de elemento de aleación en solución sólida en aluminio aumenta con la
temperatura son tratables térmicamente. Las aleaciones forjadas de las series 1xxx, 3xxx, 4xxx y
5xxx no son tratables térmicamente, mientras que las aleaciones forjadas de las series 2xxx,
6xxx y 7xxx lo son, con pocas excepciones. Los métodos
métodos de endurecimiento se resumen en la
Tabla 11.
Las aleaciones no tratables térmicamente también pueden ser tratadas térmicamente, pero este
tratamiento sólo se utiliza para estabilizar las propiedades a fin de que la resistencia mecánica
no disminuya con el tiempo, comportamiento llamado envejecimiento de ablandamiento (age
(
softening),
), y sólo se requiere para las aleaciones con una apreciable cantidad de magnesio (la
serie 5xxx). Un calentamiento entre 110 – 180 °C
C causa todo el ablandamiento que
qu se pueda
producir a la vez y, por tanto, se utiliza como tratamiento térmico de estabilización. Antes del
revenido, las aleaciones están en condición de recocido (en una condición más débil pero más
dúctil). El revenido, mientras aumenta la resistencia mecánica, disminuye
disminuye la ductilidad y, por
tanto, disminuye la trabajabilidad. Para reducir el material a la condición de recocido, los tratatrat
miento de recocido típicos que se pueden utilizar se muestran en la tabla 12.
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El endurecimiento por deformación se consigue por deformación mecánica del material a tempetemp
ratura ambiente. En el caso de láminas y placas, esto se hace mediante la reducción de su ese
pesor por laminación. Como el material es trabajado, se vuelve más resistente a la deformación
e incrementa su resistencia mecánica.
Se pueden aplicar dos tratamientos térmicos en condición de recocido a las aleaciones tratables
térmicamente. En primer lugar, al material se le puede aplicar un tratamiento térmico por solusol
ción. Esto permite elementos solubles de aleación para entrar
entrar en solución sólida, que se mantiemanti
nen en un estado supersaturado concerniente al temple, un enfriamiento rápido controlado se
realiza usualmente utilizando el aire o el agua. A continuación, el material puede someterse a un
tratamiento térmico de precipitación,
ipitación, también llamado envejecimiento artificial, mediante la cual
se precipitan los constituyentes desde la solución sólida para aumentar la resistencia. Un ejemeje
plo de este proceso es la producción de una lámina de 6061-T6.
6061 T6. Desde su condición inicial, material recocido 6061-O,
O, se calienta a 530 °C
C lo más rápidamente posible (tratamiento térmico por
solución), y luego se enfría lo más rápidamente posible (temple), que se traduce a un estado de
revenido T4. Luego, el material se calienta a 160 °C y se mantiene
ntiene durante 18 h (tratamiento
térmico de precipitación); hasta un enfriamiento a temperatura ambiente el revenido es T6.
Tabla 11. Métodos de Endurecimiento.
Aluminio Puro
1xxx
Aleaciones
2xxx – Cu
6xxx – Mg, Si
7xxx – Zn
Aleaciones
3xxx – Mn
5xxx – Mg
Tratamiento Térmico
Tratamiento térmico de solución,
envejecimiento natural o envejecimiento artificial
Endurecimiento
por Deformación
(Trabajo en frío)
Endurecimiento por Deformación
(Trabajo en Frío)
Temperado – T
Temperado – H
Tabla 12. Tratamientos de Recocido típicos para las Aleaciones de Aluminio.
Aleación
1060
1100
1145
1235
1345
1350
2014
2017
2024
2117
2219
3003
3004
3005
3105
5005
5050
5052
5056
5083
5086
5154
5254
5454
5456
5457
5652
6005
6053
Temperatura del Metal
(°°C)
343
343
343
343
343
343
4132
4132
4132
4132
4132
413
343
413
343
343
343
343
343
343
343
343
343
343
343
343
343
4132
4132
Tiempo a Temperatura
aprox. (h)
Designación Temperado
1.
1.
1.
1.
1.
1.
2–3
2–3
2–3
2–3
2–3
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
2–3
2–3
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
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6061
6063
6066
7072
7075
7175
7178
7475
Lámina de Bronce:
Nº 11 y 12
Nº 23 y 24
1.
2.
3.
4132
4132
4132
343
4133
4133
4133
4133
343
343
2–3
2–3
2–3
1.
2–3
2–3
2–3
2–3
1.
1.
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Tiempo en el horno no se precisará más tiempo del necesario para que todas las partes estén a la temperatura de recocido.
recocido La tasa de enfriamiento no es importante.
Estos tratamientos están destinados a eliminar los efectos del tratamiento térmico por solución e incluyen enfriamiento a una tasa de alrededor
de 10 °C por hora a partir de la temperatura de recocido a 260 °C.. La tasa de enfriamiento posterior no es importante. Se puede utilizar un tratamiento a 343 °C, seguido por un enfriamiento incontrolado para eliminar los efectos del trabajo en frío, o eliminar parcialmente los efectos del
tratamiento térmico.
Este tratamiento está destinado a eliminar los efectos del tratamiento térmico por solución e incluye un enfriamiento a una tasa descontrolada
desde 204 °C o menos, seguido de un recalentamiento a 232 °C durante 4 h. Se puede utilizar un tratamiento a 343 °C, seguido por un enfriamiento incontrolado para eliminar los efectos del
de trabajo en frío o eliminar parcialmente los efectos del tratamiento térmico.
El aluminio con tratamiento térmico por solución también pueden someterse a un envejecimiento
natural. El envejecimiento natural, como el envejecimiento artificial, es una precipitación de eleel
mentos de aleación de solución sólida, pero debido a que ocurre a temperatura ambiente, se
produce mucho más lentamente (período de días y meses en lugar de horas) que el envejecienvejec
miento artificial. Ambos procesos de envejecimiento producen un aumento de la resistencia y
una correspondiente disminución en la ductilidad. El material que será sometido a operaciones
de conformado severo (como el alambre de partida en frío para hacer remaches o tornillos) a
menudo es comprado en condición de revenido T4, conformado
conformado y, a continuación, envejecido
artificialmente o permitir que envejezca naturalmente. Se debe tener cuidado al conformar el
material antes que haya transcurrido un período de tiempo demasiado largo, o el envejecimiento
natural del material hará que se endurezca
endurezca y disminuirá su trabajabilidad. A veces el material en
la condición de revenido T4 se refrigera para evitar el envejecimiento natural si se requiere un
conformado en frío para la fabricación en un producto.
El sistema de designación de los revenidos
revenidos es el mismo para las aleaciones forjadas y fundidas,
aunque las aleaciones fundidas únicamente son tratadas térmicamente y no endurecidas por
deformación, con la excepción de algunas aleaciones fundidas 85 × .0. La designación del reverev
nido sigue a la designación
signación de la aleación, los dos están separados por un guión (por ejemplo,
5052-H32).
H32). Las designaciones de revenidos básicos son letras. Las subdivisiones de los revenireven
dos básicos se dan por uno o más números seguidos de letras. Las designaciones básicas de
los revenidos son las siguientes:
F, En bruto.. Se aplica a los productos originados de procesos de conformado en los que no hay
control sobre las condiciones térmicas o endurecimiento por deformación empleados. Para propr
ductos forjados, no hay propiedades
propiedad mecánicas límites.
O, Recocido.. Se aplica a los productos forjados que están recocidos para obtener un revenido
de menor resistencia y los productos fundidos que están recocidos para mejorar la ductilidad y
estabilidad dimensional. A la letra O le puede seguir un número distinto de cero.
H, Endurecimiento por Deformación.
Deformación. (Únicamente productos forjados). Se aplica a los producprodu
tos que obtienen el aumento de su resistencia por un endurecimiento por deformación, con o sin
tratamientos térmicos complementarios
complementarios para producir cierta reducción en la resistencia. A la letra
H le siguen siempre dos o más números.
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W, Tratamiento Térmico por Solución.. Es un revenido inestable que se aplica únicamente a
las aleaciones que envejecen espontáneamente a temperatura ambiente
ambiente después del tratamientratamie
to térmico por solución. Esta designación es específica sólo cuando el período de envejecimienenvejecimie
to es natural se indica, por ejemplo, W½ h.
T, Tratados Térmicamente para producir un revenido estable distinto de F, O u H. Se aplica a los productos que son tratados térmicamente, con o sin endurecimiento por deformación
complementario, para producir revenidos estables. A la letra T siempre le siguen uno o más
números.
Para los revenidos de endurecimiento por deformación, el primer dígito
dígito del número siguiente a la
H denota:
H1, Únicamente endurecido por deformación. Se aplica a los productos que son endurecidos
por deformación para obtener la resistencia deseada sin tratamiento térmico complementario. El
número después de esta designación
designación indica el grado de endurecimiento por deformación. EjemEje
plo: 1100-H14.
H2, Endurecido por Deformación y Recocido Parcialmente. Se aplica a los productos que
son endurecidos por deformación más que la cantidad final deseada y, a continuación, reducida
la
a resistencia al nivel deseado con el recocido parcial. Para las aleaciones que tienen un envejeenvej
cido de ablandamiento a temperatura ambiente, el revenido H2 tiene la misma resistencia última
a la tracción mínima que el correspondiente revenido H3. Para otras
otras aleaciones, el revenido H2
tiene la misma resistencia última a la tracción mínima que el correspondiente revenido H1 y una
elongación ligeramente mayor. El número que sigue a esta designación indica el endurecimiento
por deformación restante después de que el producto ha sido parcialmente recocido. Ejemplo:
3005-H25.
H3, Endurecido por Deformación y Estabilizado. Se aplica a los productos que se han enduend
recido por deformación y cuyas propiedades mecánicas se estabilizan ya sea por un tratamiento
térmico a baja temperatura o como resultado de un calentamiento introducido durante la fabricafabric
ción. La estabilización generalmente mejora la ductilidad. Esta designación sólo es aplicable a
las aleaciones que, a menos que se estabilice, gradualmente se envejecen por
por ablandamiento a
temperatura ambiente. El número siguiente a esta designación indica el grado de endurecimienendurecimie
to por deformación restante después de que se ha producido la estabilización. Ejemplo: 50055005
H34.
H4, Endurecido por Deformación y lacado o pintado.
pinta
Se aplica a los productos que son ene
durecidos por deformación y sometidos a algunas operaciones térmicas durante el posterior
pintado o lacado. El número después de esta designación indica el grado de endurecimiento por
deformación restantes después de
de que el producto ha sido tratado térmicamente, como parte del
curado de la pintura o lacado. Se aplican las propiedades mecánicas límites correspondientes a
H2X o H3X.
El dígito siguiente a la designación H1, H2, H3 o H4 indica el grado de endurecimiento por deformación. El número 8 es para los revenidos con la más alta resistencia última a la tracción
producida normalmente. El número 4 es para los revenidos cuya resistencia última está aproxiaprox
madamente en la mitad del camino entre el revenido O y el revenido
revenido HX8. El número 2 es para
los revenidos cuya resistencia última está aproximadamente a mitad de camino entre el revenido
O y el revenido HX4. El número 6 es para los revenidos cuya resistencia última está aproximaaproxim
damente a mitad de camino entre el revenido
revenido HX4 y el revenido HX8. Los números 1, 3, 5 y 7
del mismo modo designan a los revenidos intermedios entre los definidos anteriormente. El
número 9 designa a los revenidos cuya resistencia última a la tracción mínima excede a la del
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revenido HX8 por 15 MPa
a o más. El tercer dígito, cuando se utiliza, indica una variación en el
grado de revenido o las propiedades mecánicas de un revenido de dos dígitos. Un ejemplo es el
patrón o el repujado de las láminas hechas a partir de los revenidos H12, H22, H32; estos se
asignan a los revenidos H124, H224, H324, respectivamente, desde el endurecimiento por ded
formación adicional al repujado causa un ligero cambio en las propiedades mecánicas.
Para los revenidos tratados térmicamente, los números del 1 al 10 después de la
l T denotan:
T1, Enfriado desde una temperatura elevada y luego envejecido naturalmente a una conco
dición esencialmente estable. Se aplica a los productos que no se trabajan en frío después del
enfriamiento desde una temperatura elevada, o en los que el efecto
efecto del trabajo en frío en el estiest
rado o enderezado no se pueden registrar en las propiedades mecánicas límite. Ejemplo: Extruido 6005-T1.
T2, Enfriado desde una temperatura elevada, trabajado en frío y luego envejecido naturalmente a una condición esencialmente
esencial
estable. Se aplica a los productos que son trabajatrabaj
dos en frío para mejorar la resistencia después del enfriamiento desde una temperatura elevada
o en la que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado se registra en las propiedapropied
des mecánicas límite.
T3, Tratamiento Térmico por Solución, trabajado en frío y luego envejecido naturalmente a
una condición esencialmente estable. Se aplica a los productos que son trabajados en frío
para mejorar la resistencia después del tratamiento térmico por
por solución en la que el efecto del
trabajo en frío en el estirado o enderezado se registra en las propiedades mecánicas límite.
Ejemplo: Lámina 2024-T3.
T4, Tratamiento Térmico por Solución y luego envejecido naturalmente a una condición
esencialmente estable. Se aplica a los productos que no son trabajados en frío después del
tratamiento térmico por solución en el que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezaenderez
do no se podrá registrar en las propiedades mecánicas límites. Ejemplo: Lámina 2014-T4.
2014
T5, Enfriado desde una temperatura elevada y luego envejecido artificialmente. Se aplica a
los productos que no son trabajados en frío después del enfriamiento a partir de una temperatutemperat
ra elevada en la que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado no se podrá regisregi
trar en las propiedades mecánicas límite. Ejemplo: 6063-T5
6063
extrusiones.
T6, Tratamiento Térmico por Solución y luego envejecido artificialmente. Se aplica a los
productos que no se trabajan en frío después del tratamiento térmico
térmico por solución en el que el
efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado no se podrá registrar en las propiedades
mecánicas límites. Ejemplo: Extruido 6063-T6.
T7, Tratamiento Térmico por Solución y, a continuación, sobreenvejecido/estabilizado. Se
aplica a productos forjados que son envejecidos artificialmente después del tratamiento térmico
por solución y se llevan más allá de un punto de máxima resistencia para proporcionar el control
de algunas características importantes. Se aplica a los productos
productos fundidos que son envejecidos
artificialmente después del tratamiento térmico por solución para proporcionar resistencia y ese
tabilidad dimensional. Ejemplo: Remache en frío 7050-T7
7050 T7 y extrusión en frío de alambres y varivar
llas.
T8, Tratamiento Térmico por
por Solución, trabajado en frío y, a continuación, un envejecimiento artificial. Se aplica a los productos que son trabajados en frío para mejorar la resistenresiste
cia o en los que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado se registra en las propr
piedades
dades mecánicas límite. Ejemplo: Lámina 2024-T81.
2024
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T9, Tratamiento Térmico por Solución, envejecimiento artificial y, a continuación, trabajatrabaj
do en frío. Se aplica a los productos que son trabajados en fríos para mejorar la resistencia
después del envejecimiento
ento artificial. Ejemplo: Tuerca 6262-T9.
6262
T10, Enfriado desde una temperatura elevada, trabajado en frío y, a continuación, envejeenvej
cido artificialmente. Se aplica a los productos que son trabajados en frío para mejorar la resisresi
tencia o en los que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado se registra en las
propiedades mecánicas límite.
Se pueden añadir dígitos adicionales a las designaciones T1 a T10 para las variaciones en el
tratamiento. El revenido de alivio de esfuerzos sigue el formato T5,
T5, que se podrá continuar con
otros números.
3.4.2. Propiedades Mecánicas para Aleaciones de Aluminio Forjadas y Fundidas
Las propiedades
ropiedades mecánicas son propiedades relacionadas con el comportamiento del material
cuando se someta a una fuerza. La mayoría se miden de acuerdo con los métodos de ensayo
estándar proporcionados por la American Society for Testing and Materials (ASTM). Las propiedades mecánicas dependen de la aleación y el revenido,, así como, en algunos casos, de la forma de producto. Por ejemplo, los extruidos 6061-T6 tienen una resistencia a la tracción mínima
de 260 MPa, mientras que las láminas y placas de 6061-T6 tienen una
a resistencia última a la
tracción mínima de 290 MPa.. Las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio forjadas
y fundidas se listan en las tablas 13 y 14.
Tabla 13. Propiedades Mecánicas Mínimas para Aleaciones de Aluminio Forjadas.
Aleación y
Temperado
1060-O
1060-H12
1060-H14
1060-H16
1060-H18
1100-O
1100-H12
1100-H14
1100-H16
1100-H18
1350-O
1350-H12
1350-H14
1350-H16
1350-H19
2011-T3
2011-T8
2014-O
2014-T4,
T451
2014-T6,
T651
Alclad
2014-O
Alclad
2014-T3
Alclad
2014-T4,
Elongación en 50 mm (2
in.), %
Resistencia
Última a la
Tracción,
MPa
Límite
Elástico a
Tensión,
MPa
70
85
95
110
130
90
110
1215
145
165
85
95
110
125
185
380
405
185
30
75
90
105
125
35
105
115
140
150
30
85
95
110
165
295
310
95
Muestra
de 1.6 mm
(1/16 in.)
de espesor
43
16
12
8
6
35
12
9
6
5
-------------------------------------------------------------------------
Dureza,
HBa
Resistencia
Última a
Cizalladura,
MPa
Resistencia
a la Fatigab,
MPa
Módulo de
Elasticidadc,
GPa
---------------------------------------------45
25
20
17
15
(d)
---------------------------(e)
15
12
18
19
23
26
30
35
23
28
32
38
44
---------------------------------------------95
100
45
50
55
60
70
75
60
70
75
85
90
55
60
70
75
105
220
240
125
20
30
35
45
45
35
40
50
60
60
------------------------------------50
125
125
90
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
70
70
73
425
290
----------
20
105
260
140
73
485
415
----------
13
135
290
125
73
175
70
21
----------
----------
125
----------
72
435
275
20
----------
----------
255
----------
72
420
255
22
----------
----------
255
----------
72
Muestra de
1.3 mm
(1/2 in.) de
diámetro
AIMME - Instituto Tecnológico Metalmecánico. Parque Tecnológico, Avda. Leonardo Da Vinci, 38.
46980 PATERNA (Valencia) SPAIN. Tel.: +34 96 131 85 59. Fax: +34 96 131 81 68
55 de 94
Estudio del empleo de nuevos
materiales
http://observatorio.aimme.es
[email protected]
T451
Alclad
2014-T6,
T651
2017-O
2017-T4,
T451
2018-T61
2024-O
2024-T3
2024-T4,
T351
2024(f)
T361
Alclad
2024-O
Alclad
2024-T3
Alclad
2024-T4,
T351
Alclad
2024(f)
T361
Alclad
2024-T81,
T851
Alclad
2024T861(f)
2025-T6
2036-T4
2117-T4
2124-T851
2218-T72
2219-O
2219-T42
2219-T31,
T351
2219-T37
2219-T62
2219-T81,
T851
2219-T87
2618-T61
3003-O
3003-H12
3003-H14
3003-H16
3003-H18
Alclad
3003-O
Alclad
3003-H12
Alclad
3003-H14
Alclad
3003-16
Alclad
3003-H18
3004-O
3004-H32
3004-H34
3004-H36
3004-H38
Alclad
3004-O
Alclad
3004-H32
Alclad
3004-H34
Alclad
3004-H36
470
415
10
----------
----------
285
----------
72
180
70
----------
22
45
125
90
72
425
275
----------
22
105
260
125
72
420
185
485
315
75
345
---------20
18
12
22
----------
120
47
120
270
125
285
115
90
140
74
73
73
470
325
20
19
120
285
140
73
495
395
13
----------
130
290
125
73
180
75
20
----------
----------
125
----------
73
450
310
18
----------
----------
275
----------
73
440
290
19
----------
----------
275
----------
73
460
365
11
----------
----------
285
----------
73
450
415
6
----------
----------
275
----------
73
485
455
6
----------
----------
290
----------
73
400
340
295
485
330
175
360
255
195
165
440
255
75
185
---------24
---------------------------18
20
19
---------27
8
11
-------------------
110
---------70
---------95
-------------------
240
---------195
---------205
-------------------
125
125(g)
95
-------------------------------------
71
71
71
73
74
73
73
360
250
17
----------
----------
----------
----------
73
395
415
315
290
11
10
-------------------
-------------------
-------------------
---------105
73
73
455
350
10
----------
----------
----------
105
73
475
440
110
130
150
180
200
395
370
40
125
145
170
185
10
---------30
10
8
5
4
---------10
40
20
16
14
10
---------115
28
35
40
47
55
---------260
75
85
95
105
110
105
125
50
55
60
70
70
73
74
69
69
69
69
69
110
40
30
40
----------
75
----------
----------
130
125
10
20
----------
85
----------
69
150
145
8
16
----------
95
----------
69
180
170
5
14
----------
105
----------
69
200
185
4
10
----------
110
----------
69
180
215
240
260
285
70
170
200
230
250
20
10
9
5
5
25
17
12
9
6
45
52
63
70
77
110
115
125
140
145
95
105
105
110
110
69
69
69
69
69
180
70
20
25
----------
110
----------
69
215
170
10
17
----------
115
----------
69
240
200
9
12
----------
125
----------
69
260
230
5
9
----------
140
----------
69
AIMME - Instituto Tecnológico Metalmecánico. Parque Tecnológico, Avda. Leonardo Da Vinci, 38.
46980 PATERNA (Valencia) SPAIN. Tel.: +34 96 131 85 59. Fax: +34 96 131 81 68
56 de 94
Estudio del empleo de nuevos
materiales
http://observatorio.aimme.es
[email protected]
Alclad
3004-H38
3105-O
3105-H12
3105-H14
3105-H16
3105-H18
3105-H25
4032-T6
5005-O
5005-H12
5005-H14
5005-H16
5005-H18
5005-H32
5005-H34
5005-H36
5005-H38
5050-O
5050-H32
5050-H34
5050-H36
5050-H38
5052-O
5052-H32
5052-H34
5052-H36
5052-H38
5056-O
5056-H18
5056-H38
5083-O
5083-H321,
H116
5086-O
5086-H32,
H116
5086-H34
5086-H112
5154-O
5154-H32
5154-H34
5154-H36
5154-H38
5154-H112
5252-H25
5252-H38,
H28
5254-O
5254-H32
5254-H34
5254-H36
5254-H38
5254-H112
5454-O
5454-H32
5454-H34
5454-H111
5454-H112
5456-O
5456-H112
5456-H321,
H116
5457-O
5457-H25
5457-H38,
H28
5652-O
5652-H32
5652-H34
5652-H36
5652-H38
285
250
5
6
----------
145
----------
69
115
150
170
195
215
180
380
125
140
160
180
200
140
160
180
200
145
170
195
205
220
195
230
260
275
290
290
435
415
290
55
130
150
170
195
160
315
40
130
150
170
195
115
140
165
185
55
145
165
180
200
90
195
215
240
255
150
405
345
145
24
7
5
4
3
8
---------25
10
6
5
4
11
8
6
5
24
9
8
7
6
25
12
10
8
7
-------------------------------------
------------------------------------------------------9
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------30
18
14
10
8
35
10
15
22
------------------------------------------------------120
28
------------------------------------36
41
46
51
36
46
53
58
63
47
60
68
73
77
65
105
100
----------
85
95
105
110
115
105
260
75
95
95
105
110
95
95
105
110
105
115
125
130
140
125
140
145
160
165
180
235
220
170
------------------------------------------------------110
---------------------------------------------------------------------------------85
90
90
95
95
110
115
125
130
140
140
150
150
----------
69
69
69
69
69
69
79
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
70
70
70
70
70
71
71
71
71
315
230
----------
16
----------
----------
160
71
260
115
22
----------
----------
160
----------
71
290
205
12
----------
----------
----------
----------
71
325
270
240
270
290
310
330
240
235
255
130
115
205
230
250
270
115
170
10
14
27
15
13
12
10
25
11
----------------------------------------------------------------------------------
------------------58
67
73
78
80
63
68
185
---------150
150
165
180
195
---------145
------------------115
125
130
140
145
115
----------
71
71
70
70
70
70
70
70
69
285
240
5
----------
75
160
----------
69
240
270
290
310
330
240
250
275
305
260
250
310
310
115
205
230
250
270
115
115
205
240
180
125
160
165
27
15
13
12
10
25
22
10
10
14
18
-------------------
---------------------------------------------------------------------------------------------------24
22
58
67
73
78
80
63
62
73
81
70
62
-------------------
150
150
165
180
195
---------160
165
180
160
160
-------------------
115
125
130
140
145
115
----------------------------------------------------------------
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
71
71
350
255
----------
16
90
205
----------
71
130
180
50
160
22
12
-------------------
32
48
85
110
-------------------
69
69
205
185
6
----------
55
125
----------
69
195
230
260
275
290
90
195
215
240
255
25
12
10
8
7
30
18
14
10
8
47
60
68
73
77
125
140
145
160
165
110
115
125
130
140
70
70
70
70
70
AIMME - Instituto Tecnológico Metalmecánico. Parque Tecnológico, Avda. Leonardo Da Vinci, 38.
46980 PATERNA (Valencia) SPAIN. Tel.: +34 96 131 85 59. Fax: +34 96 131 81 68
57 de 94
Estudio del empleo de nuevos
materiales
http://observatorio.aimme.es
[email protected]
5657-H25
160
140
12
---------40
95
---------5657-H38,
7
---------50
105
---------195
165
H28
6061-O
125
55
25
30
30
85
60
6061-T4,
22
25
65
165
95
240
145
T451
6061-T6,
310
275
12
17
95
205
95
T651
Alclad
115
50
25
------------------75
---------6061-O
Alclad
6061-T4,
230
130
22
------------------150
---------T451
Alclad
6061-T6,
290
255
12
------------------185
---------T651
6063-O
90
50
------------------25
70
55
6063-T1
150
90
20
---------42
95
60
6063-T4
170
90
22
------------------------------------6063-T5
185
145
12
---------60
115
70
6063-T6
240
215
12
---------73
150
70
6063-T83
255
240
9
---------82
150
---------6063-T831
205
185
10
---------70
125
---------6063-T832
290
270
12
---------95
185
---------6066-O
150
85
---------18
43
95
---------6066-T4,
360
205
---------18
90
200
---------T451
6066-T6,
395
360
---------12
120
235
110
T651
6070-T6
380
350
10
------------------235
95
6101-H111
95
75
---------------------------------------------6101-T6
220
195
15
---------71
140
---------6351-T4
250
150
20
------------------------------------6351-T6
310
285
14
---------95
200
90
6463-T1
150
90
20
---------42
95
70
6463-T5
185
145
12
---------60
115
70
6463-T6
240
215
12
---------74
150
70
7049-T73
515
450
---------12
135
305
---------7049515
435
---------11
135
295
---------T7352
7050---------12
---------------------------T73510,
495
435
T73511
7050525
470
---------11
---------305
---------T7451(h)
7050550
490
---------11
---------325
---------T7651
7075-O
230
105
17
16
60
150
---------7075-T6,
570
505
11
11
150
330
160
T651
Alclad
220
95
17
------------------150
---------7075-O
Alclad
7075-T6,
525
460
11
------------------315
---------T651
(a) 500 kg de carga y bola de 10 mm.
(b) Sobre la base de 500.000.000 ciclos de esfuerzos completamente invertidos utilizando la máquina y la muestra del tipo R.R. Moore.
(c)
Promedio del módulo de tensión y compresión. Módulo de compresión es aproximadamente un 2% mayor que el módulo de tensión.
(d) El cable 1350-O
O tendrá un alargamiento de aproximadamente 23% en 250 mm (10 pulgadas).
(e) El cable 1350-H19 tendrá un alargamiento de aproximadamente 1½ % en 250 mm (10 pulgadas).
(f)
Los temperados T361 y T861 fueron anteriormente designados T36 y T86, respectivamente.
(g)
Sobre la base de 107 ciclos usando un ensayo tipo flexión de láminas como muestras.
muestras
(h) T7451, aunque no se ha registrado anteriormente, ha aparecido en
en la literatura y en algunas especificaciones como T73651.
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
69
72
72
72
72
72
72
72
72
72
Tabla 14. Propiedades Mecánicas Típicas (y mínimas) para Aleaciones de Aluminio Fundidas.
Aleación
Temperado
Aluminio Puro
Lingote
----------100.1
a
Resistencia
Última a la
a
Tracción ,
MPa
Límite
Elásticoa
al 0.2 %,
MPa
Elongación
en
50 mm (2
in.), %
Cizalla,
MPa
Fatigab,
MPa
Dureza,
c
HB
Límite Elástico a
Compresión, MPa
70
40
20
-----------
-----------
-----------
-----------
AIMME - Instituto Tecnológico Metalmecánico. Parque Tecnológico, Avda. Leonardo Da Vinci, 38.
46980 PATERNA (Valencia) SPAIN. Tel.: +34 96 131 85 59. Fax: +34 96 131 81 68
58 de 94
Estudio del empleo de nuevos
materiales
http://observatorio.aimme.es
[email protected]
Lingote
----------150.1
Lingote
----------170.1
Aleaciones Fundidas en Arena
T43
201.0
T6
T7
204.0
T4
T4
206.0
T6
T4
A206.0
T71
208.0
A206.0
208.0
213.0
222.0
224.0
240.0
242.0
A242.0
F
T55
T4
F
F
O
T61
T62
T72
F
F
O
T571
T77
T75
T4
295.0
T6
T62
319.0
T7
F
T5
T6
F
T51
T6
355.0
C355.0
T61
T7
T71
T77
T6
F
T51
356.0
T6
T7
A356.0
357.0
A357.0
A390.0
T71
F
T51
T6
T71
F
T51
T6
T7
T6
F, Fs
70
40
20
-----------
-----------
-----------
-----------
70
40
20
-----------
-----------
-----------
-----------
414
448
467
372
(295)
345
(275)
380
(345)
380
(345)
400
(372)
145
(130)
(145, mín.)
354
145
165
186
283
421
380
235
214
186
221
207
214
221
(200)
250
(220)
283
(248)
(200, mín.)
186
207
250
(215)
159
193
241
(220)
269
264
240
240
270
(248)
164
172
228
(207)
235
(214)
93
159
179
278
207
172
179
345
278
317
179
255
379
414
255
(185)
193
(165)
240
(205)
250
(205)
330
(310)
97
(-----)
----------250
97
103
138
276
331
276
200
217
124
207
159
----------110
(-----)
165
(138)
220
(-----)
----------124
179
164
(-----)
83
159
172
(138)
241
250
200
193
200
(172)
124
138
164
(138)
207
(200)
145
83
124
207
138
90
117
296
234
248
179
17.0
8.0
5.5
14
(5)
10
(6)
10
(6)
5-7
(-----)
5
(3)
2.5
(1.5)
----------7.0
2.5
1.5
1.0
<0.5
4.0
10.0
1.0
0.5
1.0
0.5
2.0
2.0
8.5
(6)
5.0
(3)
2.0
(-----)
(3, mín.)
2.0
1.5
2.0
(1.5)
3.0
1.5
3.0
(2)
1.0
0.5
1.5
3.5
5.0
(2)
6.0
2.0
3.5
(3)
2.0
(-----)
3.53.5
6.0
3.0
6.0
3.0
5.0
3.0
2.0
3.0
3.0
<1.0
-------------------------------
-------------------------------
-------------------------------
-------------------------------
110
77
90
-----------
-----------
77
95
-----------
-----------
-----------
100
-----------
255
-----------
100
-----------
-----------
160
110
-----------
117
76
55
103
----------255
117
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
--------------------76
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------100
55
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
--------------------103
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
----------152
165
----------70
76
----------70
80
----------131
-----------
200
76
80
172
----------152
----------55
----------65
----------165
193
62
80
179
248
193
241
179
70
70
70
70
100
85
75
80
255
248
248
200
193
70
90
-----------
----------138
----------55
----------60
----------145
179
59
70
172
165
62
75
214
138
------------------------------------------------------------164
-------------------------------
59
------------------------------------------------------------62
-------------------------------
60
------------------------------------------------------------90
60
85
100
----------------------------------------------------------------------214
-------------------------------
AIMME - Instituto Tecnológico Metalmecánico. Parque Tecnológico, Avda. Leonardo Da Vinci, 38.
46980 PATERNA (Valencia) SPAIN. Tel.: +34 96 131 85 59. Fax: +34 96 131 81 68
59 de 94
Estudio del empleo de nuevos
materiales
http://observatorio.aimme.es
[email protected]
T5
T6
T7
179
278
250
131
443.0
F
(117)
F
145
A444.0
T4
159
511.0
F
145
138
512.0
F
(117)
172
514.0
F
(150)
331
520.0
T4
(290)
275
535
F
(240)
A535.0
F
250
B535.0
F
262
705.0
F/T5
(205)
F/T5
(227)
707.0
F/T7
(255)
241
710.0
F
(220)
240
712.0
F
(235)
240
713.0
F
(220)
303
F
(270)
T2
(248)
771.0
T5
(290)
330
T6
(275)
275
F
(225)
772.0
310
T6
(303)
138
850.0
T5
(110)
138
851.0
T5
(117)
186
852.0
T5
(165)
Aleaciones Fundidas en Molde Permanente
T43
414
201.0
T6
448
T7
469
325
204.0
T4
(248)
345
T4
(275)
206.0
385
T6
(345)
T4
430
415
A206.0
T71
(372)
T7
436
213.0
F
207
T52
241
222.0
T551
255
T65
331
238.0
F
207
T571
276
242.0
T61
324
T63
476
249.0
T7
427
T4
255
276
296.0
T6
(240)
T7
270
308.0
F
193
F
185
319.0
T5
207
179
278
250
55
(-----)
62
62
83
90
(70)
83
(-----)
179
(150)
145
(125)
124
130
(117)
(152)
(207)
172
(138)
172
(172)
172
(152)
248
(228)
(185)
(262)
262
(240)
220
(193)
240
(220)
76
(-----)
76
(-----)
152
(124)
<1.0
<1.0
<1.0
8.0
(3)
9.0
12.0
3.0
2.0
(-----)
9.0
(6)
16.0
(12)
13
(9)
9.0
10
(5, mín.)
(2, mín.)
(1, mín.)
5.0
(2)
5.0
(4)
5.0
(3)
3
(2)
(2, mín.)
(2, mín.)
9
(5)
7
(5)
10
(6)
8.0
(5)
5.0
(3)
2.0
(-----)
255
379
414
200
(193)
207
(165)
262
(207)
265
345
(310)
347
165
214
241
248
165
234
290
414
359
131
179
(152)
138
110
125
180
17.0
8.0
5.0
7
(5)
10
(6)
12
(6)
17
5
(3)
11.7
1.5
1.0
<0.5
<0.5
1.5
1.0
0.5
6.0
9.0
9.0
5.0
(2)
4.5
2.0
2
2
-------------------------------
-------------------------------
----------140
115
-------------------------------
96
55
40
62
--------------------117
--------------------55
--------------------50
--------------------90
-----------
-----------
50
96
138
48
50
83
-----------
-----------
-----------
-----------
193
70
70
165
----------207
-------------------------------
----------62
-------------------------------
----------65
-------------------------------
---------------------------------------------------
179
55
75
172
179
179
9
518
179
63
74
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
---------------------
---------------------
---------------------
---------------------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
96
55
45
76
96
-----------
45
-----------
124
70
65
-----------
-------------------------------
-------------------------------
-------------------------------
-------------------------------
-----------
-----------
90
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
255
-----------
110
-----------
-----------
-----------
-----------
-----------
255
207
110
-----------
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------85
-------------------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------
-----------
-----------
-----------
----------152
186
-----------
----------89
83
-----------
----------70
85
-----------
----------117
138
-----------
AIMME - Instituto Tecnológico Metalmecánico. Parque Tecnológico, Avda. Leonardo Da Vinci, 38.
46980 PATERNA (Valencia) SPAIN. Tel.: +34 96 131 85 59. Fax: +34 96 131 81 68
60 de 94
Estudio del empleo de nuevos
materiales
http://observatorio.aimme.es
[email protected]
T6
324.0
332.0
333.0
F
T5
T62
T5
F
T5
T6
T7
336.0
354.0
T551
T65
T6
T62
T51
T6
355.0
T62
T71
F
T51
356.0
T6
T7
A356.0
357.0
T61
F
T51
T6
A357.0
358.0
359.0
A390.0
443.0
B443.0
444.0
A444.0
T61
T6
T62
T61
T62
F
T5
T6
T7
F
F
T4
F
T4
513.0
F
705.0
707.0
711.0
713.0
T5
T5
F
T5
850.0
T5
851.0
T101
T5
852.0
T5
Aleación Fundida en Molde
360.0
F
A360.0
F
364.0
F
380.0
F
A380.0
F
383.0
F
384.0
F
A384.0
F
F
390.0
T5
A390.0
F
B390.0
F
392.0
F
248
(214)
207
248
310
248
234
234
290
255
(215)
248
324
380
393
(185, mín.)
290
(255)
310
(290)
(235, mín.)
179
186
262
(207)
221
283
(255)
193
200
360
(310)
359
345
365
325
365
200
200
310
262
160
160
193
165
160
186
(150)
240
(290, mín.)
248
275
160
(124)
160
138
221
(185)
165
(-----)
110
179
269
193
131
172
207
193
(-----)
193
296
283
317
--------185
(-----)
275
(-----)
--------124
138
186
(138)
165
207
(-----)
103
145
295
(-----)
290
290
317
255
317
200
200
310
262
62
62
83
76
70
110
(-----)
103
----------130
185
76
(-----)
76
76
159
(-----)
2
(1.5)
4.0
3.0
3.0
1.0
2.0
1.0
1.5
2.0
(-----)
0.5
0.5
6
3
---------4
(1.5)
1.5
(-----)
--------5.0
2.0
5.0
(3)
6.0
10.0
(5)
6.0
4.0
5.0
(3)
5.0
6
3.5
7
3.5
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
10.0
10
25
13.0
21
7.0
(2.5)
22
(4, mín.)
8
6
12.0
(8)
12
5.0
5.0
(3)
324
317
296
330
324
310
325
330
279
296
283
317
290
172
165
159
165
160
150
172
165
241
265
240
248
262
3.0
5.0
7.5
3.0
4.0
3.5
1.0
2.5
1.0
1.0
1.0
----------<0.5
220
83
95
193
----------------------------------------186
186
228
----------------------------------------96
83
103
----------------------------------------90
100
105
----------------------------------------131
172
207
193
83
90
193
--------------------262
276
-----------
--------------------117
117
-----------
--------------------100
110
90
--------------------289
324
-----------
234
70
90
186
248
70
105
276
-------------------------------
-------------------------------
-------------------------------
-------------------------------
207
90
80
186
172
76
70
165
193
90
90
220
---------------------
---------------------
---------------------
---------------------
241
90
100
303
241
296
317
220
234
--------------------------------------------------110
-------------------------------
103
--------------------103
103
--------------------117
103
----------55
-------------------------------
100
105
----------90
100
110
110
145
120
----------45
50
---------------------
296
289
317
262
303
--------------------413
352
----------62
77
---------------------
152
70
50
96
152
----------193
179
--------------------76
62
55
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----------138
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158
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200
200
214
207
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413.0
F
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145
2.5
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F
241
110
3.5
172
130
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F
228
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--------------------C443.0
F
228
95
9.0
130
110
513.0
F
276
152
10.0
179
124
515.0
F
283
--------10.0
186
130
518.0
F
310
186
8.0
200
138
(a) los
os valores mínimos se muestran en paréntesis y se enumeran debajo de sus valores típicos.
(b) Resistencia para 5 × 108 en un ensayo de viga rotativa R.R. Moore.
(c)
Bola de 10 mm con 500 kgf de carga.
-----------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------
3.4.3. Desarrollo de las Aleaciones y Procesos de Fabricación para el Aluminio
Del aluminio producido alrededor del 25% se consume en aplicaciones en transporte, 25% en
embalaje, el 15% en la edificación y mercado de la construcción y el 13% en productos eléctrieléctr
cos. Otros mercados incluyen de consumo duradero como electrodomésticos y muebles, maquimaqu
naria y equipo para uso
so en petroquímica, textil, minería y herramientas para industrias, reflectoreflect
res, polvos y pastas utilizadas para la pintura, explosivos y otros productos.
Los actuales mercados para el aluminio se han desarrollado a lo largo de la breve historia de la
producción
ucción industrial del metal. La producción comercial se convirtió realidad con la invención
del proceso Hall – Héroult en 1886 y el nacimiento de la industria eléctrica, un requisito a causa
de la energía requerida por este proceso de fundición. El primer uso del aluminio fue para fabrifabr
car utensilios de cocina en la década de 1890, seguido poco después por los cables eléctricos.
Poco después de 1900, se descubren los métodos para hacer más fuertes las aleaciones de
aluminio con otros elementos (como por ejemplo
ejemplo el cobre) y por tratamiento térmico, abriendo
nuevas posibilidades. Aunque los hermanos Wright utilizaron el aluminio en los motores de sus
aviones, no fue hasta la Segunda Guerra Mundial que se produjo el crecimiento de la utilización
del aluminio, impulsado
mpulsado en gran medida por el uso del aluminio en los aviones. Después de la
guerra, las aplicaciones del aluminio en la edificación y la construcción tuvieron un auge debido
al crecimiento de la demanda y el comercial advenimiento de los procesos de extrusión.
extr
El
próximo gran mercado para el aluminio fue el del embalaje y envases, donde la cuota de alumialum
nio en el mercado de bebidas pasó de cero a casi el 100%. El mercado de aluminio con un crecr
cimiento más reciente ha sido en los automóviles y camiones ligeros;
ligeros; donde se utilizan más de
100 kilogramos de aluminio, en promedio, en cada vehículo producido. En la década de 1990, el
uso del aluminio creció a una tasa media de alrededor del 3% anual, después de la aparición de
las primeras aleaciones de aluminio en la primera mitad del siglo XX, el desarrollo de las aleaale
ciones de aluminio se convirtió poco a poco en el centro de aplicaciones más específicas. Esto
ha reducido la probabilidad cruzar aleaciones de un mercado a otro, pero no la ha eliminado.
Además, las
as nuevas aleaciones se están desarrollando tanto para los mercados maduros; como
los aviones y los mercados en desarrollo; como los automóviles. Estas circunstancias se combicomb
nan y ofrecen a los diseñadores oportunidades para emplear el aluminio en nuevas aplicaciones.
3.4.3.1. Aleaciones Aluminio – Litio
El litio es el elemento metálico ligero y puesto que la densidad de una aleación es la media ponpo
derada de la densidad de sus constituyentes, el litio es un elemento atractivo como componente
de aleación. Pero el litio
tio tiene beneficios adicionales, disminuye la densidad un 3% por cada 1%
de litio añadido (hasta el límite de solubilidad del 4,2%) y el módulo de elasticidad aumenta en 55
6%. Las aleaciones de Aluminio-Litio
Aluminio Litio también son tratables térmicamente. Estas ventajas
vent
se
compensan con la reactividad de litio, que requiere el uso de una atmósfera de gas inerte al
añadirlo al metal líquido de la aleación. Las aleaciones Al-Li
Al Li a menudo son aleadas con cobre,
magnesio, zirconio u otros elementos para mejorar sus propiedades.
propiedades. Dado que no existen series
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de aleaciones de aluminio-litio,
litio, cuando el litio es el mayor elemento de aleación, el número de
designación es 8xxx. Cuando otros elementos de aleación se encuentran en mayor proporción
que el litio, el número de designación
designación se basa en el elemento que se encuentra en mayor propr
porción (como el 2195, que contiene 4% de cobre y el 1% de litio). Los alemanes desarrollaron
la primera aleación de aluminio-litio
aluminio litio en la década de 1920, pero las primeras aleaciones utilizautiliz
das en aplicaciones
caciones comerciales se desarrollaron para los aviones entre los años 1950 y 1970.
La aleación 2020 se utilizó para la película de las alas de compresión del Vigilante RA5C VigilanVigila
te, pero su registro se suspendió en 1974. Las solicitudes se vieron obstaculizados por su baja
ductilidad y tenacidad de fractura.
La segunda fase del desarrollo de las aleaciones de Al-Li,
Al Li, que se produjeron en el decenio de
1980, utiliza niveles relativamente altos de litio (más de 2%) con el fin de maximizar la mejora de
las propiedades.
opiedades. Las aleaciones 2090 y 8090, típicas de esta fase, lograron algunos éxitos pero
fueron limitados por el comportamiento anisotrópico y una resistencia a la corrosión relativamenrelativame
te baja. Por último, a finales de los años 1980 y 1990, el trabajo realizado
realizado en Martin Marietta
dado como resultado las aleaciones de Al-Li
Al Weldalite, que parece están destinadas a lograr un
éxito significativo en la industria aeroespacial y en aplicaciones aeronáuticas. Estas aleaciones
son soldables y usan cobre como el principal
principal de aleación, con modestas cantidades de litio (algo
más del 1%), alrededor de 0,4% de magnesio y 0,4% de plata.
La más prometedora aplicación para experimentación, material extremadamente ligero y fuerte
en vehículos de lanzamiento espacial, en donde
donde el costo de alcanzar la órbita terrestre es de
aproximadamente $8000/kg y el número de reutilizaciones es limitado. El tanque de combustible
externo del transbordador espacial de los EE.UU. es un buen ejemplo. La primera aplicación de
las aleaciones tipo
o Weldalite es el uso de la aleación 2195 para sustituir a la 2219, una aleación
de aluminio-cobre
cobre soldable para la lanzadera de los tanques de hidrógeno líquido y oxígeno
líquido, produciendo un ahorro de peso de 3500 kg. La aleación 2197 se está utilizando
utilizan ahora
para reformar las mamparas de los aviones de combate F-16,
F 16, la mejora de la gama y el rendirend
miento de la aeronave. Como el consumo ha aumentado, los costes de los materiales de las
aleaciones de Al-Li
Li han caído de una prima 20 veces mayor que la de las aleaciones comunes a
menos de 4 veces.
3.4.3.2. Nuevas Aleaciones de Aluminio para la Automoción
La necesidad de reducir las emisiones al mismo tiempo que se mejora el rendimiento y se adiad
cionan características, ha impulsado a los fabricantes a utilizar más el aluminio en los automóviautomóv
les y camiones ligeros. Este esfuerzo se ha visto acompañado por el desarrollo de nuevas aleaale
ciones de aluminio concebidas específicamente para estas aplicaciones. Estas aleaciones son
demasiado nuevas para ser listadas en las especificaciones
espec
ASTM o en la Aluminum Standards
and Data.
Los automóviles y los camiones ligeros se someten a un ciclo de horneado de pintura a una
temperatura lo suficientemente elevada como para afectar el revenido tanto de las aleaciones
tratables térmicamente
nte como de las no tratables térmicamente, las aleaciones de la industria del
automóvil se presentan en la condición de revenido T4 (tratamiento térmico por solución) y O
(recocida), respectivamente. Ambas tienen la mejor conformabilidad, en estas condiciones
condicio
de
revenido, para el trabajo en frío que se someten en el proceso de conformado de paneles de la
carrocería. La operación de conformado incrementa la resistencia mecánica a través del trabajo
en frío. El posterior horneado de pintura envejece artificialmente
artificialmente las aleaciones tratables térmitérm
camente, que además puede aumentar su resistencia, pero recoce las aleaciones no tratables
térmicamente, eliminando cualquier incremento de resistencia logrado con el trabajo en frío. Sin
embargo, una alta resistencia no
no es necesariamente importante en estas aplicaciones. Las aleaale
ciones de automoción caen en tres grupos:
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•
•
•
Serie 2xxx (aleaciones aluminio-cobre),
aluminio cobre), incluidas 2008, 2010 y 2036. Las aleaciones 2008 y
2010 se desarrollaron para proporcionar una mayor conformabilidad
conformabilidad que la 2036. La aleaale
ción 2036 tiene más cobre que la 2008 y 2010, lo que supone alrededor de un 40% más de
resistencia mecánica, pero menos resistencia a la corrosión. Estas aleaciones son tratables
térmicamente.
Serie 5xxx (aleaciones aluminio-magnesio),
aluminio
io), incluidas 5182 y 5754. La aleación 5182 se desde
arrolló para los extremos de las latas de bebidas. Tiene un alto contenido de magnesio, propr
porcionando no solo alta resistencia, sino también sensibilidad a la corrosión si se exponen a
temperaturas por encima
cima de los 65 °C
C durante períodos prolongados. La aleación 5754 es
una variante de la 5454, con un poco más de magnesio (3.1 vs 2.7%), menor resistencia pep
ro mejor conformabilidad.
Serie 6xxx (aleaciones aluminio-magnesio-silicio),
aluminio
silicio), incluidas 6009, 6111 y 6022. Estas aleaciones son tratables térmicamente y pueden alcanzar una resistencia mecánica bastante
elevada durante el ciclo de hornear la pintura. La más reciente de estas aleaciones, 6022, se
utiliza en los paneles de la carrocería del Plymouth Prowler.
Prowler
Las aleaciones extruidas no han experimentado un uso significativo en el automóvil, pero algualg
nas aleaciones, como la 7029, se utilizaron en el parachoques durante algún tiempo.
3.4.3.3. Espumas de Aluminio
Las espumas de aluminio de celdas cerradas se fabrican por
por burbujeo de gas o aire a través de
las aleaciones de aluminio o compuestos de matriz de aluminio para crear un producto ligero y
fuerte. La densidad de la espuma es del 2-20%
2 20% la del aluminio sólido. Las ventajas de las espuesp
mas de aluminio incluyen sus propiedades
propiedades ignífugas, una alta relación resistencia-peso,
resistencia
rigidez y
absorción de energía. Las aplicaciones actuales incluyen los paneles de aislamiento acústico.
Se pueden fundir bloques de tamaño estándar, así como piezas con formas complejas.
3.4.3.4. Compuestos dee Matriz Metálica base Aluminio
Un producto relativamente nuevo, los compuestos de matriz metálica base aluminio (MMCs)
consisten de una matriz de aleación de aluminio con carbono, refuerzos metálicos, o, más
comúnmente, cerámicos. De todos los metales, el aluminio es el más comúnmente usado como
material de la matriz en los MMCs. Los MMCs combinan la baja densidad del aluminio con los
beneficios de la cerámica tales como resistencia, rigidez (por el aumento del módulo de elasticielastic
dad), resistencia al desgaste
te y propiedades a altas temperaturas. Se pueden conformar tanto en
estado sólido como en líquido en piezas forjadas, extruidas,, láminas, placas y piezas moldeamolde
das. Las desventajas incluyen disminución de ductilidad y un alto costo (los MMCs cuestan alrealr
dedor
dor de tres veces más que las aleaciones de aluminio convencionales). Sin embargo, a pesar
de que está siendo desarrollado, los MMCs se han aplicado en partes de automóviles tales coc
mo en los pistones de motores diesel, camisas de cilindro, eje motriz y componentes
componentes de frenos
como los rotores.
Los refuerzos se caracterizan como continuos o discontinuos, dependiendo de su forma y prepaprep
ración hasta 10-70%
70% de los compuestos por volumen. Las fibras continuas o refuerzos de filafil
mento (designado f) incluyen grafito, carburo de silicio (SiC), de boro y óxido de aluminio (Al2O3).
Los refuerzos discontinuos incluyen whiskers de carburo de silicio (designado w), partículas de
SiC o Al2O3 (designado p), o Al2O3 corta o picada (designado c) o fibras de grafito. El sistema de
designación estándar para los MMCs de Aluminio de La Asociación del Aluminio identifica cada
uno de ellos como:
Material matriz/material de refuerzo /% en volumen de refuerzo, forma
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Por ejemplo, 2124/SiC/25 w es la aleación de aluminio 2124 reforzada
reforzada con un 25% en volumen
de whiskerss de carburo de silicio; 6061/Al2O3/10 p es aleación de aluminio 6061 reforzada con
un 10% en volumen de partículas de óxido de aluminio.
3.4.3.5. Soldadura por Fricción (Friction Stir Welding)
Soldadura por fricción (FSW) es una
una nueva técnica por la cual una herramienta no consumible
gira y está sumida en la junta hecha por las partes a unir. La herramienta se desplaza entonces
a lo largo de la junta, plastificando el material a unirse a ella. No se necesita un llenado o gas
protector
otector ni hay necesidad de controlar corrientes o voltajes de aplicación y no se producen
humos de soldadura. Se ha aplicado a aleaciones de las series 2xxx, 5xxx, 6xxx y 7xxx, en ese
pesores de hasta 25 mm (1 in.). La soldadura por fricción produce soldaduras
soldadu
uniformes con
poca aportación de calor y las consiguientes distorsiones y pérdida de resistencia. La desventaja
son las altas presiones que se debe ejercer sobre el trabajo. Las aplicaciones comerciales incluincl
yen tanques de combustible de cohetes y las cubiertas de buques, es especialmente apropiada
para hacer soldaduras en juntas largas que se producen en masa.
3.4.3.6. Recubrimientos de Hidrocalcita
Aunque el aluminio se usa a menudo sin recubrimiento, a veces son necesarios para la aparienaparie
cia o para la protección
ión a corrosión. Sin embargo, muchos de los recubrimientos no se ajustan
bien al aluminio sin un pretratamiento superficial. El pretratamiento más eficaz durante muchos
años ha sido un recubrimiento de cromato, pero las soluciones oxidantes utilizadas para hacer
6+
recubrimientos de cromato, cromo hexavalente (CR ), es carcinógeno. También se utilizan ciaci
nuro y otras sustancias tóxicas en las operaciones de recubrimientos de cromo. El anodizado es
una alternativa a los recubrimientos de cromato, pero es más caro.
caro. La seguridad de los trabajatrabaj
dores las cuestiones medioambientales han llevado a la búsqueda de métodos alternativos de
pretratamientos de recubrimientos. Recientemente, se ha desarrollado un recubrimiento de
hidrocalcita en la Universidad de Virginia que
que reemplace el recubrimiento de cromato. El recurec
brimiento de hidrocalcita cuesta menos que el cromato, no es tóxico y es eficaz en aleaciones
con bajo contenido de cobre (series 3xxx, 5xxx y 6xxx).
3.4.4. Aplicaciones de las Aleaciones de Aluminio
Los principales mercados de la industria del aluminio son: la construcción y edificación,
edificación el transporte, bienes de consumo duraderos,
duradero sector eléctrico, maquinaria y equipos, envases y embalaembal
jes, las exportaciones y otros usos finales. Como se describe a continuación, cada
ca
uno de los
principales mercados comprende una amplia gama de usos finales.
Aplicaciones en la Construcción y Edificación.
Edificación. El aluminio es utilizado ampliamente en edificios
de todo tipo, puentes, torres y tanques de almacenamiento. Debido a que las formas y placas de
acero estructural tienen un costo inicial más bajo, el aluminio se utiliza las principales consideraconsider
ciones son: las ventajas de ingeniería, construcción, diseños arquitectónicos únicos, peso ligero,
y/o resistencia a la corrosión.
Estructuras estáticas.. El diseño y fabricación de estructuras estáticas de aluminio difieren poco
de las prácticas utilizadas con acero. El módulo de elasticidad del aluminio es un tercio que el
del acero y requiere una atención especial en los miembros a compresión.
compresión. Sin embargo, ofrece
ventajas en virtud de las cargas de choque y en los casos de menores desajustes. Cuando se
realiza un buen diseño, el aluminio ahorra más del 50% del peso requerido por un acero de bajo
carbono en pequeñas estructuras; su pueden obtener
obtener niveles de ahorro similares en puentes de
gran luz o móviles. El ahorro también se obtiene de los bajos costes de mantenimiento y en la
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resistencia de contaminación atmosférica o corrosión medioambiental. Las operaciones de conco
formado, cizallado, aserrado,
errado, perforado y taladrado se pueden realizar en los mismos equipos
utilizados para la fabricación de acero estructural. Dado que las aleaciones de aluminio estructuestruct
ral deben su resistencia al buen control en los tratamientos térmicos, hay que evitar otro
ot tipo de
operaciones térmicas posteriores como el conformado en caliente. Se debe prestar especial
atención a los requerimientos en resistencia de las áreas soldadas debido a la posibilidad de
efectos de recocido localizados.
Edificios. Los corrugados u otro tipo de productos como láminas rígidas se utilizan en cubiertas
y revestimiento para la construcción de edificaciones en el sector industrial y agrícola. AplicacioAplicaci
nes adicionales para láminas, placas, piezas fundidas y extrusiones tenemos: ventiladores,
ventiladore listones de drenaje, tanques de almacenamiento, ventanas, marcos de puertas y otros. Productos de
aluminio, tales como techos, tapajuntas, cunetas y canaletas se utilizan en los hogares, hospitahospit
les, escuelas y edificios comerciales y de oficinas. Muros exteriores, muros cortina y aplicacioaplicaci
nes interiores como cableado, conductos, tuberías, ductos y barandas utilizan el aluminio en
muchas formas y acabados. El aluminio se utiliza en puentes y accesorios de carreteras como
barandas en puentes, guarda raíles en autopistas, normas de iluminación, torres de control del
tráfico, señales de tráfico y la cadena de enlace de las vallas. El aluminio también es comúncomú
mente
te utilizado en las estructuras de los puentes, especialmente en construcciones de gran luz,
móviless basculante y de levantamiento vertical. En la construcción de puentes portátiles militares
y puentes sobre autopistas se utilizan cada vez más elementos de aluminio. Andamios, escaleescal
ras, estructuras de subestación eléctrica y otras estructuras utilizan el
el aluminio, principalmente
en forma de perfiles estructurales y formas especiales de extrusión. Grúas, transportadores y
sistemas de manejo pesados incorporan importantes cantidades de aluminio. Los tanques de
almacenamiento de agua a menudo son construidos
construidos con aleaciones de aluminio para mejorar la
resistencia a la corrosión y proporcionar una buena apariencia.
Envases y embalajes.. Las industrias de alimentos y drogas usan el aluminio debido a que no es
tóxico, no es adsortivo
o y es inastillable. También minimiza
minimiza el crecimiento bacteriano, forma sales
incoloras y se puede limpiar con vapor. Se puede obtener un ahorra por su bajo calor específico
volumétrico cuando los contenedores o transportadores debe moverse dentro y fuera de áreas
calientes o refrigeradas.
s. Las propiedades antichispa del aluminio son valiosas en los molinos de
harina y otras plantas sometidas al fuego y riesgos de explosión. La resistencia a la corrosión es
importante en el transporte marítimo de mercancías frágiles, valiosos productos químicos
quí
y
cosméticos. Contenedores sellados de aluminio diseñados para el transporte por aire, a bordo,
por ferrocarril o camión se utilizan para los productos químicos no adecuados para envío a gragr
nel. Los envases ha sido para el aluminio uno de los mercados
mercados de más rápido crecimiento, los
productos incluyen envases flexibles y contenedores de alimentos, tapas de botella, tubos plepl
gables, bebidas y alimentos enlatados. El papel de aluminio funciona bien en los envases, bolbo
sas y envolturas de los productos alimenticios
alimenticios y medicamentos, así como para usos domésticos.
Las latas de bebidas han sido la industria de aluminio con mayor éxito y la penetración en el
mercado de los alimentos se puede acelerar. Refrescos, cerveza, café, snacks, carne e incluso
el vino están
án envasados en latas de aluminio. La cerveza de barril se distribuye en barriles de
aluminio alclad. El aluminio se utiliza ampliamente en los tubos plegables para pasta de dientes,
ungüentos, alimentos y pinturas.
Transporte.
Automoción.. Los productos forjados
forjados y de fundición de aluminio han encontrado un amplio uso
en la construcción de automóviles. El uso del aluminio por unidad es de aproximadamente 70 kg
y se espera que aumente drásticamente por los mandatos de ahorro de combustible y el énfasis
en el reciclado continuo. El mayor uso se realiza en los automóviles de turismo con aproximaaproxim
damente 295 kg. El aluminio fundido en arena, matriz y molde permanente son de importancia
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crítica en la construcción de motores, bloques de motor, pistones, culatas, colectores
col
de admisión, cárteres, carburadores, caja de transmisión y balancín de válvulas y son componentes
probados. Las válvulas de freno y las pinzas de freno se unen a otros innumerables componencompone
tes en el diseño de los coches. Las llantas de aluminio fundido
fundido siguen creciendo en popularidad.
Las láminas de aluminio se utilizan para cubiertas, tronco cubiertas, tomas de aire y parachoparach
ques. Las piezas extraídas y forjadas están encontrando nuevos usos como las llantas de aleaale
ción de aluminio forjado.
Camiones.. Debido a limitaciones de peso y el deseo de aumentar la carga útil, los fabricantes
están empleando el aluminio en la cabina, el remolque y en el diseño del camión. Las láminas de
aleaciones se utilizan en el cuerpo de la cabina del camión y el peso muerto,
muerto, también se reduce
usando largueros extruidos,, marco de carriles, y miembros cruzados. Son habituales los parapar
choques extruidos o conformados de láminas y las ruedas forjadas. Los tanques de combustible
de aluminio ofrecen reducción de peso, resistencia
resistencia a la corrosión y una atractiva apariencia. Las
piezas moldeadas y piezas forjadas se utilizan ampliamente en motores y sistemas de suspensuspe
sión.
Remolques de camiones. Están diseñados para una máxima carga útil y un funcionamiento
económico en consideraciones
nes de requisitos legales de peso. El aluminio se utiliza en los marma
cos, pisos, techos y estanterías. Se utilizan comúnmente las llantas de aluminio forjado. El cuercue
po de camiones cisterna y volquetes son hechos de láminas y/o placas en ensambles remacharemach
dos y soldados.
Casas móviles y remolques de viaje.
viaje. Por lo general se construyen de láminas de aleación de
aluminio desnudo o utilizado con esmalte de acabado en madera o acero y los marcos de aleaale
ción de aluminio extruido.
Autobuses.. Los fabricantes de autobuses
autobuses también se ocupan de la reducción del peso muerto.
Las láminas de aluminio, placas y extrusiones se utilizan en componentes en el cuerpo y el pap
rachoques. Son comunes las ruedas forjadas. Se utilizan ampliamente el motor y los componencompone
tes estructurales
es en fundición, forjado y extruido.
Rodamientos.. Las aleaciones de aluminio-estaño
aluminio estaño se utilizan en motores a gasolina y motores
diesel en las bielas y los cojinetes principales. Los rodamientos forjados y fundidos pueden ser
compuestos con un dorso de acero
acer y babbit u otra placa superpuesta.
Vagones de ferrocarril.. El aluminio se utiliza en la construcción de las tolvas de los coches del
ferrocarril, caja de automóviles, vehículos frigoríficos y vehículos cisterna. El aluminio también se
utiliza ampliamente en los coches ferroviarios de pasajeros, en particular los de los sistemas de
transporte colectivo.
Aplicaciones Marinas.
El aluminio es comúnmente utilizado para una gran variedad de aplicaciones marinas, incluidos
los principales miembros resistentes, tales
tales como el cascos, las casetas de cubierta y otras apliapl
caciones tales como tapas de escotilla, ventanas, puertos aéreos, escaleras de alojamiento,
pasarelas, mamparos, placa cubierta, equipos de ventilación, equipo salvavidas, mobiliario y
tanques de combustible.
bustible. Además, los buques están haciendo un amplio uso de las placas de
aleaciones de aluminio soldada en grandes tanques utilizados para el transporte de gases licualicu
dos. Con la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio actual admiten diseños
dis
que
ahorran alrededor del 50% del peso de diseños similares en acero. Un sustancial ahorro de peso
en las casetas de cubierta y el equipo de cubierta permitió aligerar las estructuras de apoyo. El
ahorro acumulado en el peso mejorar la estabilidad del buque y permitir disminuir las vigas. A
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velocidades comparables, las embarcaciones más ligeras y más estrechas requerirán una planta
de energía más pequeña y se quemará menos combustible. Por consiguiente, 1 kg de peso ahoah
rrado por el uso de estructuras más
más ligeras o equipos a menudo acarrea a una disminución glogl
bal en peso desplazado de 3 kg. El aluminio también reduce el mantenimiento que resulta de
ataques corrosivos o biológicos. El módulo de elasticidad relativamente bajo de las aleaciones
de aluminio ofrece ventajas en estructuras hechas sobre un casco de acero. Se obtiene bajos
niveles de esfuerzos a flexión en una superestructura de aluminio para los cascos de acero, en
comparación con los esfuerzos inducidos en una superestructura de acero similar. En consecuencia, las casetas de cubierta hechas de aluminio continuo se pueden construir sin juntas de
dilatación. Las aleaciones fundidas se utilizan en partes estructurales y carcasas de motores
fuera de borda sujetos a inmersión continua o intermitente,
intermitente, campanas de motor, pantallas térmitérm
cas, y otros partes, incluidos los accesorios. Otras aplicaciones marinas se encuentran en sonoson
boyas, marcadores de navegación, bote de remos, canoas, remos y palas.
Sector Aeroespacial.. El aluminio se utiliza en prácticamente
prácticamente todos los segmentos de la industria
de los aviones, misiles y naves espaciales en el fuselaje, motores, accesorios y tanques de
combustible líquido y oxidante. El aluminio se utiliza ampliamente debido a su alta relación resisresi
tencia-densidad, resistencia
encia a la corrosión y eficiencia en peso y eficiencia, especialmente en
diseños a compresión. El aumento de la resistencia a la corrosión en agua salada y otros ama
bientes está garantizado mediante el uso de aleaciones alclad o recubrimientos anódicos. El
exterior de las aeronaves expuesto al medio ambiente salino se suele fabricar a partir de aleaale
ciones con recubrimiento. La resistencia a la corrosión se puede reforzar con acabados orgániorgán
cos u otros recubrimientos de protección.
Aplicaciones eléctricas
Aleaciones Conductoras.. El uso del aluminio predomina en la mayoría de las aplicaciones de
conductores. El aluminio de composición controlada se trata con la adición de trazas de boro
para eliminar el titanio, vanadio y zirconio, cada uno de los cuales aumenta
aumenta la resistividad. El uso
de aluminio se basa en una combinación de bajo costo, alta conductividad eléctrica, resistencia
mecánica adecuada, baja gravedad específica y una excelente resistencia a la corrosión. La
aleación conductora (1350) más común ofrece
ofrece una conductividad mínima del 61.8% de la International Annealed Copper Standard (IACS) y de 55 a 124 MPa de resistencia a la tracción mínimín
ma, dependiendo del tamaño. En comparación con el IACS sobre la base de la masa en lugar
del volumen, la conductividad
idad mínima del aluminio 1350 estirado es 204.6%. Otras aleaciones se
utilizan en las barras colectoras, para el servicio a temperaturas ligeramente elevadas y en las
instalaciones de televisión por cable. El forrado de cable se realiza por medio de extrusión,
extrus
la
cubierta en posición final y alrededor del cable se alimenta a través de un orificio axial en la mam
triz de extrusión. También puede hacerse por enhebrado del cable a través de un tubo prefabriprefabr
cado y luego apretar el tubo alrededor de las dimensiones
dimensiones finales del cable por reducción del
tubo y estirado de la matriz. Los accesorios de conductores pueden ser laminados, extruidos,
fundidos o forjados. Las formas comunes de los conductores de aluminio son hilos de alambre
individuales y múltiples (agrupados
(agrupados o trenzados). Cada uno se utiliza en aplicaciones aéreas u
otras aplicaciones tensadas, así como en aislamientos no tensados. Tamaño a tamaño la resisresi
tencia de corriente continua, de los conductores de aluminio más comunes, es de aproximadaaproximad
mente 1.6 a 2.0
.0 veces la del IACS, sin embargo, como consecuencia de la menor gravedad ese
pecífica, la conductividad del aluminio base requiere un peso de aproximadamente la mitad tanto
como un conductor de cobre equivalente. Los conductores de aluminio de acero reforzado
reforza
(ACSR) consisten en una o más capas concéntricas de cable de aluminio trenzado con un galga
vanizado de alta resistencia o un alambre aluminizado de acero básico, que a su vez puede ser
un solo hilo o un grupo de trenzas concéntricas. La resistencia eléctrica
eléctrica se determina por la secse
ción transversal del aluminio, mientras que la resistencia a la tracción se determina en el comco
puesto con el núcleo de acero proporcionando de 55 a 60% de la resistencia total. La construcconstru
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ción ACSR se utiliza para la resistencia mecánica. La relación resistencia-peso
peso es cerca de dos
veces mayor que la de cobre de resistencia de corriente directa. El uso de cables ACSR permite
un menor número de postes o torres.
Motores y generadores.. El aluminio ha sido durante mucho tiempo utilizado
utilizado para el bobinado y
partes estructurales de los de los rotores. Los anillos del rotor y los ventiladores de refrigeración
son fundidos a presión integralmente con barras de núcleo laminado del rotor de los motores de
jaula. Partes estructurales de aluminio,
aluminio, como los marcos de estator, son fundidos en matriz, su
resistencia a la corrosión puede ser necesaria en entornos específicos (en motores para el hilahil
do natural y fibras sintéticas, en los generadores en aviones cuando el peso es igualmente imi
portante).
). Otras aplicaciones son las bobinas inductoras en máquinas de corriente directa, el
bobinado del estator de motores y el bobinado en transformadores. Los cables aleados se utiliutil
zan en bobinas de campo de turbogeneradores extremadamente grandes, donde las temperaturas de funcionamiento y fuerzas centrífugas podrían dar lugar a fallos por fluencia.
Transformadores.. Las bobinas de aluminio han sido ampliamente utilizadas en transformadores
de potencia del tipo seco y se han adaptado a devanado de la bobina secundaria
secundaria en transformatransform
dores de corriente constante del tipo suspensión magnética. Su uso disminuye el peso y permite
a la bobina flotar en suspensión electromagnética. El aluminio se empieza a utilizar en dispositidisposit
vos concretos en el reactor que protegen los transformadores de las sobrecargas. Las formas
extruidas y láminas punzonadas se utilizan en las antenas de radar, los tubos conformados en
caliente y extruidos se utilizan en antenas de televisión, estirados o extruidos por impacto se
utilizan en condensadores
ensadores y escudos y recubrimientos vaporizados de alta pureza en revestirevest
mientos de tubos catódicos. Ejemplos de aplicaciones en las que otras propiedades eléctricas
que no son magnéticas dominan son el chasis para equipos electrónicos, recipientes hilados
hilado a
presión para equipos de a bordo, placas de nombre grabado, elementos como pernos, tornillos y
tuercas. Además, se utilizan formas de aletas en los componentes electrónicos para facilitar la
eliminación de calor. El aluminio se puede utilizar como celda base para la deposición de selenio
en la fabricación de rectificadores de selenio.
Iluminación.. El aluminio es la base en lámparas incandescentes y fluorescentes y otras láminas
de aleaciones para las tomas. Se utilizan partes fundidas, estampadas e hiladas,
hilad
a menudo
artísticamente, en cuadros, pisos y otros accesorios de iluminación. El aluminio reflector es
común en los fluorescentes y otros sistemas de iluminación instalados.
Condensadores.. El aluminio en forma de láminas domina todos los demás metales en la construcción de electrodos de condensadores. Condensadores de electrolítico seco y sin electrolito
son los tipos básicos de condensadores de amplio uso comercial. Los condensadores de elecele
trolítico seco se suelen emplear como electrodos en bobinas. El
El papel saturado con un electrolito
operativo, envuelto en la bobina, separa mecánicamente la cinta. En los diseños para uso interinte
mitente en los circuitos alternos, ambos electrodos son anodizados en un electrolito caliente de
ácido bórico. El resultado es una película anódica delgada que constituye el elemento dieléctridieléctr
co. Sólo la hoja que actúa como ánodo es anodizada en un electrolítico seco en ensamblajes
destinados para aplicaciones en corriente directa. Los electrodos anodizados son de alta pureza,
mientras
entras que los electrodos sin anodizar utilizan cintas de aluminio de menor pureza. Antes de
anodizar normalmente, pero no siempre, se ataca químicamente para aumentar la superficie
efectiva. Contenedores para condensadores de electrolítico seco pueden ser hilados o extruidos
por impacto.
Bienes de
e consumo duraderos
Electrodomésticos.. Peso ligero, excelente apariencia, adaptabilidad a todas las formas de mam
nufactura y bajos costos de fabricación son las razones para el amplio uso del aluminio en los
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aparatos eléctricos del hogar. El peso ligero es una característica importante en las aspiradoras,
planchas eléctricas, lavavajillas portátiles, procesadores de alimentos y mezcladores. Los bajos
costos de fabricación dependerán de varias propiedades, incluyendo la capacidad de adaptación
a la fundición en matriz y la facilidad de acabado, ya que para una apariencia naturalmente
agradable y una buena resistencia a la corrosión no es necesario un acabado costoso. Además
de sus otras características deseables la pobre soldabilidad del aluminio hace que sea útil para
evaporadores en refrigeradores y congeladores. Tubo se pone en una lámina repujada sobre
tiras de aleación
ción de soldadura con un flujo adecuado, el ensamblaje se suelda en el horno y el
flujo residual se elimina por sucesivos lavados en agua hirviendo, ácido nítrico y agua fría. El
resultado es un evaporador con una alta conductividad térmica y eficiencia, buena
b
resistencia a
la corrosión y bajos costos de fabricación. Prácticamente todas las piezas de aluminio en los
aparatos eléctricos son fundidas en matriz (con la excepción de unas pocas partes en molde
permanente). Los utensilios de cocina de aluminio pueden
pueden ser fundidos, estirados o hilados. El
asa se une a los utensilios por remachado o soldadura por puntos. En algunos utensilios, al aceac
ro inoxidable interior se le adhiere una capa de aluminio exterior, en otros, el interior es recubierrecubie
to con teflón o porcelana.
orcelana. Resina de silicona, teflón u otros recubrimientos mejoran la utilidad de
los utensilios de aluminio al calor. Muchas piezas moldeadas son partes funcionales internas y
se usan sin necesidad de un acabado posterior. Se aplican generalmente acabados
acabado orgánicos a
piezas fundidas por presión como las que se utilizan en los enseres eléctricos. Las formas forjaforj
das se fabrican principalmente a partir de láminas, tubos, alambres y se utilizan en aproximadaaproximad
mente las mismas cantidades que las piezas moldeadas.
moldeadas. Las aleaciones forjadas se seleccionan
sobre la base de la resistencia a la corrosión, características de anodizado, conformabilidad u
otro tipo propiedades de ingeniería. Los colores naturales que algunas aleaciones toman desde
pués del anodizado son extremadamente
emadamente importantes para los equipos de manipulación de alial
mentos, las aplicaciones incluyen refrigeradores de verduras, sartenes para carnes, cubiteras y
estantes.
Mobiliario.. Peso ligero, bajo mantenimiento, resistencia a la corrosión, durabilidad y una
u atractiva apariencia son las principales ventajas del aluminio en los muebles. Bases de sillas, marcos
de asiento y apoyabrazos son fabricados a partir de tubos fundidos, estirados o extrudidos (re(r
dondos, cuadrados o rectangulares), también de láminas o barras. Con frecuencia, estas partes
se conforman en el recocido o parcialmente en el tratamiento térmico de revenido y posteriorposterio
mente se tratan térmicamente y se envejecen. Los diseños generalmente se basan en las necenec
sidades de servicio, sin embargo, a menudo el estilo impone sobrediseños o ineficientes secciosecci
nes. La fabricación es convencional, por lo general se unen por soldadura con arco o soldadura
con latón. Se utilizan diversos procedimientos de acabado: mecánico, anódico, color anodizado,
anodizado
o y teñido, recubiertos de esmalte o pintado. Secciones tubulares, normalmente redonredo
das y a menudo conformadas y soldadas de chapas planas, son la forma más popular del alumialum
nio para muebles de jardín.
Maquinaria y Equipo
Equipos de procesamiento.. En la industria
industria petrolera, se utilizan tapas de aluminio en tanques
de almacenamiento de acero, el exterior está cubierto con pintura de aluminio pigmentado y las
tuberías de aluminio transportan los productos derivados del petróleo. El aluminio se utiliza ama
pliamente
ente en la industria del caucho ya que resiste a todos los tipos corrosión que se produce en
la transformación del caucho y es no adhesivo. Las aleaciones de aluminio son ampliamente
utilizadas en la fabricación de explosivos debido a su característica no pirofórica. Fuertes oxidanoxida
tes se procesan, almacenan y envían en sistemas de aluminio. El aluminio es especialmente
compatible con azufre, ácido sulfúrico, sulfuros y sulfatos en la industria de la energía nuclear,
elementos combustibles con camisas de aluminio
aluminio protegen el uranio de la corrosión del agua,
impiden la entrada de productos de reacción en el agua de refrigeración, transfieren el calor
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eficiente del uranio al agua y contribuyen a reducir al mínimo la captura parasitaria de neutrones.
Los tanques de aluminio se utilizan para contener el agua pesada.
Equipos de textiles.. El aluminio se utiliza ampliamente en maquinaria y equipo textil en forma
de extrusiones, tubos, planchas, piezas moldeadas y piezas forjadas. Es resistente a muchos
agentes corrosivos
ivos encontrados en las fábricas textiles y en la fabricación de hilados. Una alta
relación resistencia-peso
peso reduce la inercia de piezas de maquinaria que trabajan a altas velociveloc
dades. Una precisión dimensional permanente con peso ligero mejora el equilibrio
equilibr dinámico de
los miembros de máquinas que trabajan a altas velocidades y reduce las vibraciones. La pintura
generalmente es innecesaria.
Maquinaria de Minas de Carbón
arbón.. El uso de equipos de aluminio en las minas de carbón ha
aumentado en los últimos años. Las aplicaciones incluyen vehículos, cubas y contenedores,
accesorios para techos, herramientas antichispa, postes extensibles portátiles y transportadores
vibratorios. El aluminio es resistente a condiciones de corrosión asociadas con la minería supersupe
ficial
ial y profunda. El aluminio no es necesita limpieza y ofrece buena resistencia a la abrasión,
vibración, separación y al desgarro.
Tuberías de Riego y Herramientas
erramientas Portátiles.. El aluminio es ampliamente utilizado en asperaspe
sores portátiles y sistemas de riego.
riego. Las herramientas portátiles utilizan grandes cantidades de
aluminio en motores eléctricos y a gas y en carcasas de motor. Carcasas de precisión de fundifund
ción y componentes de motores, incluidos los pistones, se utilizan para taladros, motosierras,
sierrass de cadena a gasolina, lijadoras, máquinas de desbarbado, destornilladores, amoladoras,
cizallas, martillos, herramientas de varios impactos y las herramientas de banco. Las aleaciones
de aluminio forjadas se encuentran en muchas de las mismas aplicaciones
aplicaciones y en herramientas
manuales tales como llaves y alicates.
Instrumentos.. Sobre la base de combinaciones de resistencia y estabilidad dimensional, las
aleaciones de aluminio se utilizan en la fabricación de ópticas, telescópica, espacio de orientaorient
ción y otros
os instrumentos de precisión y dispositivos. Para garantizar la precisión dimensional y
estabilidad en la fabricación y montaje de piezas para estos equipos, en la fase de mecanizado
se aplican algunas veces tratamientos térmicos adicionales para alivio de esfuerzos o después
de la soldadura o del montaje mecánico.
Otras aplicaciones
Reflectores.. La reflectividad de la luz es de un 95% en superficies especialmente preparadas
con aluminio de alta pureza. El aluminio es en general superior a otros metales en su capacidad
para reflejar el infrarrojo o la termorreflectividad.. Es resistente a la decoloración superficial por
sulfuros, óxidos y contaminantes atmosféricos y tiene de tres a diez veces más de vida útil que
la plata para los espejos en los proyectores, telescopios y reflectores similares. La termorreflectividad puede ser del 98% para una superficie altamente pulida. El rendimiento se reduce sólo
ligeramente, cuando el metal con el tiempo pierde su brillo inicial. Cuando se necesita máxima
reflectividad se utilizan tratamientos químicos o electroquímicos para el brillo; seguido normalnorma
mente de un tratamiento anódico rápido, a veces termina con una capa de laca. Los reflectores
que requieren menos brillo pueden ser simplemente pulidos y lacados. Un decapado en una
solución cáustica suave produce un acabado difuso, que también pueden ser protegidos por laca
clara, un revestimiento anódico o ambas cosas.
Pastas y Polvos.. La adición de hojuelas de aluminio para pigmentos de pinturas explota las
ventajas intrínsecas
ecas de alta reflectancia, durabilidad, baja emisividad y mínima penetración de la
humedad. Otras aplicaciones de pastas y polvos incluyen las tintas de impresión, artículos pip
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rotécnicos, jabón flotante, concreto aireado, soldadura con termita y aditivos para
p
mejorar la
energía del combustible.
Materiales de ánodo.. Las aleaciones de aluminio muy electronegativas se emplean habitualhabitua
mente como ánodos de sacrificio, por lo general en estructuras de acero o en las tuberías, conscon
trucción en alta mar, barcos, tanques
tan
y unidades de almacenamiento.
3.5. NÍQUEL Y ALEACIONES DE NÍQUEL
El níquel en su forma elemental o aleado con otros metales y materiales ha hecho importantes
contribuciones a nuestra actual sociedad y promete continuar el suministro de materiales, incluincl
so para un futuro más exigente.
Se han realizado importantes avances en la tecnología de níquel que han servido para dar forma
a la industria actual. Algunas de estas se enumeran a continuación.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
El descubrimiento en 1905 de Monel, una aleación de níquel – cobre
bre de alta resistencia a la
tracción desarrollada para ser muy resistente a la corrosión atmosférica, el agua salada, y
diversos ácidos y soluciones alcalinas.
Trabajo de desarrollo por Marsh de aleaciones de níquel-cromo
níquel cromo que condujeron al descudesc
brimiento de la serie de aleaciones Nimonic (Ni-Cr
(Ni Cr + Ti), que se utilizan principalmente en
aplicaciones que requieren resistencia a la fluencia, alta resistencia, y estabilidad a alta temte
peratura.
El trabajo de Elwood Haynes en aleaciones binarias de níquel-cromo
níquel
y cobalto-cromo utilizadas para aplicaciones que deben ser resistentes a la oxidación y resistentes al desgaste.
El trabajo de Paul D. Merica sobre el uso de níquel en hierro moldeado, bronce y acero, así
como su importante descubrimiento que el aluminio y titanio conducen al endurecimiento por
precipitación de las aleaciones base níquel. Este mecanismo continúa proporcionando la bab
se material para el fortalecimiento de las superaleaciones actuales.
El trabajo de William A. Mudge en el endurecimiento por precipitación
precipitación de aleaciones níquelníquel
cobre (K-Monel).
El establecimiento de las instalaciones Kure Beach y Harbor Island, NC, para los ensayos
de corrosión por F.L. LaQue. Estas dos instalaciones, establecidas en 1935, comprenden el
centro LaQue de Tecnología de la Corrosión.
La adición de ferrocromo (70Cr-30Fe)
(70Cr 30Fe) al níquel para crear aleaciones Inconel conocidas por
su alta resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación y resistencia a la carburicarbur
zación.
Trabajo de desarrollo durante el decenio de 1920
1920 de aleaciones de níquel – molibdeno que
llevaron al descubrimiento de la serie de aleaciones Hastelloy, conocidas por su alta resisresi
tencia a la corrosión.
Otros avances en aleaciones resistentes a altas temperaturas utilizadas para aplicaciones
aeronáuticas
icas permitieron el desarrollo de las aleaciones Nimonic 80 y Nimonic 80A durante
la década de 1940.
El desarrollo de turbo-compresores,
compresores, para motores de aviones, que operan a temperaturas
que van desde 650 a 815 °C; como el rotor que gira a una velocidad de
de 20000 a 30000 rpm,
permitieron la mejora de las aleaciones endurecidas por precipitación Hastelloy B y Hastelloy
X.
La producción de los primeros motores de turbina de gas llevaron al desarrollo de nuevas
aleaciones para álabes, válvulas y discos con la mejora en la resistencia a la fluencia y resisresi
tencia a la fatiga (Figura 28).
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•
•
•
La introducción de una nueva familia de aleaciones Fe-Ni-Cr
Fe
Cr (serie Incoloy) con un conteniconten
do de níquel inferior (20 a 40% en peso), diseñada para satisfacer la necesidad de resistenresis
cia a la oxidación a altas temperaturas y protección contra la corrosión acuosa.
Los avances en metalurgia de polvos (P/M) llevó al desarrollo de superaleaciones aleadas
mecánicamente.
Las nuevas tecnologías de fusión (fusión por inducción en vacío, fusión
fusión con haz de electroelectr
nes, fusión/refinado por plasma, fundición por arco con cáscara en vacío) en coordinación
con el moldeado de matriz invertida permitió el desarrollo de piezas moldeadas de grano fino
equiaxiado, así como la solidificación dirigida y las superaleaciones monocristalinas.
Figura 28. Distribución de materiales en un motor a reacción
3.5.1. Propiedades del Níquel y Aleaciones de Níquel
Las forma comercial del níquel y las aleaciones base níquel son totalmente austenítica
austenític y se utilizan y/o seleccionan principalmente por su resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión
acuosa. Desde una perspectiva de la nomenclatura, son aleaciones que contienen
contienen más del 30%
de níquel. La figura 29 clasifica estas aleaciones por el contenido de
e níquel, mientras
m
las relaciona con las aleaciones más comunes de aceros
acero inoxidables austeníticoss (se ha omitido
o
la seria
de aleaciones Ni-Cu, Monel).. Todos estos materiales se caracterizan por tener de 15 a 23% Cr
y, por lo tanto, se pueden clasificar
clasifica por el contenido de níquel. Los aceros
os austeníticos, por lo
tanto, son aleaciones de hierro-cromo-níquel.
hierro
Las temperaturas de operación máximas sugeridas para cada una de las agrupaciones son las
siguientes:
•
•
•
Fe-Cr-Ni: 1050 °C
Fe-Ni-Cr: 1150 °C
Ni-Cr-Fe: 1200 °C
Existen variaciones para cada una de estas series para mejorar sus características a corrosión o
sus propiedades mecánicas. Por lo tanto, el molibdeno y el nitrógeno puede añadirse a esta
serie de aleaciones para mejorar su resistencia a la corrosión por picaduras y a la corrosión por
fisuras; se adiciona cromo mejorar la resistencia a la sulfatación; aluminio, titanio, niobio y permiperm
tir el fortalecimiento a través del endurecimiento por precipitación (endurecimiento por envejecienvejec
miento). Sin embargo, en todos
dos los casos, el contenido de níquel permite mejoras en la resistenresiste
cia a la fatiga y rendimiento a altas temperaturas, especialmente en ambientes reductores (car(ca
buración y nitruración).
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La tabla 15 proporciona una perspectiva general de la resistencia a la
la corrosión de los grupos de
aleaciones. En general, cuanto mayor sea el contenido de níquel en una aleación, mayor será su
resistencia inherente a ambientes reductores (ácidos y alcalinos). Por el contrario, el acero ini
oxidable austenítico (aleaciones Fe-Cr-Ni)
Fe
Ni) depende del oxígeno o condiciones oxidantes para
ayudar a mantener la película de óxido protectora para su resistencia a la corrosión. La inexisinexi
tencia de esta película los hace susceptibles a la corrosión por picaduras y a la corrosión por
fisuras. Las aleaciones que tienen elementos del grupo de transición ofrecen grados de resistenresiste
cia en condiciones tanto oxidantes como reductoras. Estas aleaciones suelen contener cantidacantid
des variables de molibdeno y ofrecen un amplio rango de resistencia a estos entornos
en
mixtos.
Figura 29. Gráfico de aleaciones base Níquel que muestran las aleaciones que contienen canticant
dades variables de níquel y hierro. El contenido de cromo es constante en aproximadamente 18
a 20%.
Las figuras 30a y 30b muestran el rendimiento y capacidad a altas temperaturas de las aleacioaleaci
nes base níquel. Cuanto más alto sea el contenido de níquel, mayor será la resistencia. En la
Fig. 30a, las aleaciones de níquel-cromo-hierro
níquel
hierro presentan una excelente resistencia a la oxidaoxid
ción. Esta característica
ica es la más deseada en aleaciones especificadas en aplicaciones para
los motores a reacción en el sector aeroespacial y en requerimientos en procesos térmicos. La
aleación 230 con adición de tungsteno (Ni-22Cr-14W-2Mo-3Fe-5Co)
(Ni
5Co) combina excelente resisresi
tencia
cia a altas temperaturas con resistencia excepcional a los ambientes oxidantes hasta 1150
°C. Las aleaciones de níquel -cromo-hierro
hierro también poseen una excelente resistencia a la carbucarb
ración (Fig. 30b).
Tabla 15. Resistencia a la corrosión de aleaciones base
bas níquel
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Serie de Aleación
Aplicaciones
Ambientes Acuosos
(a)
Aleaciones con buena fabricabilidad, se
Nickel 200; Alloys 400, 600
utiliza para los buques y en tuberías que
Reductor
transportan derivados químicos complejos.
Aleaciones que contienen molibdeno para
Alloys C-276, 625, G3/G30, C- 22/622,
Neutral, Reductor, OxiOx
aplicaciones de agujeros y grietas resisten825
dante
tes a la corrosión.
Aleaciones utilizadas normalmente en el
Alloys 800, 904L; type 304, 316, 317
procesamiento de alimentos, en la industrial
Oxidante
stainless steels
de pulpa y papel y en el transporte químico.
(a) Ambientes reductores; sosa cáustica (NaOH), ácido clorhídrico, ácido sulfúrico (solución diluida), ácido fluorhídrico, ácido
clorhídrico necesita de aleaciones con alto contenido
contenido de molibdeno. Ambientes Neutrales: sales de ácidos orgánicos (NaCl, bib
sulfatos). Ambientes oxidantes: ácido sulfúrico (concentrado), ácido fosfórico, ácido nítrico, ácido nítrico necesita de aleacioalea
nes con alto contenido de cromo.
(b)
(a)
Figura x. (a) Resistencia a la oxidación cíclica en 1095 °C.
° . Cada ciclo consistió en 15 minutos
de calentamiento seguido de 5 minutos
min
de enfriamiento al aire, (b) Resistencia a carburación en
gas a 980 y 1090 °C. 100 h de duración del ensayo.
La tabla 16 muestra la composición de las aleaciones de níquel forjadas
as y las propiedades se
muestran en la tabla 17.
Tabla 16. Composición de níquel y aleaciones base níquel.
Aleación
(a)
Ni
Cu
Fe
Composición, wt%
Mn
C
Si
S
Otros
0.35
0.01
---------------
0.35
0.01
---------------
0.15
0.15
0.008
0.01-0.08
Mg, 0.010.05 Ti
0.20
0.15
0.015
--------------
0.10
0.20
-------------
Níquel puro comercial y Aleaciones con bajo contenido en Níquel
Níquel
99.0 min
0.25
0.40
0.35
0.15
200
Níquel
99.0 min
0.25
0.40
0.35
0.02
201
Níquel
205
99.0 min(b)
0.15
0.20
Níquel
211
Níquel
212
Níquel
222
Níquel
270
Duraníquel 301
93.7 min(b)
0.25
0.75
97.0 min
0.20
0.25
0.35
4.25 –
5.25
1.5 –
1.25
99.0 min(b)
0.10
0.10
0.30
------------
0.10
0.008
99.9 min
0.01
0.05
0.003
0.02
0.005
0.003
93.0 min
0.25
0.60
0.50
0.30
1.00
0.01
0.20 Mg
0.01-0.10
Mg, 0.005 Ti
0.005 Mg,
0.005 Ti
4.00-4.75 Al,
0.25-1.00 Ti
AIMME - Instituto Tecnológico Metalmecánico. Parque Tecnológico, Avda. Leonardo Da Vinci, 38.
46980 PATERNA (Valencia) SPAIN. Tel.: +34 96 131 85 59. Fax: +34 96 131 81 68
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materiales
http://observatorio.aimme.es
[email protected]
Aleaciones Níquel – Cobre
Aleación
63.0 min(b)
400
Aleación
40.0-45.0(b)
401
Aleación
63.0 min(b)
R - 405
Aleación
29.0-33.0
450
Aleación
63.0 min(b)
K - 500
28.0-34.0
34.0
2.5
0.20
0.3
0.5
Balance
0.75
2.25
0.10
28.0-34.0
34.0
2.5
2.0
0.3
Balance
0.4 – 1.0
1.0
---------
27.0-33.0
33.0
2.0
1.5
0.25
0.024
-------------
0.25
0.015
-------------
0.5
0.0250.025
0.060
-----------
0.02
0.5
0.01
------------1.0 Zn, 0.05
Pb, 0.02 P
2.30-3.15 Al,
0.35-0.85 Ti
(a)
Aleación
Ni
Cr
Fe
Co
Mo
W
Composición, wt%
Nb
Ti
Al
Aleaciones Níquel – Cromo y Níquel – Cromo – Hierro
Alea14.
ción
Bal
22.0
3.0
5.0
2.0
0
230
Alea14.0
72.0
6.0ción
---------min(b)
10.0
600
17.0
Alea21.0
58.0---------ción
bal
63.0
601
25.0
Alea20.0
10.0 8.044.5
ción
3.0
10.
---min.
617
24.0
15.0
0
Alea20.0
8.058.0
ción
5.0
1.0
10.
---min.
23.0
625
0
Alea27.0
58.0
7.0ción
---------min.
11.0
690
31.0
Aleación
718
50.055.0(b)
17.0
21.0
Bal.
Aleación
X750
70.0
min.(b)
14.0
17.0
70.0
min.(b)
Aleación
751
Aleación
MA754(d
C
Mn
Si
B
Otros
------
-----
0.3
0.10
0.5
0.4
0.00
5
0.02 La
-----
----
----
0.15
1.0
0.5
-----
0.5 Cu
----
----
1.01.7
0.10
1.0
0.50
----
1.0 Cu
----
0.6
0.81.5
0.05
0.15
1.0
1.0
0.00
6
0.5 Cu
)
0.4
0
0.4
0
0.10
0.5
0
0.50
-----
-----
----
-----
-----
0.05
0.0
5
0.50
------
0.50
Cu
0.20.8
0.08
0.3
5
0.35
0.00
6
0.30
Cu
0.41.0
0.08
1.0
0.50
-----
0.50
Cu
3.154.15(c
0.6
51.1
5
2.2
52.7
5
1.0
2.83.3
-----
4.755.50(c
5.09.0
1.0
-----
-----
0.701.20(c
14.0
17.0
5.09.0
----
----
-----
0.71.2(c)
2.02.6
-----
0.10
1.0
0.5
-----
0.5 Cu
78.0
20
1.0
-----
-----
-----
-----
0.5
0.3
0.05
-----
----
----
0.6
Y2O3
51.6
21.5
5.5
2.5
13.
5
4.0
-----
-----
-----
0.01
1.0
0.1
-----
0.3 V
4.07.0
2.5
15.17.
3.04.5
----
-----
-----
0.01
1.0
0.08
-----
0.35 V
5.0
6.08.0
1.5
)
-----
-----
0.01
5
1.0
1.0
----
1.52.5Cu
0.52.5
8.010.
0
0.21.0
-----
-----
-----
0.05
0.15
1.0
1.0
-----
-----
1.0
-----
-----
0.10.5
0.02
0.31.0
0.20
0.75
0.01
5
-----
-----
-----
-----
0.12
1.0
1.0
------
)
)
)
Aleación
C-22
Aleación
C-276
Bal.
Aleación G3
Bal.
Aleación HX
Bal.
Aleación S
Alea-
14.5
16.5
21.0
23.5
20.5
23.0
18.0
21.0
17.0
20.0
Bal.
14.5
17.0
3.0
2.0
1416.
5
63.0
5.0
6.0
2.5
24
0.50(c
0.010.1La,
0.35
Cu
----
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materiales
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ción W
17.0
0.52.5
20.0
Aleaciones Hierro – Níquel – Cromo
Alea18.0
ción
20.0
22.0
Bal.
556
Aleación X
20.5
-23.
Bal.
8.010.
0
0.21.0
-----
0.1
5
0.5
0
0.05
0.15
1.0
1.0
.008
0.5Cu
3.0
2.5
-----
-----
0.2
0.10
1.0
0.4
-----
0.6Ta
.02La
.02Zr
0.10
1.5
1.0
-----
-----
0.06
0.10
1.5
1.0
-----
.851.2Al+
Ti
0.1
5
0.6
0
0.1
5
0.6
0
Aleación
800
30.035.0
19.23.0
39.5
min.
-----
-----
-----
-----
0.15
0.60
Aleación
800HT
30.035.0
1923.0
39.5
min.
-----
-----
-----
-----
0.15
0.60
38.046.0
19.23.5
22.0
min.
-----
2.53.5
-----
-----
0.61.2
0.2
0.05
1.0
0.5
-----
-----
44.0
21.0
28.0
-----
3.0
-----
-----
2.1
0.3
0.01
-----
-----
-----
-----
0.07
1.0
1.0
-----
0.03
1.0
0.5
-----
0.03
1.0
0.5
-----
0.06
0.8
1.0
-----
-----
-----
-----
-----
-----
-----
-----
-----
0.15
-----
-----
0.01
-----
0.4
-----
-----
0.35
-----
-----
0.30
-----
-----
0.30
-----
-----
Aleación
825
Aleación
925
32.0192.0Bal.
--------1.0
--------38.0
21
3.0
35.022.5
3.50.1520Mo-4
Bal.
----------------40.0
-25
5.0
0.35
33.0225.020Mo-6
Bal.
--------------------37.20
26
6.7
Aleaciones con Expansión Controlada (Fe – Ni – Cr, Fe – Ni – Co)
2.2
Alea41.04.90.3ción
Bal.
--------- --------(b)
43.5
5.75
2.7
0.8
902
5
Aleación
38.0
----42.0
15.0 ----- ----3.0
1.4
0.9
903
Alea----42.0
13.0 ----- ----4.7
1.5
0.03
ción
38.0
907
Aleación
38.0
----42.0
13.0 ----- ----4.7
1.5
0.03
909
Aleaciones Níquel – Hierro
Alea35.00.5
Bal.
1.0
0.5
----------------ción 36
38.0
Alea0.1
(e)
42.0
0.50
Bal.
1.0
0.5
------------ción 42
5
Alea0.1
48.0(e)
0.25
Bal.
1.0
----- ------------ción 48
0
a) Los valores únicos son los valores máximos a menos que se indique otra cosa.
b) Contenido de níquel más cobalto.
c)
Contenido de niobio más tántalo.
d) Aleado mecánicamente, resistencia por dispersión, aleación pulvimetalúrgica.
e) Valor nominal; ajustado para satisfacer las necesidades de expansión.
20 Cb3
0.10
0.05
0.05
0.6
0
0.8
0
0.8
0
3.0-4.0
Cu
0.5-1.5
Cu
2.0-4.0
Cu
Tabla 17. Propiedades Mecánicas (a temperatura ambiente) y características de aleaciones
base níquel.
Propiedades para chapas recocidas a menos que se indique otra cosa.
Aleación
Resistencia Última
a Tensión
[MPa]
Límite Elástico
(compens
(compensación 0.2 %)
[MPa]
Módulo
Elástico
(Tensión)
[GPa]
Dureza
Descripción/Principales ApliApl
caciones
Níquel puro comercial y Aleaciones con bajo contenido en Níquel
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materiales
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Níquel 200
462
148
204
109 HB
Níquel 201
403
103
207
129 HB
Níquel 205
345
90
-------------
--------------
Níquel 211
530
240
---------------
-----------------
Níquel 212
483
---------------------
--------------------
--------------------
Níquel 222
380
---------------------
--------------------
--------------------
Níquel 270
345
110
--------------------
30 HRB
Níquel forjado comercialcomercia
mente puro con buenas
propiedades mecánicas y
excelente resistencia a la
corrosión. El níquel 201
tiene baja cantidad de
carbono (0,02% máx.) para
aplicaciones de más de 315
°C. Utilizado para equipos
de procesamiento de alial
mentos, tambores químicos,
equip
equipo
de manipulación
caustico y tuberías, compocomp
nentes electrónicos, comco
ponentes aeroespaciales y
de misiles, cubierta de los
motores de cohetes, y
dispositivos magnetostrictimagnetostrict
vos.
Níquel forjado similar al
níquel 200, pero con los
ajustes de composición para
mejorar el rendimiento en
aplicaciones eléctricas y
electrónicas. Utilizado para
los ánodos y rejillas de
válvulas,
transductores
magnetostrictivos, cables de
plomo, cuadros de transistores y cajas de baterías.
Las aleaciones de níquelníquel
manganeso son ligeramente
más duras que el níquel
200. La adición de mangamang
neso proporciona resistenresiste
cia a los compuestos de
azufre a temperaturas elevadas. Utilizado como fusifus
bles en las bombillas, como
en redes de tubos de vacío
y en montajes donde hay
presencia de azufre de las
llamas de calentamiento.
Níquel forjado reforzado con
una adición de manganeso.
Se usa para aplicaciones en
electricidad y electrónica
tales como alambres de
plomo, componentes de
soporte en las lámparas y
tubos de rayos catódicos y
electrodos en lámparas
incandescentes.
Níquel forjado con una
adición de magnesio para
aplicaciones electrónicas. El
magnesio proporciona la
activación de los cátodos en
dispositivos termiónicos. Se
usa para las camisas de los
cátodos revestidos de óxido
calentados indirectamente
Níquel de alto grado de
pureza obtenido por metamet
lurgia de polvos. Tiene una
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Duraníquel
301 endurecida por
precipitación
1170
862
207
30 – 40 HRC
dureza base muy baja y alta
ductilidad.
Su
extrema
pureza es útil para los componentes de tiratrón de
hidrógeno.
También
se
utiliza para termómetros de
resistencia eléctrica.
La aleación de níquelníquel
titanio
titanio-aluminio
se utiliza en
aplicaciones que requieren
resistencia a la corrosión del
níquel comercialmente puro,
pero con mayor resistencia
o propiedades elásticas.
Estas aplicaciones incluyen
diafragmas, resortes, abraabr
zaderas, componentes de
prensas de extrusión de
plásticos y moldes para la
producción de artículos
ar
de
vidrio.
Aleaciones Níquel – Cobre
Aleación 400
550
240
180
110 – 150 HB
Aleación 401
440
134
--------------------
--------------------
Aleación
R - 405
550
240
180
110 – 140 HB
Aleación 450
385
165
--------------------
--------------------
Aleación de níquel-cobre
níquel
con alta resistencia y exceexc
lente resistencia a la corrocorr
sión en una amplia gama de
medios, incluyendo el agua
de mar, ácido fluorhídrico,
ácido sulfúrico, y álcalis.
Utilizado por la ingeniería
naval, química y equipos de
procesamiento de hidrocarhidroca
buros, válvulas, bombas,
ejes, accesorios, retenedoretened
res, e intercambiadores de
calor.
Aleación de cobre-níquel
cobre
diseñada para aplicaciones
eléctricas y electrónicas
especializadas. Tiene un
muy bajo coeficiente de
resistencia a temperatura y
una resistividad eléctrica en
el rango medio. Utilizado en
resistores de precisión de
alambre bobinado
bobinad y contactos bimetálicos.
La versión sin mecanizado
de la aleación 400. Se
añade una cantidad controcontr
lada de azufre a la aleación
que proporciona inclusiones
de sulfuro que actúan como
interruptores de viruta dud
rante el mecanizado. UtiliUtil
zado para medidores y
partes de válvulas, retenereten
dores y productos de tornitorn
llería.
Aleación de cobre-níquel
cobre
del
tipo 70-30
70
que tiene una
soldabilidad superior. Es
resistente
sistente a la corrosión en
agua de mar, tiene una
buena resistencia a la fatiga
y tiene conductividad térmitérm
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materiales
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Aleación
K-500 endurecida por
precipitación
1100
790
180
300 HB
ca relativamente alta. Se
usa para condensadores de
agua de mar, condensador
de placas, tubos de destiladestil
ción, evaporadores, interinte
cambiadores de calor de
tubos y tuberías de agua
salada.
Aleación de níquel-cobre
níquel
endurecida por precipitación
que combina la resistencia a
la corrosión de la aleación
400 con una mayor resisresi
tencia y dureza. También
tiene baja permeabilidad y
es amagnética por encima
de -100
100 °C. Se usa en ejes
de bombas, herramientas e
instrumentos de pozos de
petróleo,
excavadoras,
resortes, válvulas de corte,
retenedores y árboles portaporta
hélice.
Aleaciones Níquel – Cromo y Níquel – Cromo – Hierro
Aleación
230(a)
860
390
211
92.5 HRB
Aleación 600
655
310
207
75 HRB
Aleación 601
620
275
207
65 – 80 HRB
Aleación de níquel-cromoníquel
tungsteno que combina
excelente resistencia a alta
temperatura con resistencia
en ambientes oxidantes
hasta 1150 °C y
resistencia a los ambientes
nitrurantes. Utilizado en el
sector aeroespacial para
componentes de turbina de
gas, equipos de procesaproces
miento químico y equipo de
tratamientos térmicos.
Aleación de níquel-cromo
níquel
con una buena resistencia a
la oxidación a altas temperaturas y la resistencia a los
iones cloruro de la corrosión
por tensión, corrosión por
agua de gran pureza y la
corrosión cáustica. Se usa
en los componentes de
hornos, en procesamiento
de alimentos y químicos, en
la ingeniería nuclear y para
los
os electrodos de chispas.
Aleación de níquel-cromo
níquel
con una adición de aluminio
para que se destaque en la
resistencia a la oxidación y
otras formas de corrosión a
alta temperatura. Asimismo,
las propiedades mecánicas
a temperaturas elevadas.
Se utiliza para hornos indusindu
triales; equipamiento de
tratamientos térmicos tales
como cestas, muflas, y
retortas, equipos de proceproc
sos petroquímicos y otros y
componentes de turbinas de
gas.
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Aleación 617
(recocido por
solución)
755
350
211
173 HB
Aleación 625
930
517
207
190 HB
Aleación 690
725
348
211
88 HRB
Aleación 718
(endurecida
por precipitación)
1240
1036
211
36 HRC
Aleación de níquel-cromoníquel
cobalto
cobalto-molibdeno
con una
excepcional combinación de
estabilidad
metalúrgica,
resistencia y resistencia a la
oxidación a altas temperatutemperat
ras. Se obtiene una buena
resistencia a la oxidación
por la adición de aluminio.
La aleación también se
resiste a una amplia gama
de ambientes corrosivos
acuosos. Utilizado en turbiturb
nas de gas para la cámara
de combustión y conductos,
en procesamiento petropetr
químico para líneas de
transición y en equipamienequipamie
to de tratamientos térmicos
en producción de ácido
nítrico.
Aleación de níquel-cromoníquel
molibdeno con una adición
de niobio que actúa como
refuerzo de la aleación
matriz y, por tanto, proporpropo
cionan una gran resistencia
sin el fortalecimiento de un
tratamiento
térmico.
La
aleación resiste a una ama
plia gama de ambientes
muy corrosivos y es espeesp
cialmente resistente a la
corrosión por picaduras. Se
utilizan en la transformación
química, ingeniería aeroesaeroe
pacial y marina, equipos de
control de la contaminación
contami
y reactores nucleares.
Aleación con alto-cromoalto
níquel con excelente resisresi
tencia a muchos medios
acuosos y atmósferas a
altas
temperaturas.
Se
utiliza en aplicaciones que
implican
soluciones
de
ácido
nítrico/fluorhídrico.
También es útil altas tempetemp
raturas de servicio en los
gases que contienen azufre.
Aleación de níquel-cromo
níquel
endurecida por precipitación
que contiene una cantidad
import
importante
de hierro, niobio
y molibdeno junto pequeñas
cantidades de aluminio y
titanio. Combina resistencia
a la corrosión y de alta
resistencia con excelente
soldabilidad, incluida la
resistencia al agrietamiento
post--soldado. La aleación
tiene excelente resistencia
resi
a
la ruptura por fluencia a
temperaturas de hasta 700
°C. Utilizado en turbinas de
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Aleación
X750 (endurecida por
precipitación)
1137
690
207
330 HB
Aleación 751
(endurecida
por precipitación)
1310
976
210
352 HB
Aleación
MA754
965
585
----------------
------------------
Aleación
C-22
785
372
----------------
209 HB
gas, motores de cohetes,
naves espaciales, reactores
nucleares, bombas y herraherr
mientas.
Aleación de cromo-níquel
aleación similar a la aleaale
ción 600, pero endurecida
por precipitación por adición
de aluminio y titanio. La
aleación tiene una buena
resistencia a la corrosión y
oxidación, junto con alta
resistencia a la tracción y
fluencia a temperaturas de
hasta unos 700 °C. Su
excelente resistencia a la
relajación es útil en resortes
y tornillos sometidos a altas
temperaturas. Se utiliza en
turbinas de gas, motores de
cohetes, reactores nucleanucle
res, recipientes a presión,
herramientas y estructuras
de aeronaves.
aerona
Aleación de níquel-cromo
níquel
similar a la X750, pero con
el aumento del contenido en
aluminio para un mayor
endurecimiento por precipiprecip
tación. Diseñado para usarusa
lo en válvulas de escape en
motores de combustión
interna. En esa aplicación,
la aleación ofrece alta resisresi
tencia a las temperaturas de
funcionamiento, alta dureza
en caliente para la resistenresiste
cia al desgaste y resistencia
a la corrosión en los gases
de escape que contienen
plomo, óxido
óxi
de azufre,
bromo y cloro.
Aleación de níquel-cromo
níquel
aleada mecánicamente con
endurecimiento por disperdispe
sión de óxidos. La resistenresiste
cia mecánica, resistencia a
la corrosión y estabilidad
microestru
microestructural
de la aleación hacen que sea útil
para los álabes de las turbiturb
nas de gas y otras aplicaaplic
ciones en servicio extremo.
Aleación de níquel-cromoníquel
molibdeno con buena resisresi
tencia a la corrosión por
picaduras, corrosión por
fisuras y corrosión bajo
tensión. También muestra
una elevada resistencia a la
oxidación, incluyendo cloro
húmedo y mezclas que
contienen ácidos nítricos y
oxidantes. Se utiliza para el
control de la contaminación
y en equipamiento de pulpa
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materiales
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Aleación
C-276
790
355
205
90 HRB
Aleación G3
690
320
199
79 HRB
Aleación HX
(recocido por
solución)
793
358
205
90 HRB
Aleación S
(recocido por
solución)
835
445
212
52 HRA
y papel.
Aleación de níquel-cromoníquel
molibdeno con adición de
tungsteno. Tiene excelente
resistencia a la corrosión en
una amplia gama de ama
bientes severos. El alto
contenido de molibdeno
hace la aleación especialespecia
mente resistente a la corrosión por picaduras y la
corrosión por fisuras. El bajo
contenido de carbono redured
ce la precipitación de carbucarb
ros durante la soldadura
manteniendo la resistencia
a la corrosión en estructuras
soldadas. Se utiliza en el
control de la contaminación,
cont
transformación
química,
producción de pulpa y papel
y en el tratamiento de resires
duos.
Aleación de níquel-cromoníquel
hierro con adiciones de
molibdeno y cobre. Tiene
una buena soldabilidad y
resistencia a la corrosión
intergranular
tergranular en condición
de material soldado. El bajo
contenido de carbono ayuda
a prevenir la sensibilización
y la consiguiente corrosión
intergranular de la soldadusoldad
ra de la zona afectada por el
calor. Se utiliza en depuradepur
doras de gases de combuscombu
tión y para
pa
la manejo de
ácido fosfórico y ácido
sulfúrico.
Aleación de níquel-cromoníquel
hierro
hierro-molibdeno
con excelente resistencia mecánica y
resistencia a la oxidación a
temperaturas de hasta 1200
°C. La matriz endurecida
debido al contenido de
molibdeno le confiere una
alta resistencia de aleación
en solución sólida y buenas
características de fabricafabric
ción. Se utiliza en turbinas
de gas, hornos industriales,
equipos de tratamientos
térmicos y en ingeniería
nuclea
nuclear.
Aleación de alta temperatutemperat
ra con excelente estabilidad
térmica, baja expansión
térmica y resistencia a la
oxidación a 1095 ° C. Co nserva la resistencia y ductiduct
lidad después del envejecienvejec
miento a temperaturas de
425 a 870 °C. Desarrollado
para aplicaciones que impliimpl
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Aleación W
(recocido por
solución)
850
370
------------------
-------------------
Aleación X
(recocido por
solución)
785
360
196
89 HRB
quen condiciones severas
de calentamiento cíclico. Se
utiliza ampliamente como
anillos de cierre en motores
de turbina de gas.
Aleación endurecida por
solución sólida que se ha
desarrollado principalmente
para la soldadura de aleaale
ciones disímiles. Está disdi
ponible como alambre para
la soldadura de tungsteno
con arco y gas (GTAW),
como alambre bobinado
bobina
para la soldadura por arco
bajo protección gaseosa
(GMAW) y electrodos revesreve
tidos para soldadura elecele
trodos revestidos (SMAW).
También se fabrica en
forma de láminas y placas
para aplicaciones estructuestruct
rales hasta a 760 °C.
Aleación de níquel-cromoníquel
hierro
hierro-molibdeno
que posee
una excepcional combinacombin
ción de resistencia a la
oxidación, fabricabilidad y
resistencia a altas temperatemper
turas. También se ha ene
contrado
trado que tiene una
excepcional resistencia a la
corrosión bajo tensión en
aplicaciones petroquímicas.
Posee buena ductilidad tras
una exposición prolongada
a temperaturas de 650,760,
y 870 °C durante 16.000 h.
Aleaciones Hierro – Níquel – Cromo
Aleación 556
815
410
205
91 HB
Aleación 800
600
295
193
138 HB
Aleación de hierro-níquelhierro
cromo
cromo-cobalto
que combina
una resistencia eficaz a la
sulfidización, carburización
y ambientes cloríferos a
altas temperaturas con una
buena resistencia a la oxiox
dación, buena fabricabilidad
y excelente
excele
resistencia a
altas temperaturas. TamTa
bién se ha encontrado que
resiste la corrosión por
sales fundidas y es resistenresiste
te a la corrosión del zinc
fundido. Se utiliza en incineincin
radores de residuos, proceproc
sos químicos y equipos de
fábricas de pulpa y papel.
Aleación de hierro-níquelhierro
cromo con buena resistenresiste
cia y excelente resistencia a
la carburización y la oxidaoxid
ción en atmósferas sometisomet
das a altas temperaturas.
También resiste la corrosión
en muchos entornos acuoacu
sos. La aleación
aleaci
se mantie-
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Aleación
800HT
Ver Aleación
800
Aleación 825
690
310
206
-----------------
Aleación
925(b)
1210
815
------------------
36.5 HRC
ne estable, estructura ausau
tenítica, durante la exposiexpos
ción prolongada a altas
temperaturas. Se utiliza en
tuberías de proceso, interinte
cambiadores
de
calor,
equipos de carburización,
recubrimiento en elementos
de calefacción, tuberías de
generadore de vapor nugeneradores
cleares.
Aleación
hierro
hierro-níquelcromo que tiene la misma
composición básica que la
aleación 800, pero con una
mayor resistencia a la rupturupt
ra por fluencia. Su alta
resistencia es el resultado
de un estrecho control del
contenido
de
carbono,
aluminio, titanio en relación
con una alta temperatura de
recocido. Se utiliza en el
procesamiento químico y
del petróleo, en plantas de
energía para los tubos de
los súper-calentadores
súper
y recalentadores, en hornos
industr
industriales
y para equipos
de tratamiento térmico.
Aleación de hierro-níquelhierro
cromo con adiciones de
molibdeno y cobre. Tiene
una excelente resistencia a
los ácidos reductores y
oxidantes, a la corrosión
bajo tensión y a los ataques
localizados, tales como
corrosión por picaduras y
corrosión por fisuras. La
aleación es especialmente
resistente al ácido sulfúrico
y al ácido fosfórico. Se
utiliza en el procesamiento
de químicos, equipos de
control de la contaminación,
tuberías
berías de depósitos de
petróleo y gas, reprocesareproces
miento
de
combustible
nuclear,
producción
de
ácido, y equipos de decadec
pado.
Una aleación
de hierrohierro
níquel
níquel-cromo
endurecida
por precipitación con adicioadici
nes de molibdeno y cobre.
Se destaca de la aleación
su resistencia a la corrosión
general, corrosión por picapic
duras, corrosión por fisuras,
corrosión bajo tensión en
ambientes acuosos, incluincl
yendo aquellos que contieconti
nen cloruros y sulfuros. Se
utiliza en superficies
super
y maquinaria de profundidad en
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20 Cb3
550
240
-----------------
90 HRB
20Mo – 4
615
262
186
80 HRB
20Mo – 6
607
275
186
----------------
equipos de producción de
gas y petróleo.
A acero inoxidable austeníausten
tico con alto contenido de
níquel con una excelente
resistencia a los productos
químicos que contienen
cloruros y ácidos sulfúrico,
fosfórico y nítrico. Resiste
corrosión por picaduras,
corrosión por fisuras y
ataque intergranular, utilizautiliz
do para tanques, tuberías,
intercambiadores de calor,
bombas, válvulas y otros
equipos de proceso químiquím
co.
Aleación diseñada para
aplicaciones que requieren
una mayor resistencia a la
corrosión por picaduras y a
la corrosión por fisuras.
Debe tenerse en cuenta
para ambientes donde se
encuentren problemas de
corrosión por picaduras y
corrosión por
po fisuras. Las
aplicaciones incluyen interinte
cambiadores
de
calor,
tuberías y equipos de propr
cesos químicos, tanques de
mezcla y tanques de limpielimpi
za de metales y decapado.
Un acero inoxidable ausau
tenítico
tico que es resistente a
la corrosión en ambientes
con cloruro calientes con
bajos pH. Tiene buena
resistencia a la corrosión
por picaduras, corrosión por
fisuras y corrosión bajo
tensión en ambientes con
cloruros.
También
son
resistentes a la oxidación
los medios oxidantes. Las
aplicaciones incluyen depudep
radores de humos, plataplat
formas marinas y equipo
para fábricas de pulpa y
papel.
Aleaciones con Expansión Controlada
Aleación 902
(endurecida
por precipitación)
1210
760
------------------
-------------------
Aleación de níquel-cromoníquel
hierro endurecida por preciprec
pitación por adiciones de
aluminio y titanio. El contecont
nido de titanio también
ayuda a proporcionar un
control del coeficiente terte
moelástico, que es la principrinc
pal característica de la
aleación.
eación. La aleación puede
ser procesada para tener un
módulo de elasticidad conscon
tante a temperaturas de -45
a 65 °C. Se utiliza en mu elles de precisión, resonadoresonad
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Aleación 903
(endurecida
por precipitación)
1310
Aleación 907
Ver aleación
903
Aleación 909
(endurecida
por precipitación)
1275
a)
b)
1100
--------------------
--------------------
1035
159
--------------------
res mecánicos y otros comco
ponentes de precisión eláselá
tica.
Aleación de níquelníquel hierrocobalto con adiciones de
niobio, titanio, aluminio para
el endurecimiento por preciprec
pitación. La aleación combicomb
na alta resistencia con un
coeficiente de expansión
térmi
térmica
bajo y constante a
temperaturas de hasta unos
430 °C. También tiene
módulo de elasticidad conscon
tante y es altamente resisresi
tente a la fatiga térmica y al
choque térmico. Se utiliza
en turbinas de gas en anian
llos y camisas.
Aleación de níquel-hierroníquel
cobalto con adiciones de
niobio y titanio para el enduend
recimiento por precipitación.
Tiene bajo coeficiente de
expansión y alta resistencia
igual que la aleación 903,
pero con la mejora en las
propiedades de ruptura por
entalla
a
t
temperaturas
elevadas. Se utiliza para los
componentes de las turbiturb
nas de gas, incluidos los
sellos, ejes y camisas.
Aleación de níquel-hierroníquel
cobalto con una adición de
silicio
o y además contiene
niobio y titanio para el enduend
recimiento por precipitación.
Es similar a Aleaciones 903
y 907 en el sentido de que
tiene una baja expansión
térmica y de alta resistencia.
Sin embargo, la adición de
silicio mejora los resultados
ruptura por
p
entalla y las
propiedades de tracción que
se logran con menos resre
tricciones en el procesaproces
miento y tratamientos térmitérm
cos más cortos. Se utiliza
para las cubiertas en turbina
de gas, pantallas térmicas,
válvulas y camisas.
Laminados en frío y recocidos a 1230 °C. Láminas de espesor, 1.2 a 1.6 mm.
Recocidos a 980 °C durante 30 minutos, enfriados al aire y envejecidos a 760 °C durante 8 h, enfriados en el horna a una
velocidad de 55 °C/h, calentados a 620 °C durante 8 h, enfriados
enfr
al aire.
3.5.2. Aplicaciones y Características del Níquel y las Aleaciones de Níquel
El níquel
íquel y aleaciones de níquel se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, la mayoría
implican elementos que requiere resistencia a la corrosión y/o resistencia al calor. Algunas
Algun de
estas
as aplicaciones se muestran en la tabla 18:
Tabla 18. Sectores de aplicación y productos fabricados de las aleaciones de níquel.
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Sectores de Aplicación
Aviones de Turbinas a Gas
Plantas de Energía de Turbinas a Vapor
Motores Alternativos
Procesamiento de Metales
Aplicaciones Médicas
Vehículos Espaciales
Equipos de Tratamientos Térmicos
Sistemas de Energía Nuclear
Industria Química y Petroquímica
Equipos de control de la contaminación
Fábrica de Procesamiento de Metales
Sistemas de Licuefacción y gasificación de carbón
Fábricas de Pulpa y Papel
Aleaciones Especiales
Productos Fabricados
Discos, cámaras de combustión, pernos, ejes, sistemas
de escape, cubiertas de turbina, álabes, válvulas, inyecinye
tores, dispositivo de postcombustión, inversor de empuje.
Pernos, álabes, recalentadores.
Turbocompresores, válvulas de escape, bujías, válvulas
de asiento.
Matrices, Herramientas para trabajo en caliente
Usos en odontología, prótesis.
Partes de motores de cohetes
Distribuidor, objetos de unión, transportador de cinta,
cestas, ventiladores, hornos de mufla.
Vástago de válvula, resortes, canalizadores, mecanismos
de control de vástago propulsor.
Pernos, ventiladores, válvulas, recipientes de reacción,
tuberías, bombas.
Depuradoras, equipos de desulfuración de gases de
combustión (camisas, ventiladores, conductos, recalenrecale
tadores)
Hornos, dispositivos de postcombustión, ventiladores de
escape.
Intercambiadores de calor, recalentadores, tuberías,
Tuberías, depuradoras, equipo de blanqueado, álabes.
álabe
Aleaciones de baja expansión, aleaciones de resistencia
eléctrica, aleaciones magnéticas, aleaciones con memomem
ria de forma.
4. CONCLUSIONES
Se ha presentado una revisión documental de los materiales metálicos que habitualmente se
emplean en el sector metalmecánico de la C.V. contrastado con los materiales metálicos alternativos. Estas propuestas alternativas permitirán a las empresas interesadas en seguir la vía de la
innovación disponer de respuestas nuevas a los problemas tradicionales,
tradicionales, lo cual redundará en
una mejora de lass políticas de competitividad del mercado. Como fruto de este estudio se obtuobt
vieron las siguientes conclusiones:
•
•
•
•
Los materiales metálicos que surgen como alternativa a los utilizados actualmente son: el
magnesio y sus aleaciones, el titanio y sus aleaciones, los aceros avanzados de alta resisresi
tencia, el aluminio y sus aleaciones, el níquel y sus aleaciones.
La razón principal para cambiar a cualquiera de los materiales alternativos es conseguir
ahorro en costes de producción y de peso con las mismas o mejores relaciones de propiepropi
dades mecánicas y específicas que los materiales utilizados actualmente: alta resistencia,
alta
ta relación ductilidad/formabilidad, alta relación resistencia/peso, alta resistencia a la corrocorr
sión, alta relación rigidez/peso, etc.
Debido al cumplimiento de las demandas medioambientales y las exigencias en materia de
seguridad los materiales debe ser altamente reciclables (reducción en la producción de resires
duos e impacto medioambiental cercano a cero).
Todo nuevo material, con porvenir, debe responder a exigencias no meramente técnicas,
sino también a una demanda tanto de mercado como social. El mejor material para una ded
terminada aplicación habrá de satisfacer una necesidad o efectuar un avance (innovación)
económicamente asumible por el mundo en que vivimos.
Con respecto a los Aceros Avanzados de Alta Resistencia:
Ventajas:
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•
•
•
•
•
Cambiar a aceros de alta resistencia puede generar grandes ahorros en costes de producprodu
ción, ofreciendo al diseñador la libertad
libertad de hacer componentes de un modo más sencillo y
con menos refuerzos.
Los aceros de alta resistencia pueden ser cizallados, cortados, taladrados, doblados y solso
dados del mismo modo que los aceros suaves. Las técnicas convencionales de moldeado y
unión funcionan
uncionan bien en general.
Se pueden obtener ahorros de peso de hasta el 50 %, cambiando el acero suave por aceros
de mayor resistencia en componentes de seguridad.
Mejor resistencia al impacto por colisiones.
La reciclabilidad del acero y fundiciones no presenta
presenta mayores inconvenientes, su infraestrucinfraestru
tura está a punto desde hace varias décadas y no se altera la calidad de las especificacioespecificaci
nes empleadas.
Inconvenientes:
•
•
•
Problemas de calidad en las dimensiones de las piezas que surgen a causa de la recuperarecuper
ción
n elástica (springback) asociado con la alta resistencia, y con el aumento de la sensibilisensibil
dad en el proceso por la variabilidad en las propiedades del material a niveles superiores de
resistencia.
Se necesitan grandes presiones de estampación.
Tienen problemas
emas de conformado en caliente.
Aplicaciones:
•
•
•
•
•
•
•
En vehículos de pasajeros; como barras de impacto lateral de puertas o los pilares B, mejomej
rando al mismo tiempo la capacidad de resistencia al choque del vehículo.
En Ferrocarriles; en vagones, puertas correderas, paneles divisorios, brazos de cierre y en
construcción de las estructuras de seguridad de las locomotoras.
En contenedores de residuos, en los brazos de las grúas y en los chasis y las bañeras de
los camiones y remolques.
En equipos agrícolas; en aperos de labranza y remolques para tractor.
En equipos de elevación; en las apiladoras de alcance, empleadas para maniobrar conteneconten
dores y remolques en puertos y terminales.
En vehículos y equipos de protección tales como limusinas, furgones de seguridad
seguri
y vehículos policiales.
Otras aplicaciones incluyen fachadas de edificios, vallas de seguridad y mostradores bancabanc
rios.
Cambios en los procesos de fabricación actuales:
•
•
Todos estos aceros pueden ser unidos mediante soldadura continua bajo gas de protección
protec
(MAG) o por puntos de resistencia. La regulación de los parámetros de las máquinas de solso
dadura diferirá según el tipo de acero. En el caso particular de la soldadura por puntos, ded
pendiendo del tipo de acero, habrá que prestar una especial atención a la intensidad de la
corriente y a la presión de los electrodos, ya que los valores exigidos pueden llegar a ser non
tablemente superiores, en comparación con los requeridos en aceros convencionales.
En el corte, los aceros avanzados de alta resistencia también
también presentan diferencias imporimpo
tantes respecto a los aceros convencionales. El aumento de la resistencia de estos aceros
hace que las herramientas de corte habituales o las brocas utilizadas no sean válidas, siensie
do necesarias brocas específicas, con una dureza
dureza superior al acero en cuestión, y discos de
corte especiales. En este tipo de operaciones también resulta de gran utilidad y rapidez el
equipo de corte por plasma, especialmente en cortes de desecho, debiéndose regular de
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•
•
forma conveniente la profundidad
profundidad del corte, al objeto de no dañar otras piezas adyacentes.
En definitiva, las operaciones de corte se hacen más dificultosas, especialmente en los aceac
ros de mayor resistencia.
Son más rígidos, aspecto a tener en cuenta ante cualquier operación de repaso de chapa.
Por este motivo, la reparación de una deformación es más laboriosa y limitada que en piezas
de acero convencional.
Los dados (troqueles) resultarán más costosos a causa requerir de una construcción más
exigente, de insertos con mayor dureza y de periodos de pruebas más prolongados por los
cortes adicionales requeridos.
Con respecto al Aluminio y Aleaciones de Aluminio:
Ventajas:
•
•
•
•
•
Pesa alrededor de un tercio menos que el acero o el cobre; es maleable, dúctil, de fácil mem
canizado, es fácil fundirlo e inyectarlo y tiene una excelente resistencia a la corrosión y dud
rabilidad.
Puede competir con éxito con materiales menos costosos debido a las ventajas que aporta
en ahorro de peso, eficacia estructural y flexibilidad de diseño.
Las técnicas de fabricación
fabricación específica del aluminio, tales como extrusiones complejas, múltimúlt
ples huecos o extrusiones de paredes delgadas, de alta resistencia, moldeadas al vacío,
permiten nuevas soluciones de diseño.
Fácilmente reciclable sin perder propiedades y ahorrando un 95% de la energía necesaria
para su producción electrolítica.
No requiere pintado ni ninguna otra protección superficial y es muy fácil de limpiar. Su manma
tenimiento es mínimo.
Inconvenientes:
•
•
•
•
•
La principal limitación del aluminio es la baja temperatura de fusión
fusión (660 °C), que restringe
su campo de aplicación.
La resistencia mecánica del aluminio se logra por acritud y por aleación; sin embargo ambos
procesos disminuyen la resistencia a la corrosión.
La dureza de los perfiles de aluminio es baja (comparándola con la acero que es el material
de referencia), por lo que nos veríamos obligados a incrementar su ancho y/o espesor (su
peso) en diferentes aplicaciones.
Difícil de unir, sin embargo han surgido técnicas de unión como la soldadura por fricción y se
han adecuado
ado las técnicas utilizadas actualmente para otros materiales (TIG y MIG).
El aluminio es, y seguirá siendo, un competidor temible de los aceros y de los otros materiamateri
les alternativos, sobre todo de las fundiciones, particularmente cuando se trata de pequeñas
series.
Aplicaciones:
•
•
•
Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en
pistones de motores de combustión interna.
En la industria química el aluminio y sus aleaciones se utilizan para fabricar tubos, recipienrecipie
tes y aparatos.
Debido a su elevada proporción resistencia-peso
resistencia peso es muy útil para construir aviones, vagones
ferroviarios y automóviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y
la conservación de energía.
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•
•
•
•
•
•
•
El peso tiene mucha importancia
importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga
distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a muy
altos voltajes.
El aluminio es muy utilizado en la arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales. Las tablas, las contraventanas y las láminas de aluminio constituyen excelentes
aislantes.
Se utiliza también en reactores nucleares a baja temperatura porque absorbe relativamente
pocos neutrones. Con el frío, el aluminio se hace más resistente, por lo que se usa a tempetemp
raturas criogénicas.
Debido a su poco peso y a su compatibilidad con comidas y bebidas, el aluminio se usa
mucho en contenedores, envoltorios flexibles, y botellas y latas de fácil apertura. El reciclado
de dichos recipientes
ientes es una medida de conservación de la energía cada vez más importanimporta
te.
La resistencia a la corrosión al agua del mar del aluminio también lo hace útil para fabricar
cascos de barco y otros mecanismos acuáticos. Se puede preparar una amplia gama de
aleaciones
aciones recubiertas y aleaciones forjadas que proporcionen al metal más fuerza y resisresi
tencia a la corrosión o a las temperaturas elevadas. Algunas de las nuevas aleaciones puepu
den utilizarse como planchas de blindaje para tanques y otros vehículos militares.
militares
En la fabricación de joyas, bisutería, carcasas de relojes, etc.
La utilización del aluminio en el cableado subterráneo ha aumentado, al igual que en los
transformadores, cajas de fusibles, sistemas de estéreo, televisiones y productos doméstidomést
cos.
Cambios
os en los procesos de fabricación actuales:
•
•
•
El conformado de las aleaciones de aluminio se realiza con prensas de actuación lenta
además se requiere más fuerza (a pesar de su baja resistencia) que para los aceros con un
bajo contenido de carbono.
El coeficiente
iente de fricción entre el aluminio y los metales de corte es, comparativamente con
otros metales, elevado. Este hecho puede causar el embotamiento de los filos de corte, ded
teriorando la calidad de la superficie mecanizada a bajas velocidades de corte e incluso
in
a
elevadas velocidades con refrigeración insuficiente.
La conformabilidad del aluminio es baja (comparada con la del acero), posee mucha mayor
tendencia al adelgazamiento y a la estricción. El empleo de aluminio obligaría, además, a un
redimensionamiento
ento de los útiles y técnicas de conformado (en estado semi-sólido
semi
como
thixoforming, thixoforging, rheocasting, etc.).
Con respecto al Titanio y Aleaciones de Titanio:
Ventajas:
•
•
•
La mejor resistencia/peso de los metales, una buena resistencia a fatiga, un buen rendimiento a temperaturas elevadas, una buena resistencia a la fluencia y a la corrosión explican su
utilización en la industria aeronáutica y aeroespacial.
La resistencia a la corrosión del titanio puro es excelente en casi todos los medios, incluso
en el cuerpo humano, mucho mejor que la del acero inoxidable y las aleaciones de aluminio.
Son bioinertes, biocompatibles y osteointegradores, lo que los hace el material idóneo para
aplicaciones de biomateriales. El titanio no aleado y la mayoría de sus aleaciones son fácilfáci
mente soldables con los equipos apropiados para la soldadura de aceros inoxidables y aleaale
ciones de níquel.
Inconvenientes:
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La obtención del metal es difícil debido a su alta reactividad con el oxígeno, nitrógeno y carca
bono a temperaturas elevadas, eso lo convierte en un material muy costoso.
La resistencia mecánica del titanio es relativamente baja, pero puede aumentarse (disminu(dismin
yendo su plasticidad) por disolución de otros elementos en la red del titanio.
Es un mal conductor de la electricidad y del calor.
Las aleaciones de titanio son poco o nada conformables en frío
Debido a su alto punto de fusión y baja fluidez son difíciles de fundir.
El titanio y las aleaciones de titanio presentan problemas de resistencia al desgaste, sin
embargo,
argo, se están estudiando diferentes tratamientos de endurecimiento superficial para rer
ducir el coeficiente de fricción del material y así mejorar la resistencia al desgaste.
Aplicaciones:
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Industria Aeronáutica Civil y Militar en turbinas de motores, compresores,
compresores, álabes, fuselajes
etc.
Industria Automotriz en válvulas, retenedores, paneles de puertas, etc.
Industria médica y quirúrgica en prótesis, rótulas, clavos y tornillos fijados a los huesos, imi
plantes dentales, etc.
Deporte y ocio, palos de golf, carcasas
carc
de relojes, bates de beisbol, etc.
Construcción civil en cubiertas y techos.
Cambios en los procesos de fabricación actuales:
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Es bien sabido que estos materiales presentan una alta tendencia a la oxidación a temperatemper
turas relativamente bajas (del orden de 480 °C).
C). En los procesos de mecanizado este hecho
puede suponer la combustión de la viruta provocando alteraciones en la herramienta que llell
van a su desgaste, dando lugar a pérdida en la calidad en las piezas y a una disminución del
rendimiento del proceso.
ceso. Para minimizar estos inconvenientes se emplean los fluidos de corco
te que en su doble acción lubricante y refrigerante, minimizan la fricción en la intercara
herramienta-pieza
pieza y disminuyen la temperatura en la misma. Sin embargo, estos líquidos
suelen presentar inconvenientes medioambientales por lo que es necesario emplearlos en
cantidades muy pequeñas o bien evitarlos, dando lugar a lo que se conoce como mecanizamecaniz
do en seco.
Para conseguir una adecuada soldadura de muchas aleaciones, con limitación en su grado,
se recomienda llevar a cabo un tratamiento previo de recocido para mejorar su ductilidad.
En los procesos de conformado en caliente es necesario calentar (entre 700 y 970 °C, dependiendo del tipo de aleación) el material en una atmósfera gaseosa inerte y es aconsejaaconsej
ble utilizar prensas de funcionamiento lento.
Con respecto al Magnesio y Aleaciones de Magnesio:
Ventajas:
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Las aleaciones de magnesio son muy fáciles de mecanizar, pueden ser conformadas
conformad y fabricadass por la mayoría de los procesos de trabajado
tr
de metales.
Buena resistencia mecánica aunque bajo E (~45 GPa).
Amplia utilización del moldeo por inyección, con ventajas al tener bajo calor específico por
unidad de volumen por lo que presenta un enfriamiento más rápido en menor tiempo, con
buena fluidez que facilita el llenado y poca reacción con el Fe del molde.
Para el moldeo se aplica igualmente el "squeeze casting" y el procesado semi-sólido
semi
(thixoforming, thixoforging, rheocasting, etc.).
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Inconvenientes:
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Muy mala resistencia a la corrosión.
Difícil y costoso de deformar plásticamente.
Las aleaciones de Mg tienen gran contracción durante la solidificación lo que origina una
tendencia a rechupes.
En moldeo en coquilla, la baja capacidad calorífica por unidad de volumen puede favorecer
una solidificación
ificación prematura y por consiguiente una pieza incompleta.
Aplicaciones:
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En el sector de la automoción en cubiertas de motores, válvulas y engranajes de distribudistrib
ción, bridas, bastidores de cajas de transmisión y embragues, radiadores, accesos de
lámparas,, carcasas de motores, etc.
Sus propiedades pirotécnicas, cuando está en forma de polvo, hacen que sea apropiado
para señales marinas y de ferrocarriles.
Herramientas eléctricas portátiles como taladros y esmeriles, escaleras, artículos deportivos.
Maquinaria
ria de imprenta y textil.
Aeronaves y misiles.
Equipos de manejo de materiales.
Cambios en los procesos de fabricación actuales:
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Este material arde en el aire durante la fundición; por lo tanto, debe utilizarse cubiertas dud
rante la fundición.
A temperatura ambiente, el magnesio se endurece por deformación en frío rápidamente,
reduciendo la conformabilidad en frío; de este modo, el conformado en frío está limitado a
deformación moderada o curvado por rodillo de gran radio.
Casi todas las operaciones de fusión
fusión del magnesio exigen el uso de fundentes para impedir
la oxidación excesiva.
El remachado es el método más frecuentemente usado para unir piezas hechas con láminas
o por extrusión. Sin embargo, los remaches no se hacen con aleaciones de magnesio, porpo
que estas
stas se endurecen rápidamente por el trabajo mecánico y al endurecerse se hacen
quebradizas (sólo se deben usar remaches dúctiles de aluminio, preferiblemente aleación
5056-H32,
H32, para minimizar la posibilidad de fallo por corrosión galvánica).
Con respecto al Níquel y Aleaciones de Níquel:
Ventajas:
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El níquel es un metal duro, maleable y dúctil, que puede presentar un intenso brillo, tiene
buenas características de resistencia tanto en caliente hasta 500 °C
C como en frío y posee ala
ta maleabilidad.
Las aleaciones de níquel tienen buena resistencia en caliente y resistencia a la corrosión,
propiedades que son adecuadas para aplicaciones a altas temperaturas.
Inconvenientes:
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Posee alta densidad (8,8 g/cm ), lo que limita su uso
Las aleaciones de níquel tienen
tienen un punto de fusión alto y no son fáciles de fundir.
Las superaleaciones de níquel son difíciles de mecanizar.
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Aplicaciones:
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En el sector aeroespacial en motores de propulsión a chorro, componentes de cohetes,
escudos contra el calor y partes similares.
Su uso principal es para el recubrimiento del hierro y el acero para aumentar la resistencia al
desgaste y a la corrosión.
Se utiliza para la fabricación de materiales eléctricos y electrónicos debido a la resistencia a
la corrosión a agentes atmosféricos.
mosféricos.
Álabes de turbinas de gas, evaporadores, reactores, canalizaciones y accesorios en la ini
dustria química.
Herrajes, grifos, retenedores.
Cambios en los procesos de fabricación actuales:
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Se necesitan hornos que alcancen temperaturas muy altas para
para poder fundir.
Desarrollo de líneas de producción por medio de la pulvimetalurgia.
Cambio de herramientas de mecanizado de dureza igual o superior a estas aleaciones.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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F. Porter. Zinc Handbook. Properties, Processing and Use in Design, Ed. Marcel Dekker, Inc.
1991.
ASM Handbook, Volume 1, Properties and Selection: Irons, Steels, and High Performance
Alloys. 1993.
ASM Handbook, Volume 2, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special – Purpose Materials. 1993.
ASM Handbook, Volume 15, Casting. 1993.
S.W.K. Morgan. Zinc and its Alloys and Compounds, Ed. Ellis Horwood Limited. 1985.
K.U. Kainer. Magnesium--Alloys and Technology, Ed. Wiley-VCH
VCH Verlag GmbH & Co. KG aA.
2003.
F.C. Campbell. Manufacturing Technology for Aerospace
Aerospace Structural Materials, Elsevier Ltd.
2006.
James K. Wessel. Handbook of Advanced Materials. Enabling New Designs, Ed. John Wiley
& Sons, Inc. 2004
Keeler, Stuart. Advanced High Strength Steel (AHSS). Application Guidelines, International
Iron & Steel Institute (Committee on Automotive Applications), 2006.
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