Aleaciones Metalicas- Aluminio PDF

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Aleaciones metálicas: Aleaciones de aluminio

2020

INTRODUCCIÓN: Aleaciones metálicas: Para comenzar con el desarrollo de la monografía se definirá primeramente que es una aleación metálica, dicha es una mezcla homogénea, una disolución solida compuesta por dos o más elementos cuyos componentes pueden ser un metal y un no metal o puede estar conformada por dos o más metales. Se debe tener en cuenta que uno de los componentes debe ser metálico obligatoriamente para que la mezcla de componentes sea considerada una aleación metálica. En las aleaciones se mezclan (previamente fundidos) en distintas proporciones según sea conveniente un metal base (o metal soluto) con uno o varios aleantes (metal/metales solventes) los cuales alteran las propiedades del metal base. El principal objetivo de estas es mejorar mediante la mezcla algunas de las propiedades de un metal como su dureza, ductilidad, maleabilidad, conducción térmica y eléctrica, resistencia a la tensión y a la deformación, resistencia a la corrosión, punto de fusión, pero a su vez conservando otras características similares al metal base y a los aleantes como por ejemplo el brillo metálico. Se forma así una mezcla metálica que conserva las fortalezas de un metal base y simultáneamente combate sus debilidades mediante la adición de otro u otros metales para así lograr un mayor provecho para distintas tareas humanas tales como producción, medicina, etc. Existen entonces dos tipos de aleaciones metálicas: *Aleación sustitucional: es aquella donde los átomos del metal aleante sustituyen átomos del metal base para formar la aleación. Esta se da cuando los átomos de ambos metales tienen un tamaño similar y estos elementos metálicos se encuentran cercanos dentro de la tabla periódica. Un ejemplo de esta es el latón, compuesta por cobre y zinc. *Aleación intersticial: es aquella donde los átomos del metal aleante se incorporan en la red cristalina del metal base. Esta se produce debido a la gran diferencia de tamaños entre los átomos de los metales que constituyen la aleación, lo que permite a los átomos del metal aleante (los cuales son considerablemente más pequeños) entrar entre los espacios intersticiales del metal base, formando así dicha aleación. Un ejemplo de esta es el acero, en el cual los átomos de carbono se incorporan en la red cristalina del hierro. En la siguiente monografía se desarrollara el tema de aleaciones metálicas y como estas benefician a las actividades humanas, en particular y en específico a las diferentes aleaciones del aluminio, sus propiedades derivadas de sus metales aleantes, para poder entender el porqué de su amplia gama de aplicaciones en las industria metalúrgica, de alimentos, de la construcción, marítima, aeronáutica entre otras.

Aleaciones metálicas: Aleaciones de aluminio

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DESARROLLO: Aleaciones de aluminio: El aluminio es un metal anfótero, reductor y el de mayor abundancia dentro de la corteza terrestre, pero no de manera natural sino en menas como la bauxita (utilizada en el proceso Bayer para la obtención de aluminio), ortoclasa y la criolita (utilizada en el proceso Hall Hérault). Posee una densidad muy baja (2,7 g/cm3), un punto de fusión bajo (660 ° C) y un punto de ebullición alto (2519°C). Es considerado un metal muy versátil y con propiedades que resultan de utilidad como por ejemplo: alta maleabilidad, es un buen conductor de calor (utilizado a veces en utensilios de cocina) y de la electricidad (entre 35 y 38 m/ (Ω mm2). También cabe recordar que al entrar en contacto con el oxígeno del aire, se forma en este una capa adherente de su óxido (Al2O3) la cual lo protege de agentes externos y de la corrosión (proceso de pasivación), lo cual lo hace un metal muy utilizado en la construcción. Por las propiedades nombradas anteriormente además de su abundancia, fácil obtención y bajo costo económico es de alto valor útil, siendo el segundo metal más utilizado solo superado por el acero.

Su principal defecto es que se trata de un metal de escaza dureza con poca resistencia mecánica y muy débil para soportar deformaciones, siendo su resistencia a la tracción de 20 a 40 MPa en estado puro. Para compensar estos defectos y aprovechar sus propiedades se lo busca alear con otros metales como el magnesio, manganeso, cobre, aumentando así su resistencia mecánica hasta los 690 Mpa. Las aleaciones de aluminio poseen un amplio espectro de usos en la industria, desde la fabricación de papel aluminio, adornos, aparatos de calefacción, recipientes para alimentos, herramientas, hasta la producción de estructuras resistentes y livianas. Para identificar a las aleaciones de aluminio se los agrupa en series identificadas por números de 4 dígitos. El primer digito indica el grupo de aleación, el segundo indica modificaciones hechas sobre la aleación original y los dos últimos sirven para identificar la aleación de aluminio o su pureza. Las series son las siguientes:

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Serie 1000 (o 1XXX): se caracterizan por ser aleaciones de aluminio prácticamente puro (99% de aluminio o más), siendo aleado con impurezas de hierro, silicio y cobre (0,01%). El cobre aleado a la mezcla aporta su tenacidad metálica y resistencia a la tracción (llegando a 90 MPa en la aleación), además de aumentar la conductividad eléctrica y térmica de la misma. Posee una buena resistencia a la corrosión. Este tipo de aleación es tratada en frio, sin tratamiento térmico, lo cual potencia las propiedades del cobre. Son muy utilizados en plantas químicas, intercambiadores de calor, conductores eléctricos y trabajos de laminados en frio. También se utilizan en elementos decorativos y en aplicaciones de arquitectura. Serie 2000 (o 2XXX): también conocida como avional o duraluminio, en esta serie los principales aleantes son el cobre y magnesio, (en menor proporción) formando por lo general aleaciones ternarias. El cobre aporta las mismas propiedades mencionadas en la serie 1000, mientras que el magnesio aporta como principales propiedades resistencia mecánica y ligereza, llegando su resistencia mecánica hasta 442Mpa. Se forjan con tratamiento térmico enfriando hasta la temperatura de temple, considerando que las bajas temperaturas mejoran las propiedades del cobre y disminuyen la tendencia a combustionar del magnesio. Son muy utilizadas en tareas que requieren buenas relaciones resistencia/peso como la fabricación de herramientas de precisión, estructuras y fuselajes de aviones. Serie 3000 (o 3XXX): en esta serie el principal aleante es el manganeso (hasta un 1,5% aproximadamente), caracterizado por su dureza, el cual aumenta las propiedades mecánicas, además de la dureza (hasta un 20% más de resistencia mecánica que las aleaciones de aluminio puro, llegando a 110 Mpa aproximadamente) y la resistencia a la corrosión de la mezcla. No requiere tratamiento térmico, pero se trabaja en frio lo cual potencia las propiedades aportadas por el manganeso. Son muy utilizados en utensilios de cocina, recipientes, tuberías de presión y otras aplicaciones de arquitectónicas como la elaboración de tejados. Serie 4000 (o 4XXX): si bien su principal aleante es el silicio (hasta un 12%), también se mezcla con elementos como el cobre y el magnesio, por lo que forma generalmente aleaciones ternarias. El silicio, que entre sus características se encuentra la dureza, aporta la misma a la mezcla, además de resistencia mecánica. No requieren de tratamiento térmico.

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Son utilizados principalmente como fundentes, en la fabricación de alambres, aplicaciones arquitectónicas y pistones de motores. Serie 5000 (o 5XXX): conocida también como peraluman, su principal aleante es el magnesio (de un 2% a 5% en la mezcla), además de manganeso en pequeñas proporciones. En la mezcla el magnesio aporta ductilidad y fortaleza (llegando su resistencia mecánica a 193 Mpa), de igual manera el manganeso aporta fortaleza. Se caracteriza por poseer una dureza moderada, (menor que la serie del duraluminio) alta resistencia a la corrosión (sobre todo en ambientes marinos) y a la fusión. No requiere de tratamiento térmico, pero se trabaja en frio lo cual mejora la propiedad de resistencia del magnesio y manganeso al forjar la aleación. Se utilizan principalmente en la industria automotriz para la fabricación de llantas y estructuras, como así también en entornos marítimos para la fabricación de partes de barcos gracias a su alta resistencia a la corrosión. También es muy utilizada para aportar reforzamiento en solución sólida. Serie 6000 (o 6XXX): conocida también como serie anticorodal, sus principales aleantes son el silicio y el magnesio, formando aleaciones ternarias. La combinación de silicio magnesio aporta una resistencia mecánica media (290 Mpa aproximadamente), una buena resistencia a la corrosión, además gracias a la resistencia mecánica media estas aleaciones tienen una buena conformabilidad, soldabilidad y capacidad de corte. Para forjar estas aleaciones se requiere de tratamientos térmicos. Son muy utilizadas en estructuras y perfiles arquitectónicos, marcos de motos y bicicletas, pasamanos de puentes y estructuras soldadas en general. Serie 7000 (o 7XXX): el principal aleante de esta serie es el zinc en proporciones de entre 1% y 8%. Luego del tratamiento térmico para forjar dichas aleaciones el zinc aporta una mayor resistencia mecánica, ligereza, flexibilidad (gracias a la alta maleabilidad del zinc) y una alta resistencia a la corrosión. Estas características vuelven a estas aleaciones muy útiles para fabricar estructuras aeronáuticas y medios de transporte de alto rendimiento, como así también para la fabricación de herramientas. También su alta resistencia a la corrosión permite utilizar a estas aleaciones como cubiertas. CONCLUSIÓN: A modo de conclusión podemos destacar que el aluminio puro de por si es un metal de alta utilidad y valor, debido a su bajo costo, a su gran abundancia en la corteza terrestre en las distintas menas que existen de este, a la facilidad para obtenerlo industrialmente desde hace siglos, por todo lo anterior y la posibilidad de poder alearlo con una gran cantidad de metales y no metales, con el objeto de mejorar su principal defecto (el poseer poca resistencia metálica) es él porque es segundo metal más utilizado por la humanidad.

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Esta posibilidad de poder alearlo abre un amplio espectro de usos y aplicaciones de este, siendo tan versátil como para poder ser utilizado desde para fabricar partes de aviones, barcos, autos, motos y bicis, hasta para decoraciones hogareñas. Cabe destacar los amplios beneficios que posee el poder utilizar aleaciones de aluminio en la industria, entregando una también una gran cantidad de mezcla de metales según se necesite. Es necesario el resaltar también los usos que tienen las aleaciones de aluminio en el campo de la ingeniería, satisfaciendo las necesidades de los profesionales y siendo de crucial importancia su uso para la formación de estructuras, como materiales de construcción, conductores eléctricos y térmicos, o como partes de motores, máquinas eléctricas e industriales. BIBLIOGRAFIA: -Apuntes de la cátedra de Química para ingenieros industriales: “Grupo lll de la tabla periódica: Boro y Aluminio”. - Geoff Rayner Canham, Química Inorgánica Descriptiva, Segunda Edición. -Bagio Blesa Fernandez, Química Inorgánica. https://es.wikipedia.org/wiki/Aleaciones_de_aluminio#:~:text=Las%20aleaciones%20de %20aluminio%20contienen,)%20y%20manganeso%20(Mn). https://www.gasparini.com/es/blog/aluminio-y-sus-aleaciones/...