¿Qué es el aluminio fundido? Propiedades, grados y usos industriales.

Productos de aluminio fundido de precisión

De las numerosas formas de aluminio utilizadas industrialmente, el aluminio fundido es una de las más populares en la fabricación moderna. El aluminio fundido posee un equilibrio único de propiedades mecánicas, distinto al del aluminio forjado, laminado o en lingotes. Los ingenieros eligen el aluminio fundido especialmente para la fabricación de formas complejas con resistencia moderada y bajo peso. Esta técnica resulta muy rentable en comparación con otros procesos de conformado más costosos.

Para utilizarlo de forma inteligente, es necesario comprender cómo se produce y cómo se compara con otros metales de ingeniería de la competencia, como el hierro fundido y el aluminio forjado. 

¿Qué es el aluminio fundido?

El aluminio fundido se obtiene al moldear aleaciones de aluminio, fundiéndolas, vertiéndolas en un molde y solidificándolas para formar un componente rígido. La fundición produce la pieza directamente a partir del metal líquido. Por eso se diferencia de otros métodos que dan forma al metal mediante laminación, forja o extrusión.

Componente automotriz de aluminio fundido

Aspecto del aluminio fundido

En general, las aleaciones de aluminio fundido también contienen silicio, magnesio o cobre para mejorar propiedades de ingeniería como aumentar la fluidez, reducir la contracción, controlar la resistencia, etc.

Los aspectos más destacados que se presentan a continuación sobre el aluminio fundido le proporcionarán una base sólida para comprender su posicionamiento en la industria, especialmente en comparación con sus competidores.

• Se produce vertiendo aluminio fundido en moldes.
• Puede formar geometrías internas y externas complejas.
• Tiene una temperatura de fusión más baja que los metales ferrosos.
• Tiene una densidad menor que el acero y el hierro fundido.

Al igual que muchos otros metales de ingeniería, también es una familia de aleaciones disponibles en diferentes grados, lo que ofrece una amplia gama de propiedades.

¿Cómo se fabrica el aluminio fundido?

Si observas el proceso de producción de aluminio fundido, podrás notar los siguientes pasos principales que se llevan a cabo.

• Los lingotes de aleación de aluminio se funden en un horno.
• Se añaden elementos de aleación (según sea necesario) para alcanzar la composición deseada.
• El metal fundido se vierte o se inyecta en un molde.
• El metal se solidifica y se enfría.
• La pieza fundida se retira y se limpia.
• Posteriormente se pueden realizar un tratamiento térmico y un mecanizado.

La estructura granular y las propiedades mecánicas del aluminio fundido dependen principalmente de la velocidad de enfriamiento y del tipo de molde. Si se requieren granos más finos y mayor resistencia, se pueden lograr mediante velocidades de enfriamiento más elevadas.

Aluminio fundido frente a aluminio común (forjado)

El aluminio forjado es un tipo de aluminio que se moldea mediante laminación, extrusión, forja u otros procesos de deformación. Por otro lado, se moldea mediante la solidificación del metal en un molde, como se mencionó anteriormente. Las principales diferencias entre el aluminio fundido y el forjado son:

Tabla 1: Comparación de las propiedades del aluminio fundido frente al aluminio forjado

Con los detalles de la tabla anterior, puede ver que debe seleccionar la fundición cuando la geometría de la pieza es compleja y se requiere una forma casi final. Debe optar por el aluminio forjado cuando necesite mayor ductilidad, resistencia a la fatiga o secciones delgadas. Leer más:Aluminio frente a aluminio fundido

Explicación de los procesos de fundición de aluminio

Hay diferentes procesos de mecanizado de aluminioSe diferencian principalmente en coste, precisión, acabado superficial y propiedades mecánicas.

Aluminio moldeado en arena

Componentes de fundición en arena

En la fundición en arena, se compacta arena alrededor de un modelo para formar un molde. Luego se retira el modelo y se vierte aluminio fundido en la cavidad de arena. Este se solidifica gradualmente, adoptando la forma del modelo. Es importante destacar que el molde de arena se rompe tras la solidificación. Por lo tanto, la fundición de aluminio en arena es un método de un solo uso.

• Las principales características y ventajas de la fundición en arena son:
• Bajo costo de herramientas
• Adecuado para componentes grandes
• Acabado superficial más rugoso
• Tolerancias dimensionales más amplias

El aluminio fundido en arena se utiliza ampliamente para producir bloques de motor, carcasas de bombas y muchas carcasas industriales.

Fundición a presión de aluminio

Diagrama del proceso de fundición a presión

Fundición de aluminio es otra técnica popular para dar forma al aluminio. En este método, el aluminio fundido se introduce a presión en un molde de acero endurecido, también llamado matriz. La presión de inyección es muy alta en comparación con otros métodos. Luego, se deja solidificar y posteriormente se expulsa.

El molde de fundición se puede reutilizar durante muchos ciclos. Por lo tanto, la fundición a presión se adapta mejor a la producción en masa que la fundición en arena. Las principales ventajas que obtendrá con la fundición a presión son:

• Acabados superficiales lisos y de alta calidad. 
• Capacidad para cumplir con tolerancias estrictas 
• Adecuado para paredes delgadas y altas tasas de producción.

Una de las principales desventajas de la fundición a presión es el elevado coste inicial de las herramientas debido al acero. Por lo tanto, puede resultar caro utilizar este método en producciones a pequeña escala. Los productos más comunes fabricados con aluminio fundido a presión son las carcasas de transmisión, las cajas de componentes electrónicos, los marcos de electrodomésticos, etc.

Fundición de molde permanente

En la fundición en molde permanente, se vierte aluminio en un molde metálico reutilizable, generalmente de acero o hierro. La diferencia con la fundición a presión radica en que este proceso se realiza por gravedad o a presiones muy bajas.

La fundición en molde permanente se caracteriza por ofrecer piezas con un acabado superficial más limpio y liso que la fundición en arena. Por ello, es la técnica ideal para series de producción moderadas. En comparación con la fundición en arena, sus principales inconvenientes son el mayor coste de las herramientas y las limitaciones geométricas.

Fundición de inversiones

Aquí, se crea una copia de cera de la pieza y se recubre con cerámica para formar una capa dura. Luego, se funde la cera. Posteriormente, se vierte aluminio en la capa de cerámica. Al igual que en la fundición en arena, aquí también se rompe la cerámica una vez solidificado el metal. Por lo tanto, es un material desechable, pero se sabe que es un método muy preciso para piezas de alta precisión. La fundición a la cera perdida suele ser más lenta y costosa (el costo por pieza individual es muy elevado) que la fundición en arena y la fundición en molde permanente.

Aleaciones y grados de aluminio fundido

Pila de lingotes de aluminio industrial

En el mercado existen diferentes grados de fundición. Se agrupan en series numeradas (como 3xx.x, 4xx.x) principalmente según su elemento de aleación dominante. La sigla “.x” indica que se trata de una aleación de fundición (no forjada). La agrupación se basa en el elemento de aleación principal, ya que este controla principalmente la capacidad de fundición, la resistencia, la resistencia a la corrosión y la respuesta al tratamiento térmico del aluminio fundido.

Serie común de aleaciones de aluminio fundido

Tabla 2: Series comunes de grados de aluminio fundido y sus propiedades

El tipo 3xx.x es el más disponible y utilizado para aplicaciones de uso general. Es uno de los mejores grados de aluminio para el mecanizado. Esta serie equilibra las propiedades mecánicas para obtener: 

• Fácil de lanzar (buena fluidez)
• Buena resistencia tras el tratamiento térmico (especialmente 356/357).
• Buena resistencia a la corrosión (en condiciones ambientales normales) 

Por lo tanto, es adecuado para todo tipo de fundiciones, desde las del sector automotriz hasta las industriales en general, excepto para aplicaciones que requieran un rendimiento especial.

Elementos de aleación y sus efectos.

Es posible modificar u obtener propiedades adicionales del aluminio fundido mediante la adición de elementos de aleación. Se pueden añadir uno o más elementos, así como variar su porcentaje, para lograr las propiedades deseadas. A continuación, se describen los principales efectos de la adición de los elementos de aleación más comunes.

• SilicioMejora la fluidez (capacidad de moldeo) y el llenado del molde. También reduce los defectos de contracción.
• MagnesioMejora la tratabilidad térmica y la respuesta al endurecimiento por precipitación. También aumenta la resistencia.
• CobreAumenta la resistencia y la dureza, pero reduce la resistencia a la corrosión. El cobre crea pares microgalvánicos con el aluminio, lo que aumenta la corrosividad.
• ZincMejora la resistencia y la respuesta al endurecimiento por envejecimiento, pero aumenta la tendencia al agrietamiento en caliente.

Aleaciones fundidas termotratables frente a aleaciones fundidas no termotratables

Las aleaciones termotratables pueden someterse a un tratamiento térmico de solución (disolviendo las fases solubles en la matriz de aluminio) y posteriormente a un proceso de envejecimiento (para formar finos precipitados que refuerzan la estructura). Esto proporciona una resistencia a la fluencia y una dureza significativamente mayores.

Pero no se puede aumentar la resistencia de las aleaciones no tratables térmicamente de la misma manera, ya que no forman precipitados de refuerzo útiles durante el tratamiento térmico de solución. Se utilizan principalmente en estado de fundición o, en ocasiones, solo con alivio de tensiones.

• Grados de aluminio termotratable: 356, 357, 206
• Grados de aluminio no tratables térmicamente: 413, 443, 514, 535

Propiedades mecánicas y físicas del aluminio fundido

Resistencia, peso y durabilidad

• Densidad del aluminio: 2.7 g/cm³
• Densidad del hierro fundido: 7.0 – 7.4 g/cm³

El peso de las aleaciones de aluminio comunes suele ser aproximadamente un tercio del de las piezas equivalentes de hierro fundido. Esta ligereza es una de las principales razones de su amplia aplicación, incluyendo usos especiales en las industrias automotriz y aeroespacial.

Resistencia a la corrosión y al desgaste

El aluminio fundido posee una capa de óxido natural que protege el metal interior de la corrosión. Por lo tanto, muchas aleaciones de aluminio fundido ofrecen un buen rendimiento en exteriores y en ambientes ligeramente corrosivos. Sin embargo, si necesita utilizar estas piezas en entornos marinos o químicos, se requieren estrategias especiales de protección contra la corrosión.

La resistencia al desgaste del aluminio fundido se considera moderada. Su nivel inherente es suficiente en muchos casos, pero cuando se produce contacto deslizante o abrasivo, se utilizan recubrimientos anodizados duros o recubrimientos superficiales.

Conductividad Térmica y Eléctrica

Posee una buena conductividad térmica, lo suficientemente alta como para disipar rápidamente el calor de los componentes. Por ello, se utiliza ampliamente en disipadores de calor, componentes de motores y carcasas electrónicas. 

La conductividad eléctrica del aluminio fundido es inferior a la del cobre, pero suele ser suficiente para muchos componentes eléctricos.

Hierro fundido frente a aluminio fundido

Lingotes de aluminio en bruto para fundición

Aluminio fundido frente a hierro fundido Son dos de los materiales de fundición más comunes en la fabricación, y también una comparación frecuente entre ingenieros. Sin embargo, cumplen funciones muy diferentes y poseen propiedades muy distintas.

Tabla 3: Comparación de las principales propiedades entre el aluminio y el hierro fundido.

En la industria, las aleaciones de aluminio comunes se eligen principalmente para piezas ligeras que también disipan el calor rápidamente. El hierro fundido se selecciona cuando la amortiguación de vibraciones y la resistencia al desgaste son más importantes.

Aluminio fundido frente a aluminio fundido a presión

Vertido de metal de aluminio fundido

La comparación entre aluminio fundido y aluminio fundido a presión se basa en los procesos de fabricación, no en los tipos de material. El aluminio fundido a presión se refiere al aluminio fabricado mediante el método de fundición a presión. Las principales diferencias son:

• fundición a presiónLas piezas resultantes presentan un excelente acabado superficial. Con este método se pueden fabricar componentes de paredes delgadas con un estricto control dimensional.
• Fundición por gravedad El moldeo en arena o en molde permanente generalmente produce piezas más resistentes y dúctiles (debido a una solidificación más lenta y una menor porosidad). Sin embargo, su acabado superficial no suele cumplir con los estándares de la fundición a presión.

Puedes elegir el proceso adecuado según tus prioridades: precisión, apariencia (fundición a presión) o rendimiento mecánico (fundición por gravedad).

Aluminio forjado vs. fundido vs. mecanizado

Es posible que hayas oído hablar del aluminio fundido, forjado y en bruto. Esta es una clasificación común y confusa del aluminio. No se refiere a diferentes "grados", sino que difieren en el proceso de producción del metal base antes del mecanizado. Aluminio forjado frente a aluminio fundido frente a aluminio mecanizado Tienen muchas diferencias en sus propiedades y en sus usos típicos, por lo que elegir el adecuado es de suma importancia.

Tabla 4: Aluminio forjado frente a aluminio fundido frente a aluminio mecanizado

Ventajas del uso de aluminio fundido

Soportes de aluminio fundido con acabado

• Ligeros.El aluminio tiene una densidad menor que muchos metales de ingeniería y, si bien es resistente, su resistencia es menor que la del aluminio forjado. Por lo tanto, se pueden obtener piezas más ligeras sin sacrificar el rendimiento estructural básico.
• Buena resistencia a la corrosiónLa capa de óxido natural del aluminio protege la superficie de la corrosión. Puede utilizar el aluminio de forma segura en muchos entornos exteriores e industriales normales sin necesidad de recubrimientos gruesos.
• Capacidad para formar geometrías complejasMediante fundición se pueden crear geometrías como nervaduras, salientes y cavidades directamente. Si se intentara crearlas mediante mecanizado de sólidos, el proceso sería muy lento o extremadamente costoso.
• Menor costo de herramientasEn comparación con las matrices y prensas de forja, las herramientas de fundición suelen ser más sencillas y económicas, especialmente para la fundición en arena y las series de producción moderadas.
• Buena conductividad térmicaEl aluminio fundido puede disipar el calor rápidamente. Se utiliza ampliamente en disipadores de calor, piezas de motor y carcasas que deben liberar calor con rapidez.
• ReciclabilidadEl aluminio se puede fundir y reutilizar. Por lo tanto, los desechos y las piezas al final de su vida útil se pueden reincorporar a la producción. Gracias a esta posibilidad, se puede recuperar casi todo el metal.

Productos y aplicaciones comunes del aluminio fundido

• Bloques de motor para automóvilesSe utiliza principalmente para crear piezas ligeras que también puedan soportar el calor y la presión interna. Otra aplicación común son los canales de refrigeración/conductos de aceite internos.
• Carcasas de la caja de cambios y de la transmisiónSe puede obtener una carcasa exterior rígida sin un aumento considerable de masa. La fundición a presión se utiliza principalmente para fabricar estas carcasas, ya que es importante lograr superficies limpias y ajustes precisos.
• Cuerpos de bombasPuedes incluir conductos de flujo curvos, montaje y puertos al mismo tiempo en una sola pieza. Así, no tendrás que ensamblar varias partes.
• Disipadores de calorEl aluminio distribuye bien el calor y se puede moldear con precisión en una sola pieza fundida.
• Carcasas de iluminaciónEl aluminio se utiliza para las carcasas de las luminarias, ya que protege los componentes electrónicos, resiste la corrosión exterior y ayuda a disipar eficazmente el calor de los LED.
• Soportes estructuralesPuedes utilizarlos para obtener la rigidez necesaria sin necesidad de acero pesado.
• CocinaLos recipientes de aluminio se calientan de manera uniforme y son fáciles de mover y manipular debido a su bajo peso. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en utensilios de cocina, generalmente con un revestimiento para mayor durabilidad.

Acabados opcionales y postprocesamiento para aluminio fundido

Trayectoria de la herramienta de fresado CNC

Mecanizado y tratamiento térmico

Los resultados obtenidos mediante fundición de aluminio suelen ser muy similares a la forma final. Sin embargo, en ocasiones requieren mecanizado para alcanzar las propiedades funcionales y los ajustes adecuados. Las operaciones de postprocesamiento más comunes son:

• Fresado CNC para caras, cavidades y ranuras.
• Torneado CNC para piezas redondas y agujeros.
• Perforación y roscado para fijaciones y agujeros roscados

El tratamiento térmico se aplica a las aleaciones termotratables para aumentar su resistencia, dureza y estabilidad dimensional.

Tratamientos Superficiales

Puedes decidir si necesitas un acabado superficial adicional en función del entorno, la apariencia y las necesidades de durabilidad de tu pieza. Puedes optar por cualquiera de las siguientes opciones:

• Anodizado: forma una capa de óxido dura y resistente a la corrosión.
• Recubrimiento en polvo: recubrimiento de color duradero con buena resistencia al desgaste.
• Pintura: protección cosmética y marca.
• Recubrimiento de conversión: mejora la resistencia a la corrosión y la adherencia de la pintura.

Con los tratamientos superficiales mencionados anteriormente, puede prolongar la vida útil y mejorar el aspecto de sus piezas.

Factores a considerar al elegir una aleación de aluminio fundido

Un lote de componentes fundidos

Es importante seleccionar la aleación estratégicamente, ya que una elección incorrecta aumenta los costos desde el inicio de la producción y puede provocar errores y daños inesperados. Por lo tanto, debe elegir una aleación que ofrezca un rendimiento fiable y económico para su aplicación. Los principales factores que debe considerar durante el proceso de selección de materiales son:

• Resistencia mecánica requerida
• Temperatura y entorno de funcionamiento
• maquinabilidad
• Método de casting
• Volumen de producción
• Costo

La mejor opción es contactar y tomar decisiones con el apoyo de un servicio experimentado de mecanizado CNC de aluminio para obtener una calidad constante y conocimientos profesionales.

Servicio de mecanizado CNC de aluminio

Boda ofrece servicios de mecanizado de aluminio a medida para metales de alto rendimiento, como aleaciones de aluminio templado y aleaciones de aluminio personalizadas. Somos una empresa con certificación ISO que ofrece creación de prototipos, producción a escala y asistencia para pasar del prototipo a la fabricación de bajo y alto volumen. También ofrecemos servicios confiables. servicio de fundición a presión de aluminio para enriquecer nuestras soluciones de fabricación.

También podemos fundir aluminio y mecanizarlo según las especificaciones exactas, con tolerancias muy ajustadas para las piezas móviles. 

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Conclusión

El aluminio es un material de ingeniería muy práctico para la fabricación de componentes ligeros, complejos y económicos. Es una aleación ideal para numerosas aplicaciones estructurales, térmicas y mecánicas gracias a sus propiedades equilibradas y su facilidad de mecanizado de precisión. Un buen conocimiento de los sistemas de aleación, los procesos de fundición y sus limitaciones le ayudará a elegir el grado adecuado para sus aplicaciones.

FAQ’s

¿Cómo se fabrican las piezas de aluminio fundido?

Las piezas de aluminio fundido se fabrican vertiendo aleación de aluminio fundido en moldes para formar figuras complejas y casi completas que requieren poco o ningún mecanizado posterior.