Grados de aleación de aluminio
Las aleaciones de aluminio son designaciones estandarizadas basadas en su composición química y procesamiento, como las aleaciones fundidas o forjadas. Las diferentes series de aleaciones de aluminio se diseñan para obtener propiedades específicas, como resistencia, resistencia a la corrosión, conformabilidad, soldabilidad e incluso resistencia eléctrica.
Las distintas calidades de aluminio se deben principalmente a su composición y al proceso de fabricación de la aleación. No hay que confundirlas con el aluminio tratado térmicamente, que son diferentes tipos de aluminio de la misma calidad, como O/T6/T651, etc., que en realidad son temple y no diferentes calidades.
¿Qué son los grados de aluminio y por qué son importantes?
Descripción general de la serie de aleación de aluminio
El aluminio y sus aleaciones tienen diferentes grados según su composición química y sus propiedades mecánicas. Las distintas calidades implican que cada una destaca en diferentes aspectos, como las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y la facilidad de fabricación.
Los distintos tipos de aluminio, como el aluminio 3003 y el aluminio 6061, se utilizan para diferentes aplicaciones. Esto significa que un tipo específico de aluminio es adecuado para una función específica. Por ejemplo, la serie 6xxx, que incluye el aluminio 6061, se utiliza para aplicaciones estructurales, mientras que la serie 1xxx, que incluye el aluminio 1100, se utiliza para fines eléctricos.
Esta clasificación ayuda a estandarizar el aluminio en la industria, lo que facilita la selección del material adecuado para cada proyecto. El tipo de aleación de aluminio depende de las especificaciones requeridas, como la soldabilidad, la conformabilidad y la resistencia.
Aluminio puro frente a aleaciones de aluminio
Aleaciones frente a aluminio puro
El aluminio puro tiene una excelente resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica, pero carece de la resistencia mecánica que requieren la mayoría de las aplicaciones debido a su pureza. Las aleaciones de aluminio solucionan los problemas que presenta el aluminio puro. Estas aleaciones poseen mejores propiedades mecánicas. El proceso de fabricación de estas aleaciones consiste en añadir cantidades específicas de elementos de aleación para obtener una aleación.
Las aleaciones de aluminio tienen mejor estabilidad térmica y resistencia debido a los elementos de aleación que modifican las propiedades del aluminio. Esto también significa que estas aleaciones se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones industriales que el aluminio estándar.
Función de los elementos de aleación en diferentes grados de aleaciones de aluminio
Polvo de aluminio
Los elementos de aleación que se añaden al aluminio modifican su microestructura. Esto significa que también cambian sus propiedades mecánicas y físicas. A continuación se mencionan algunos elementos de aleación comunes:
- Cobre (Cu): El cobre aumenta la resistencia y la dureza del material. Esto hace que la aleación sea más duradera, pero también reduce su resistencia a la corrosión.
- Magnesio (Mg): La adición de magnesio mejora la resistencia, la resistencia a la corrosión y la soldabilidad de la aleación.
- Silicio (Si): La adición de silicio permite fundir la aleación con mayor facilidad y reduce la temperatura de fusión.
- Cinc (Zn): El zinc adquiere una alta resistencia tras el tratamiento térmico.
- Manganeso (Mn): El manganeso mejora la resistencia y ayuda a controlar la estructura del grano; se utiliza comúnmente para mejorar la conformabilidad en algunos grupos de aleaciones.
- Cromo (Cr): Mejora la resistencia a la corrosión y el refinamiento del grano.
- Hierro (Fe): El hierro se suele considerar una impureza, pero aumenta la resistencia a cambio de una menor ductilidad.
Diferentes tipos de aleaciones de aluminio
Las aleaciones de aluminio utilizan un sistema de cuatro dígitos para clasificar el aluminio forjado. Este sistema proporciona de forma eficiente la información necesaria para identificar una aleación. El primer dígito de la aleación define la serie e indica el elemento de aleación principal presente en ella.
Aluminio serie 1xxx
Cable de alimentación de aluminio trenzado
La serie 1xxx se compone de más del 99 % de aluminio puro. Esto significa que es más blando y fácil de moldear. Su mayor pureza también implica una mayor conductividad, lo que lo hace ideal para aplicaciones conductoras. La desventaja de este tipo de serie es que no puede soportar cargas pesadas y se deforma con facilidad.
La serie 1xxx corresponde a aluminio comercialmente puro y cuenta con grados de alta pureza ampliamente utilizados en aplicaciones que requieren alta conductividad. Entre los grados de aluminio 1xxx más comunes se encuentran el 1050, el 1060, el 1070 y el 1100. Estas aleaciones se pueden utilizar en cables, barras conductoras, reflectores y equipos químicos.
Composición química típica (%)
| Elemento | Contenido |
| Aluminio (Al) | ≥ 99.0 |
| Silicona (Si) | ≤ 0.25 |
| Hierro (Fe) | ≤ 0.40 |
| El cobre (Cu) | ≤ 0.05 |
| El magnesio (Mg) | ≤ 0.05 |
| Manganeso (Mn) | ≤ 0.05 |
Propiedades tipicas
| Propiedad | Autonomía |
| Densidad | 2.70 g / cm³ |
| Resistencia a la tracción | 60 - 110 MPa |
| Fuerza de rendimiento | 20 - 35 MPa |
| Alargamiento | 25 - 45% |
| Conductividad eléctrica | 60 – 65% IACS |
| Resistencia a la Corrosión: | Excelente |
| tratable con calor | No |
Serie 2xxx de aluminio (aleaciones de Al-Cu)
Varillas de aluminio serie 2000
La serie 2xxx es una aleación a base de cobre. La adición de cobre mejora la resistencia y la durabilidad del aluminio, haciéndolo más resistente al desgaste. Por ello, se utiliza comúnmente en la industria aeroespacial para marcar estructuras resistentes y duraderas.
El único inconveniente de esta serie es que carece de una excelente resistencia a la corrosión y requiere protección contra la corrosión.
El aluminio de la serie 2xxx se utiliza por su alta resistencia y su capacidad de tratamiento térmico. Los grados de procesamiento más comunes incluyen 2014, 2024 y 2219. Estos aluminios de la serie 2xxx se emplean en estructuras aeroespaciales, componentes de aeronaves y en piezas donde la relación resistencia-peso es fundamental.
Composición química típica (%)
| Elemento | Contenido |
| Aluminio (Al) | Balance |
| El cobre (Cu) | 3.8 – 4.9 |
| El magnesio (Mg) | 1.2 – 1.8 |
| Manganeso (Mn) | 0.3 – 0.9 |
| Silicona (Si) | ≤ 0.50 |
| Hierro (Fe) | ≤ 0.50 |
Propiedades tipicas
| Propiedad | Autonomía |
| Densidad | 2.78 g / cm³ |
| Resistencia a la tracción | 380 - 470 MPa |
| Fuerza de rendimiento | 250 - 325 MPa |
| Alargamiento | 8 - 20% |
| Resistencia a la fatiga | Alto |
| Resistencia a la Corrosión: | Moderado – Malo |
| tratable con calor | Sí: |
Serie 3xxx de aluminio (aleaciones de Al-Mn)
Aluminio Serie 3000
El manganeso es el elemento de aleación utilizado en la serie 3xxx del aluminio. El manganeso proporciona a la aleación mayor resistencia y conformabilidad, lo que resulta útil para la fabricación de piezas y componentes pequeños. La maleabilidad y la resistencia a la corrosión de esta serie permiten su amplio uso en aplicaciones de calibre delgado, como conductos de ventilación de sistemas de climatización y utensilios de cocina.
La serie 3xxx posee una resistencia moderada y buena resistencia a la corrosión. Algunos grados 3xxx mecanizados comunes incluyen el 3003, el 3004 y el 3105, que se utilizan en latas de bebidas, utensilios de cocina, tanques de almacenamiento y componentes de intercambiadores de calor debido a su conformabilidad y soldabilidad.
Composición química típica (%)
| Elemento | Contenido |
| Aluminio (Al) | Balance |
| Manganeso (Mn) | 1.0 – 1.5 |
| Hierro (Fe) | ≤ 0.70 |
| Silicona (Si) | ≤ 0.60 |
| El cobre (Cu) | ≤ 0.20 |
Propiedades tipicas
| Propiedad | Autonomía |
| Densidad | 2.73 g / cm³ |
| Resistencia a la tracción | 110 - 285 MPa |
| Fuerza de rendimiento | 40 - 125 MPa |
| Alargamiento | 15 - 30% |
| Resistencia a la Corrosión: | Muy Bueno |
| Conformabilidad | Excelente |
| tratable con calor | No |
Serie 4xxx de aluminio (aleaciones de Al-Si)
Varillas de aluminio serie 4000
La adición de silicio caracteriza a la serie 4xxx. El silicio reduce el punto de fusión del aluminio, lo que mejora su fluidez y consistencia. Esta mejora en la fluidez lo convierte en un excelente material de aporte para soldadura.
En la serie 4xxx, el silicio es el principal elemento de aleación, lo que mejora la resistencia al desgaste. Los grados más comunes son el 4032, el 4043 y el 4343, que se utilizan en alambres de soldadura, materiales para soldadura fuerte y pistones de automóviles.
Composición química típica (%)
| Elemento | Contenido |
| Aluminio (Al) | Balance |
| Silicona (Si) | 4.5 – 13.0 |
| Hierro (Fe) | ≤ 0.80 |
| El cobre (Cu) | ≤ 0.30 |
| El magnesio (Mg) | ≤ 0.10 |
Propiedades tipicas
| Propiedad | Autonomía |
| Densidad | 2.66 g / cm³ |
| Resistencia a la tracción | 170 - 280 MPa |
| Fuerza de rendimiento | 120 - 200 MPa |
| Rango de fusión | 577 - 610 ° C |
| Resistencia al desgaste | Bueno |
| tratable con calor | Limitada |
Serie 5xxx de aluminio (aleaciones de Al-Mg)
Cilindros de aluminio serie 5000
Las aleaciones de aluminio de la serie 5xxx tienen el magnesio como principal elemento de aleación. La adición de magnesio mejora la resistencia a la corrosión del material. Esta mayor resistencia a la corrosión permite su uso en entornos marinos y hostiles.
Entre los grados de aluminio que se mecanizan con frecuencia se incluyen el 5005 y el 5052, que se utilizan en la construcción naval, recipientes a presión, tanques de combustible y algunas aplicaciones estructurales que requieren soldadura durante el montaje.
Composición química típica (%)
| Elemento | Contenido |
| Aluminio (Al) | Balance |
| El magnesio (Mg) | 2.2 – 5.5 |
| Manganeso (Mn) | 0.15 – 1.0 |
| Cromo (Cr) | 0.05 – 0.35 |
| Silicona (Si) | ≤ 0.40 |
| Hierro (Fe) | ≤ 0.40 |
Propiedades tipicas
| Propiedad | Autonomía |
| Densidad | 2.66 g / cm³ |
| Resistencia a la tracción | 230 - 350 MPa |
| Fuerza de rendimiento | 125 - 275 MPa |
| Alargamiento | 12 - 25% |
| Resistencia a la Corrosión: | Excelente |
| soldabilidad | Excelente |
| tratable con calor | No |
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Serie 6xxx de aluminio (aleaciones de Al, Mg y Si)
Barras de aluminio serie 6000
La serie 6xxx contiene magnesio y silicio como elementos de aleación. Estos elementos le confieren a la aleación excelentes propiedades, como resistencia, resistencia a la corrosión y maquinabilidad. La combinación de estas propiedades permite su uso en diversas aplicaciones e industrias.
El aluminio de la serie 6xxx es uno de los grados de aluminio más utilizados, entre los que se encuentran el 6061 y sus templetes, el 6063 y el 6005, utilizados en perfiles arquitectónicos, componentes de automóviles y puentes.
Composición química típica (%)
|
Elemento |
Contenido |
|
Aluminio (Al) |
Balance |
|
El magnesio (Mg) |
0.6 – 1.2 |
|
Silicona (Si) |
0.4 – 1.3 |
|
Hierro (Fe) |
≤ 0.50 |
|
El cobre (Cu) |
≤ 0.40 |
|
Cromo (Cr) |
≤ 0.35 |
Propiedades tipicas
|
Propiedad |
Autonomía |
|
Densidad |
2.70 g / cm³ |
|
Resistencia a la tracción |
240 - 350 MPa |
|
Fuerza de rendimiento |
170 - 300 MPa |
|
Alargamiento |
8 - 20% |
|
maquinabilidad |
Muy Bueno |
|
Resistencia a la Corrosión: |
Bueno |
|
tratable con calor |
Sí: |
Serie 7xxx de aluminio (aleaciones de Al-Zn)
La serie 7xxx presenta la mayor resistencia en comparación con todas las demás series de aleaciones. Esto se debe al uso de zinc como principal elemento de aleación. El zinc añadido al aluminio modifica sus propiedades y mejora la resistencia y la capacidad de carga máxima del material.
Su mayor resistencia lo convierte en un material preferido para aplicaciones de alta resistencia en diversas industrias. Algunos de los grados comunes de aluminio 7xxx incluyen el 7005, el 7050 y el 7475, que se utilizan para estructuras aeroespaciales y equipos deportivos de alto rendimiento.
Composición química típica (%)
|
Elemento |
Contenido |
|
Aluminio (Al) |
Balance |
|
Zinc (Zn) |
5.0 – 8.0 |
|
El magnesio (Mg) |
1.0 – 3.0 |
|
El cobre (Cu) |
1.2 – 2.0 |
|
Cromo (Cr) |
0.18 – 0.28 |
Propiedades tipicas
|
Propiedad |
Autonomía |
|
Densidad |
2.81 g / cm³ |
|
Resistencia a la tracción |
450 - 600 MPa |
|
Fuerza de rendimiento |
380 - 540 MPa |
|
Alargamiento |
5 - 11% |
|
Resistencia a la fatiga |
Muy Alta |
|
Resistencia a la Corrosión: |
Moderado |
|
tratable con calor |
Sí: |
Aluminio serie 8xxx
Las aleaciones de la serie 8xxx generalmente se refieren a aleaciones especiales cuyas propiedades se modifican para adaptarse a tareas específicas. Estas tareas pueden abarcar desde componentes aeroespaciales de alto rendimiento hasta el cableado eléctrico de un dispositivo específico. Ofrecen alto rendimiento y durabilidad.
Composición química típica (%)
|
Elemento |
Contenido |
|
Aluminio (Al) |
Balance |
|
Litio (Li) |
0.5 – 3.0 |
|
Hierro (Fe) |
0.5 – 1.3 |
|
Silicona (Si) |
≤ 0.50 |
|
Otros elementos |
Depende del tipo y la aplicación final. |
Propiedades tipicas
|
Propiedad |
Autonomía |
|
Densidad |
Tan bajo como 2.45 g/cm³ (Al – Li) |
|
Resistencia a la tracción |
300 - 550 MPa |
|
Modulos elasticos |
Superior al aluminio estándar |
|
Resistencia a la fatiga |
Alto |
|
tratable con calor |
Sí: |
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Aluminio fundido vs. aluminio forjado
El aluminio fundido se obtiene fundiendo un metal y vertiéndolo en un molde. Mediante la fundición, se pueden fabricar piezas complejas según la complejidad del molde y la fluidez del material. Sin embargo, su resistencia y ductilidad son limitadas. El aluminio forjado se diferencia en que se procesa mediante trabajo mecánico para refinar su estructura granular y así mejorar su rendimiento y propiedades mecánicas.
| Propiedad | Aluminio moldeado | Aluminio forjado |
| Método de fabricación | Casting | Laminado, extrusión, forjado |
| Solidez | Más Bajo | Más alto |
| Ductilidad | Limitada | Alto |
| Complejidad dimensional | Alto | Moderado |
| Usos típicos | Carcasas, bloques de motor | Estructuras, paneles |
El impacto del tratamiento térmico y el anodizado en los grados de aluminio
1. Impacto del tratamiento térmico de aluminio
Las aleaciones de aluminio pueden beneficiarse significativamente del tratamiento térmico, un proceso que puede mejorar sus propiedades mecánicas. Por ejemplo, el tratamiento térmico puede mejorar la resistencia, la dureza y la resistencia al impacto. Sin embargo, es esencial recordar que no todos los grados de aluminio responden favorablemente al tratamiento térmico.
Por ejemplo, el aluminio 6061 a menudo se trata térmicamente para aumentar su resistencia mecánica, mientras que el aluminio 5083 no responde bien al tratamiento térmico y sus propiedades pueden degradarse con este proceso. Por lo tanto, cuando considere un grado de aluminio para su proyecto de mecanizado CNC, tenga en cuenta su compatibilidad con el tratamiento térmico.
2. Anodizado y su efecto en los grados de aluminio
El anodizado es una técnica de tratamiento de superficies ampliamente utilizada que mejora la resistencia a la corrosión, la dureza de la superficie, la apariencia estética y la resistencia al desgaste de las piezas de aluminio. Durante el proceso de anodizado, se construye una capa protectora de óxido sobre la superficie de la pieza de aluminio. Esta capa es altamente adhesiva, por lo que es una excelente base para acabados secundarios como pintura o sellado.
Sin embargo, el proceso de anodizado puede afectar a diferentes grados de aluminio de manera diferente. Por ejemplo, el aluminio 6061 y el aluminio 7075 se anodizan bien debido a su alto contenido de silicio, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren durabilidad y estética. Por otro lado, el aluminio 2024 no se anodiza bien debido a su alto contenido de cobre.
En esencia, el grado de aluminio utilizado puede influir en la eficacia del proceso de anodizado y, por lo tanto, debe tenerse en cuenta al decidir el material para el mecanizado CNC.
Aplicaciones del aluminio en diversas industrias
Ingeniería Aeroespacial
En la industria aeroespacial se utilizan diversas aleaciones de aluminio. La alta resistencia de las aleaciones 2024 y 7075 las convierte en el material ideal para el fuselaje y las alas de las aeronaves. Su uso en el sector aeroespacial se debe a su capacidad para soportar fuerzas extremas.
Fabricación automotriz
La industria automotriz utiliza las series 5xxx y 6xxx para fabricar paneles de carrocería y componentes de suspensión debido a su ligereza. Esto permite a los fabricantes incorporarlas al chasis y otros componentes de los automóviles sin aumentar el peso y manteniendo la integridad estructural.
Estructuras marinas y costa afuera
La serie 5xxx es altamente resistente a la corrosión y tiene buena soldabilidad, dos características que los fabricantes buscan al construir barcos y estructuras que se encuentran en el mar. Esto convierte instantáneamente a las aleaciones de aluminio en la opción perfecta para que los fabricantes las utilicen en cascos de barcos y estructuras que necesitan soportar entornos hostiles y agua de mar.
Construcción y Arquitectura
El uso de la serie 6xxx es bastante común en la industria de la construcción debido a su gran integridad estructural. Se utiliza para fabricar muros cortina en los edificios que vemos a diario. Los sistemas modulares que se pueden desmontar y volver a montar también utilizan esta aleación de aluminio, ya que es ligera y duradera, lo que facilita el transporte y el montaje.
Sistemas eléctricos y térmicos
Las series 1xxx y 3xxx son altamente conductoras y permiten una conductividad eléctrica y térmica eficiente. Esto las convierte en la opción ideal para sistemas de gestión térmica y motores eléctricos. Su uso en sistemas eléctricos permite obtener componentes rentables, reduciendo los costos de fabricación.
Cómo elegir el grado de aluminio adecuado
Lingotes de aleación de aluminio de diversos tipos
Elegir el grado de aluminio adecuado para su proyecto depende de los requisitos específicos del mismo. Para ello, deberá calcular la carga que debe soportar la pieza, teniendo en cuenta no solo la carga en sí, sino también los cambios de temperatura a los que puede estar sometido el material.
La durabilidad del material es otro factor que debe tenerse en cuenta, ya que determina aspectos como la facilidad de mantenimiento y la resistencia al desgaste, que influyen directamente en la vida útil de una pieza fabricada con dicha aleación. Es importante comprobar que las propiedades del tipo de aluminio también se ajusten a sus requisitos, como la capacidad de tratamiento térmico y la soldabilidad.
Aluminio 6061 Vs 6063
Cuando se compara aluminio 6061 frente a 6063La principal diferencia para aplicaciones prácticas radica en la resistencia y el acabado. El aluminio 6061 es especialmente popular por su resistencia y versatilidad. Puede utilizarse en la mayoría de las aplicaciones que requieren cargas moderadas y resistencia a la corrosión. En comparación con el 6063, el aluminio 6063 ofrece un excelente acabado superficial y es más adecuado para usos estéticos y arquitectónicos. Para proyectos de mecanizado CNC de aluminio, el aluminio 6061 tiene mejor maquinabilidad y es más predecible durante las operaciones de mecanizado; en comparación, el 6063 es mejor para procesos de extrusión.
Aluminio 3003 Vs 6061
Elegir entre aluminio 3003 frente a 6061 Depende en gran medida del entorno final y del escenario de aplicación. El aluminio 3003 es blando, altamente resistente a la corrosión y excelente para aplicaciones marinas. Sin embargo, carece de resistencia mecánica, lo que lo hace menos recomendable para aplicaciones estructurales. En el mecanizado CNC, se prefiere el aluminio 6061 para componentes de precisión y aplicaciones de carga, mientras que el 3003 es mejor para piezas de chapa metálica que requieren doblado y conformado.
Aluminio 6061-T6 frente a T651
Tanto el aluminio 6061 T6 como el T651 son aluminios tratados térmicamente y pertenecen a la misma clase de aleación. La diferencia en el tratamiento térmico al comparar Aluminio 6061-T6 frente a T651 Es un proceso de alivio de tensiones posterior al tratamiento térmico de solución que reduce las tensiones residuales.
El paso adicional en el tratamiento térmico mejora la estabilidad durante el mecanizado, lo que garantiza dimensiones finales precisas y evita el sobredesbaste o la socavación. Para aplicaciones prácticas, el T6 es más adecuado para aplicaciones de resistencia rentables donde la deformación dimensional menor no representa un problema grave, como en el caso de piezas y chasis de automóviles. Sin embargo, si busca mayor precisión en sus piezas de aluminio para la industria aeroespacial y prototipos mecanizados por CNC, el T651 ofrece menores tasas de desperdicio y una mayor precisión de fabricación.
Aluminio 6061 Vs 7075
Varillas de aluminio recubiertas de cobre
Si adivinaras las diferencias entre el aluminio 6061 y el aluminio 7075, te sorprendería lo similares que parecen, pero las diferencias son muchas. aluminio 6061 frente a 7075, todavía existe una distinción importante. Si bien ambas son aleaciones endurecidas por precipitación, en mecanizado CNC de aluminioEl acero 6061 ofrece aplicaciones más amplias y una formación de virutas más limpia, con un menor desgaste de la herramienta.
Aluminio 2024 Vs 6061
Cuando se compara aluminio 2024 frente a 6061El aluminio 2024 contiene cobre, lo que mejora su resistencia sin afectar significativamente su peso. Esto se traduce en una mejor relación resistencia-peso y mayor resistencia a la fatiga. El aluminio 6061 posee una excelente resistencia y soldabilidad. Es una aleación de uso general que se adapta a la mayoría de las aplicaciones que requieren resistencia a la corrosión y facilidad de mecanizado.
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Conclusión
Los distintos grados de aluminio muestran cómo se mezclan sus componentes y cómo esto modifica sus propiedades. Los números de serie indican la composición de la aleación y su comportamiento bajo tensión, lo que permite elegir el grado adecuado para cada proyecto.