Las aleaciones de aluminio se clasifican en tres categorías principales: aleaciones de aluminio forjadas, aleaciones de aluminio fundidas y aleaciones de aluminio moldeadas. Las aleaciones forjadas incluyen las series 1xxx a 7xxx, en las que los diferentes elementos de aleación aportan propiedades únicas, como resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, maquinabilidad y rendimiento en el acabado superficial. Los grados habituales, como el 6061, el 5052, el 7075 y el 2024, se utilizan ampliamente en aplicaciones de ingeniería y fabricación. Las aleaciones de aluminio fundido son adecuadas para componentes de formas complejas, mientras que las aleaciones de aluminio forjado ofrecen ventajas de alta resistencia y ligereza para aplicaciones aeroespaciales, de automoción y estructurales. La elección de la aleación de aluminio adecuada depende de los requisitos mecánicos, los procesos de fabricación y las condiciones de uso final.
Las aleaciones de aluminio pueden clasificarse, en general, en tres categorías principales en función de su método de fabricación y de las características del material: aleaciones de aluminio laminadas, aleaciones de aluminio fundidas y aleaciones de aluminio forjadas.
Cada categoría incluye varias series de aleaciones con diferentes propiedades mecánicas, maquinabilidad, resistencia a la corrosión, rendimiento en el tratamiento de superficies y aplicaciones típicas.
Las aleaciones de aluminio forjadas son aleaciones de aluminio que se transforman mecánicamente en productos como chapas, placas, barras, tubos y perfiles extruidos mediante laminado, extrusión, trefilado o forjado.
Según sus elementos de aleación principales, las aleaciones de aluminio forjado se clasifican habitualmente en las series 1xxx a 7xxx.
La serie 1xxx está compuesta principalmente por aluminio comercialmente puro. Estas aleaciones suelen contener un porcentaje muy elevado de aluminio y se caracterizan por su excelente resistencia a la corrosión, su alta conductividad eléctrica, su alta conductividad térmica, su resistencia mecánica relativamente baja y su excelente ductilidad y conformabilidad.
Sin embargo, su rendimiento en torneado y fresado es relativamente bajo, ya que el material es blando y tiende a adherirse a las herramientas de corte durante el mecanizado. Su resistencia puede aumentarse moderadamente mediante el endurecimiento por deformación.
Entre sus aplicaciones más habituales se encuentran los equipos de procesamiento químico, los reflectores, los intercambiadores de calor, los conductores eléctricos, los condensadores, las láminas de embalaje, los componentes arquitectónicos y los adornos decorativos.
El aluminio comercialmente puro suele presentar un excelente comportamiento en el grabado de texturas. Se pueden obtener buenas texturas superficiales utilizando sistemas de grabado tanto ácidos como alcalinos.
En el caso de aplicaciones que requieran una mayor rugosidad superficial, un proceso de grabado ácido-alcalino en dos etapas puede producir una textura superficial muy uniforme.
Entre los materiales más utilizados, el aluminio coreano suele presentar una textura fina, mientras que los materiales procedentes de Taiwán y China suelen ofrecer un aspecto cepillado fino y uniforme. El aluminio puro de alto brillo suministrado por Sumitomo en Japón puede desarrollar una textura cepillada claramente visible tras el grabado. Algunos materiales de aluminio puro alemanes también pueden alcanzar acabados cepillados similares.
El aluminio comercialmente puro también responde bien al pulido químico y electrolítico, y puede alcanzar una superficie muy brillante tras el anodizado.
El cobre es el principal elemento de aleación de las aleaciones de aluminio de la serie 2xxx. El magnesio y el manganeso también se añaden habitualmente como elementos de aleación secundarios.
Entre los sistemas de aleaciones más habituales se encuentran los de aluminio-cobre-magnesio, aluminio-cobre-magnesio-manganeso, aluminio-cobre-magnesio-hierro-níquel y aluminio-cobre-manganeso.
Estas aleaciones son tratables térmicamente y destacan por su elevada resistencia, razón por la cual suelen denominarse «aleaciones de aluminio de alta resistencia» o «aleaciones tipo duraluminio».
Ofrecen una buena resistencia al calor y una excelente maquinabilidad. Sin embargo, su resistencia a la corrosión es relativamente baja, y algunos grados pueden ser susceptibles a la corrosión intergranular.
Por este motivo, las chapas de aluminio de la serie 2xxx suelen recubrirse con aluminio de alta pureza o con una aleación de aluminio, magnesio y silicio de la serie 6xxx para mejorar su resistencia a la corrosión.
Las aleaciones de aluminio de la serie 2xxx son especialmente adecuadas para componentes que requieren una elevada relación resistencia-peso.
Entre sus aplicaciones típicas se incluyen componentes de ruedas de camiones y aviones, componentes de la suspensión de camiones, revestimientos del fuselaje de aviones y componentes estructurales que deben mantener una buena resistencia a temperaturas de hasta aproximadamente 150 °C (302 °F).
A excepción de la aleación 2219, la mayoría de las aleaciones de esta serie presentan una soldabilidad limitada. Sin embargo, muchas aleaciones de la serie 2xxx ofrecen una excelente maquinabilidad.
Uno de los grados más utilizados de esta serie es el aluminio 2024, que se corresponde aproximadamente con el grado chino 2A12.
Tras un proceso de grabado alcalino de textura en una sola etapa, la chapa de aluminio 2024 puede alcanzar una rugosidad superficial superior a Ra 1,5, al tiempo que conserva un brillo y una uniformidad superficial excelentes.
El rendimiento del anodizado del aluminio de la serie 2xxx es relativamente bajo. Cuando la película de óxido anódico adquiere un mayor espesor, la superficie puede adquirir un tono amarillento, lo que hace que estas aleaciones sean menos adecuadas para el teñido decorativo en tonos claros.
En aplicaciones aeroespaciales, por lo general no se recomienda el decapado alcalino tras el desengrasado. Se prefiere el tratamiento ácido para eliminar la capa superficial pasiva.
Se suele utilizar el anodizado con ácido bórico-sulfúrico o con ácido crómico, seguido de un sellado con ácido crómico diluido. Cuando se requiere un teñido de color claro, puede emplearse un proceso modificado de anodizado con ácido bórico-sulfúrico.
El manganeso es el principal elemento de aleación de la serie 3xxx.
Estas aleaciones no suelen ser tratables térmicamente, pero su resistencia es aproximadamente 20% superior a la del aluminio de la serie 1xxx.
Dado que solo se puede añadir de forma eficaz una cantidad limitada de manganeso al aluminio —normalmente en torno a 1,5%—, el manganeso se utiliza como principal elemento de aleación únicamente en un número relativamente reducido de aleaciones comerciales.
Las tres aleaciones de uso general más utilizadas de esta serie son la 3003, la 3004 y la 3105. La aleación china 3A21 es aproximadamente equivalente a la 3003.
Las aleaciones de aluminio de la serie 3xxx ofrecen una mayor resistencia mecánica que las de la serie 1xxx, al tiempo que conservan una buena ductilidad y soldabilidad. Su resistencia a la corrosión es solo ligeramente inferior a la del aluminio comercialmente puro.
Entre sus aplicaciones más habituales se encuentran las latas de bebidas, los utensilios de cocina, los intercambiadores de calor, los depósitos de almacenamiento, los toldos, los muebles, las señales de tráfico, los paneles para cubiertas y los paneles para muros cortina.
Tras el grabado de la textura, el aluminio de la serie 3xxx suele presentar una combinación de textura mate, similar a la arena, y textura lineal cepillada.
El grabado alcalino de textura en un solo paso ofrece buenos resultados decorativos y se utiliza habitualmente como tratamiento previo para placas identificativas y paneles antes de la serigrafía.
En el caso de las aplicaciones que requieren una mayor rugosidad superficial, un proceso de grabado ácido-alcalino en dos fases suele producir texturas tanto arenosas como cepilladas.
Sin embargo, debido a las diferencias en los métodos de procesamiento entre los distintos fabricantes, algunas aleaciones de aluminio similares pueden presentar, tras el grabado ácido-alcalino, un aspecto con textura de arena, con muy poca textura cepillada visible.
El silicio es el principal elemento de aleación de la serie 4xxx y puede añadirse al aluminio en cantidades relativamente elevadas, llegando en ocasiones a alcanzar aproximadamente 12%.
Estas aleaciones no suelen ser tratables térmicamente y se utilizan habitualmente como alambre de soldadura y material de relleno para la soldadura fuerte de productos de aluminio.
Durante el proceso de anodizado, las aleaciones de la serie 4xxx suelen adquirir un aspecto superficial que va del gris oscuro al negro carbón.
La aleación 4032 presenta un bajo coeficiente de expansión térmica y una elevada resistencia al desgaste, lo que la hace especialmente adecuada para pistones de motor forjados y otros componentes que requieren estabilidad dimensional a temperaturas elevadas.
El magnesio es el principal elemento de aleación de la serie 5xxx.
Cuando se utiliza el magnesio como principal elemento de aleación, ya sea solo o junto con el manganeso, se obtienen aleaciones endurecibles por deformación con una resistencia de media a alta.
Estas aleaciones presentan una buena soldabilidad, una excelente resistencia a la fatiga y una gran resistencia a la corrosión, especialmente en entornos marinos.
Las aleaciones de aluminio de la serie 5xxx no son tratables térmicamente, pero suelen presentar una resistencia superior a la de las aleaciones de las series 1xxx y 3xxx.
Entre sus aplicaciones más habituales se incluyen los materiales de construcción, los elementos arquitectónicos y decorativos, las latas y las tapas de lata, los electrodomésticos, los componentes de alumbrado público, las estructuras marítimas, los depósitos de combustible criogénico, los componentes de grúas y las piezas estructurales para automóviles.
Las características de grabado de la textura del aluminio de la serie 5xxx son similares a las de las aleaciones de la serie 3xxx.
Además, ofrecen un buen rendimiento en el proceso de anodizado. Algunos grados pueden alcanzar un acabado brillante, similar al de un espejo, tras un tratamiento superficial adecuado, lo que los hace idóneos para componentes decorativos del sector de la automoción.
Las aleaciones de aluminio de la serie 6xxx contienen magnesio y silicio como principales elementos de aleación y son susceptibles de tratamiento térmico.
Estas aleaciones ofrecen una resistencia media, aunque, por lo general, su resistencia es inferior a la de la mayoría de las aleaciones de las series 2xxx y 7xxx.
Una de las principales ventajas de la serie 6xxx es su combinación equilibrada de conformabilidad, soldabilidad, mecanizabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia mecánica.
Entre sus aplicaciones más habituales se encuentran los materiales de construcción, los cuadros de bicicleta, los equipos de transporte, las barandillas de puentes, las estructuras soldadas, los componentes de maquinaria y los perfiles de aluminio extruido.
Las aleaciones más utilizadas de esta serie son la 6061 y la 6063.
El aluminio 6061 se suele elegir para componentes mecánicos y piezas estructurales debido a su buena resistencia mecánica, maquinabilidad, resistencia a la corrosión y rendimiento para uso general.
El aluminio 6063 se utiliza ampliamente en perfiles extruidos y componentes arquitectónicos debido a su excelente rendimiento en la extrusión y a su atractivo aspecto anodizado.
La aleación 6463 se desarrolló para aplicaciones como molduras extruidas para automóviles, marcos de dispositivos digitales y biseles de televisores. Tras el anodizado, la aleación 6463 puede alcanzar un acabado superficial brillante, similar al de un espejo.
Sin embargo, el contenido de impurezas de hierro en el aluminio debe mantenerse lo más bajo posible. Un contenido excesivo de hierro puede reducir significativamente el brillo de la superficie tras el anodizado.
El zinc es el principal elemento de aleación en las aleaciones de aluminio de la serie 7xxx, con concentraciones que suelen oscilar entre aproximadamente 1% y 8%.
Estas aleaciones son susceptibles de tratamiento térmico y pueden ofrecer niveles de resistencia que van desde medios hasta extremadamente altos.
Debido a su excelente relación resistencia-peso, las aleaciones de aluminio de la serie 7xxx se utilizan ampliamente en componentes estructurales sometidos a grandes esfuerzos.
Entre sus aplicaciones típicas se incluyen los componentes estructurales de aeronaves, los equipos móviles, las piezas aeroespaciales, los componentes mecánicos de alta resistencia y otras aplicaciones sometidas a cargas y tensiones elevadas.
Las aleaciones de aluminio para fundición están diseñadas específicamente para la fabricación de componentes mediante procesos de fundición.
Según sus principales elementos de aleación, las aleaciones de aluminio fundido pueden dividirse, en general, en cuatro categorías principales:
Cada país utiliza un sistema distinto para designar las aleaciones.
En China, las aleaciones de aluminio fundido suelen designarse con las letras ZL seguido de tres dígitos.
El primer dígito identifica el sistema de aleación principal:
El segundo y el tercer dígito identifican la aleación concreta dentro de esa serie.
Para fabricar piezas de fundición de precisión de alta calidad en una amplia variedad de formas y tamaños, las aleaciones de aluminio para fundición suelen presentar varias características importantes.
Las aleaciones de aluminio para fundición ofrecen un excelente rendimiento en el proceso de fundición y pueden utilizarse para fabricar componentes con geometrías complejas.
Además, ofrecen ventajas como el ahorro de material, menores costes de fabricación, tiempos de producción más cortos y una menor necesidad de equipos de fabricación adicionales.
Por ello, las aleaciones de aluminio fundido se utilizan ampliamente en los sectores aeroespacial, de la automoción, de la maquinaria y en aplicaciones industriales en general.
Entre los productos típicos se incluyen vigas, álabes de turbinas de gas, carcasas de bombas, soportes, ruedas, labios de entrada y carcasas de motores.
También se utilizan habitualmente para fabricar culatas de motor, carcasas de transmisión, pistones, carcasas de instrumentos y carcasas de bombas de sobrealimentación.
Las aleaciones de aluminio forjadas están diseñadas para ofrecer una buena plasticidad y conformabilidad a temperaturas elevadas, lo que las hace adecuadas para los procesos de forjado.
Muchas aleaciones de aluminio para forja se basan en sistemas de aleación de aluminio, magnesio y silicio, y también pueden contener cobre, magnesio y silicio como elementos de aleación importantes.
Su principal ventaja es su excelente conformabilidad en caliente, lo que permite fabricar componentes forjados de gran tamaño, complejos y de alta resistencia.
La sustitución de determinados componentes de acero por aleaciones de aluminio puede reducir considerablemente el peso total de los productos mecánicos, al tiempo que se mantiene un buen rendimiento estructural.
Gracias a su excelente relación resistencia-peso, el aluminio y las aleaciones de aluminio se han convertido en materiales imprescindibles en los sectores aeroespacial, de la aviación, de la automoción y de la defensa.
Las aeronaves, por ejemplo, utilizan un gran número de componentes de aluminio forjado.
El aluminio también se utiliza ampliamente en la construcción, la fabricación de automóviles y el embalaje, que se han convertido en tres de los ámbitos de aplicación más importantes del aluminio en la industria moderna.
En los últimos años, las piezas forjadas de aluminio para el sector de la automoción han experimentado un rápido desarrollo.
El calentamiento global, la escasez de energía, los requisitos más estrictos en materia de eficiencia energética y las crecientes expectativas de los consumidores en cuanto a la comodidad de conducción y el comportamiento del vehículo han acelerado el desarrollo de estructuras ligeras para la automoción.
Reducir el peso del vehículo en aproximadamente 10% puede reducir el consumo de combustible entre 6% y 8%.
Según los datos del sector disponibles, el uso de aleaciones de aluminio en componentes de automoción forjados y estampados en Estados Unidos ha alcanzado aproximadamente 36,3%, mientras que el uso de aluminio en los vehículos fabricados en Europa y Japón puede representar más de 15% del peso total del vehículo.
Históricamente, la cantidad de aleación de aluminio utilizada en los vehículos fabricados en China ha sido relativamente menor.
Los especialistas del sector de la automoción prevén que, a medida que avance la tendencia hacia la reducción del peso de los vehículos, un número cada vez mayor de piezas forjadas de aleación de aluminio sustituirá a las piezas forjadas tradicionales de acero.
Las distintas series de aleaciones de aluminio ofrecen combinaciones muy diferentes en cuanto a resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, maquinabilidad, soldabilidad, rendimiento en el tratamiento de superficies y características de fabricación.
El aluminio de la serie 1xxx, comercialmente puro, es ideal para aplicaciones que requieren una alta conductividad y resistencia a la corrosión, mientras que las aleaciones de las series 2xxx y 7xxx son las preferidas para aplicaciones estructurales de alta resistencia.
Las aleaciones de las series 3xxx y 5xxx ofrecen una buena resistencia a la corrosión y capacidad de conformado, mientras que el aluminio de la serie 6xxx ofrece una de las mejores combinaciones globales de resistencia, maquinabilidad, soldabilidad, rendimiento en el anodizado y coste.
Las aleaciones de aluminio fundido son adecuadas para fabricar formas complejas de manera eficiente, mientras que las aleaciones de aluminio forjado resultan especialmente útiles para componentes estructurales sometidos a grandes cargas, en los que la resistencia y la reducción de peso son fundamentales.
La elección de la aleación de aluminio adecuada debe basarse siempre en las propiedades mecánicas requeridas, el proceso de fabricación, el acabado superficial, la resistencia a la corrosión, el entorno de funcionamiento y el coste total del componente acabado.
Comparta su dibujo, material, objetivo de tolerancia o pregunta sobre la aplicación. Nuestro equipo de ingeniería puede ayudarle a revisar la ruta de mecanizado y sugerirle un siguiente paso práctico.
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