¿Qué microestructuras se dan en el aluminio y sus aleaciones?

Microestructuras de aleaciones de aluminio fundido

Microestructuras de las aleaciones de Al-Si

La fracción másica de silicio w_Sí suele ser 5%-13%. Estas aleaciones hipoeutécticas y eutécticas no pueden reforzarse mediante tratamiento térmico. Una aleación eutéctica binaria simple de Al-Si, como la ZL102, presenta una estructura eutéctica α + Si en estado de fundición. El silicio se presenta en forma de agujas gruesas y polígonos. La modificación con sales de sodio, fósforo u otros elementos refina el silicio eutéctico grueso y mejora las propiedades mecánicas y la maquinabilidad.

Las aleaciones de Al-Si contienen relativamente pocos elementos de refuerzo, y su temperatura de temple está muy lejos del punto eutéctico, por lo que el sobrecalentamiento es poco habitual durante el tratamiento de solubilización. Si una temperatura de solubilización excesiva provoca una fusión incipiente, la estructura desarrolla glóbulos refundidos, fusión en los límites de grano y silicio aglomerado y de grano grueso.

Microestructuras de las aleaciones de Al-Cu

La fracción másica del cobre w_Cu es 4%-11%. Estas aleaciones pueden endurecerse mediante tratamiento térmico, principalmente a través de la fase θ, Al₂Cu. Pequeñas adiciones de magnesio y zinc pueden dar lugar a la fase S, Al₂CuMg, o fase T, y AlCuZn, para un refuerzo adicional. Sus elevadas propiedades mecánicas tanto a temperatura ambiente como a temperaturas elevadas convierten a este sistema en la base de las aleaciones de aluminio fundido de alta resistencia y resistentes al calor.

Microestructuras de aleaciones de Al-Mg

Las aleaciones de Al-Mg presentan la densidad más baja y la mayor resistencia a la corrosión de entre todas las aleaciones de aluminio, especialmente frente a la corrosión electroquímica. En estado templado, la estructura es monofásica α. Si el Mg₂Si está presente, su potencial de electrodo más bajo lo convierte en anódico respecto a α, por lo que el Mg₂El Si se consume continuamente durante la corrosión electroquímica hasta que queda una superficie monofásica α y la corrosión se detiene. Estas aleaciones presentan una mala fundibilidad, un proceso de fusión complejo y una baja resistencia en caliente. Los grados con alto contenido en magnesio pueden volverse frágiles tras un uso prolongado, lo que limita su aplicación.

Microestructuras de aleaciones de Al-Zn

En estado de fundición, las fases incluyen α, silicio y Mg₂Sí, y una pequeña cantidad de la fase β negra, en forma de aguja, que resulta nociva, Al₉Sí₂Fe₂. Mg₂El Si suele ser difícil de detectar debido a su bajo contenido.

Microestructuras del aluminio trabajado y sus aleaciones

Microestructuras de aluminio comercialmente puro

La fracción másica del aluminio w_Al En el aluminio comercialmente puro, el contenido suele oscilar entre 98,80% y 99,99%; el hierro y el silicio constituyen las principales fases de impureza. Cuando los contenidos de hierro y silicio son bajos, el silicio se disuelve en la matriz y el hierro forma Al en forma de agujas o finas tiras₃Fe. A contenidos más elevados, se forman compuestos ternarios. Si el hierro supera al silicio, se forma una fase α irregular, con aspecto laminar o esquelético, Al₁₂Fe₃Sí, formas. Si el silicio supera al hierro, fase β en forma de agujas o de finas tiras, Al₉Sí₂Fe₂, formularios.

Aleaciones de aluminio resistentes a la corrosión

El aluminio resistente a la corrosión comprende los sistemas de aleaciones de Al-Mn y Al-Mg.

Microestructuras de las aleaciones de Al-Mn

Un grado habitual es el 3A21, cuyo principal elemento añadido es el manganeso. Cuando w_Mn > 1,6%, abundante Al frágil₆Los compuestos de Mn hacen que la aleación sea propensa a agrietarse durante la deformación. Además de la solución sólida α y el Al₆Mn; las fases pueden incluir Al₆(FeMn), T(Al₂Mn₃Sí₂), α(Al₁₂Fe₃Si) y β(Al₉Sí₂Fe₂).

Aleaciones de Al-Mg

Tras el recocido, una aleación de Al-Mg con w_Mg < 2% es una solución sólida monofásica de tipo α. A medida que aumenta el magnesio, β(Al₈Mg₅) aparece. Por encima de 5% Mg, la estructura está formada por α + β(Al₈Mg₅), y la ductilidad disminuye. Las fases principales pueden incluir α, β(Al₈Mg₅), Al₆Mn, Al₇Cr y Al₃Ti, con fases de impureza como el Al₃Fe, (FeMn)Al₆, y Mg₂Sí. La fase β del eutéctico es esquelética y presenta un color gris claro antes del grabado.

Aleaciones de duraluminio

Las aleaciones de duraluminio son tratables térmicamente e incluyen los sistemas Al-Cu-Mg y Al-Cu-Mn.

Microestructuras de las aleaciones de Al-Cu-Mg

En el vértice rico en aluminio del diagrama ternario de equilibrio Al-Cu-Mg, la solidificación puede dar lugar a S(Al₂CuMg), θ(Al₂Cu), T(Al₆CuMg₄), β(Al₈Mg₅), y α. Los contenidos reales de magnesio son relativamente bajos, lo que sitúa a las aleaciones en los campos de fase α + S, α + θ + S o α + θ. Por lo tanto, las dos fases de refuerzo principales son θ y S.

Aleaciones de Al-Cu-Mn

La fracción másica de cobre puede alcanzar valores de 6% a 7%. El cobre y el aluminio forman la fase de refuerzo Al₂El cobre (Cu), que refuerza la aleación tras el temple y el envejecimiento artificial. En w_Mn = 0,4%-0,5%, T(Al finamente disperso₂CuMn₂) mejora la resistencia al calor. Un exceso de manganeso aumenta y hace más gruesa la fase T, lo que amplía los límites de fase y acelera la difusión. Como consecuencia, la resistencia al calor disminuye y aumenta la tendencia al agrietamiento en caliente durante la soldadura.

Aleaciones de superduraluminio

Las aleaciones comunes de superduraluminio contienen α, MgZn₂, T(Al₂Mg₃Zn₃), un α + T(Al₂Mg₃Zn₃) eutécticas y fases de impurezas como (FeMn)Al₆ y Mg₂Sí.

Forja de aleaciones de aluminio

Las aleaciones de aluminio para forja se dividen, por lo general, en dos sistemas.

Aleaciones de Al-Mg-Si-Cu

Cuando el contenido de cobre es muy bajo y la relación de masas entre magnesio y silicio es de 1,73, Mg₂El Si se transforma y todo el cobre se disuelve en la matriz. A contenidos de cobre más elevados y con una relación magnesio/silicio inferior a 1,08, ω(AlCu₄Mg₅Sí₄) puede formarse, y el cobre restante forma θ(Al₂Cu). Por lo tanto, la adición de cobre a las aleaciones de Al-Mg-Si puede introducir ω, S y θ, además de Mg₂Sí.

Aleaciones de Al-Cu-Mg-Fe-Ni

Estas aleaciones contienen menos cobre y magnesio que el duraluminio y, por lo tanto, contienen más fase S, Al₂CuMg. El hierro y el níquel forman Al₉FeNi, que presenta una buena estabilidad térmica. El exceso de hierro forma Al₇Cu₂Fe, mientras que un exceso de níquel puede dar lugar a la formación de AlCuNi.