Aleaciones no ferrosas PDF 2024

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3/9/2024 ALEACIONES NO FERROSAS CIENCIAS DE LOS MATERIALES ING. DANIEL GROSSO 2024 ALUMINIO , EXTRACCIÓN DEL ALUMINIO Se obtiene a partir de la bauxita (complejo de Al2O3.SiO2.TiO.Fe2O3.H2O) y luego por electrolisis se obtiene Al2O3. Se destaca por su bajo peso especifico y relativa alta resistencia mecánica. Se produce en dos formas: Alta pureza (99,99%) Comercialmente puro (99,95%) 1  3/9/2024 ALUMINIO , CARACTERÍSTICAS Presenta alta reactividad formando una película autoinmune de hidratos complejos (Al2O3.H2O)8 de pocas moléculas de espesor (10-5 mm) que es impermeable al flujo de electrones e iones, pero si la película se rompe en condiciones reductoras la corrosión avanza rápidamente. Es particularmente resistente en N03H. La formación de la película puede inducirse electrolíticamente, con baños de SO4H2 u otros ácidos (crómico, oxálico, etc.). , ALEACIONES DE ALUMINIO El aluminio y sus aleaciones destacan por dos propiedades principalmente, su baja densidad y excelente resistencia a la corrosión. Estas características han impulsado su empleo en aplicaciones donde el peso es un factor determinante, como ocurre en la industria del transporte, en especial la aeronáutica. Sin embargo, las propiedades mecánicas del aluminio puro no cumplen las exigencias requeridas en aplicaciones estructurales, por esta razón su industrialización no tuvo lugar hasta 1930 con el diseño de aleaciones de aluminio. La incorporación de elementos aleantes permite aumentar considerablemente las propiedades mecánicas, ampliando así su rango de aplicabilidad. 2  3/9/2024 , ALEACIONES DE ALUMINIO Habitualmente, las aleaciones de aluminio se clasifican en base al proceso de fabricación. Las aleaciones de forja presentan una elevada resistencia mecánica, lo que las hace aptas para su empleo en aeronáutica, entre ellas destacan las de Al-Cu y de Al-Zn. En cuanto a las aleaciones de moldeo, destacan las de Al-Si debido a su excelente moldeabilidad y resistencia a la corrosión y las de Al-Cu por sus buenas propiedades mecánicas. ALEACIONES DE ALUMINIO , APLICACIONES Además de en transporte, las aleaciones de aluminio también se emplean en la industria de la construcción, en la fabricación de cubiertas y fachadas metálicas de edificios industriales; en la industria eléctrica, en el cableado de líneas de comunicación, en transformadores o condensadores y, por último, en la industria alimentaria en la fabricación de envases y embalajes. A modo de ejemplo, hoy en día un vehículo contiene de media 150 kg de Al en su estructura fabricados, en su mayoría, por moldeo y se estima que en el año 2025 la cantidad de Al empleada ascenderá a 204 kg. 3  3/9/2024 ALEACIONES DE ALUMINIO , ALEANTES La influencia de los elementos de aleación en el aluminio son los siguientes: Cobre: Aumenta de manera notable la resistencia a la tracción y la dureza, tanto en condiciones de extrusión como tratado térmicamente. Las aleaciones que contienen de 4 a 6% Cu tienen una respuesta más efectiva al tratamiento térmico. Por lo general, al cobre reduce la resistencia a la corrosión y, en ambientes muy específicos en ciertos tipos de aleaciones, induce a la corrosión bajo tensión. Las adiciones de cobre reducen la resistencia al agrietamiento en caliente y disminuye la colabilidad en piezas fundidas. El Cu en una proporción no mayor al 10% (generalmente del 3 al 6%), se forma una estructura de agujas unidas entre si, con Al entre ellas, el material así obtenido se denomina “Duraluminio”, que tiene mayor resistencia mecánica pero es propenso a la corrosión. ALEACIONES DE ALUMINIO , ALEANTES Hierro: Es altamente soluble en estado líquido pero virtualmente insoluble (0,04% Fe) a temperatura ambiente. Por ello aparece como compuestos intermetálicos insolubles, siendo los más comunes Al3Fe, Al6FeMn y αAlFeSi. Mejora la resistencia al agrietamiento en caliente, las resistencia a la fluencia a altas temperaturas y disminuye la tendencia a la adhesión en fundición a presión. El hierro refina el grano en los lingotes de fundición. Un incremento en el contenido de hierro aumenta la resistencia mecánica pero disminuye notablemente la ductilidad. En presencia de altos contenidos de hierro afecta adversamente la colabilidad. Junto con el manganeso y el cromo, el hierro ayuda a formación de fases que pueden retirarse por escorificación de la colada. 4  3/9/2024 ALEACIONES DE ALUMINIO , ALUMINIO Níquel: Se emplea conjuntamente con el cobre para mejorar las propiedades a altas temperaturas. También reduce el coeficiente de expansión térmica. Silicio: El efecto más notable del silicio en el aluminio es mejorar las características del colado, mejorando la fluidez, la resistencia al agrietamiento en caliente y las características de la alimentación de las piezas fundidas. Las aleaciones comerciales Al-Si varían desde composiciones hipoeutécticas hasta cerca del 25% Si. Para procesos de colado con velocidades lentas de solidificación se prefieren los rangos de 5 a 7 % Si, para moldes permanentes se recomienda 7 a 9 % Si y para fundición a presión, que inducen altas velocidades de enfriamiento, 8 a 12% Si. Las adiciones de silicio disminuyen la densidad y el coeficiente de expansión térmica. Estaño: Mejora las características antifricción y la maquinabilidad. Debido a esto, se utiliza en aleaciones destinadas a cojinetes. El estaño puede influenciar la respuesta al endurecimiento de ciertas aleaciones de aluminio. ALEACIONES DE ALUMINIO , ALUMINIO las características de la alimentación de las piezas fundidas: modo de llenado del molde, ubicación de la canalización que introducirá el liquido en la cavidad y la ubicación de los alimentadores y montantes. 5  3/9/2024 ALEACIONES DE ALUMINIO , ALUMINIO Magnesio: Mejora notablemente la resistencia y la dureza en las aleaciones Al-Si tratadas térmicamente normales ó en aquellas más complejas que tienen elementos como el Cu, Ni y otros elementos. La fase endurecible responsable de la mejora de la dureza es el Mg2Si y exhibe una alta solubilidad hasta un máximo de 0,7% Mg. Por encima de esta concentración no ocurre endurecimiento posterior, por efecto del ablandamiento de la matriz de aluminio. Las composiciones recomendadas para aluminios de alta calidad (“premium”) varían en el rango de 0,4 a 0,7%. Las aleaciones binarias Al-Mg se utilizan ampliamente cuando se requiera un acabado superficial brillante, buena resistencia a la corrosión y una excelente combinación entre resistencia y ductilidad. Las composiciones entre 4 a 10% Mg son tratables térmicamente, cuya desventaja principal es la inestabilidad en las características de envejecimiento a temperatura ambiente. ALEACIONES DE ALUMINIO , ALUMINIO Manganeso: Incrementa la resistencia mecánica sea por solución sólida o por finos precipitados intermetálicos. No altera la resistencia a la corrosión. Se usa en la fundición para corregir la forma acicular (de forma de aguja) de los precipitados ricos en hierro y disminuir su efecto fragilizante, aunque promueve una estructura fibrosa en los lingotes. En forma de precipitados finos previene el crecimiento del grano en la recristalización. Incrementa la sensibilidad al agrietamiento de las aleaciones tratables térmicamente. Titanio: Refina la estructura del grano del aluminio, usualmente adicionado como boruro de titanio, TiB2. Reduce la tendencia al agrietamiento. Zinc: No se reportan beneficios por la adición del zinc al aluminio. Sin embargo, en aleaciones que contienen Cu y/o Mg, mejora la respuesta al endurecimiento por tratamiento térmico. 6  3/9/2024 ALEACIONES DE ALUMINIO , ALCLAD El “Alclad” es un laminado resistente a la corrosión con buena resistencia mecánica. Esta compuesto por dos láminas de Al comercialmente puro, resistentes a la corrosión, ligados metalúrgicamente a un núcleo de duraluminio (con 4% Cu) de alta resistencia mecánica. Puede presentar difusión si se lo calienta (como en el proceso de soldadura). ALEACIONES DE ALUMINIO , ALCLAD Alclad es una marca registrada de Alcoa y es usualmente empleada en la industria aeronáutica. (El Alclad fue empleado por primera vez en esta industria en la estructura y revestimiento externo del dirigible ZMC-2 de la Armada de los Estados Unidos, cuya construcción tuvo lugar en 1927). En usos relacionados con la construcción de aeronaves, el Alclad ha probado tener mayor resistencia a la corrosión que una lámina equivalente de aluminio puro, con la contrapartida de un mayor peso. 7  3/9/2024 , COBRE El uso más importante del Cu puro es como conductor eléctrico; en los usos industriales lo hace combinado con Zn o Sn. Su resistencia a la corrosión se debe a la formación superficial de una capa de CO3Cu. COBRE , PROPIEDADES La plasticidad y tenacidad del Cu es elevada pero la colabilidad es mala ya que absorbe gases los cuales luego se separan dejando una estructura porosa. La plasticidad elevada hace que resulte difícil su maquinado ya que empasta las herramientas y su soldabilidad es satisfactoria. 8  3/9/2024 COBRE , IMPUREZAS Su principal impureza es el O2 ya que produce óxidos durante su fabricación o soldadura que luego se separan y se depositan sobre el borde de grano, generando zonas débiles. COBRE , IMPUREZAS Existen dos grupos de impurezas: Las que forman solución sólida con el Cu, como el As, Sb, P y Fe, reducen la conductividad pero aumentan la resistencia mecánica. Las que se depositan en el borde de grano, Bi, S, Pb y O no afectan la conductividad pero limitan la resistencia mecánica. 9  3/9/2024 COBRE , ALEACIONES Latones: son aleaciones de Cu y Zn. Cuando son solo estos dos elementos se los denomina “comunes”, si aparecen otros tales como Sn y Pb se los llama “aleados”. El Sn se le agrega para mejorar la resistencia a la corrosión y el Pb para facilitar el mecanizado. Son menos resistentes a la corrosión que el bronce y son suceptibles a la eliminación selectiva de Zn, dejando una masa porosa de Cu, particularmente en agua con C02 disuelto. ALEACIONES DE COBRE , Bronces: son aleaciones de Cu y Sn con un mínimo de 75% de Cu, comunicándole el Sn dureza y resistencia. (con 17% de Sn se obtiene la máxima resistencia a la tracción). Son particularmente apropiados para el trafilado de alambres o para fabricar válvulas, son más duros que los latones y no son susceptibles a eliminación selectiva. Son muy resistentes a los agentes atmosféricos. 10  3/9/2024 BRONCES , CLASIFICACIÓN Se clasifican en tres grupos: Bronces comunes: con hasta el 5% de Zn y 1% de P. Bronces aleados: se les agregan otros elementos pero sin superar al Sn. Bronces especiales: el Sn ya no es el principal aleado. ALEACIONES DE COBRE , BRONCES ESPECIALES  Bronces de Al: Utilizado para la fabricación de engranajes, piñones, piezas que trabajen en ambientes corrosivos y con altas temperaturas.  Bronces de Pb: tienen propiedades antifricción.  Bronces de Si: remplazan a los comunes por su menor costo.  Bronces de Be: se usan para la fabricación de resortes. 11  3/9/2024 , ¿Preguntas? Muchas gracias 12