Las Aleaciones De Aluminio

Son aleaciones cuyo componente principal es el aluminio. Y contiene otros elementos aleantes con fin de mejorar las propiedades mecánicas de los materiales mas de lo que podría tener cada uno por si solo.

Las aleaciones de aluminio son los materiales más usados en el grupo de los materiales no-ferrosos. Y tiene gran aplicación sobre todo en las estructuras móviles.

Estas aleaciones frente a los aceros tienen algunas ventajas muy notadas. Por ejemplo, el aluminio resulta tener una densidad muy baja en comparación con los aceros. Además, es capaz de absorber energía de choque lo que es útil en materiales que requieran cubrir esta propiedad.

Otra de las ventajas de las aleaciones de aluminio es su conductividad térmica. Esta propiedad tiene un uso muy marcado en radiadores e intercambiadores de calor. También por las propiedades conductoras eléctricas del aluminio.

La variedad de aleaciones de aluminio es considerablemente grande. Se pueden encontrar más de 400 aleaciones de aluminio forjado, mientras que para el caso de aleaciones de aluminio fundido hay más de 200. Sin embargo, puede haber más aleaciones, pero todas estas aleaciones mencionadas han sido registradas en la Asociación del Aluminio.

Tipos De Aleaciones De Aluminio

Primero que nada, las aleaciones de aluminio son aquellos materiales que se encuentra formado principalmente por aluminio, y también hay presencia de otros elementos. Estos elementos aleantes se agregan con el fin de mejorar la resistencia y otras propiedades, obteniendo materiales mejorados.

Las aleaciones de aluminio se encuentran dividas básicamente en dos grupos. Los cuales son las aleaciones de Al forjadas y las aleaciones de Al fundidas. Donde a su vez tienen una nomenclatura que va a depender del grado de aluminio presente en la aleación.

Aun así, también se puede seguir clasificando estas aleaciones de aluminio prestando atención al comportamiento de las aleaciones frente a los tratamientos térmicos.

Aleaciones de Aluminio Fundido

La producción de estas aleaciones consiste en extraer el aluminio de los minerales de bauxita a través del proceso Bayer.

Después de que se obtienen las palanquillas de aluminio. El aluminio pasa a fundirse, donde junto a otros elementos aleantes se producen las aleaciones de Aluminio fundido.

La designación de los nombres de este tipo de aleaciones de Al se basa en cuatro un número decimal de cuatro dígitos (xxx.X). Donde el ultimo digito es la parte decimal. Y se entiende de la siguiente manera.

El primer dígito (Xxx.x) se refiere al elemento de aleación más importante o principal.

Los dígitos dos y tres (xXX.x) son números arbitrarios de identificación dentro de la serie de determina aleación.

El último dígito o la parte decimal indicara si la aleación es una fundición o un lingote.

Además, cuando haya una letra mayúscula delante del dígito o un prefijo en mayúscula. Significa que la aleación ha tenido una modificación.

Ejemplos De Aleaciones De Aluminio Fundido

La aleación A556.0. El prefijo Axxx.x nos indica que ha pasado por determinada modificación. El primer dígito (5) A5xx.x indica que la aleación principal es el magnesio. Los siguientes dos dígitos sirven para identificar a la aleación dentro de la serie 5000. Finalmente, el número 0 de la parte decimal se refiere a que es una fundición de forma final.

Aleaciones de Aluminio Forjadas

Para la producción de este tipo de aleaciones. Primero se toman los lingotes de aluminio para que sean fundidos con otros elementos. Este material termina enrollándose, extrayéndose o forjándose.

La designación de estas aleaciones consiste en cuatro dígitos XXXX que consisten en:

El primer dígito (Xxxx) se refiere al elemento de aleación más importante o principal.

Segundo dígito (xXxx), representa el número de modificaciones que se le ha hecho a la aleación original.

El tercer y cuarto dígito (xxXX) son dígitos arbitrarios para la identificación de una aleación especifica.

Ejemplos De Aleaciones De Aluminio Forjadas

La aleación 3167 de aluminio indica que la aleación principal es el cobre (2). El segundo dígito (1) indica que ha recibido un tratamiento o su primera modificación. Es decir que la aleación original fue el 3067. Además, el 67 es el número que lo identifica de la serie 2000 o 2xxx.

Algo importante a tener en cuenta es que dentro de las aleaciones de aluminio forjadas hay una excepción. Se trata de la serie 1000 o 1xxx, que se trata simplemente de aluminio puro. Donde los dígitos tres y cuatro indican la pureza por arriba del 99%.

Ejemplo para la serie 1000

La aleación 1150 consiste en aluminio puro (1xxx), tratamiento (x1xx) y dos ultimo dígitos (xx50) 99.50% de aluminio.

Clasificación de las Aleaciones de Aluminio Frente al Comportamiento de Tratamiento Térmicos

Después de ver las dos categorías principales de las aleaciones de aluminio veremos que podemos encontrar diferencias dentro de las mismas.

Aleaciones Tratables al Calor

Dentro de las categorías principales de las aleaciones de aluminio podemos encontrar a ciertas series de estas aleaciones cuyas propiedades mecánicas se pueden mejorar al ser sometidas a tratamientos de calor. Sobre todo, su resistencia.

Dentro de las series de aleaciones de Al forjados que pueden ser tratados térmicamente están las series 2xxx, 6xxx, 7xxx y también algunos miembros de la serie 4xxx.

En caso de las aleaciones de aluminio fundidas, encontramos a las series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x y 7xx.x.

Aleaciones No Tratables al Calor

A este grupo de pertenecen las aleaciones de aluminio que pueden ser tratadas sin calor. Que básicamente consiste en endurecimiento por deformación que a su vez consiste en mejorar la resistencia de las aleaciones por medio del trabajo en frío.

Con respecto a las aleaciones de Aluminio forjado encontramos a las series 1xxx, 3xxx, 5xxx y algunos miembros de la serie 4xxx.

En este grupo no encontramos aleaciones de aluminio fundidas. Ya que este método no se puede aplicar a las fundiciones en general.

Las Aleaciones de Aluminio Mas Importantes

Estos son algunas de las aleaciones con más uso o más comunes y en algunos casos más importantes.

1. AA-8000 se usa en cableados.
2. Al-Li aleación de aluminio con litio
3. Alnico aleación que contiene aluminio níquel y cobre.
4. Duraluminio una de las aleaciones más importantes compuesta por aluminio y cobre.
5. Magnalium, es una aleación que contiene cerca del 5% de magnesio.
6. Silumin aleación que contiene aluminio y silicio.
7. Titanal, otra aleación muy importante que contiene aluminio, cinc, cobre, circonio y magnesio.
8. Zamak contiene aluminio, cinc, magnesio y cobre.

Estructura De Los Sólidos Cristalinos

Los sólidos cristalinos o cristales son aquellos cuerpos en los que sus átomos presentan un ordenamiento regular y periódico y que además se repite a lo largo de sus tres dimensiones espaciales. Es decir, los átomos están unidos a lado de sus átomos vecinos creando un patrón tridimensional repetitivo.

A la estructura de estos sólidos cristalinos, también se le conoce como “red cristalina”. Al ser un ordenamiento tridimensional repetitivo entonces se le puede representar mediante estructuras más pequeñas que a su vez sean idénticas. Las mismas que al ser unidas, van a construir la estructura cristalina del cristal. A esa pequeña unidad repetitiva se le llama “celda unitaria”.

Esta forma de estructura cristalina está presente en muchos sólidos. Además, la estructura cristalina es una característica de los materiales metálicos y otros materiales sólidos como los cerámicos y otros tantos polímeros.

Celdas Unitarias En Los Sólidos Cristalinos

Las celdas unitarias son las pequeñas unidades estructurales de las estructuras cristalinas. Es decir, es un pequeño grupo de átomos que se encuentran dispuestos bajo un patrón tridimensional el cual se ira repitiendo en toda la estructura de los sólidos cristalinos.

Una manera fácil poder comprender que son las celdas unitarias, es dividir toda la estructura cristalina de los sólidos hasta encontrar al pequeño grupo de átomos que han formado toda la estructura cristalina.

Estas pequeñas celdas unitarias que se irán repitiendo a lo largo de toda la estructura cristalina de los sólidos, suelen tener estructura geométrica de cubos, prismas y paralelepípedos en la mayoría de los casos. Y los átomos se encuentran dispuestos tanto en las esquinas y los centros de las caras de la celda unitaria y también en los centros de la misma celda unitaria, a lo largo de toda la estructura de los sólidos cristalinos.

Entonces una celda unitaria vendría a ser la unidad estructural con la que se va a edificar una estructura cristalina siguiendo los patrones y distribución geométrica de la celda unitaria.

Por otro lado, la estructura cristalina sería el apilamiento o agrupamiento de muchas celdas unitarias.

Tipos De Celdas Unitarias En Las Estructura De Los Sólidos Cristalinos

También se debe de saber que solo existen pocos sistemas de cristal, y todos los cristales o sólidos que tienen estructura cristalina poseen celdas unitarias que caen en alguno de estos sistemas cristalinos. Estos sistemas cristalinos son los siguientes:

1. Triclínico
2. Monoclínico
3. Ortorrómbico
4. Tetragonal
5. Trigonal
6. Hexagonal
7. Cúbico

Sistemas Cristalinos Y Redes de Bravais

Dentro de las redes de Bravais se pueden encontrar un total de 14 tipos de celdas unitarias. Las cuales a su vez son un subgrupo de 7 tipos de sistemas cristalinos.

Como ya vimos, de los 7 tipos de sistemas cristalinos, 14 tipos de celdas unitarias que básicamente cualquier solido cristalino va a tener.

De ese total de 14 tipos de celdas unitarias, los tipos de celdas unitarias más comunes que presentan los cristales son:

1. Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC).
2. Estructura cristalina cúbico centrado en las caras (FCC)
3. Y las de estructura cristalina hexagonal compacta (HCP)

Estructura Cristalina Cúbico Centrado en las Caras

Este tipo estructura cristalina se presenta en una gran cantidad de metales como el cobre, aluminio, la playa, oro y otros. Generalmente solo se le llama estructura FCC, por su nombre en inglés Face Centered Cubic.

Los átomos dentro de estas celdas unitarias se encuentran ubicadas en las esquinas y en las caras de la celda. Donde los átomos de las esquinas son compartidos por 8 celdas unitarias, y los átomos de las caras son compartidas por 2 celdas unitarias.

Estructura Cristalina Cúbico Centrado en el Cuerpo

Otro caso de estructura cristalina que se presenta en la mayoría de los sólidos metálicos cristalinos. Se le suele conocer directamente como estructura BCC por su nombre en inglés Body Center Cubic.

Este tipo de celdas unitarias consta de átomos que se ubican en las esquinas de las celdas unitarias como en el centro de la celda. Donde solo los átomos de las celdas unitarias son compartidos con otras 8 celdas unitarias, mientras que un átomo permanece entero en el centro de la celda unitaria.

Estructura Cristalina Hexagonal Compacto

Este tipo de estructura cristalina es otro de las pocas estructuras cristalinas comunes entre los sólidos metálicos cristalinos. Su nombre en inglés es Hexagonal Close Packed (HCP).

Este tipo de celda unitaria consta de átomos que se encuentran dispuestos en las esquinas del prisma hexagonal, también hay átomos que se encuentran en las bases inferior y superior. Además, en la parte media del prisma también se encuentran 3 átomos que se encuentran distribuidos de manera alterna.

Esta imagen representaría la distribución de los átomos en una celda unitaria de tipo hexagonal compacta.

En la actualidad el aluminio es el metal cuya producción es la mayor después del acero. Sin embargo, dentro de los metales no-ferrosos, el tamaño de producción del aluminio es más grande que todos los otros metales no-ferrosos juntos.

Aluminio

El aluminio (Al) es un elemento metálico ubicado en la posición 13 (número atómico 13) de la tabla periódica. Tiene un comportamiento tanto reactivo como pasivo. Forma compuestos estables. Reacciona fácilmente con el oxígeno (Al2O3), lo que conduce a que no se encuentre en forma libre en la naturaleza.

1. El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre7.96%).
2. Se puede encontrar aluminio en las rocas, vegetales y en animales. Y en estado natural está presente en silicatos.
3. El aluminio es un elemento altamente reactivo, especialmente con el oxígeno.
4. La principal fuente de obtención del aluminio es la bauxita, que es una roca formado por otros minerales ricos en aluminio.
5. Para la obtención del aluminio, primero pasa por el proceso Bayer y luego por electrolisis.
6. El aluminio es un buen conductor de la electricidad, gracias a sus 3 electrones de valencia.

Aluminio Y Su Estructura Atómica

El numero atómico del aluminio es 13. Este elemento consta de 13 protones en el núcleo y se encuentra rodeado por 13 electrones en la nube electrónica.

La valencia del aluminio es de 3 de acuerdo a su distribución electrónica.

¿Qué es la Bauxita?

La bauxita es una roca que se encuentra formado por minerales de aluminio. Cuya composición no es especifica. Esta mezcla contiene óxidos de aluminio hidratados, hidróxido de aluminio, minerales arcillosos. También tiene cuarzo, hematita, magnetita, siderita, goethita. Y muchas veces contiene gibbsita(Al(OH)3), boehmita(AlO(OH)), diáspora(AlO(OH)).

Características Del Aluminio

Características Físicas

1. El aluminio es el elemento mas abundante en la naturaleza después del oxígeno y el silicio.
2. La densidad del aluminio es de 2.7 gr/cm3, esto indica que se trata de un metal ligero.
3. El aluminio posee un punto de fusión de 660° C (Celsius) o 933 K (Kelvin).
4. Posee color es blanco plateado algo azulado, un color grisáceo.
5. Posee una buena conductividad eléctrica.

Características Mecánicas Del Aluminio

1. Se trata de un material blando, su dureza en la escala de Mohs es de 2-3.
2. Es un material maleable.
3. Al estar en estado puro, el aluminio presenta un limite de resistencia a la tracción entre 160-200 N/mm2 (Mpa).
4. Es un material que tiene la facilidad para formar aleaciones.

Todas estas características del aluminio, lo hacen un material adecuado para ser aprovechado en la fabricación de cables eléctricos y para laminas delgadas, no obstante, no es adecuado como elemento de estructuras.

Sin embargo, se pueden conseguir mejoras en las características y propiedades del aluminio, cuando se crea aleaciones, lo que le permite ser ideal para otras operaciones.

Características Químicas Del Aluminio

El aluminio presenta un estado de oxidación de III debido a su capa de valencia. Esto hace que el aluminio sea reactivo principalmente con el oxígeno formando la alúmina Al2O3.

Esta propiedad reactiva del aluminio le permite cubrirse del oxido, que le puede servir como aislante de la corrosión. El óxido formado por el aluminio es muy estable.

El aluminio tiene la capacidad de disolverse en ácidos y bases.

Reacciona fácilmente con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.

Altamente reactivo con ácidos calientes.

También tiene alta reactividad con el agua caliente.

Forma gran variedad de compuestos, que se encuentran en la naturaleza. Como la roca bauxita, que está formada por otros minerales. Como vimos en la parte superior.

Tiene gran capacidad de aleación. Y sobre todo con el cobre, silicio y magnesio donde la aleación adquiere gran resistencia.

Aluminio Y Sus Propiedades

La Dureza del Aluminio

El aluminio es relativamente blando. En la escala de Mohs el aluminio tiene una dureza de 2.9. En Vickers (167Mpa) y en Brinell(245Mpa).

Aun así, la dureza del aluminio se puede ver aumentado al estar aleado con otros metales.

Resistencia a la Corrosión

Debido a la gran reactividad del aluminio con el oxígeno. Al exponer al medio al aluminio, se forma una capa de óxido de aluminio en la superficie. Lo que se vuelve una capa bastante resistente a la corrosión. Aun así, el aluminio puede sufrir corrosión y puede terminar afectando a sus propiedades.

Densidad del Aluminio

La densidad del aluminio es relativamente baja, 2,7 g/cm³. Lo que lo vuelve ligero y de gran importancia. Ya que, al ser un material ligero y de gran resistencia, es adecuado para determinadas operaciones.

Ductilidad Y Maleabilidad

Es un material bastante suave y no ofrece fricción en la superficie. Es capaz de formar varios productos, debido a su ductilidad y maleabilidad.

Punto De Fusión Y Ebullición

El aluminio presenta un punto de fusión de 660° C y su punto de fusión es de 2519°C.

Entalpia De Vaporización

Esta propiedad alcanza los 293,4 KJ/mol.

Estructura Cristalina Del Aluminio

La estructura cristalina determina el ordenamiento de los átomos del metal. El aluminio presenta una estructura cristalina cubica centrada en las caras.

Calor Especifico

Esta propiedad alcanza los 900 J/(K-Kg).

Conductividad Eléctrica Del Aluminio

El aluminio es uno de los materiales con mejor conductividad eléctrica. La conductividad del aluminio es de 3,6×107 S/m.

Conductividad Térmica Del Aluminio

El aluminio presenta una buena conductividad térmica que alcanza los 237 W/(K- m).

Modulo Elástico

Su capacidad de elasticidad del aluminio es relativamente buena. Alcanza los 70 GPa.

Tipos de Aluminio

Debido a los diferentes requerimientos de la industria y a la versatilidad del aluminio. Se han producido diferentes tipos de aluminio y a la vez sus propiedades varían.

Esto también porque el aluminio es capaz de formar compuestos estables y también es capaz de ser aleado. Es decir, que puede formar aleaciones junto a otros metales, lo que podría hacer que el aluminio y sus propiedades se vean mejoradas o en consecuencia se consiga una aleación mucho mejor.

Entonces existen diferentes tipos de aluminio dependiendo del uso que se le vaya a dar.

Los tipos de aluminio se clasifican en diferentes grados de aluminio. Estos diferentes grados de aluminio se denotan por el primer dígito de sus nombres. Los siguientes dígitos de sus nombres indican información adicional. Como aleantes, procesos de endurecimiento, etc.

A su vez los tipos de aluminio se pueden separar en dos categorías.

Aleaciones de fundición, que contienen más del 22% de aluminio en la composición de la aleación.

Aleaciones forjadas, que contienen una cantidad menor o igual a 4% de aluminio.

Estos tipos de aluminio, van a tener diferentes propiedades. Lo que hace al aluminio muy versátil.

Aleaciones De Fundición De Aluminio

Esta serie de aluminios se nombra con cuatro dígitos. Donde el cuarto dígito es decimal 4XX.X. La aleación con silicio es la más utilizada, debido a que se puede colar con facilidad.

Aleaciones Forjadas De Aluminio

Las aleaciones forjadas de aluminio se nombran al igual que las fundiciones de aluminio. Pero el nombre de las aleaciones forjadas no tiene decimales. De esa manera se puede diferenciar el tipo de aluminio.

Estos tipos de aluminio tienden a tener sus propiedades mejoradas. Por lo que son más versátiles que las fundiciones de aluminio.

Usos Y Aplicaciones Del Aluminio Y Sus Propiedades

En el sector industrial el aluminio es de gran importancia, ya que brinda una buena calidad y es versátil en usos. En la actualidad el aluminio es viene compitiendo con el hierro/ acero.

El aluminio tiene muchas aplicaciones, este metal puede ser usado en estado puro, en forma de aleaciones y también en materiales compuestos.

Usos Del Aluminio En Estado Puro

Se aprovecha sus propiedades opticas para obtener espejos tanto domesticos como industriales.

El uso mas popular en estado puro del aluminio es como papel aluminio, que se caracteriza por ser ligero, delgado y maleable, lo que lo hace de fácil manipulación para cubrir alimentos.

Es muy usado en latas. Las mismas que posteriormente pueden ser recicladas.

Se aprovechan sus propiedades eléctricas, al ser el aluminio es un buen conductor eléctrico, es capaz de competir con el cobre. Su principal ventaja esta en lo ligero que resulta ser el aluminio.

Es usado en la industria aeronáutica.

Usos Del Aluminio Como Aleación

Aprovechan su capacidad de formar aleaciones para poder obtener nuevas o mejores propiedades, los cuales dan paso a materiales adecuados para diferentes áreas.

Existen aleaciones de aluminio que se usan en estructuras de arquitectura y de transporte.

Se usa para la fabricación de enseres domésticos como utensilios de cocina y herramientas.

Es usado en la soldadura aluminotérmica.

Gracias a su reactividad es usado como explosivo y también es usado como combustible químico.

Es usado en la aeronáutica por ser liviano y por tener buena resistencia gracias al oxigeno que lo compone.

Usos Del Aluminio En Materiales Compuestos

La alúmina es un ejemplo de material compuesto, este es el oxido de aluminio. Este material se obtiene de la bauxita y se usa en forma cristalina y en forma amorfa.

Debido a su alta reactividad lo haluros, sulfatos, hidruros de aluminio y su forma hidróxido, el aluminio será utilizado en diversos procesos industriales.

También hay compuestos de aluminio que son utilizados como explosivos.