Aluminio: Propiedades, Producción y Endurecimiento

Propiedades del Aluminio

Ventajas:

  • Baja densidad (≈ 1/3 del acero)
  • Alta conductividad térmica (x3 del acero)
  • Alta conductividad eléctrica (1/2 del cobre)
  • Alto coeficiente de expansión (x2 del acero)
  • Alto coeficiente de reflexión
  • Bajo punto de fusión (660ºC)
  • Alta fluidez
  • Buena resiliencia
  • Alto calor específico
  • Muy anódico (autopasivado/anodizado)
  • Elemento más abundante en la tierra
  • Fácil de deformar y fabricar

Desventajas:

  • Alta energía requerida para la extracción
  • Baja resistencia a alta temperatura
  • No presenta transformación de fase explotable

Propiedades Adicionales

  • Óxido: Alúmina (2035ºC punto de fusión)
  • Cristaliza FCC (no temple)
  • Módulo elástico: 71 GPa (vs 211 GPa del acero)
  • Solvente de H2 en estado líquido, no sólido
  • Se alea sustitucional e intersticialmente
  • Forma eutécticos, peritécticos y eutectoides
  • Algunas aleaciones pueden envejecer por tiempo y temperatura

Producción de Aluminio

Producción mundial (miles de toneladas):

  • Norteamérica: 25597
  • Europa Oeste: 20224
  • Europa Central y Este: 22078
  • China: 80260 (60-70% del mundo)

Distribución del consumo:

  • Importado: 46%
  • Reciclado: 33% (2ª fusión de ferroaleación)
  • Producido en planta: 21%

Producción de aluminio forjado en Europa:

  • 2007: 8.8 millones de toneladas
  • 2010: 7.9 millones de toneladas

Endurecimiento del Aluminio

Existen diferentes métodos para endurecer el aluminio:

1. Adición de Elementos de Aleación

Elementos que forman disoluciones sólidas de tipo sustitucional y provocan un endurecimiento. Efecto débil.

2. Bonificado

Elementos insolubles en Al que precipitan como partículas de elementos intermetálicos. Gran endurecimiento.

3. Deformación en Frío

Deformación plástica por laminado o forja, incrementando la densidad de dislocaciones. Efecto débil.

4. Afino de Grano

Añadiendo elementos que nuclean, haciendo forjado y añadiendo metales como Ti, B o Zr.

Los tratamientos térmicos como el bonificado son los que más mejoran las propiedades, ya que la relación resistencia/densidad es altísima. Los demás métodos cambian las propiedades débilmente.

Elementos de Aleación

Elemento típico para mejorar las propiedades mecánicas: Mg (crea más distorsión y aumenta la solubilidad).

Endurecimiento por Deformación

El endurecimiento por deformación (en frío o contra acritud) incrementa la densidad de dislocaciones del material. A medida que el material se satura con nuevas dislocaciones, se crea una resistencia a la deformación, manifestándose como una resistencia a la deformación plástica.

Endurecimiento por Maduración

Las aleaciones de aluminio se dividen en las que se pueden madurar (Cu, Mg, Li) y las que no (Mn, Si, Fe).

Requisitos para la maduración:

  • El elemento de aleación no puede presentar alotropía.
  • Debe haber cierto nivel de solubilidad del elemento en Al a temperatura ambiente.

Etapas del endurecimiento por maduración:

1. Disolución

Alcanzar altas temperaturas para disolver el elemento de aleación. Mantener el Al durante 15-20 min a la temperatura de máxima solubilidad (Te).

2. Temple

Enfriamiento rápido (hielo-agua) para crear una solución sólida supersaturada (SSSS). Impide la precipitación de compuestos intermetálicos.

3. Maduración

Descomposición controlada de la SSSS, formando una fina dispersión de partículas. Los primeros precipitados son metaestables y nuclean coherentemente con la estructura de Al. Existen dos tipos de maduración: Natural (temperatura ambiente) y Artificial (temperatura elevada).