El aluminio es el metal más abundante del mundo y el tercer elemento más común, constituyendo el 8% de la corteza terrestre. Su versatilidad lo convierte en el metal más utilizado después del acero.

Producción de aluminio

El aluminio se obtiene del mineral bauxita. La bauxita se transforma en óxido de aluminio (alúmina) mediante el proceso Bayer. Posteriormente, la alúmina se convierte en aluminio metálico utilizando celdas electrolíticas y el proceso Hall-Héroult.

Demanda anual de aluminio

La demanda mundial de aluminio ronda los 29 millones de toneladas anuales. Aproximadamente 22 millones de toneladas corresponden a aluminio nuevo y 7 millones a chatarra de aluminio reciclado. El uso de aluminio reciclado resulta ventajoso tanto desde el punto de vista económico como medioambiental. Se necesitan 14 000 kWh para producir una tonelada de aluminio nuevo. En cambio, solo se requiere el 5 % de esta energía para refundir y reciclar una tonelada de aluminio. No existe diferencia de calidad entre las aleaciones de aluminio virgen y reciclado.

Aplicaciones del aluminio

PuroaluminioEs blando, dúctil, resistente a la corrosión y posee una alta conductividad eléctrica. Se utiliza ampliamente en cables de lámina y conductores, pero es necesario alearlo con otros elementos para lograr la mayor resistencia requerida en otras aplicaciones. El aluminio es uno de los metales de ingeniería más ligeros, con una relación resistencia-peso superior a la del acero.

Gracias a la combinación de sus ventajosas propiedades, como resistencia, ligereza, resistencia a la corrosión, reciclabilidad y maleabilidad, el aluminio se emplea en un número cada vez mayor de aplicaciones. Esta gama de productos abarca desde materiales estructurales hasta láminas delgadas para embalaje.

Designaciones de aleación

El aluminio se alea comúnmente con cobre, zinc, magnesio, silicio, manganeso y litio. También se añaden pequeñas cantidades de cromo, titanio, circonio, plomo, bismuto y níquel, y el hierro siempre está presente en pequeñas cantidades.

Existen más de 300 aleaciones forjadas, de las cuales 50 son de uso común. Suelen identificarse mediante un sistema de cuatro dígitos originario de Estados Unidos y de aceptación universal. La Tabla 1 describe este sistema para las aleaciones forjadas. Las aleaciones fundidas tienen designaciones similares y utilizan un sistema de cinco dígitos.

Tabla 1.Designaciones para aleaciones de aluminio forjado.

Para las aleaciones de aluminio forjado sin alear designadas como 1XXX, los dos últimos dígitos representan la pureza del metal. Equivalen a los dos últimos dígitos después del punto decimal cuando la pureza del aluminio se expresa con una precisión de 0,01 por ciento. El segundo dígito indica modificaciones en los límites de impurezas. Si el segundo dígito es cero, indica aluminio sin alear con límites de impurezas naturales; los dígitos del 1 al 9 indican impurezas o elementos de aleación específicos.

Para los grupos 2XXX a 8XXX, los dos últimos dígitos identifican las diferentes aleaciones de aluminio del grupo. El segundo dígito indica las modificaciones de la aleación. Un segundo dígito igual a cero indica la aleación original, y los números enteros del 1 al 9 indican modificaciones consecutivas de la aleación.

Propiedades físicas del aluminio

Densidad del aluminio

El aluminio tiene una densidad que ronda un tercio de la del acero o el cobre, lo que lo convierte en uno de los metales más ligeros disponibles comercialmente. Su elevada relación resistencia-peso lo convierte en un material estructural importante, permitiendo aumentar la capacidad de carga y ahorrar combustible, especialmente en el sector del transporte.

Resistencia del aluminio

El aluminio puro no tiene una alta resistencia a la tracción. Sin embargo, la adición de elementos de aleación como manganeso, silicio, cobre y magnesio puede aumentar las propiedades de resistencia del aluminio y producir una aleación con propiedades adaptadas a aplicaciones específicas.

AluminioEs muy adecuado para ambientes fríos. Tiene la ventaja sobre el acero de que su resistencia a la tracción aumenta al disminuir la temperatura, manteniendo su tenacidad. El acero, en cambio, se vuelve quebradizo a bajas temperaturas.

Resistencia a la corrosión del aluminio

Al exponerse al aire, se forma casi instantáneamente una capa de óxido de aluminio sobre la superficie del aluminio. Esta capa presenta una excelente resistencia a la corrosión. Es bastante resistente a la mayoría de los ácidos, pero menos resistente a los álcalis.

Conductividad térmica del aluminio

La conductividad térmica del aluminio es aproximadamente tres veces mayor que la del acero. Esto convierte al aluminio en un material importante para aplicaciones de refrigeración y calefacción, como los intercambiadores de calor. Además, al ser no tóxico, esta propiedad hace que el aluminio se utilice ampliamente en utensilios de cocina y menaje.

Conductividad eléctrica del aluminio

Al igual que el cobre, el aluminio posee una conductividad eléctrica lo suficientemente alta como para ser utilizado como conductor eléctrico. Si bien la conductividad de la aleación conductora comúnmente utilizada (1350) es solo alrededor del 62 % de la del cobre recocido, su peso es solo un tercio del del cobre, por lo que puede conducir el doble de electricidad en comparación con una pieza de cobre del mismo peso.

Reflectividad del aluminio

Desde el ultravioleta hasta el infrarrojo, el aluminio es un excelente reflector de energía radiante. Su reflectividad de luz visible de alrededor del 80% hace que se utilice ampliamente en luminarias. Las mismas propiedades de reflectividad hacen quealuminioIdeal como material aislante para proteger de los rayos del sol en verano, a la vez que aísla de la pérdida de calor en invierno.

Tabla 2.Propiedades del aluminio.

Propiedades mecánicas del aluminio

El aluminio puede deformarse considerablemente sin romperse. Esto permite conformarlo mediante laminación, extrusión, trefilado, mecanizado y otros procesos mecánicos. También puede fundirse con alta precisión.

La aleación, el trabajo en frío y el tratamiento térmico pueden utilizarse para adaptar las propiedades del aluminio.

La resistencia a la tracción del aluminio puro ronda los 90 MPa, pero puede incrementarse hasta superar los 690 MPa en algunas aleaciones tratables térmicamente.

Normas del aluminio

La antigua norma BS1470 ha sido sustituida por nueve normas EN. Las normas EN se detallan en la tabla 4.

Tabla 4.Normas EN para el aluminio

Las normas EN difieren de la antigua norma BS1470 en los siguientes aspectos:

• Composición química: sin cambios.
• Sistema de numeración de aleaciones: sin cambios.
• Las designaciones de temple para aleaciones tratables térmicamente ahora abarcan una gama más amplia de temples especiales. Se han introducido hasta cuatro dígitos después de la T para aplicaciones no estándar (por ejemplo, T6151).
• Designaciones de temple para aleaciones no tratables térmicamente: los temples existentes permanecen sin cambios, pero ahora se definen de forma más completa en cuanto a su creación. El temple blando (O) ahora es H111 y se ha introducido un temple intermedio, H112. Para la aleación 5251, los temples ahora se muestran como H32/H34/H36/H38 (equivalentes a H22/H24, etc.). H19/H22 y H24 ahora se muestran por separado.
• Propiedades mecánicas: se mantienen similares a las cifras anteriores. Ahora debe indicarse el límite elástico del 0,2 % en los certificados de ensayo.
• Las tolerancias se han endurecido en diversos grados.
  

  Tratamiento térmico del aluminio

  A las aleaciones de aluminio se les puede aplicar una variedad de tratamientos térmicos:

  • Homogeneización: eliminación de la segregación mediante calentamiento después del moldeo.
  • Recocido: se utiliza después del trabajo en frío para ablandar las aleaciones endurecibles por deformación (1XXX, 3XXX y 5XXX).
  • Endurecimiento por precipitación o envejecimiento (aleaciones 2XXX, 6XXX y 7XXX).
  • Tratamiento térmico de solución previo al envejecimiento de aleaciones endurecibles por precipitación.
  • Horneado para el curado de recubrimientos
  • Tras el tratamiento térmico, se añade un sufijo a los números de designación.
  • El sufijo F significa “tal como fue fabricado”.
  • O significa “productos forjados recocidos”.
  • La T significa que ha sido “tratado térmicamente”.
  • La letra W indica que el material ha sido sometido a un tratamiento térmico de solución.
  • La letra H se refiere a aleaciones no tratables térmicamente que se "trabajan en frío" o "endurecen por deformación".
  • Las aleaciones no tratables térmicamente son las de los grupos 3XXX, 4XXX y 5XXX.