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

Producción de Aluminio

El aluminio se deriva del mineral bauxita. La bauxita se convierte en óxido de aluminio (alúmina) mediante el Proceso Bayer. Luego, la alúmina se convierte en aluminio metálico mediante celdas electrolíticas y el proceso Hall-Heroult.

Demanda Anual de Aluminio

La demanda mundial de aluminio ronda los 29 millones de toneladas al año. Alrededor de 22 millones de toneladas son aluminio nuevo y 7 millones de toneladas son chatarra de aluminio reciclado. El uso de aluminio reciclado es rentable desde el punto de vista económico y medioambiental. Se necesitan 14.000 kWh para producir 1 tonelada de aluminio nuevo. Por el contrario, sólo se necesita el 5% de esta cantidad 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 tiene una alta conductividad eléctrica. Se utiliza ampliamente para cables conductores y de aluminio, pero es necesario alearlo con otros elementos para proporcionar las mayores resistencias necesarias para otras aplicaciones. El aluminio es uno de los metales de ingeniería más livianos y tiene una relación resistencia-peso superior al acero.

Al utilizar diversas combinaciones de sus propiedades ventajosas, como resistencia, ligereza, resistencia a la corrosión, reciclabilidad y conformabilidad, el aluminio se emplea en un número cada vez mayor de aplicaciones. Esta gama de productos abarca desde materiales estructurales hasta finas láminas para embalaje.

Designaciones de aleaciones

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

Hay más de 300 aleaciones forjadas y 50 de ellas son de uso común. Normalmente se identifican mediante un sistema de cuatro cifras que se originó en Estados Unidos y ahora es universalmente aceptado. La Tabla 1 describe el sistema para 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 1XXX, los dos últimos dígitos representan la pureza del metal. Son el equivalente a los dos últimos dígitos después del punto decimal cuando la pureza del aluminio se expresa al 0,01 por ciento más cercano. El segundo dígito indica modificaciones en los límites de impurezas. Si el segundo dígito es cero, indica aluminio sin alear que tiene límites de impurezas naturales y del 1 al 9 indica impurezas individuales o elementos de aleación.

Para los grupos 2XXX a 8XXX, los dos últimos dígitos identifican diferentes aleaciones de aluminio en el grupo. El segundo dígito indica modificaciones de aleación. Un segundo dígito de 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 de alrededor de un tercio de la del acero o el cobre, lo que lo convierte en uno de los metales más ligeros disponibles comercialmente. La alta relación resistencia-peso resultante lo convierte en un material estructural importante que permite aumentar la carga útil o ahorrar combustible, en particular para las industrias 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 particulares.

AluminioSe adapta bien a ambientes fríos. Tiene la ventaja sobre el acero de que su resistencia a la tracción aumenta al disminuir la temperatura mientras conserva su tenacidad. Por el contrario, el acero se vuelve quebradizo a bajas temperaturas.

Resistencia a la corrosión del aluminio

Cuando se expone al aire, se forma casi instantáneamente una capa de óxido de aluminio en la superficie del aluminio. Esta capa tiene 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 hace que el aluminio sea un material importante tanto para aplicaciones de refrigeración como de calefacción, como los intercambiadores de calor. Combinada con su no toxicidad, esta propiedad significa que el aluminio se utiliza ampliamente en utensilios de cocina y utensilios de cocina.

Conductividad eléctrica del aluminio

Junto con el cobre, el aluminio tiene una conductividad eléctrica lo suficientemente alta como para usarse como conductor eléctrico. Aunque la conductividad de la aleación conductora comúnmente utilizada (1350) es sólo alrededor del 62 % de la del cobre recocido, pesa sólo un tercio y, por lo tanto, puede conducir el doble de electricidad en comparación con el cobre del mismo peso.

Reflectividad del aluminio

Desde los rayos UV hasta los infrarrojos, el aluminio es un excelente reflector de la energía radiante. Una reflectividad de la luz visible de alrededor del 80% significa que se usa ampliamente en artefactos de iluminación. Las mismas propiedades de la reflectividad hacenaluminioideal como material aislante para proteger de los rayos solares en verano, a la vez que aisla de la pérdida de calor en invierno.

Tabla 2.Propiedades del aluminio.

Propiedades mecánicas del aluminio

El aluminio puede deformarse severamente sin fallar. Esto permite que el aluminio se forme mediante laminación, extrusión, trefilado, mecanizado y otros procesos mecánicos. También se puede fundir con una alta tolerancia.

Se pueden utilizar aleaciones, trabajo en frío y tratamiento térmico para adaptar las propiedades del aluminio.

La resistencia a la tracción del aluminio puro es de alrededor de 90 MPa, pero puede aumentar a más de 690 MPa para algunas aleaciones tratables térmicamente.

Estándares de aluminio

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

Tabla 4.Normas EN para aluminio.

Las normas EN se diferencian de la antigua norma, BS1470, en las siguientes áreas:

• Composiciones químicas: sin cambios.
• Sistema de numeración de aleaciones: sin cambios.
• Las designaciones de temple para aleaciones tratables térmicamente ahora cubren 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 no cambian, pero ahora se definen de manera más integral en términos de cómo se crean. El templado suave (O) ahora es H111 y se ha introducido un templado intermedio H112. Para la aleación 5251, los templados ahora se muestran como H32/H34/H36/H38 (equivalente a H22/H24, etc.). H19/H22 y H24 ahora se muestran por separado.
• Propiedades mecánicas: siguen siendo similares a las cifras anteriores. Ahora se debe indicar una tensión de prueba del 0,2% en los certificados de prueba.
• Las tolerancias se han endurecido en diversos grados.
  

  Tratamiento térmico del aluminio

  Se pueden aplicar diversos tratamientos térmicos a las aleaciones de aluminio:

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