El aluminio es el metal más abundante del mundo y es el tercer elemento más común que 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 de la bauxita mineral. La bauxita se convierte en óxido de aluminio (alúmina) a través del proceso Bayer. La alúmina se convierte en metal de aluminio utilizando células electrolíticas y el proceso de Hall-Heroult.
Demanda anual de aluminio
La demanda mundial de aluminio es de alrededor de 29 millones de toneladas por año. Alrededor de 22 millones de toneladas son de aluminio nuevo y 7 millones de toneladas son chatarra de aluminio reciclada. El uso de aluminio reciclado es convincente económica y ambientalmente. Se necesitan 14,000 kWh para producir 1 tonelada de nuevo aluminio. Por el contrario, solo se necesitan el 5% de esto para volver a alquilar y reciclar una tonelada de aluminio. No hay diferencia en la calidad entre las aleaciones de aluminio virgen y reciclado.
Aplicaciones de aluminio
Puroaluminioes suave, dúctil, resistente a la corrosión y tiene una alta conductividad eléctrica. Se usa ampliamente para los cables de lámina y conductores, pero la aleación con otros elementos es necesario para proporcionar las fuerzas más altas necesarias para otras aplicaciones. El aluminio es uno de los metales de ingeniería más livianos, que tiene una relación de resistencia a peso superior al acero.
Al utilizar varias combinaciones de sus propiedades ventajosas, como resistencia, ligereza, resistencia a la corrosión, reciclabilidad y formabilidad, se está empleando aluminio en un número cada vez mayor de aplicaciones. Esta variedad de productos abarca desde materiales estructurales hasta láminas de empaque delgadas.
Designaciones de aleación
El aluminio se aleja 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 invariablemente presente en pequeñas cantidades.
Hay más de 300 aleaciones forjadas con 50 en uso común. Normalmente se identifican por un sistema de cuatro figuras que se originó en los Estados Unidos y ahora se acepta universalmente. La Tabla 1 describe el sistema para las aleaciones forjadas. Las aleaciones de fundición tienen designaciones similares y usan un sistema de cinco dígitos.
Tabla 1.Designaciones para aleaciones de aluminio forjado.
| Elemento de aleación | Forjado |
|---|---|
| Ninguno (99%+ aluminio) | 1xxx |
| Cobre | 2xxx |
| Manganeso | 3xxx |
| Silicio | 4xxx |
| Magnesio | 5xxx |
| Magnesio + silicio | 6xxx |
| Zinc | 7xxx |
| Litio | 8xxx |
Para las aleaciones de aluminio forjadas no quiradas designadas 1XXX, los últimos dos dígitos representan la pureza del metal. Son el equivalente a los últimos dos dígitos después del punto decimal cuando la pureza de aluminio se expresa al 0.01 por ciento más cercano. El segundo dígito indica modificaciones en los límites de impureza. Si el segundo dígito es cero, indica aluminio no encendido que tiene límites de impureza natural y 1 a 9, indique impurezas individuales o elementos de aleación.
Para los grupos 2xxx a 8xxx, los últimos dos 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 enteros 1 a 9 indican modificaciones de aleación consecutivas.
Propiedades físicas del aluminio
Densidad de aluminio
El aluminio tiene una densidad de alrededor de un tercio que el de acero o cobre, lo que lo convierte en uno de los metales más ligeros disponibles comercialmente. La alta relación resistencia a peso resultante lo convierte en un importante material estructural que permite un aumento de las cargas útiles o el ahorro de combustible para las industrias de transporte en particular.
Resistencia al 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.
Aluminioes adecuado para entornos fríos. Tiene la ventaja sobre el acero en que su resistencia a la tracción aumenta al disminuir la temperatura mientras se conserva su resistencia. El acero, por otro lado, se vuelve frágil a bajas temperaturas.
Resistencia a la corrosión del aluminio
Cuando se expone al aire, una capa de óxido de aluminio se forma casi instantáneamente en la superficie del aluminio. Esta capa tiene una excelente resistencia a la corrosión. Es bastante resistente a la mayoría de los ácidos, pero es menos resistente al 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 para aplicaciones de enfriamiento y calefacción, como exhibidores de calor. Combinado con que no sea tóxico, esta propiedad significa que el aluminio se usa 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 usar como conductor eléctrico. Aunque la conductividad de la aleación conductora de uso común (1350) es solo alrededor del 62% de cobre recocido, es solo un tercio del peso y, por lo tanto, puede conducir el doble de electricidad en comparación con el cobre del mismo peso.
Reflectividad del aluminio
De UV a infrarrojo, el aluminio es un excelente reflector de energía radiante. La reflectividad de luz visible de alrededor del 80% significa que se usa ampliamente en lámparas. Las mismas propiedades de la reflectividad hacenaluminioIdeal como material aislante para proteger contra los rayos del sol en verano, mientras aislan contra la pérdida de calor en invierno.
Tabla 2.Propiedades para aluminio.
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Número atómico | 13 |
| Peso atómico (g/mol) | 26.98 |
| Valencia | 3 |
| Estructura cristalina | FCC |
| Punto de fusión (° C) | 660.2 |
| Punto de ebullición (° C) | 2480 |
| Calor específico medio (0-100 ° C) (Cal/g. ° C) | 0.219 |
| Conductividad térmica (0-100 ° C) (cal/cms. ° C) | 0.57 |
| Coeficiente de expansión lineal (0-100 ° C) (X10-6/° C) | 23.5 |
| Resistividad eléctrica a 20 ° C (Ω.CM) | 2.69 |
| Densidad (g/cm3) | 2.6898 |
| Módulo de elasticidad (GPA) | 68.3 |
| Poissons Ratio | 0.34 |
Propiedades mecánicas del aluminio
El aluminio puede deformarse severamente sin falla. Esto permite que el aluminio se forme rodando, extruyendo, dibujando, mecanizado y otros procesos mecánicos. También se puede lanzar a una alta tolerancia.
La aleación, el trabajo en frío y el tratamiento térmico se pueden utilizar para adaptar las propiedades del aluminio.
La resistencia a la tracción del aluminio puro es de alrededor de 90 MPa, pero esto se puede aumentar a más de 690 MPa para algunas aleaciones tratables con calor.
Normas de aluminio
El antiguo estándar BS1470 ha sido reemplazado por nueve estándares EN. Los estándares EN se dan en la Tabla 4.
Tabla 4.EN Estándares para aluminio
| Estándar | Alcance |
|---|---|
| EN485-1 | Condiciones técnicas para la inspección y entrega |
| En485-2 | Propiedades mecánicas |
| En485-3 | Tolerancias para material enrollado en caliente |
| En485-4 | Tolerancias para material enrollado en frío |
| EN515 | Designaciones de temperamento |
| EN573-1 | Sistema de designación de aleación de aleación numérica |
| EN573-2 | Sistema de designación de símbolos químicos |
| EN573-3 | Composiciones químicas |
| EN573-4 | Formularios de productos en diferentes aleaciones |
Los estándares EN difieren del antiguo estándar, BS1470 en las siguientes áreas:
- Composiciones químicas: sin cambios.
- Sistema de numeración de aleación: sin cambios.
- Las designaciones de temperamento para las aleaciones tratables con calor ahora cubren una gama más amplia de temperaturas especiales. Se han introducido hasta cuatro dígitos después de la T para aplicaciones no estándar (por ejemplo, T6151).
- Designaciones de temperamento para aleaciones no tratables con calor: los temperaturas existentes no cambian, pero los temperaturas ahora están definidos de manera más integral en términos de cómo se crean. El temperamento suave (O) ahora es H111 y se ha introducido un temperamento intermedio H112. Para la aleación 5251, los temperatura 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 figuras anteriores. El estrés de prueba de 0.2% ahora debe cotizarse en los certificados de prueba.
- Las tolerancias se han apretado a varios grados.
Tratamiento térmico del aluminio
Se puede aplicar una gama de tratamientos térmicos a aleaciones de aluminio:
- Homogeneización: la eliminación de la segregación por calentamiento después de la fundición.
- Recocido: utilizado después del trabajo en frío para suavizar las aleaciones de endurecimiento del trabajo (1xxx, 3xxx y 5xxx).
- Precipitación o endurecimiento por edad (aleaciones 2xxx, 6xxx y 7xxx).
- Tratamiento térmico de solución antes del envejecimiento de las aleaciones de endurecimiento por precipitación.
- Avaltar para el curado de recubrimientos
- Después del tratamiento térmico, se agrega un sufijo a los números de designación.
- El sufijo F significa "como fabricado".
- O significa "productos forjados recocidos".
- T significa que ha sido "tratado térmicamente".
- W significa que el material ha sido tratado térmicamente.
- H se refiere a aleaciones no tratables con calor que se "trabajan en frío" o "se endurecen".
- Las aleaciones no tratables de calor son las de los grupos 3xxx, 4xxx y 5xxx.
Tiempo de publicación: junio-16-2021