El aluminio es el metal más abundante del mundo y el tercer elemento más común, representando el 8% de la corteza terrestre. Su versatilidad lo convierte en el metal más utilizado después del acero.
Producción de aluminio
El aluminio se deriva del mineral bauxita. Esta se convierte en óxido de aluminio (alúmina) mediante el Proceso Bayer. Posteriormente, 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 anuales. Aproximadamente 22 millones de toneladas corresponden a aluminio nuevo y 7 millones a chatarra de aluminio reciclado. El uso de aluminio reciclado es atractivo desde el punto de vista económico y ambiental. Se necesitan 14.000 kWh para producir una tonelada de aluminio nuevo. En cambio, solo 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 posee una alta conductividad eléctrica. Se utiliza ampliamente en láminas y cables conductores, pero es necesario alearlo con otros elementos para obtener la mayor resistencia necesaria para 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 diversas combinaciones de sus ventajosas propiedades, como resistencia, ligereza, resistencia a la corrosión, reciclabilidad y conformabilidad, el aluminio se utiliza en un número cada vez mayor de aplicaciones. Esta gama de productos abarca desde materiales estructurales hasta láminas delgadas para embalajes.
Designaciones de aleaciones
El aluminio se alea habitualmente con cobre, zinc, magnesio, silicio, manganeso y litio. También se añaden pequeñas cantidades de cromo, titanio, circonio, plomo, bismuto y níquel, y el hierro está presente invariablemente en pequeñas cantidades.
Existen más de 300 aleaciones forjadas, de las cuales 50 son de uso común. Normalmente se identifican mediante un sistema de cuatro dígitos, originario de EE. UU. y 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.
| 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 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 al 0,01 % más cercano. El segundo dígito indica modificaciones en los límites de impurezas. Si el segundo dígito es cero, indica que el aluminio sin alear tiene límites de impurezas naturales, y del 1 al 9, indican impurezas individuales o elementos de aleación.
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, el 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 aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre, lo que lo convierte en uno de los metales más ligeros disponibles comercialmente. Su alta relación resistencia-peso lo convierte en un importante material estructural, que permite aumentar la carga útil o ahorrar combustible, especialmente en el sector del transporte.
Resistencia del aluminio
El aluminio puro no posee una alta resistencia a la tracción. Sin embargo, la adición de elementos de aleación como manganeso, silicio, cobre y magnesio puede aumentar su resistencia y producir una aleación con propiedades adaptadas a aplicaciones específicas.
AluminioSe adapta bien a ambientes fríos. Tiene la ventaja sobre el acero de que su resistencia a la tracción aumenta al disminuir la temperatura, manteniendo al mismo tiempo su tenacidad. El acero, en cambio, se vuelve frágil 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 lo convierte en un material importante tanto para aplicaciones de refrigeración como de calefacción, como los intercambiadores de calor. Además de su atoxicidad, esta propiedad hace que el aluminio se utilice ampliamente en utensilios de cocina.
Conductividad eléctrica del aluminio
Junto con 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 del 62 % de la del cobre recocido, solo pesa un tercio y, por lo tanto, puede conducir el doble de electricidad que el cobre del mismo peso.
Reflectividad del aluminio
Desde la radiación UV hasta la infrarroja, el aluminio es un excelente reflector de la energía radiante. Su reflectividad de la luz visible, cercana al 80 %, lo convierte en un material ampliamente utilizado en luminarias. Las mismas propiedades de reflectividad hacen...aluminioIdeal 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.
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Número atómico | 13 |
| Peso atómico (g/mol) | 26,98 |
| Valencia | 3 |
| Estructura cristalina | Comisión Federal de Comunicaciones (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/cm² °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 |
| Coeficiente de Poisson | 0.34 |
Propiedades mecánicas del aluminio
El aluminio puede deformarse severamente sin sufrir fallas. Esto permite su conformado mediante laminación, extrusión, trefilado, mecanizado y otros procesos mecánicos. También puede fundirse con 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 puede aumentar a más de 690 MPa para algunas aleaciones tratables térmicamente.
Normas de aluminio
La antigua norma BS1470 ha sido sustituida por nueve normas EN. Estas normas se detallan en la tabla 4.
Tabla 4.Normas EN para el aluminio
| Estándar | Alcance |
|---|---|
| EN485-1 | Condiciones técnicas de inspección y entrega |
| EN485-2 | Propiedades mecánicas |
| EN485-3 | Tolerancias para material laminado en caliente |
| EN485-4 | Tolerancias para material laminado en frío |
| EN515 | Designaciones de temperamento |
| EN573-1 | Sistema de designación numérica de aleaciones |
| EN573-2 | Sistema de designación de símbolos químicos |
| EN573-3 | Composiciones químicas |
| EN573-4 | Formas de productos en diferentes aleaciones |
Las normas EN difieren 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 termotratables ahora abarcan una gama más amplia de temples especiales. Se han introducido hasta cuatro dígitos después de la T para aplicaciones no estándar (p. ej., T6151).
- Designaciones de temple para aleaciones no tratables térmicamente: los temples existentes se mantienen, pero ahora se definen de forma más completa en cuanto a su proceso de creación. El temple blando (O) ahora es H111 y se ha introducido un temple intermedio, el 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 se debe indicar una tensión de prueba del 0,2 % en los certificados de prueba.
- Las tolerancias se han ajustado en diversos grados.
Tratamiento térmico del aluminio
A las aleaciones de aluminio se les pueden aplicar diversos tratamientos térmicos:
- Homogeneización: eliminación de la segregación mediante calentamiento después de la fundición.
- Recocido: se utiliza después del trabajo en frío para ablandar las aleaciones endurecibles por trabajo (1XXX, 3XXX y 5XXX).
- Endurecimiento por precipitación o edad (aleaciones 2XXX, 6XXX y 7XXX).
- Tratamiento térmico de solución antes del envejecimiento de aleaciones de endurecimiento por precipitación.
- Horneado para el curado de recubrimientos
- Después del tratamiento térmico se añade un sufijo a los números de designación.
- El sufijo F significa “tal como se fabricó”.
- O significa “productos forjados recocidos”.
- T significa que ha sido “tratado térmicamente”.
- W significa que el material ha sido tratado térmicamente en solución.
- H se refiere a aleaciones no tratables térmicamente que están “trabajadas en frío” o “endurecidas por deformación”.
- Las aleaciones no tratables térmicamente son las de los grupos 3XXX, 4XXX y 5XXX.
Hora de publicación: 16 de junio de 2021