Info Al L1-22-1

 

INFORME ALUMINIO.

Objetivos   

Identfcar una aleación de aluminio. Identfcar si tene raamieno de meal una aleación en base a análisis químico Consruir una curva de enriamieno para una aleación de aluminio

Introducción Las piezas de aluminio se clasifcan en dos grandes grupos dependiendo del proceso de abricación de esas, ya sea por conormado mecánico o por undición. Al primer gran grupo se le conoce como Aluminum Wrough Alloys en inglés o AWA por sus siglas de igual orma en inglés. Se usa un sisema de cuaro dígios para identfcar aluminio conormado y sus aleaciones. El primer dígio indica el grupo de aleación como se muesra en la abla 1. Tabla 1. Aleaciones mealmecánicas mealmecánicas del aluminio. Serie s 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx 9xxx

Elemeno aleane principal Aluminio pu puro > 99.00% Cobre Manganeso Silicio Magnesio Magnesio y Silicio Zinc Oro elemeno Series no usadas

En los grupos 2xxx a 8xxx los dos últmos dígios de la designación no tenen un signifcado especial, sino que sirven únicamene para identfcar las dierenes aleaciones de aluminio en el grupo. El segundo dígio en la designación de la aleación indica las modifcaciones de la aleación. Si el segundo dígio en la designación es 0, indica que es la aleación original; los eneros de 1 a 9, que se asignan consecutvamene, indican modifcaciones de la aleación. En el caso del grupo de las aleaciones mediane undición se les conoce en inglés como Aluminum Cas Alloys (ACA). Se usa un sisema de designación numérica de cuaro dígios para identfcar aluminio y sus aleaciones undidos y en orma de lingoes de undición. El primer dígio indica el grupo de aleación. El grupo de aleación de 2xx.x a 8xx.x esá deerminada por el elemeno aleane presene en el mayor porcenaje, excepo en los casos en los cuales la aleación que se esá regisrando califca como una modifcación de una aleación previamene regisrada. Si el porcenaje mayor es igual para varios elemenos aleanes el grupo de aleación se deermina con la secuencia mosrada aneriormene.

 

El segundo y ercer dígio identfcan la aleación de aluminio o indica la pureza del aluminio. El últmo dígio, el cual se separa de los oros por medio de un puno decimal, indica la orma del produco: undición o lingoe. Las modifcaciones de la aleación original o de los límies en impurezas se indican mediane por una lera serial anes de la designación numérica. Las leras se asignan en secuencia alabétca empezando con A, pero omitendo I, O, Q y X, la X esá reservada para aleaciones experimenales. experimenales. En el grupo de 1xx.x para purezas mínimas de 99.00%, el segundo y ercer dígios en la designación indican el porcenaje mínimo de aluminio. Esos dígios son iguales a los dos dígios a la derecha del puno decimal en el porcenaje de aluminio mínimo cuando se expresa al 0.01% más cercano. El últmo dígio, el cual esá a la derecha del puno decimal indica la orma del produco: 1xx.0 indica undiciones y 1xx.1 indica lingoes. Tabla 2. Aleaciones por undición del aluminio. Serie s 1xx.x 2xx.x 3x 3xx. x.xx

Aluminio puro > 99.00% Cobre Sili Silici cio o con con adic adicio ione ness de Cu Cu y/o y/o Mg

4 5xxxx..xx 6xx.x 7xx.x 8xx.x 9xx.x

MSaiglinceiosio Series no usadas Zinc Esaño Oro elemeno

Elemeno aleane principal

Las aleaciones de Al-Si que no contenen adiciones de cobre se utlizan cuando se requiere una buena colabilidad y una buena resisencia a la corrosión. La microesrucuras de los componenes puros y de varias composiciones inermedias se muesran en la fgura 1. Las composiciones inermedias son mezclas de aluminio que contene aproximadamene 1% de Si en la solución sólida como la ase contnua, con parculas de silicio esencialmene puro. Las aleaciones con menos de 12% de Si se conocen como hipoeuéctca, la de 12% de Si como euéctca, y aquellos con más de 12% de Si como hipereuéctca. Si se requiere una ala resisencia y dureza, se adiciona magnesio y ese hace que las aleaciones sean susceptbles al TT. Las aleaciones con conenido de silicio debajo de 2% se han utlizado para la undición, pero el conenido de silicio es por lo general enre 5 y 13%. La Resisencia y ductlidad de esas aleaciones, especialmene aquellos con mayor silicio, se puede mejorar susancialmene mediane la modifcación de la ase euéctca de Al-Si.

 

microestructuras picas en base al contenido de Si. Figura 1. Diagrama de fases binario Al-Si y algunas microestructuras

El aluminio en esado líquido tene una endencia muy uere a absorber gas hidrógeno del medio ambiene. La uene más común de conaminación por hidrógeno es la humedad del aire, la cual al enrar en conaco con la superfcie caliene del meal undido reacciona produciendo óxido de aluminio e hidrógeno según la ecuación: 2 A lliquído + 3 H 2 O vapor → A l 2 O3 + 6 H ↑

El hidrógeno resulane es absorbido ácilmene por el meal caliene maneniéndose en solución mienras el aluminio se encuenra en la ase líquida. El hidróg hidrógeno eno queda queda en soluci solución ón liquid liquida, a, pero pero al enria enriarse rse el líq líquid uido o y sol solidi idifca fcarr se pierde pierde solubilidad, enonces el hidrógeno rechazado migra hacia el líquido, pero como ése ya no tene solubilidad de hidrógeno empieza a nuclear ormando poros (sopladuras). Para eliminar el hidrógeno se realiza el raamieno de desgasifcación, exisen varios méodos para eliminar el hidrógeno disuelo los cuales se mencionaran a contnuación. Campanaa de inmers Campan inmersión ión:: cilin cilindro dro hueco hueco con apa apa en la pare pare su super perior ior,, tene tene peror peroraci acione oness calculadas en cantdad y amaño. Maerial: Cilíndro y varilla de acero bajo carbono recubieros de pinura reracaria Para eviar la disolución del acero en el aluminio líquido.

 

Figura 2. Sistema Horno-Camp Horno-Campana ana de inmersión.

Normalmene se desea una esrucura de grano equiaxiado y fno en las piezas coladas de aluminio. El tpo y amaño de granos ormados son deerminados por: la composición de la aleación, rapidez de solidifcación y la adición de aleaciones maesras (refnadores de grano), los cuales proveen sitos para la nucleación heerogénea heerogénea de grano. g rano. Eecos de los refnadores de grano. Un refnador de amaño de grano promueve la sanidad de las piezas coladas minimizando la conracción por solidifcación, la rupura en caliene y la porosidad por hidrógeno. Las venajas de la eectvidad del refnamieno de grano son:     

Mejora de las caracerístcas de alimenación. Mejora de las propiedades mecánicas Incremeno la resisencia a la presión (recipienes) Mejora de lade respuesa a los raamienos érmicos Mejora en la apariencia después de erminados químico, elecroquímico y mecánico, superfcial.

Bajo condi Bajo condicio ciones nes normal normales es de solidi solidifca fcació ción n la mayorí mayoríaa de las aleaci aleacione oness comer comercia ciale less sin refnad ref nadore oress de grano grano desarr desarroll ollan an esruc esrucur uras as gruesa gruesass column columnare aress y/o es esru rucu curas ras gruesa gruesass equiaxiales. La esrucura de grano grueso columnar es menos resisene a la racura durane la solidifcación y el enriamieno en la pos solidifcación que la esrucura de grano bien refnado. Eso es debido a la poca resisencia a las uerzas de ensión, a alas emperauras, que se esperan como un resulado de la aumenada sensitvidad a la ormación de límies de grano en esrucuras de grano gruesas.

 

Oro raamieno es el de modifcación del euéctco y consise en el cambio de la morología del Si euéctco acicular o en orma de placas a globular fbroso, debido al cambio en la cinétca de crecimieno del Si. Cuando las piezas undidas de esas aleaciones no se modifcan, durane la solidifcación se orman crisales de laminillas gruesas de la ase euéctca de silicio alunino en la pieza undida (Figura 3). Esas parculas son rágiles y tenden a reducir la resisencia y ductlidad de la pieza undida. La modifcación de la ase de silicio produce una ase de silicio fbrosa y fnamene dispersa (Figura 4). La ductlidad de las piezas undidas mejora noablemene y la endencia a agriearse o racurarse es menor. Durane muchos años, el sodio ue el único medio disponible para modifcar las aleaciones de aluminio y silicio. Sin embargo, el sodio es un meal muy reactvo. Puede reaccionar cuando se expone al aire y puede arder violenamene durane la adición a la aleación de silicio de aluminio undido. Por lo ano, es dicil conrolar de cerca el nivel de adición. Se sabe que algunos undidores usan antmonio como modifcador, sin embargo, el antmonio es óxico y no se recomienda. La búsqueda por pare de los producores de aleaciones maesras de elemenos alernatvos para modifcar las piezas de undición de silicio de aluminio reveló que el esroncio podría usarse en lugar del sodio. Aorunadamene, ninguna de las precauciones especiales requeridas en el uso y manejo man ejo del del sodio sodio se aplic aplicaa al esron esroncio cio.. Las empre empresas sas de aleac aleacion iones es maesr maesras as produc producen en y suminisran esroncio aleado con aluminio. La aleación esá disponible en varias ormas para su adición en el horno, o en orma de varilla para su adición a la corriene de aluminio líquido, lo que elimina la conaminación del horno. Efecto de los elementos aleantes

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Aleanes más imporanes (comunes): Cu, Si, Mg, Zn (defnidos por las series en las designaciones) Refnadores de grano: Ti y B, Oros: Zr, TiC, ec Modifcadores del Si euéctco: Sr, Na, Sb Refnadores (modifcadores) del Si primario: P

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Aleanes menos comunes: Ni, Cr, Mn, Ag, Pb, Sn. Impurezas: Fe, Ca, Mn, Bi, Cd.

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SILICIO: mejora las caracerístcas de undición, la adición de Si incremena la uidez, la resisencia a la racura en caliene (ho ears) y las caracerístcas de alimenación. Las aleacione aleacioness Al-Si son las de mayor aplicación, ano hipoeuéctcas como hipereuéctcas hipereuéctcas (hasa 25 % Si). Hay relaciones óptmas en el conenido de Si en el proceso de undición:   

Procesos de enriamieno leno 5 a 7 % Si Molde permanene de 7 a 9 % Colada a presión de 8 a 12 %.

La base para esa recomendación es la relación enre la velocidad de enriamieno y la uidez, así  como el eeco del % de ase euéctca sobre las caracerístcas de alimenación alimenación..

 

La adición de Si reduce la densidad y el coefciene de expansión érmica. COBRE: Mejora dureza y resisencia en condiciones de colada y raamieno érmico. Aleaciones con 4 a 6 % respon responde den n más efciene efcienemen mene e al raam raamie ieno no érmic érmico. o. En genera generall reduc reducee la resisencia a la corrosión y bajo condiciones específcas de composición y del maerial es muy susceptble a la corrosión bajo ensión. Reduce la resisencia a la racura en caliene y decrece la uidez. MAGNESIO: básico para desarrollar resisencia y dureza en el raamieno érmico de aleaciones Al-Si. Se usa en aleaciones complejas Al-Si que contenen Cu, Ni y oros elemenos. La ase endurecedora Mg2Si se precipia hasa con conenidos de 0.70 % (límie de solubilidad), niveles superiores inhiben el incremeno de dureza y resisencia. La amilia de aleaciones Al-Si con % de Mg enre 0.40 y 0.07 %, son llamadas “premium Engineering castngs”. ZINC: no se tenen benefcios signifcatvos. En combinación con el Cu y/o Mg tene una respuesa aractva al raamieno érmico. El Zn se encuenra como elemeno secundario en aleaciones para colada por gravedad y colada a presión. TITANIO: Es el elemeno más común utlizado como refnador de grano, se usa recuenemene en combinación con pequeñas cantdades de boro. Es necesario el Ti en exceso de la esequiomería TiB2 para acuar como un eectvo refnador de grano. El Ti es recuenemene recuenemene empleado en concenraciones mayores a las requeridas para refnación de grano para reducir las endencias a la racura en caliene en aleaciones de coro rango de solidifcación. BORO: Se combin BORO: combinaa para para ormar ormar boruro boruross Al2B y TiB2  esabl esables es que promueve promueven n los sitos de nucleación para acuar con las poenciales ases actvas para la nucleación con el TiAl 3  en ase liquida. La presencia de boruros aeca la vida de maquinado de la herramiena, además reduce la ductlidad y las propiedades mecánicas. Alos conenidos de B conribuyen a la ormación de lodos en el horno, incremenando la cantdad de inclusiones. Un adecuado raamieno elécrica con B conribuye a la reacción de aleación refnacióncon mejorando la pureza y la conductvidad en roores. Roores de periéctca alo grado de conenidos específcos de B que exceden a los conenidos de Ti y V aseguran la complejación o precipiación de esos elemenos que mejoran le conductvidad elécrica. SODIO: se aplica SODIO: aplica a aleaci aleacione oness AlAl-Si Si hipoeu hipoeuéc éctca tcass modifc modifcand ando o el Si euéc euéctco tco.. Fragil Fragiliza iza las aleaciones Al-Mg. Ineracúa con el ósoro en aleaciones hipereuéctcas Al-Si, inhibiendo la efciencia de la refnación del Si primario. ESTRONCIO: unción similar al Na en aleaciones hipoeuéctcas hipoeuéctcas Al-Si, pero con eeco permanene, se usa en rangos rangos de 0.008 0.008 a 0.004 0.004 % (0.01(0.01-0.0 0.08). 8). Conen Conenido idoss alos alos produc producen en porosi porosidad dad,, especialmene en procesos en los que la solidifcación es lena. La efciencia de la desgasifcación puede ser reducida con alos niveles de Sr.

 

ANTIMONIO: en catdades superiores a 0.05 % modifca la ase euéctca de las aleaciones Al-Si hipoeuéctcas. Su efciencia se reduce en presencia de ósoro y de una inadecuada velocidad de enria en riamie mieno no.. Reacc Reaccion ionaa con el Na y el Sr orman ormando do in inerm ermeá eálic licos os masivo masivoss que aeca aecan n la casabiliy y la esrucura euéctca. Se considera un meal pesado pon oxicidad poencial, debido a la ormación de gas (stbina) que tene eecos sobre los seres humanos. FÓSFORO: en orma de AlP3 nuclea y refna el Si primario de aleaciones Al-Si hipereuéctcas. En concenraciones de ppm engrosa la esrucura euéctca de aleaciones Al-Si hipoeuéctcas. Su presencia disminuye la efciencia modifcadora del Na y el Sr.

Ejercicios Se desea modifcar 20 Kg de aleación A356 con una aleación maesra Al-Sr al 10% conenida en un crisol, que cantdad de aleación maesra debo utlizar en el nivel más alo de modifcación, anoar cálculos, de las imágenes proporcionadas poner microesrucura. 20 kgaleación

( ) ❑ ❑

En un horno de crisol se tenen 30 Kg de aleación 319 a 700°C, calcular la cantdad de aleación maesra Al-Ti al 5% para refnar en el nivel medio. 30 kgaleación

(

  5% 10 100 0%

)(

)

  1 =¿ 0.13 % 0.13

En base a los análisis siguienes: Identfcar la serie y aleación, si tenen raamieno de meal líquido (modifcación, refnación, identfcando el porcenaje en el análisis de los elemenos) Tabla 1. Composición química de piezas de aluminio.

 

Adjuno daos para razar curva de enriamieno (grafcar a partr de la máxima emperaura) comenar si es meal puro o aleación.