Metalurgia Del Aluminio

 

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE 

MATERIA:: Mate MATERIA Material riales es metá metálicos licos CARRERA: INGENIERÍA MECÁNICA AÑO:: 2015 AÑO DOCENTE: VERÓN, RICARDO JTP: LEURINO, Rodrigo C

TRABAJO TRAB AJO PRÁCTICO PRÁCTICO

MATALURGIA DEL ALUMINIO INTEGRANTES: MARETTO, Alexis POZZA, Sofía F RENIERO, Cristian WELSCHEN, Marcos

 

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ÍNDICE HISTORIA DEL ALUMINIO ................................................................................................. ................................................................................................. 3 CARACTERÍSTICAS............................................... CARACTERÍSTICAS............................................................................................................. .............................................................. 4 OBTENCIÓN Y PRODUCCIÓN DEL ALUMINIO............................................................ ALUMINIO ................................................................... ....... 4 USOS Y APLICACIONES ..................................................................................................... ..................................................................................................... 7 ALEACIONES ................................................................. ..................................................................................................................... .................................................... 8 EXTRUSIÓN......................................................... EXTRUSIÓN ..................................................................................................................... ............................................................ 10 FUNDICIÓN DE DE PIEZAS.................................................................................................... PIEZAS.................................................................................................... 12 MECANIZADO................................................................ MECANIZADO ................................................................................................................. ................................................. 14 SOLDADURA ................................................................. ................................................................................................................... .................................................. 14 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES .................................................................................... .................................................................................... 20 RECICLAJE ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 22 TOXICIDAD...................................................................................................................... TOXICIDAD.................................................................... .................................................. 23 BIBLIOGRAFÍA................................................................ BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. ................................................. 24

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METALURGIA DEL ALUMINIO

HISTORIA HISTO RIA DEL DEL ALUM ALUMINIO INIO El aluminio se encuentr encuentraa en la composic composición ión de la corte corteza za terrestre terrestre,, siendo el tercer elemento más común, ya que constituye un 8% de la misma. Así mismo forma parte la mayoría de las rocas vegetales y animales. En el año 1809 con el desarrollo de la física y la química el británico británico Humphrey Davy identificó al elemento nombrándolo como “aluminum” (el cual se modificó por “aluminium” con el pasar de los años). En 1825 el físico danés Hans Christian Orsted (descubridor del electromagnetismo) logró aislar por electróslisis las primeras muestras aunque muy impuras. Posterior a él en 1827 Friedrich Wöhler logra el aislamiento completo del aluminio. Luego de estos hechos el aluminio se tornó un elemento muy preciado, puesto que no era de fácil obtención, logrando considerarse más preciado que el oro y la plata. Lo cual llevó a los siguientes hechos históricos:  

1884: se para elunas vértice del monumento Washington. 1855: seutiliza expusieron barras de aluminioa junto a las joyas de la corona de Francia y el emperador Nap Napoleón oleón pide una vajilla de alum aluminio. inio.

Seguido a estos hechos, diferentes circunstancias condujeron a un perfeccionamiento perfeccionamie nto de las técnicas de extracción y un aumento de la producción. De las cuales:  



1866: invención de la dinamo. 1886: Paul Héroult y Charles Martin Hall patentan una forma independiente de extracción y posteriormente un proceso de extracción (proceso Hall-Héroult). 1889: Karl Karl Baye Bayerr paten patenta ta un proce procedimie dimiento nto para extr extraer aer alúmi alúmina na a partir de la bauxita.

Estas diferentes técnicas consiguieron que haya un gran aumento en la utilización del elemento. En 1882 alcanzaba las 2[tn], en 1900 las 6.700[tn], en 1939 las 700.000[tn], 700.00 0[tn], en 194 1943 3 las 2.000.00 2.000.000 0 y así prosi prosiguió guió en aume aumento nto des desde de enton entonces ces llegando a convertirse en el metal no férre férreo o más producido en la actualidad. Lo que ocasionó una baja considerable en su costo. A partir de 1960 por motivos medioambientales y económicos se comenzó a reciclarlo, ya que la recuperación del metal por medio de la chatarra cuesta un 5% de la energía necesaria para realizar la extracción a partir de la roca.

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CARACTERÍSTICAS Características físicas

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, solo aventajado por el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m³, y con un bajo punto de fusión (660°C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es Es buen conductor eléctrico eléctrico (entre 35 y 38 [m/Ω mm²]) y térmico (80 a 230 [W/mK]). Características mecánicas

Es un material blando (esca (escala la de Mohs: 2-3-4) y maleable maleable.. En estado pur puro o tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200[N/mm²] (160-200[MPa]). Todo ello lo hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura. Características químicas Estructura atómica del aluminio: La capa de valencia del aluminio está poblada

por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina Al2O3, que recubre el materi material, al, aislándolo de ulteri ulteriores ores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en en ácidos y bases. Reacc Reacciona iona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico. El aluminio tiene número atómico 13. Los 13 protones que forman el núcleo están rodeados de 13 electrones dispuestos de la forma: 1s22s22p63s23p1.

OBTENCIÓN Y PRODUCCIÓN DEL ALUMINIO La materia prima a partir de la cual se extrae el aluminio es la bauxita, que recibe su nombre de la localidad francesa de Les Baux, donde fue extraída por primera vez. La extracción del material se lo hace generalmente a cielo abierto. Actualmente los principales yac yacimientos imientos se encuentra encuentran n en el Caribe, Australia, Brasil y África porque la bauxita extraída allí se disgrega con más facilidad. Es un mineral rico en aluminio, entre un 20 % y un 30 % en masa, frente al 10 % o 20 % d dee los silicatos alumínicos existentes en arcillas y carbones. PÁGINA

 

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La obtención del aluminio se realiza en dos fases: la extracción de la alúmina a partir de la bauxita (proceso Bayer) y la extracción del aluminio a partir de esta última mediante electrolisis. electrolisis. Cuatro toneladas de bauxita producen dos tonela toneladas das de alúmina y, finalmente, una de aluminio. Proceso Bayer 

La mayor parte parte de las ffábricas ábricas trabajan con el llamado proc procedimiento edimiento B Bayer. ayer. Los otros sistemas, a veces muy costosos de instalación, que se han desarrollado hasta la fecha son mucho menos frecuentes. La bauxita bruta en trozos gruesos se muele en machacadoras y se calienta en un horno rotatorio, tanto para facilitar la deshidratación y posterior molienda fina, como para destruir la materia orgánica. La molienda fina subsiguiente tiene lugar en un molino de bolas. La bauxita así preparada se saca del silo de almacenaje en cantidades exactamente calculadas y se bate en un mezclador con un oxidante (aproxima (apr oximadame damente nte 45% de hidróx hidróxido ido de sodio NaOH NaOH). ). La mezcla pasa pasa a un autoclave donde la bauxita es atacada a una temperatura de 170°C y presión de unas 6 a 7[atm] con lo qu quee la alúmina queda disuelta al estado de aluminato sódico (NaOAl2O3), mientras que los otros componentes de la bauxita (óxi (óxido do d dee h hie ierr rro o FeO, FeO, síli sílice ce SiO SiO2, óxido d dee tita titanio nio TiO) q queda uedan n en los barro barross en for forma ma de lodo rojo. Una vez completado completado el ataque ataque,, el contenido de la autoclave pas pasaa a un tanque de dilución, donde se mezcla mezcla con una cantidad medida de sustancias ox oxidantes idantes procedentes también del ciclo de fabricación. La parte más fina del barro rojo se separa de las sustancias de aluminato en decantadores. Al barro separado se le añade agua nueva de lavado y pasa a nuevos decantadores, repitiendo esta operación a contracorriente hasta que el barro quede libre de oxida oxidantes ntes.. Este barr barro o que cons consta ta en gran par parte te de óxido de hierro, hierro, generalmente se desecha, desecha, y solo a veces se sigue tratando para distintos usos. Después de su primera clarificación la lejía de aluminato es nuevamente filtrada antes de pasar a la precipitación, donde ssee agrega alúmina hidratada en suspensión para separar el exceso disuelto en forma óxido trihidratado. Este hidrato se separa posteriormente mediante mediante un filtro a vacío (filtro de tambor). Esta lejía diluida diluida posee un 17% de hidr hidróxido óxido de sodio, por lo cual se debe concentrarla en una batería de múltiple efecto para así alcanzar el 45% y así la lejía resultante vuelve al mezclador para el ataque de nuevas porciones de bauxita. El hidrato alumínico es de un bla blanco nco deslumbrante y contiene solo alrededor del 0,01 al 0,02% de sílice y otro por ciento de óxido de hierro. Para poder emplearla en la electrólisis se torna necesario privarla del agua de hidratación, para ello es PÁGINA

 

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necesario realizar una calcinación en un horno rotativo, que poseen una dimensión de entre 50 a 60[m] de largo y son calentados por gas a unos 1200 1 200 ó 1300°C. Esta alúmina “muerta” no vuelve a absorber humedad aunque sea almacenada por largos períodos de tiempo, lo que es muy importante para la electrólisis subsiguiente. La alúmina arrastrada con los gases del horno se recupera con electrofiltros y la producción se almacena en grandes silos en la industria.

Imagen tomada de: http://www.aluar.com.ar

Electrólisis

Para la reduc reducción ción de alúmi alúmina na se debe dis disolve olverr a la misma en un baño de sal sales es fundidas, constituido constituido principalmente por criolita (fluoruro de alum aluminio inio y sodio). Posteriormente esta disolución se electroliza en hornos de electrólisis revestidos con carbón. Los electrodos son de coque sin ceniza (coque de petróleo, de pez hulla o de lignito) y aglomerados aglomerados con alquitrán muy viscoso. De cátodo actúa el mismo aluminio aluminio recogido en el fondo del horno. El potencial de trabajo es de unos 5 a 6[V] en corriente continua y el gasto del horno es de unos 30000 a 40000[A]. A medida que el baño se empobrece en alúmina se va añadiendo más a la mezcla fundida. La corriente mantiene constantemente el baño en fusión y el aluminio separado se va reuniendo en el fondo de la cuba del horno.

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El oxígeno liberado en en el ánodo se despre desprende nde en forma de óxido carbónico por combustión de cátodo. El aluminio fluye del fondo del horno que trabaja sin interrupciones y en la sala de fundición se solidifica con la forma deseada.

Imagen tomada de: http://www.escuelapedia.com

USOS Y APLICACIONES El aluminio tiene muchas aplicaciones, tanto en su forma pura, formando aleaciones con otros metales o con materiales no metálicos. Así mismo sus múltiples propiedades lo hacen hacen muy versá versátil, til, puesto que es un material lligero, igero, resistente resistente a la corrosión, con alta conductividad eléctrica y térmica. Entonces nombraremos las siguientes actividades:   

  

Industria ali Industria aliment menticia icia:: lata latas, s, pape papell metá metálico, lico, een n el inter interior ior de los tetrabricks, utensilios de cocina. En la industria química: para fabricar tubos, recipientes, aparatos, etc. En la industria aeronáutica, náutica y terrestre: barcos,pistones mecanismos acuáticos, aviones, automóviles, máquinas de transporte, para motores de combusti combustión ón interna interna,, etc. En la industria de materiales eléctricos: conductores, electrónica, electrotecnia. En la industria de la construcción. En joye joyería: ría: a travé travéss de los com compuest puestos os que for forma, ma, el zafir zafiro o y el rubí se componen de “Corindón” “Corindón” una gema de color rojo o azul. Est Estaa gema es la forma cristalina de la alúmina.

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 ALEACIONES La combinación única de propiedades que presentan el aluminio y sus aleaciones, hacen de este material uno de los más versátiles, económicos y atractivos para una amplia gama de usos y aplicaciones; desde la fabricación de papel de aluminio para embalajes y usos domésticos hasta aplicaciones de ingeniería más exigentes, como ser en fuselajes de aeronaves. Las aleaciones de aluminio ocupan el segundo lugar (con respecto respecto a los aceros) en los mate materiales riales que se utilizan co con n fines estructurales. Series de aluminios según sus aleantes

Las aleaciones de aluminio (tanto las forjadas como las moldeadas) se clasifican en función del elemento aleante usado (al menos el que esté en mayo r proporción). Los elementos aleantes más usados son:  Cromo (Cr):  

Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros elementos Cu, Mn, Mg. Cobre (Cu): Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistenc resi stencia ia a la corro corrosión sión..

: Aumenta resistencia mecánic mecánica. a. el conformado en frío.  Magnesio (Mg) : Tienelauna gran resistencia tras Hierro (Fe)

 Manganeso (Mn):    

Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de embutición. Silicio (Si): Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica. Titanio (Ti): Aumenta la resistencia mecánica.  Zinc (Zn): Aumenta la resistencia a la corrosión. Escandio (Sc): Mejora la soldadura

 Al ea ci o ne s de a l um in io fo rj a do

Las aleaciones de aluminio forjado se divide dividen n en dos grandes grupos, las que no reciben tratamiento térmico y las que reciben tratamiento térmico. Aleaciones de aluminio forjado sin tratamiento térmico: las aleaciones que no reciben tratamiento térmico solamente pueden ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia. Hay tr tres es grupos principales de est estas as aleac aleaciones iones segú según n la norma AISISAE que son los sig siguient uientes: es:   Aleaciones 1xxx :

son ale aleacion aciones es de alu alumini minio o técni técnicame camente nte pu puro, ro, al 99,9% siendo sus principales impurezas el hierro y el silicio como elemento aleante. Se les aporta un 0.1% de cobre para aumentar su resistencia. Tienen una resistencia aproximada de 90[MPa]. Se utilizan principalmente para trabajos de laminados en frío.

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MATERIALE MATERI ALESS METÁLI METÁLICOS COS – 2015 METALURGIA DEL ALUMINIO   Aleaciones 3 xxx :



el elemento aleante principal de este grupo de aleaciones es el manganeso (Mn) que está presente en un 1,2% y tiene como objetivo reforzar al aluminio. Tienen una resistencia aproximada de 16[ksi] 16[ksi] (110[M (110[MPa]) Pa]) en co condici ndiciones ones de re recoci cocido. do. Se util utilizan izan en componentes que exijan buena maquinabilidad.  Aleaciones 5xxx : en este grupo de aleaciones es el magnesio es el principal componente aleante su aporte varía del 2 al 5%. Esta aleación utiliza cuando para conseguir de rreforzamiento eforzamiento en solución sólida. Tieneseuna resistencia aproximada 28 ksi (193MPa) en condiciones de recocido.

Aleaciones de aluminio forjado con tratamiento térmico: algunas aleaciones pueden reforzarse mediante tratamiento térmico en un proceso de precipitación. El nivel de tratamiento térmico de una aleación se representa mediante la letra T seguida de un número por ejemplo ejemplo T5. Hay tres grupos pri principales ncipales de este tipo de aleac aleaciones. iones.   Aleaciones 2xxx :





el principal aleante de este grupo de aleaciones es el cobre (Cu), aunque también contienen magnesio Mg. Estas aleaciones con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción aproximada de 64ksi (442 MPa) y se utiliza en la fabric fabricación ación de estruc estructuras turas de aviones, concretamente en la parte inferior y en el fuselaje donde se precisa de una gran tenacidad a fractura además de buena resistencia.  Aleaciones 6xxx : los principales elementos aleantes de este grupo son magnesio y silicio. Con unas condiciones de tratamiento térmico T6 alcanza una resistencia a la tracción de 42 ksi (290MPa) y es utilizada para perfiles y estructuras en general.  Aleaciones 7xxx : los principales aleantes de este grupo de aleaciones son zinc, magnesio y cobre. Con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción aproximada de 73ksi(504MPa) y se utiliza para fabricar estructuras de aviones, concretamente la parte superior de las alas en las que se precisa precisa una gran resist resistencia. encia. También También se usa en aplicacione aplicacioness deportivas de alto nivel, concretamente en bastones de esquí usados en competición, siendo la aleación 7075 la más usada debido a su ligereza y buena flexibilidad aún a bajas temperaturas.

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EXTRUSIÓN Los produc productos tos ex extruid truidos os repre represent sentan an má máss del 50% de dell merc mercado ado m mundia undiall de productos de aluminio, de este porcenta porcentaje je el sector de la edificación edificación utiliza la may mayor or parte. El aluminio extruido se usa en los sistemas de perfiles de ventanas y puertas en edificios residenciales y comerciales, en estructuras de viviendas y edificios prefabricados, en materiales para tejados y revestimientos exteriores, muros cortina, fachadas de locales comerciales, etc. Además, el aluminio extruido se usa también en el transporte de cargas, cargas, en fuselajes de aviones, vehículos de carretera carretera y ferrocarril ferrocarriles, es, y para aplicaciones marinas. El término "extrusión" se suele aplicar tanto al proceso como al producto obtenido cuando un lingote cilíndrico caliente de aluminio (llamado tocho) pasa a través de una matriz con la forma aadecuada decuada (e (extrusión xtrusión direct directa). a). El perfil resultante puede usarse en tramos largos, o se puede cortar para usarlo en estructuras, vehículos o componentes. La extrusión también se usa como materia prima para barras mecanizadas, productos productos de forja o de extrusión en frí frío. o. Otras prensas eestán stán diseñadas para desplazar la matriz a lo largo del tocho; esta última operación se suele llamar extrusión "indirecta". La versatilidad del proceso en cuanto al número de aleaciones y las formas posibles hace que que sea uno de los elementos m más ás valiosos a la hora de permitir al fabricante de perfiles de aluminio ofrecer a los clientes soluciones para sus necesidades de diseño.

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MATERIALE MATERI ALESS METÁLI METÁLICOS COS – 2015 METALURGIA DEL ALUMINIO Esquema de extrusión directa

Imagen tomada de: http://www.asoc-aluminio.es

Proceso de extrusión

Las características fundamentales del proceso son las siguientes: Un lingote caliente, cortado de un tocho largo (o, para diámetros pequeños, de una barra extruida más grande), se aloja de dentro ntro de un contenedor ccaliente, aliente, normalmente entr entree 450 y 500 °C. A estas temperaturas, la tensión de flujo de las aleaciones de aluminio es muy baja, y aplicando presión por medio de un pistón hidráulico, el metal fluye a través de una matriz de acero situada en el otro ex extremo tremo del contenedor. Este proceso da, como resultado, un perfil cuya sección transversal viene definida por la forma de la matriz.

Imagen tomada de: http://www.alcemar.com.ar

Todas las aleaciones de aluminio pueden ser extruidas, pero algunas son menos adecuadas que otras, ya que exigen mayores presiones, permiten sólo velocidades bajas de extrusión y/o tienen acabado de superficie y complejidad de perfil menores de las deseadas. deseadas. El término ""extrusionabilida extrusionabilidad" d" se utiliza para abarcar todos estos temas, con el aluminio puro en un lado de la escala, y las fuertes aleaciones de Aluminio-Zinc-Magnesio-Cobre en el otro. Las aleaciones de la serie 6000 (AluminioMagnesio-Silicio) ocupan la mayor parte del mercado de la extrusión. Este grupo de aleaciones tiene una combinación atractiva de propiedades importantes, tanto desde el punto de vista de la producción como de su uso. La potencia de empuje de las prensas varía desde unos pocos cientos de toneladas hasta 20.000[tn], aunque la mayoría están en el rango comprendido entre PÁGINA

 

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1.000 y 3.000[tn]. El diámetro de los tochos de eextrusión xtrusión va desde 50[mm] hast hastaa 500[mm] con una longitud de entre 2 y 4 vec veces es el diámetro. Aunque Aunque la mayoría de las prensas tienen contenedores cilíndricos, algunas los tienen rectangulares para la producción de perfiles con secciones anchas y de pequeño espesor. La facilidad con que las aleaciones de aluminio pueden ser extruidas en formas complejas convierte en legítima la afirmación de que permite al diseñador "poner el metal justo donde hace falta". Es más, esta flexibilidad en el diseño hace que sea fácil, en muchos casos, elástico superar del el hecho he cho que aluminio y sus aleaciones sólo sólodel tienen un tercio del módulo acero. Dadoelque la rigidez depende no sólo módulo elástico sino también de la geometría del perfil, es posible, aumentando 1,5 veces el grosor de una viga de aluminio respecto a la de acero que pretende reemplazar, obtener la misma rigidez del acero con la mitad de peso. Además, con un poco de coste extra en la fase de mecanizado, se pueden añadir características características a la forma del perfil que aumentan la rigidez de torsión y añaden aña den surcos para, por ejemplo, eliminar fluidos, meter cableado, muescas antideslizantes, etc. Estas características en una viga de acero significarían costes extras debido a la necesidad de soldadura y conformación, lo que reduce en parte la diferencia inicial entre los costes del acero y del aluminio.

Imagen tomada de: http://www.asoc-aluminio.es

FUNDICIÓN DE PIEZAS Las piezas fundidas en este ma material terial son muy utilizada utilizadass en casi todos los rrubros ubros como herramientas, motores a combustión, piezas de máquinas, entre otros. Cada una de estas piezas requieren de una terminación tanto superficial como mecánica, para ello existen diversos métodos para llevar a cabo la tarea. Fundición en arena

El método de fundición en arena, es el más versátil para la fabricación de productos de aluminio. El proceso comienza con un patrón-réplica de la pieza de fundición una vez acabada. Para formar el molde en el que se vierte el aluminio el patrón es presionado en una mezcla de arena fina. El patrón es ligeramente más grande que la pieza final, permitiendo permitiendo de esta manera que las dime dimensiones nsiones deseadas PÁGINA

 

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de mantengan, mantengan, esto se debe a que la contrac contracción ción del alum aluminio inio varia durante la solidificación y enfriamiento. En comparación a las fundiciones de molde permanente y a presión, este método por moldeo en arena es un proceso lento pero por lo general general más económico para pequeñas cantidades, diseños intrincados o cuando se requiere una colada de grandes dimensiones. Aleaciones para fundición en arena: si bien las aaleaciones leaciones son innume innumerables, rables, este método tolera casi todas las aleaciones, entre las más comunes tales como: aluminio-silicio, aluminio–cobre, aluminio–manganeso, aluminio-magnesio, o combinación de estas. Las aleaciones no solo dependen de las propiedades mecánicas que le otorgan a la pieza una vez fundida, sino también las cualidades para fundirse, para fluir en el proceso de colada, las dificultade dificultadess que presentan al vaciar, entre otros casos como la capacidad de admitir tratamientos térmicos. Fundición en molde permanente

El método de fundición de molde permanente consiste en verter el aluminio fundido en moldes de acero u otro me metal tal donde muchas vec veces es de aplic aplicaa vacío en él para asegurar asegurar que todo el molde ha haya ya sido re relleno. lleno. Por med medio io de es estos tos métodos podemos obtener piezas con una mayor dureza comparada a los otros métodos y terminaciones superficiales superficiales muy buenas, varios émbolos (pistones (pistones)) son fabricados por este método. También También existen técnicas de fundic fundición ión de molde semi-permanentes que que son utilizadas utilizadas cuando llos os núcleos permanente permanentess sería serían n imposible imposibless de eliminar de la pieza acabada. Aleaciones para fundición en moldes permanentes: Las aleaciones para fundición fundi ción en mol moldes des perm permanen anentes tes no debe deben n ser quebr quebradiza adizass en calie caliente. nte. Las aleaciones al silicio son de un uso muy amplio como también las que contienen cobre, y las aleaciones que contienen ambos, silicio y cobre. Fundición a presión

En el método de fundición a presión consiste en suministrar aluminio fundido en un troquel de acero (molde) bajo presión. Esta técnica de fabricación se utiliza normalmente para la producción de alto volumen. Precisamente pueden ser producidos a través de este método de colada piezas de aluminio que requieren un mínimo proceso de mecanizado y acabado como puede ser un carbura carburador. dor. Aleaciones para fundición a presión: presión : Las aleaciones de aluminio para fundición a presión deben poseer una fluidez considerable y no deben ser quebradizas en caliente. Las propiedades físicas son, por lo general, de menor menor importancia que las cualidades para su fundición. La absorción de hierro es difícil de evitar bajo las condiciones de la operación, pero debe conservarse baja. Aun se usan algo las PÁGINA

 

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aleaciones con 8 y 12 % de cobre aunque la ten tendencia dencia es en su m mayor ayor parte hac hacia ia las aleaciones que contienen silicio.

MECANIZADO Labrado a máquina

Muchas aleaciones de aluminio se labran fácilmente sin técnicas especiales. El aluminio puro y las aleacione aleacioness de aluminio-manganes aluminio-manganeso o son duros de labrar, a no ser que se empleen herramientas especiales con mayor ángulo de salida que el acostumbrado para el acero. En general, dichas herramientas son semejantes a las usadas para labrar madera, aunque más duras. Las herramientas duras de carburo cementadas son casi esenciales para labrar las aleaciones de aluminio-silicio. Las aleaciones de colada para fundición que contienen cobre y todas las aleaciones de amasado o maleables tratadas térmicamente tienen buenas cualidades para el labrado. Para los productos en los que las propiedades físicas están subordinadas a las excelentes cualidades para el labrado, como el trabajo que hacen las máquinas automáticas para tornillos, se emplea la aleación 11s. Las adiciones adiciones de plomo y bismuto vuelve vuelven n esta aleación fácil de labrar. Remachado

Es el método más comúnmente usado para unir las aleaciones de aluminio, especialmente en estructuras de aleaciones tratadas térmicamente que no pueden ser soldadas sin pérdida de resistencia. En general, se usan remaches de composición semejante a la del metal base. Cuando los remaches tratables térmicamente son colados en frío, es importante que sean usados cuando acaben de sufrir el enfriamiento por inmersión, antes del envejecimiento, pero pueden conservarse por tiempos largos en almacenaje frío. Los remaches grandes pueden colocarse a veces en caliente a la temperatura de su tratamiento de solución, solución, dependiendo de que se produzca un templ templee efectivo del contacto con la herramienta h erramienta y con el metal circundante.

SOLDADURA El aluminio y sus aleaciones pueden soldarse mediante la mayoría de los procesos de soldado por fusión, soldado blando, fuerte y en estado sólido. El por fusión se puede realizar mediante TIG, MIG, por resistencia, plasma, láser y haz de electrones. Soldadura TIG

Para este tipo de soldadura se presentan los siguientes casos:  Corriente continua con polaridad inversa (CC+):

se produce un calentamiento excesivo del electrodo y una gran intensidad de arco. PÁGINA

 

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



Esto ocurre por el bombardeo bombardeo de iones positivos que se produce producen n en el electrodo y que impactan en la pieza, el arco tiene un buen efecto decapante sobre el baño de fusión originando o riginando la destrucción de la capa de alúmina. Corriente continua con polaridad directa (CC-): en este caso la pieza es el ánodo (polo positivo), razón por la cual los iones son emitidos por la pieza y por consiguiente no impactan en ella. No existe acción decapante sobre la misma y la capa de alúmina no se disgrega. La soldadura incorpora razónSe porutiliza la cualpara es necesaria previa a efectuar la óxidos soldadura. el soldeouna de limpieza grandes espesores sin necesidad de precalentamiento, suele utilizarse en soldeo automático y con helio como gas de protección. Corriente alterna: es el tipo de corriente más utilizado para soldar aluminio. alumi nio. La lim limpieza pieza de la pieza ttiene iene lugar ccuando uando el ele electro ctrodo do se encuentra en el semic semiciclo iclo posit positivo, ivo, aunq aunque ue en éste la penetración es reducida y el electrodo electrodo se calienta. calienta. Cuando actúa el se semiciclo miciclo negativo, el electrodo se enfría y no se produce el dec decapado apado de la pieza, pero la penetrac pene tración ión es bu buena. ena. Como re resulta sultado, do, en ccorrie orriente nte alt alterna erna ssee consigue una penetración penetración y limpie limpieza za intermedias intermedias.. Se suele utilizar una corriente de alta frecuencia para facilitar el cebado del arco sin necesida nece sidad d de toca tocarr con el elec electrodo trodo een n la pieza pieza,, así como pa para ra conseguir el reencendido del arco. Generalmente se emplean fuentes de energía de onda cuadrada con control de balance de la onda, de forma que se puede alargar el período de tiempo en el que el electrodo es positivo y se produce el decapado de la pieza.

Imagen tomada de: http://ingemecanica.com

Soldadura MIG

Para el el solda soldado do con aalambr lambres es d dee peq pequeño ueño diáme diámetro tro se utili utilizan zan fu fuente entess de energía de tensión constante con alimentadores de alambre de velocidad constante. Para el soldeo con alambres de gran diámetro se pueden utilizar fuentes de energía de intensidad constante constante y aliment alimentadores adores de velocidad var variable. iable. Como gas de prote protección cción normalmente se utiliza el argón y en algunos casos se utilizan mezclas de argón con helio.. Los tipos de trans helio transfere ferencia ncia utili utilizados zados pued pueden en ser:

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Tipo de transferencia Transferencia “spray” Transfere Transf erenci nciaa por arc arco o pulsa pulsado do Transfer Tran sferenci enciaa glob globular ular Trans ransfe fere renc ncia ia po porr cor orttocir irccuito

Aplicación Es la transferencia normal en el soldeo MIG del aluminio Se util utiliz izaa para para el so sold ldeo eo en cual cualqu quie ierr po posi sici ción ón No se utiliza porque sólo se consigue una fusión incompleta No se utiliza po porq rque ue no pe perm rmit itee una buena uena fu fusi sión ón ni bu buen enaa lilimp mpie ieza za pers persis isti tien endo do la capa capa de óx óxid ido o

Imagen tomada de: http://www.tecnoficio.com

Soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido

Es un procedimiento poco utili utilizado zado por la falta de homogene homogeneidad idad de dell cordón obtenido. Se utiliza en reparaciones y para realizar soldaduras de pequeño tamaño y poca importancia. Los aspectos importantes a tener en cuenta durante y después de la soldadura son: 

Cont Co ido hum edad lodserelec electr és debe perm u nnten a aenid tm óosfde erahu sm eced a yadprde ocelos a trod suodos sos ec:aésto dotos asnde teberá s drán en upe tilrman izaranec loecer s. er en  El Elim imin inac ació ión n de la es esco cori ria a: tanto entre pasada dass como al fi fin nal del sol old deo, ya que si permaneciera tras el soldeo favorecería la corrosión del alumi lumini nio. o. Se el elim imin inaa me medi dian ante te me medi dios os me meccánic ánicos os (cep epil illo lo y piqu piquet etaa) y medi me dian ante te ag agua ua cali calien ente te o al algú gún n di diso solv lven ente te..  El espe espeso sorr mí míni nimo mo re reco come mend ndad ado o para para so sold ldaar es de 3[ 3[mm mm]. ]. A las las piez piezas as de más de 6 mm de espesor se les ha de realizar un chaflán en V de 60º 60º a 90º. 90º. Para Para espe espessor ores es ma mayyor orees, se reco recomi mieend ndan an pre prepa para raci cion ones es en U. En función del espesor el talón será de 1,5 hasta 6[mm] y la sepa separa raci ción ón en la ra raíz íz en entr tree 0,7 0,7 a 1,5[ 1,5[mm mm]. ].

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Soldadura oxigas

El aluminio y sus aleaciones pueden ser soldadas mediante oxigas, pe pero ro sólo se debe utilizar en preparaciones preparaciones y para aplicaciones d dee poca importancia. importancia. La mayor ventaja venta ja de esta ssolda oldadura dura es la si simplic mplicidad idad de dell equi equipo po de sold soldeo. eo. Sin embargo tiene numerosas desventajas como, por ejemplo, la necesidad de utilizar un fundente, la baja velocidad del proceso, proceso, la gran anchura de la zona afectada térmicamente,, las grandes deformaciones producidas y la facilidad con la que se térmicamente producen imperfecciones. imperfecciones. Se suele aplicar a pie piezas zas de espesores comprendidos entr entree 0,7 y 25[mm]. Como combustible se recomi recomienda enda el aacetileno cetileno co con n llama neu neutra, tra, permite reducir la formación de óxidos.

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Esquema de soplete

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MATERIALE MATERI ALESS METÁLI METÁLICOS COS – 2015 METALURGIA DEL ALUMINIO Soldadura fuerte

Gran cantidad cantidad de aleaciones de alumi aluminio nio puede pueden n unirse mediante este tipo de soldadura, sin embargo este proceso no es adecuado para todas las aleaciones de aluminio. El factor más importante que determina la utilización es su temperatura de fusión, ya que en muchas oc ocasiones asiones la temperatura de fusión del metal base es muy próxima a la del metal de aportación. Como metales de aportación se utilizan aleaciones de aluminio-silicio (Al-Si). Para realizar la selección selección se deberá tener en cuent cuentaa que su temperatura de fusión esté porr de po deba bajo jo d dee la de dell me meta tall ba base se,, so sobr bree ttod odo o pa para ra eell so sold ldeo eo ccon on ssop ople lete te.. Es imprescindible realizar una limpieza previa a soldar tanto de los metales base como de las varillas de aportación. Se aplicará el fundente generalmente en forma de pasta (obtenida con fundente funde nte en pol polvo vo y agua o alcoh alcohol), ol), no se deb debee utili utilizar zar un exc exceso eso de fun fundente dente yyaa que favorece favor ece llaa cor corrosió rosión n de dell alu aluminio minio.. Desp Después ués d dee solda soldarr se eelimin liminará ará eell fun fundent dentee con agua caliente ayudándose de un cepil cepillo lo de fibra (no se deber deberáá utilizar cepillos de alambre). Para ello se introduce la pie pieza za todavía calient calientee en agua caliente caliente y se cepilla, también se utilizan diversos ácidos.

Imagen tomada de: http://www.tecnicsuport.com Soldadura blanda

Del mismo mismo modo qu quee en el métod método o ante anterior, rior, debe eemplea mplearse rse un fu funden ndente te par paraa eliminar la capa capa de óxido, evitar el ccontacto ontacto con eell aire y ffavorecer avorecer el mojado del material mate rial de aporte. aporte. Los residuos del funde fundente nte deben ser siempre eliminad eliminados. os. Son higroscópicos (absorben humedad). Su eliminación es fácil porque puede hacerse con agua caliente. Los metales pr principales incipales utiliza utilizados dos en los aportes so son n el estaño, zinc, plomo y cadmio. cadmio. Los aporte aportess de tempe temperatura ratura ele elevada vada de bas basee zinc sson on los que consiguen mejores propiedades mecánicas y comportamiento frente a la corrosión.

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Soldadur Sold adura a por fricción fricción (FSW, (FSW, Friction Friction Stir Stir Welding) Welding)

Es un proceso de penetración completa en fase sólida, que se utiliza para unir chapas de metal sin alcanzar su punto de fusión. Este método se basa en obtener temperaturas altas para forjar dos componentes de aluminio, utilizando una herramienta giratoria giratoria que se desplaza a lo largo de u una na unión a tope. Las pieza piezass debe deben n estar suje sujetas tas a un sopor soporte te de m manera anera que ssee pr preveng evengaa que el calor producido separe las partes a soldar. El calor generado por la fricción entre la herramienta y las piezas piezas a unir, provoca el ablandamiento del m material aterial base sin llega llegarr a alcanzar el punto de fusión fusión y permite el desplaza desplazamiento miento de la herramie herramienta nta a lo largo de la línea de soldadura. El material en estado estado plástico se transfier transfieree a la parte posterior de la herramienta y se forja por el contacto íntim íntimo o de la zapata de la herr herramienta amienta y el perfil de la misma. Al enfria enfriarse rse deja una unión en fas fasee sólida entre las dos piezas. Se logran piezas de alta calidad con baja distorsión en varios tipos de aleaciones de aluminio.

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TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Un tratamiento superficial es un proceso de fabricación que se realiza para dar unas características determinadas determinadas a la superficie de un objeto. Los tratamientos superficiales pueden emplearse, dependiendo de los fines deseados, para:  

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Aumentar o controlar la dureza, obteniendo superficies más resistentes al desgaste o al rayado. Obtener un coeficiente de fricción adecuado en el contacto entre dos superficies, ya sea disminuyéndolo como en un cojinete o aumentándolo como en un freno. Disminuir la adhesión, como en contactos eléctricos en los que se pueda producir un arco eléctrico. Mejorar la retención de lubricantes de la superficie. Aumentar la resistencia a la corrosión y oxidación. Aumentar la resistencia mecánica. Reconstruir piezas desgastadas. Controlar las dimensiones o la rugosidad. Proporcionar características características decorativas, como color o brillo. En función del material, pueden obtenerse unas características u otras dependiendo del tipo de tratamiento empleado.

A continuación describiremos los tratamientos superficiales más usados para este metal.  An o di za do s

Es un tratamiento electrolítico, con corriente continua de baja tensión, que consiste en la oxidación art artificial ificial del alum aluminio inio y muchas de sus aleaci aleaciones; ones; el cual forma en la superficie metálica una capa de óxido de aluminio (de décimas de micrones) adherente, transparente y ligeramente traslucida, uniforme, homogénea e impermeable, protectora del metal base, conf confiriéndole iriéndole aall material tratado may mayor or dureza superficial y aislación eléctrica, mayor resistencia a la abrasión, el desgaste y a la corrosión provocada por agentes químicos y atmosféricos. La protección dependerá en gran medida del espesor de esta capa (en micras µm) que van desde desde las 5[µm] hast hastaa las 20[µm] depen dependien diendo do del ambie ambiente nte en que se vayan a utilizar. El nombre del proceso deriva del hecho que la pieza a tratar con este material hace de ánodo en el circuito circuito eléctrico de este proces proceso o electrolítico. Lo cua cuall se visualiza a continuación:

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Imagen tomada de: http://www.ecochillers.com/

https://www.youtube.com/watch?v=Oy_hsaq_ZvU

El anodizado consta de las siguientes etapas: Pre-tratamiento: en esta primera etapa el aluminio es sometido a un primer tratamiento químico, con la finalidad de lograr una total limpieza en la superficie de dicho material; con ello, el acabado resultante logra ser de una apariencia satinada mate en el cuál se controlan los tonos del acabado en ligero, medio y pesado. Se controla además en este paso la brillantez del aluminio, que permite tener una amplia variedad en los niveles de la reflexión del acabado. Tratamiento de anodizado: en esta segunda etapa una de las superficies es preparada para ser sometida a un tratamiento que construirá la película de anodizado; esto se hace sumergiendo el aluminio en un baño electrolítico donde se aplicará corriente eléctrica. eléctrica. Es importante hacer mención qu quee la capa anódic anódicaa se forma en base al aluminio mismo, convirtiéndose al momento en una dura y porosa película en donde el factor del espesor del anodizado es posible determinarlo en función al uso final del material. Post-tratamiento: en esta tercera y última etapa se presenta la aplicación del color en la capa anódica. anódica. Tintas orgánicas pue pueden den ser utilizadas para para llenar los poros con algún color también puedenespectro depositarse electromecánicamente metálicas en los poros parao crear un amplio espec tro de colores. Muchos de estossales colores será serán n resistentes al medio ambiente sin perder colorido. Finalmente, el sellado de la capa anódica consiste en un baño de agua caliente que básicamente dilatará los poros hasta h asta cerrarlos. Es notable descartar los métodos de anodizado, para ello:   Anodizado continuo en rollo:

la configuración básica de una línea de anodizado en rollo consiste en una operación continua de alimentación, de los siguientes elementos, tanque de pre-tra pre-tratamiento, tamiento, tanque de limpieza, tanque de post-tratamiento y equipo para reembobinar la cinta. PÁGINA

 

MATERIALE MATERI ALESS METÁLI METÁLICOS COS – 2015 METALURGIA DEL ALUMINIO   Anodizado por hojas:

estee pro est proceso ceso varía al ccontinu ontinuo o ya que las las pi piezas ezas son independientes y deben ser montadas y desmontadas varias veces, este sistema como el siguiente es utilizado en corridas cortas.

Imagen tomada de: http://alcati.es

  Anodizado por piezas o lotes:

este proceso es exactamente igual al proceso de anod proceso anodizado izado por hoj hojas, as, aambos mbos sist sistemas emas se ut utiliza ilizan n generalmente como parte final del proceso de fabricación del producto ya que la pieza se anodiza en su totalidad y todos los bordes o filos, son anodizados, garantizando un producto de larga vida útil.

Imagen tomada de: http://edr.es

RECICLAJE El proceso de reciclaje es mucho menos costoso que crear nuevos materiales de aluminio, ya que primero debe ser obtenido mediante la minería a partir de la bauxita, y luego refinado para obtener el óxido de aluminio. Esto requiere gran cantidad de energía y genera mucha ccontaminación. ontaminación. El result resultado ado es el aluminio que ssee utiliza para PÁGINA

 

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gran cantidad de cosas en nuestra vida diaria, como por ejemplo recipientes de bebidas, los cuales puede pueden n ser reciclados ga gastando stando apenas el 5% de la energí energíaa necesaria para obtener nuevo aluminio. Por esta razón el aluminio es uno de los productos más reciclados. En Estados Unidos aproximadamente el 55% del aluminio que se utiliza, procede de material descarta desc artado do como basur basura, a, es decir es alu aluminio minio recicla reciclado, do, las latas que dese desecha cha la gente gente.. En Japón y Brasil, se llega al 90% de reciclaje de aluminio. En muchas ciudades hay contenedores de reciclaje en los que se pueden arrojar los productos usados de aluminio, aluminio, y que van directamente a las recicladoras recicladoras.. Pero la mayoría del aluminio procede del procesamiento de la basura, donde se hace la división municipal de los desperdicios, separando lo que puede ser reciclado, algo que tampoco se realiza en todas las ciudades. Proceso de reciclado del aluminio

El aluminio es cortado en pedazos pequeños e iguales, para reducir el volumen. Esas piezas son pasadas por un proceso de limpieza química y mecánica, para minimizar las pérdidas por oxidac oxidación ión cuando sea nuevam nuevamente ente derreti derretido. do. A continuación se arrojan arrojan en una inmensa caldera caldera donde son cale calentadas ntadas a unos 750º C para derretirlo. Primero hay que retirar la escoria, que es una masa de impurezas presentes en los productos de aluminio, como tintas o capas protectoras. Luego se trata para dividirlo en los diferentes tipos de aleaciones de aluminio que existen, a las que se les agregan algunos componentes más. Y ya estará listo en lingotes para volver a convertirse en productos de aluminio, que podrá ser reciclado cuando termine su vida útil.

TOXICIDAD En el ámbito industrial, industrial, los trabajadores q que ue respiran cantidades alta altass de polvo de aluminio pueden desarrollar problemas respiratorios tales como, tos o alteraciones que se detectan en radiografías de tórax. El uso de máscaras para respirar y el control de los niveles de polvo en fábricas fábricas han eliminado es este te problema en gran parte parte.. Algunos trabajadores que respiran polvos que contienen aluminio o vapores de aluminio tienen bajo desempeño en pruebas que miden funciones del sistema nervioso. En el seno seno familiar o doméstic doméstico, o, la ingesta de aluminio generalmen generalmente te no produce daño. Algunos estudios han sugerido que la exposición a cantidades altas de aluminio puede causar enfermedad de Alzheimer, mientras que otros estudios no han PÁGINA

 

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encontrado evidencia de que esto ocurra. No se sabe con certeza si la exposición al aluminio produce enfermedad de Alzheimer. Algunas personas que sufren de enfermedad renal acumulan una gran cantidad de aluminio en sus cuerpos. La enfermedad del riñón impide la eliminación de aluminio en la orina. Algunas veces, estas personas desarrollaron enfermedades de los huesos o del cerebro que los doctores atribuyeron al exceso de aluminio. Aunque los productos que contienen aluminio que se venden sin receta no se consideran peligrosos peligrosos para perso personas nas sanas en las dosis que ssee recomiendan recomiendan,, su uso prolongado ha causado algunos efectos adversos en algunas personas.

BIBLIOGRAFÍA Libros   

“Manual del ingeniero mecánico” de Marks. “Manual “Manu al del alu aluminio minio”” por Alum Aluminium inium – zentr zentrale ale Manual por Lincoln electric

De internet    

http://metalactual.com http://asoc-aluminio.es http://aluar.com

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