Aleaciones de aluminio para colada

By | 8 junio, 2014

Son aquellas aleaciones que se utilizan en fundición de piezas obtenidas mediante colada en moldes de arena (colada en arena), en moldes de acero (colada en coquilla) y mediante inyección.

Las aleaciones de aluminio de colada son propensas a presentar porosidad gaseosa a lo largo del metal solidificado. Este hecho se debe a la gran capacidad que tiene el caldo metálico en absorber hidrógeno de la atmósfera o vapor de agua que pueda existir en el horno. Generalmente, para evitar esta porosidad se utilizan fundentes limpiadores como el BCl3 (tricloruro de boro) o mediante la inyección de nitrógeno en el caldo metálico.

Las aleaciones de aluminio en estado líquido reaccionan con gran facilidad con el oxígeno de la atmósfera formando una capa de óxido en su superficie. Esta capa protege al metal líquido interior de la oxidación.

La familia de aleaciones seleccionadas para la fabricación de la estructura cerrada son las aleaciones AlSi aleadas también con Mg y son las que a continuación se tratan haciendo hincapié en sus propiedades de colabilidad, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión. Para la observación de las características de otras aleaciones utilizadas habitualmente como son las AlCu, AlCuS, AlMn véase Anexo A.4.

Aleaciones AlSi. Las aleaciones de aluminio y silicio se utilizan cada vez más por sus excelentes propiedades de moldeo, buena soldabilidad, buena resistencia al desgaste y buena resistencia a la corrosión, incluso en ambiente marinos.

La adición de silicio mejora notablemente la fluidez de la aleación durante la colada. Esto se debe a que el silicio tiene un retículo tipo diamante, no denso, donde cada átomo de silicio en estado sólido ocupa un espacio mucho mayor que en el estado líquido, por lo que al solidificar, la contracción es inferior a la de otras aleaciones y metales. En general, las aleaciones AlSi son las más dúctiles y resistentes al choque que las aleaciones AlCu.

El sistema binario AlSi forma un eutéctico a una temperatura de 577°C y a una composición del 11.7% de Si, donde la microestructura está formada por una matriz de fase a y una dispersión de fase p o silicio.

Al igual que las aleaciones anteriores, la solubilidad del silicio en la matriz de aluminio es máxima a la temperatura del eutéctico. En condiciones de equilibrio la solución sólida de aluminio o fase a tiene un contenido en silicio del 1.3% a 550°C y baja hasta el 0.05% al 0.008% a la temperatura de 250°C

En estas aleaciones, el silicio existente puede aparecer en dos formas. A partir de la precipitación de la solución sólida a o bien a partir de una forma directa durante el proceso de solidificación.

Desde el punto de vista cristalográfico ambos son equivalentes, pero difieren en la forma y distribución. En los procesos de colada, las aleaciones AlSi no suelen alcanzar estructuras totalmente en equilibrio y suele aparecer silicio libre en los lingotes.

Existen otros aleante como el Na y el Fe que se añaden al aluminio fundido para producir la reacción conocida como modificación. La adición de Na evita la cristalización del silicio desplazando el punto eutèctico hacia la derecha (14% de Si) y disminuyendo la temperatura del eutèctico.

Desde el punto de vista microestructural, el Na hace que el silicio cristalice de una forma dispersa y uniforme en vez de finas placas alargadas. La distribución del silicio en pequeños precipitados favorece las propiedades mecánicas de resistencia.

Por ejemplo, si a una aleación Al-12%Cu se añade sodio, la resistencia a la tracción del material moldeado aumenta de 4 a 7 kgf/mm2, y su alargamiento a rotura puede ser casi de el doble. Las principales ventajas de las aleaciones modificadas de AlSi son sus excelentes propiedades de moldeo y propiedades físicas, siendo mejores que las aleaciones AlZn o que la aleación con 8% de Cu. Como desventaja, son aleaciones difíciles de mecanizar debido a la naturaleza abrasiva de las partículas de Si. El hierro es prácticamente insoluble en estas aleaciones y aparece formando un compuesto ternario. Si el contenido en Fe es menor del 0.6%, dicho compuesto aparece como pequeñas agujas o placas en el eutèctico. En mayores proporciones, el aluminio se fragiliza empeorando en gran proporción las propiedades mecánicas.

Las aleaciones AlSi se utilizan preferentemente en las industrias de fundición, debido a su alta fluidez y su reducido coeficiente de expansión tèrmica. Las aleaciones AlSi para forja se utilizan para varillas de material de aportación para la soldadura.

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