Aleaciones de aluminio para colada

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.

Acciones correctoras en el proceso de soldadura

Eliminación parcial de rechupes y fisuras de contracción.

Las grietas o fisuras por soldadura traen como consecuencia un fallo rápido de la unión cuando la solicitación es dinámica. Tratándose de cargas estáticas, perpendicularmente al plano de la grieta, éstas pueden ser la causa de rotura en solicitaciones por debajo de la tensión admisible calculada.

Las fisuras se originan como consecuencia de obstaculizarse la contracción del material, cuando las tensiones de contracción no se pueden eliminar con la fluencia del material o cuando la modificación en la longitud, en algún dominio de la unión soldada, es mayor que el alargamiento de rotura.
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La Distribución de Temperatura y el Ciclo Termico

La Distribución de Temperatura.

Representa las temperaturas existentes en un momento determinado, en varios puntos del metal que ha sido o está siendo soldado.

El Ciclo Térmico.

Representa como varía la temperatura a lo largo de todo el tiempo de un punto cualesquiera del metal durante la soldadura. El ciclo térmico representa por lo tanto la historia térmica de un punto cualquiera del metal y por ello, tiene una influencia notable en la micro estructura final de dicho metal y en sus propiedades mecánicas. Continuar leyendo “La Distribución de Temperatura y el Ciclo Termico”

Flujo de calor en la soldadura

El proceso de soldadura involucra necesariamente aporte de calor para unir dos piezas entre sí. El aporte de calor es muy importante no solo porque permite que se lleve a cabo la unión, si no por que afecta su microestructura y ésta a su vez, sus propiedades mecánicas. Además provoca variaciones dimensionales y puede generar tensiones residuales que afecten la integridad de los componentes soldados.

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Aleaciones de aluminio para forja – soldadura

Aleaciones de aluminio para forja

Las aleaciones de aluminio para uso comercial se especifican como productos forjados y materiales fundidos. Los productos forjados incluyen estampaciones, extrusiones, placa, chapa, banda, barra, alambre, tubo y lámina o papel, mientras que las aleaciones para colada pueden conseguirse en formas fundidas en arena, por gravedad y a presión. Las aleaciones pueden clasificarse en las que se pueden tratar térmicamente ocasionando un endurecimiento por precipitación y las que no. Las aleaciones de aluminio pueden ser forjadas en una gran variedad de formas y tipos de forjado . Continuar leyendo “Aleaciones de aluminio para forja – soldadura”

Aleaciones de aluminio – soldadura

Como se ha comentado con anterioridad, el aluminio es un metal con una baja resistencia mecánica. Por ejemplo, el límite elástico de un aluminio recocido puede alcanzar un valor de 10 MPa. Por tanto, uno de los objetivos a la hora de diseñar aleaciones de aluminio es mejorar su resistencia mecánica aleándolo con diferentes metales como el Cu, Mg, Mn, Zn, Fe o bien el Si. Continuar leyendo “Aleaciones de aluminio – soldadura”

Tratamientos térmicos por calefaccionado interno

Es el caso típico de Tratamiento Térmico de Esferas de Gas licuado aunque puede realizarse con mayor o menor dificultad en otros tipos de configuraciones.

Lo original de este método consiste en utilizar el mismo equipo como horno. Esto se logra revistiendo el equipo con dos capas de aislacion. La capa primera debe ser refractaria, se usa fibra cerámica ya que la misma debe resistir las altas temperaturas de la piel caliente del equipo (» 600 °C). La segunda capa puede ser un material aislante, menos refractario y menos costoso, por ejemplo Lana Mineral. Continuar leyendo “Tratamientos térmicos por calefaccionado interno”

La estructura cristalina del acero

acero atomosLa estructura interna de los granos cristalinos está compuesta de átomos de hierro dispuestos conforme a un patrón regular tridimensional.
Este patrón se representa en la figura.Se trata de la estructura cristalina cúbica de mallas centradas; los átomos se encuentran en las  esquinas y en el centro del cubo. La malla es de solo 0,28 mm en sus aristas. Un grano típicose compone de alrededor de 10 15 repeticion esde esta malla.
Esta estructura cristalina del acero a temperatura ambiente es uno de los factores principales que determinan la metalurgia y las propiedades de los aceros.
Los aceros contienen carbono, parte del cual, en cantidad muy pequeña, está contenido dentro de los cristales de hierro. Los átomos de carbono son muy pequeños y pueden adaptarse, con cierta distorsión, entre los espacios mayores existentes entre los átomos de hierro. Esta disposición conforma lo que seconoce como una solución sólida intersticial el carbono se sitúa en los intersticios del cristal de hierro. Continuar leyendo “La estructura cristalina del acero”