El aluminio, un metal liviano pero notablemente robusto, ha transformado la industria moderna con su combinación única de propiedades. Desde maravillas aeroespaciales hasta arquitectónicas, vehículos de exploración submarina, utensilios de cocina, el aluminio sirve funciones cruciales, gracias a sus características del material y variantes de aleación adaptables.
Propiedades centrales de aluminio
El aluminio (AL), el número Atómico 13, es conocido por su excelente relación resistencia / peso, resistencia a la corrosión y alta conductividad térmica y eléctrica. Cuenta con una densidad de aproximadamente 2,7 g/cm³, significativamente más ligera que el acero (~ 7.85 g/cm³), lo que lo hace ideal para aplicaciones sensibles al peso. Su maleabilidad y ductilidad se mejoran aún más a través de tratamientos de aleación y termo mecánico, lo que permite formas intrincadas y componentes estructurales resistentes.
Composición química y propiedades
El aluminio en su forma pura excede el 99% de contenido de aluminio, pero para fines industriales, a menudo se aleja de elementos como silicio (Si), magnesio (Mg), cobre (Cu) y zinc (Zn). Estas aleaciones afectan la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión y la trabajabilidad. A continuación se muestra una tabla de composición química estándar (WT%) para la serie de aleación de aluminio principal, que guía a los diseñadores al seleccionar material para funciones específicas.
| Serie de aleaciones | Elementos de aleación | Rango de composición típico (%en peso) |
|---|---|---|
| 1xxx | 99% min puro aluminio | AL: 99.0+; Si, Faith, Cucoach <0.3% |
| 2xxx | Cobre (Cu) | CU: 3.5–5.5%; Mg: 0.2–1.5%; Fe, Si <1% |
| 3xxx | Manganeso (MN) | MN: 1.0–1.5%; Si <1.0%; Fe <0.7% |
| 4xxx | Silicio (Si) | Sí: 4.0–6.0%; Que, mg <0.3% |
| 5xxx | Magnesio (mg) | Mg: 3.0–5.0%; Si <0.4%; Fe <0.5% |
| 6xxx | Magnesio (mg) + silicio (Si) | Mg: 0.8–1.2%; SI: 0.4–1.2%; Fe <0.5% |
| 7xxx | Zinc (Zn) | Zn: 5.0-8.0%; Mg: 1.5-2.5%; CU: 1.2–2.0% |
Aleación de templado: adaptación de las propiedades mecánicas del aluminio
La versatilidad de las láminas de aluminio mejora notablemente con el templado: tratamiento térmico y protocolos de trabajo mecánicos que mejoran propiedades mecánicas específicas. Las designaciones de temperatura más utilizadas siguen a los estándares ASTM y AMS, como:
| Código de temperamento | Condición | Descripción | Impacto de la propiedad mecánica |
|---|---|---|---|
| O | Recocido | Condición más suave; máxima ductilidad | Resistencia a la tracción: baja; alto alargamiento |
| H1X | Endurecido por cepa (no tratado con calor) | Varios endurecimiento por trabajo en frío | Mayor fuerza; ligera reducción en la ductilidad |
| H2X | Tensión endurecida + recocido parcial | Fuerza moderada | Fuerza y ductilidad equilibradas |
| H3X | Tensión endurecida + estabilizada | Tensiones residuales mínimas | Resistencia a los cambios dimensionales |
| Violar | Solución tratada con calor + frío trabajado | Fuerza moderada con buena dureza | Buena fuerza, características de flexión |
| Estómago | Solución tratada con calor + envejecimiento artificial | Fuerza máxima | La resistencia a la tracción maximizada; ductilidad ligeramente menor |
Estos temperatura se implementan selectivamente según el uso final. Por ejemplo, los componentes aeroespaciales a menudo utilizan una aleación 7075-T6 que exhibe una alta resistencia a la tracción de más de 500 MPa, mientras que los paneles arquitectónicos priorizan 3003-H14 resistentes a la corrosión para la durabilidad en los entornos al aire libre.
Estándares de implementación que rigen las aplicaciones de aluminio
Los estándares globales aseguran la consistencia y la seguridad en la utilización del aluminio. Los más comúnmente referenciados incluyen:
- ASTM B209: Especificación estándar para la hoja de aluminio y aleación de aluminio y los miembros de la placa que cubren específicamente los productos más pesados que 0.016 pulgadas de espesor. Guía las propiedades mecánicas, las dimensiones y los tipos de aleaciones relevantes en aplicaciones como paneles de revestimiento.
- Sistema de designación AA (Asociación de Aluminio): Ayuda a definir composiciones por números de serie, capacitar a los ingenieros para seleccionar las aleaciones apropiadas rápidamente.
- AMS 2770: Especificación de material aeroespacial que describe la lámina de aleación de aluminio templado y tratamientos térmicos.
- ISO 6361: Para hojas de aleación de aluminio y aluminio forjado, tiras y placas, prevalentes en el diseño automotriz.
Aplicaciones funcionales de hojas de aluminio: una encuesta técnica
Ingeniería aeroespacialEl aluminio proporciona el marco esquelético en fuselajes de aviones, alas y componentes del motor. Para esto, las aleaciones como 2024 y 7075 son frecuentes debido a su resistencia favorable y resistencia a la fatiga combinadas con el tratamiento con corrosión de sodio o la protección de la superficie anodizante que mejora la vida útil.
Sector automotrizEl impulso de vehículos más ligeros para mejorar la eficiencia de combustible universaliza el uso de la lámina de aluminio. La serie de aleación 5000 (como 5052-H32) equilibra la resistencia a la corrosión contra las cargas de impacto, los paneles de formación, los cuerpos y los intercambiadores de calor debido a una excelente trabajabilidad.
Fachadas arquitectónicas y techosLas aleaciones de aluminio de lámina arquitectónica suave, como 3003 y 3105, facilitan la formación de belleza junto con resistencia y resistencia al clima. Se someten a recubrimientos o anodizan de conformidad con ASTM B221 y las especificaciones de AAMA que mejoran el ciclo de vida.
Aplicaciones eléctricas y térmicasLa conductividad térmica (~ 237 w/m · k) de ciertas aleaciones de aluminio admite el uso en disipadores de calor, paneles de aislamiento del techo. En cuanto a las aleaciones eléctricas de alta pureza, 1350, sustentan los cables de potencia de arriba.
Embalaje y bienes de consumoLas propiedades de barrera del aluminio contra la humedad, la luz y el oxígeno hacen aleaciones de 1235 o 1145 materiales de elección en lámina de envasado de alimentos, latas de bebidas que equilibran la maleabilidad y los estándares de pureza definidos por la FDA.
Componentes marinosLa corrosión de agua salada no es trivial en ambientes marinos; Las aleaciones AL-MG de la serie 5000 (5052, 5083) combinadas con temperaturas más altas combinadas con anodización prevalecen para proteger la durabilidad de los cascos de los barcos y las estructuras en alta mar.
