Propiedades del Aluminio

• Baja densidad: Aproximadamente 1/3 de la densidad del acero.
• Alta conductividad térmica: Tres veces mayor que la del acero.
• Alta conductividad eléctrica: Aproximadamente la mitad de la del cobre.
• Alto coeficiente de expansión: Dos veces mayor que el del acero.
• Alto coeficiente de reflexión: Refleja bien la luz.
• Bajo punto de fusión: 660°C, lo que facilita su fundición.
• Alta fluidez: Se funde fácilmente.
• Óxido de aluminio (Alúmina): Punto de fusión de 2035°C.
• Cristaliza en estructura FCC: No se puede templar.
• Muy buena resiliencia: Resiste bien los impactos.
• Alto calor específico: Absorbe mucho calor antes de aumentar su temperatura.
• Módulo elástico: 71 GPa, en comparación con 211 GPa del acero.
• Muy anódico: Se autopasiva y se puede anodizar.
• Solvente de H₂ en estado líquido: No en estado sólido.
• Se alea sustitucional e intersticialmente: Forma eutécticos, peritécticos y eutectoides.
• Algunas aleaciones pueden envejecer: Por tiempo y temperatura.

Ventajas del Aluminio

• Es el elemento más abundante en la Tierra.
• Tiene una baja densidad (2.7 g/cm³).
• Su estructura FCC es fácil de deformar y fabricar.
• Temperatura de fusión baja (660°C), lo que facilita su fundición.
• Se deforma muy bien plásticamente.

Desventajas del Aluminio

• Se requiere mucha energía para extraerlo de su mineral.
• El aluminio macizo tiene rigidez y resistencia (E = 70 GPa, TS = 820 MPa).
• No muestra una transformación de fase explotable.
• Baja temperatura de fusión, lo que lo hace inadecuado para aplicaciones a alta temperatura.

Producción de Aluminio

La producción de aluminio se mide en miles de toneladas:

• Norteamérica: 25597
• Europa Occidental: 20224
• Europa Central y Este: 22078
• China: 80260 (60-70% del mundo)

El consumo de aluminio se divide en:

• 46%: Importado
• 33%: Reciclado (de segunda fusión de ferroaleación)
• 21%: Producido en una planta

Producción de aluminio forjado en Europa:

• 2007: 8.8 millones de toneladas
• 2010: 7.9 millones de toneladas

Endurecimiento del Aluminio

Existen diferentes métodos para endurecer el aluminio:

1. Adición de elementos de aleación: Estos elementos forman disoluciones sólidas de tipo sustitucional y provocan un endurecimiento débil.
2. Bonificado: Se añaden elementos insolubles con el aluminio que luego precipitan como partículas de elementos intermetálicos. Este método produce un gran endurecimiento.
3. Deformación en frío: Se deforma plásticamente el aluminio por laminado o forja, incrementando la densidad de dislocaciones. Este método produce un endurecimiento débil.
4. Afino de grano: Se añaden elementos que nuclean, o se realiza un forjado con metales como Ti, B o Zr. Este método mejora las propiedades mecánicas, especialmente en combinación con el bonificado.

El bonificado es el método más efectivo para mejorar las propiedades mecánicas del aluminio, ya que la relación resistencia/densidad es altísima. Los demás métodos solo cambian las propiedades débilmente.

Elementos de Aleación

El magnesio (Mg) es un elemento típico para mejorar las propiedades mecánicas del aluminio. Crea más distorsión y aumenta la solubilidad.

Endurecimiento por Deformación

El endurecimiento por deformación (en frío o contra acritud) es el endurecimiento de un material por una deformación plástica a nivel macroscópico. Este proceso tiene el efecto de incrementar la densidad de dislocaciones del material. A medida que el material se satura con nuevas dislocaciones, se crea una resistencia a la deformación de nuevas dislocaciones. Esta resistencia a la formación de dislocaciones se manifiesta a nivel macroscópico como una resistencia a la deformación plástica.

Endurecimiento por Maduración

Las aleaciones de aluminio se dividen en las que se pueden madurar (Cu, Mg, Li) y las que no (Mn, Si, Fe). El intervalo entre %Xo y %Xsm (ver tabla) determina si una aleación se puede madurar o no.

Para que una aleación de aluminio se pueda madurar, el elemento de aleación no puede presentar alotropía (pasar de FCC a BCC, por ejemplo). Además, debe haber cierto nivel de solubilidad del elemento en aluminio a temperatura ambiente.

El proceso de maduración se divide en tres etapas:

1. Disolución: Se alcanzan altas temperaturas para disolver el elemento de aleación. Se mantiene el aluminio durante 15-20 minutos a la temperatura en la que la solubilidad es máxima (Te).
2. Temple: Se enfría rápidamente el metal (hielo-agua, agua) creando una solución sólida supersaturada (SSSS). Este enfriamiento rápido impide la precipitación de los compuestos intermetálicos.
3. Maduración: Se descompone controladamente la SSSS, formándose una fina dispersión de partículas. En esta etapa se busca descomponer la SSSS formada después del temple a través de una secuencia de distintas fases. Los primeros precipitados que se forman son metaestables, estos nuclean porque son coherentes con la estructura del aluminio y la distorsión en red es baja. Estos primeros precipitados metaestables serán zonas de nucleación, consiguiendo más tarde la disolución por difusión de estos precipitados. Finalmente, si se deja suficiente tiempo, el proceso termina con la formación de un precipitado estable distinto al del aluminio.

Existen dos tipos de maduración:

• Natural: A temperatura ambiente.
• Artificial: A temperatura elevada.