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MAGNESIO Y ALEACIONES DE MAGNESIO
1.- INTRODUCCIÓN 1.1.- DESCUBRIMIENTO.
1.2.- MÉTODO DE OBTENCIÓN
2.- ESTRUCTURA
3.- ISÓTOPOS
4.- PROPIEDADES DEL MAGNESIO.
5.- ALEACIONES DE MAGNESIO.
6.- PRINCIPALES ALEANTES DEL MAGNESIO.
7.- ESPECIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES DE MAGNESIO
8.- APLICACIONES.
9.- ALGUNAS MICROESTRUCTURAS DE ALEACIONES DE Mg.
ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO
1.-PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS
2.-PRODUCCION DE ALUMINIO
3-ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACION (MADURACION)
4.-CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO PARA FORJA
5.-CLASIFICACION DE ALEACIONES DE ALUMINIO PARA FUNDICION
TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIO.
1. INTRODUCCION.TITANIO
2. TIPOS DE ALEACIONES 2.1.ESTABILIZADORES. TEMPERATURA DE TRANSFORMACION 2.2.ALEACIONES ALFA 2.3.ALEACIONES BETA 2.4.ALEACIONES ALFA-BETA
3. TRATAMIENTOS TERMICOS
3.1 RECOCIDO CONTRA ACRITUD 3.2 RECOCIDO
3.2.1. MILL-ANNEALING
3.2.2. RECOCIDO DOBLE 3.2.3. RECOCIDO RECRISTALIZACIÓN 3.2.4. RECOCIDO BETA
3.3 OBTENCIÓN TRATAMIENTO DE LA MARTENSITA 3.4 CONTAMINACIÓN EN EL TRATAMIENTO TÉRMICO
4. SOLDADURA
MAGNESIO Y ALEACIONES DE MAGNESIO
1.- INTRODUCCIÓN
El magnesio es un elemento químico cuyo símbolo es Mg y de número atómico
12. Es un metal blanco, plateado y muy ligero, con escasa tenacidad y por lo tanto poco
dúctil.
A lo que a abundancia se refiere, podemos situarlo en el octavo lugar en la
corteza terrestre (2.33% en peso). Sus principales minerales son dolomita (carbonato
doble de magnesio y calcio), magnesita (MgCO3), carnalita, el amianto, la espuma de
mar o sepiolita, la giobertita, y como cloruros o sulfatos en el agua de mar.
1.1.- DESCUBRIMIENTO.
El magnesio fue descubierto en 1808 en Inglaterra por Sir Humphrey Davy. Su
nombre viene de la palabra griega magnesia distrito de la región de Tesalia en Grecia
donde fue encontrado el óxido de magnesio.
En 1618 un granjero de Épsom (Inglaterra) trato de dar a sus vacas agua de un
pozo. Los animales la rechazaron a causa de su amargo sabor; sin embargo, el granjero
observó que el agua parecía curar heridas y erupciones de la piel. La fama de las sales
de Épsom se extendió, y se empezaron a usar con fines médicos aunque no se conocía la
razón por la que aceleraban los procesos curativos.
Tiempo después, se descubrió que esa sal era el sulfato de magnesio MgSO4.
J.Black reconoció que el magnesio era un elemento en 1755 pero no fue aislado hasta
1808. Se obtuvo por electrólisis de una mezcla de magnesio (óxido de magnesio) y
óxido de mercurio.
1.2.- MÉTODO DE OBTENCIÓN
El magnesio es uno de los elementos químicos más abundantes en la naturaleza
como ya se ha comentado anteriormente y se le encuentra en forma de minerales en la
corteza terrestre. El magnesio metálico puede obtenerse por dos métodos diferentes que
citamos acontinuación:
Electrólisis de cloruro de magnesio fundido con cloruro de calcio y cloruro de
sodio a una temperatura de 700-720 ºC en celdas dow (el magnesio se produce en el
cátodo y el cloro en el ánodo.
El magnesio se extrae principalmente del agua del mar, aunque también es posible
usar como materias primas magnesita, dolomita y aguas salinas naturales. Mediante la
electrólisis del cloruro magnésico se obtienen cloro y magnesio metálicos.
Por reducción silicotérmica de óxido de magnesio en contenedores de Cr-Ni
(con una mezcla de ferrosilicio, espato fluor y dolomita calcinada) a baja presión y 1160
ºC, es decir, reducir el mineral en hornos eléctricos con carburo de calcio u otros
reductores.
El proceso silicotérmico o ferrosilícico emplea como materia prima la roca
dolomita. El mineral ferrosilíceo, aleación de hierro y sílice, se mezcla con dolomita
calcinada y se prensa en pequeñas briquetas que se cargan en una retorta de acero, se
someten al vacío y se calientan a 1.200 °C. En el proceso, el magnesio se extrae en
forma de cristales, que se funden.
2.- ESTRUCTURA
El magnesio puro tiene poca resistencia mecánica y plasticidad, debido a que su
estructura es HCP (hexagonal compacta) y posee pocos planos de deslizamiento o
planos basales.
Por debajo de 225 º C sólo el deslizamiento del plano basal 0001 < 1120> es posible
junto con el maclado piramidal 1012 <1011>, por lo que el trabajo en frío es
complicado.
3.- ISÓTOPOS
Los isótopos del magnesio son muy útiles aunque su aplicación no nos compete
demasiado, citaremos al magnesio-26, a modo de curiosidad ya que es un isótopo
estable que se emplea en la datación geológica, al igual que el Al-26, del que es hijo. En
las CAI (inclusiones ricas en calcio y aluminio) de algunos meteoritos, los objetos más
antiguos del sistema solar, se han encontrado cantidades de Mg-26 mayores de las
esperadas que se atribuyen al decaimiento del Al-26. Estos objetos, cuando se han
desprendido en etapas tempranas de la formación de los planetas y asteroides no han
sufrido los procesos geológicos que hacen desaparecer las estructuras condríticas
(formadas a partir de las inclusiones) y por tanto guardan información acerca de la edad
del sistema solar.
4.- PROPIEDADES DEL MAGNESIO.
El magnesio es un elemento químicamente muy activo. Debido a esto se
combina con la mayoría de los no metales y con casi todos los ácidos, excepto el
crómico y el fluorhídrico en estado puro. Reacciona, aunque en muy escasa medida con
los álcalis y compuestos orgánicos. Como catalizador, es decir, como sustancia que
regula las reacciones sin interferir en su desarrollo, activa reacciones orgánicas de
condensación reducción, adición y deshalogenación.
El magnesio, además de todo lo anteriormente nombrado, es un potente
reductor. Se emplea además, en síntesis química, para la obtención de titanio, berilio y
uranio.
-PRINCIPALES CONSTANTES FÍSICAS DEL MAGNESIO:
Densidad: 1,738
Temperatura de fusión: 648,8°C
Temperatura de ebullición: 1090°C
Masa atómica: 24,305 (78,6% del isótopo 24, 10,1% del isótopo 25 y 11,3% del isótopo
26)
Módulo de Young: 45.10 9 Pa
Módulo de rigidez: 17.10 9 Pa
Módulo de Poisson: 0,29
Dureza Brinell: 26 Hb
Resistividad eléctrica: 4,4.10 -8 Ωm
Reflectividad: 74%
Como podemos observar a partir de estos datos el magnesio tiene poca densidad
y baja conductividad eléctrica. Destaca su alto coeficiente de dilatación, conductividad
térmica y calor específico. Por otro lado, muestra una excelente resistencia al rayado y
alta capacidad de amortiguamiento debido a su bajo módulo de elasticidad combinado
con tensiones moderadas.
El magnesio tiene muy bajas propiedades mecánicas por lo que aunque es muy
ligero, se excluye la posibilidad de utilizarlo en estado puro como material estructural,
pero aleado como ya veremos a continuación y tratado térmicamente puede mejorar sus
propiedades mecánicas notablemente. Como el más liviano metal estructural disponible,
la combinación de baja densidad y buena resistencia mecánica de las aleaciones de
magnesio resulta en una alta relación resistencia-peso. Sobre esta base, es comparable
con la mayoría de los materiales estructurales comunes.
El magnesio posee baja Temperatura de fusión (650ºC) y ebullición (1100ºC),
así como un gran coeficiente de dilatación y un elevado calor específico. Uno de los
inconvenientes de alear el magnesio es que la buena conductividad térmica y eléctrica
es deteriorada por los aleantes. El motivo de su fragilidad es que como ya hemos
nombrado anteriormente es que cristaliza en una red hexagonal compacta. La
posibilidad de maclado ayuda a que la deformación plástica sea algo más coherente y
homogénea. A alta temperatura su comportamiento es parecido a los metales con red
FCC por lo que los procesos de extrusión, forja y laminación se realizan entre 350 y
500ºC. Por otra parte posee el módulo elástico más bajo de todos los metales
estructurales (45 GPa) aunque la rigidez relativa es muy alta. Por tanto las aleaciones de
magnesio son fáciles de mecanizar.
- REALIZACIÓN DEL PROCESO DE AFINO DE GRANO
En las aleaciones de magnesio es fundamental el afino de grano para disminuir
los problemas de rotura frágil por falta de plasticidad. Existen varios métodos por los
que conseguirlo. Si la aleación contiene aluminio se añade al metal líquido elementos
volátiles con carbono. En las aleaciones sin aluminio se añade Circonio para afinar, ya
que actúa como nucleante. En las aleaciones con aluminio no puede utilizarse el
circonio como afinante porque reacionan entre sí formando compuestos intermetálicos.
- LA FUSIÓN
La fusión del magnesio se realiza en crisoles de acero o fundición. Las
aleaciones de magnesio tienen en general buena fluidez, si bien experimentan una gran
contracción durante la solidificación, por lo que tiene tendencia a la aparición de
rechupes.
- EL HIDRÓGENO
El hidrógeno es el único gas que se disuelve en el magnesio líquido,
disminuyendo su solubilidad durante la solidificación, lo que hace que exista el riesgo
de porosidad en las piezas finales. Las aleaciones Mg-Al y Mg-Al-Zn se desgasifican
burbujeando Cl2 lo que produce contaminación medioambiental. En las aleaciones con
Zr, este aleante elimina el hidrógeno por la formación ZrH2 por lo que no es necesario
realizar una desgasificación.
-CORROSIÓN
El magnesio es un material muy reactivo y su potencial electroquímico es muy
negativo, por lo que tiene un comportamiento anódico respecto a la mayoría de metales
y aleaciones. Es fácilmente atacable por ácidos. El ataque por corrosión en las piezas de
magnesio se ve anormalmente acelerado en el caso de presencia de iones cloruro,
sulfuro o nitrato en soluciones acuosas, presencia de impureza de hierro, níquel, cobalto
y cobre. Para mejorar el comportamiento pueden añadirse manganeso, Circonio, Yodo o
Tierras Raras. En cualquier caso, el magnesio no tiene tendencia a la corrrosión
intercristalina ya que el borde de grano es catódico frente al centro.
La protección superficial de las piezas supone realizar procesos de anodizado
(con fluoruro o electrolítico) y de concersión, junto a la aplicación de recubrimientos de
pintura.
El magnesio forma espontáneamente, incluso en ausencia de humedad, una capa
exterior de MgO, discontinua y compacta, por lo que no es protectora. La velocidad de
oxidación del magnesio líquido aumenta con la temperatura y además tiene el
inconveniente de que la capa de óxido de la superficie líquida, no sólo no protege sino
que acelera la oxidación. Hay dos formas de tratar de proteger al metal de la oxidación:
- mediante fundentes o mediante una atmósfera protectora.
-Aparte del moldeo, en las aleaciones de magnesio también se aplican procesos
como el “squeeze casting” y el procesado semisólido.
-PRECAUCIONES
El magnesio es extremadamente inflamable, especialmente si está pulverizado.
En contacto con aire o agua reacciona exotérmica y rápidamente, por lo que debe
manipularse con precaución. El fuego, de producirse, no se deberá intentar apagar con
agua, deberá usarse arena seca o también cloruro de sodio.
5.- ALEACIONES DE MAGNESIO.
Las aleaciones se magnesio se clasifican en dos tipos principalmente: aleaciones
de magnesio para moldeo y aleaciones de magnesio para forja.
Magnesio Tipos Características
Aleaciones para forjar Magnam = magnesio + manganeso
Magzin = magnesio + cinc
Magal = magnesio + aluminio
En forma de
aleación
Aleaciones para fundir Fumagcin = magnesio + cinc
Fumagal = magnesio + aluminio
En estado puro Tiene pocas aplicaciones, excepto en la fabricación de productos
pirotécnicos y como
desoxidante en los talleres de fundición del acero.
-ALEACIONES PARA FORJA.
Los principales aleantes utilizados en las composiciones de forja son el
aluminio, manganeso y zinc. Dentro de este tipo de aleaciones podemos distinguir dos
grupos, las tratables térmicamente y las que no lo son.
En la mayoría de las aleaciones de forja, la mejora en las propiedades mecánicas
se lleva a cabo mediante la deformación en frío. Hay ocasiones en las que se consigue
mejorar también las propiedades mecánicas a través de una solución sólida o mediante
la combinación de solución sólida más deformación en frío y envejecimiento artificial.
En la actualidad no se utilizan por los problemas de deformabilidad que
conlleva. Las únicas aleaciones con unas mejores condiciones para la forja son las de
litio en las que los contenidos superiores al 11% de este aleante transforman la red
hexagonal del magnesio en una bbc, con mayor amplitud para el conformado.
- ALEACIONES PARA MOLDEO.
Las aleaciones de magnesio para moldeo se utilizan para la fundición y son
normalmente aquellas que contienen distintas proporciones de aluminio, manganeso y
zinc. El aleante más utilizado es el aluminio. En casos particulares se añaden trazas de
calcio y estos últimos años, se utilizan también tierras raras y zirconio, que aumentan la
resistencia a la fluencia y a la ruptura a temperaturas elevadas.
Este tipo de aleaciones son estables dimensionalmente hasta temperaturas del
orden de los 100 ºC. Las propiedades térmicas de estas aleaciones pueden ser mejoradas
mediante tratamientos térmicos.
Dentro de este grupo como ya hemos mencionado, las más utilizadas son las de
Magnesio-aluminio ya que en moldeo presentan una buena fluidez. En contra partida
tienen tendencia a la formación de microrrechupes y riesgo de agrietamiento en
caliente. Durante la solidificación se produce una notable segregación del aluminio, y si
el contenido es superior al 8% pueden deteriorarse la ductilidad y la tenacidad. La
adición de zinc por debajo del 3% mejora la resistencia. Las aleaciones Mg-Al tiene un
buen comportamiento a temperaturas inferiores a 100ºC. Si queremos utilizarlo para
altas temperaturas añadiremos silicio.
Otros dos tipos de aleaciones para moldeo muy importantes son las de
Magnesio-Zinc en las que el Zinc presenta una solubilidad máxima del 6.2% y
endurecen por precipitación. La fluidez es buena (mejorable añadiendo tierras raras)
aunque puede haber problemas de fragilidad por contracción.
En el caso de las aleaciones Magnesio-Tierras Raras poseen diagramas binarios
de tipo eutéctico con variación de solubilidad con la temperatura y márgenes de
solidificación pequeños además de ser tratables térmicamente. Además presentan un
buen comportamiento de fluencia hasta 250 ºC.
Las propiedades mecánicas que se consiguen son moderadas a temperatura
ambiente pudiendo ser mejoradas mediante la adición de Zinc al igual que en las
aleaciones Mg-Th que son excelentes a elevadas temperaturas y permiten obtener piezas
moldeadas de gran calidad, si bien su utilización es muy restringida en la actualidad ya
que el Th es muy reactivo y presenta problemas medioambientales y de manipulación,
lo cual encarece notablemente el proceso.
En lo que respecta a las aleaciones para moldeo de Mg-Ag están dejándose de
utilizar a favor de las aleaciones de Mg-Y, aleaciones modernas que han surgido como
una alternativa al Torio. Son difíciles de producir pero conducen a materiales con una
buena moldeabilidad y buena respuesta a los tratamientos térmicos. Combinadas con las
Tierras Raras se alcanzan buenas propiedades a temperatura ambiente y en caliente
hasta los 300ºC aparte de mejorar también la resistencia a la corrosión. El Magnesio se
alea en general para mejorar la resistencia mecánica y la colabilidad aunque hay que
tener en cuenta que propiedades como la resistencia a la corrosión no se ve modificada
más que débilmente.
6.- PRINCIPALES ALEANTES DEL MAGNESIO.
1.- ALUMINIO Y ZINC: Propicios para elevar la resistencia mecánica.
-Aleaciones Magnesio-Aluminio
La adición de Aluminio incrementa la resistencia a la tracción y la dureza,
aunque el efecto endurecedor de los precipitados Mg17Al12 sólo se observa por encima
de los 120º C. Además de la mejora en las propiedades mecánicas, tiene otra gran
ventaja ya que mejora la fusibilidad (la temperatura del eutéctico es 437ºC). Esta es la
razón por la cuál las aleaciones de moldea contienen un alto contenido de Aluminio.
Uno de los pricipales inconvenientes que se encuentran en este tipo de aleaciones es la
tendencia a generar microporosidades.
Diagrama de equilibrio Mg-Al
Se observa que el lado rico en magnesio del diagrama de equilibrio tiene una
gran analogía con el lado rico en aluminio del mismo. Presenta un dominio de
disolución sólida homogénea sin posibilidad de endurecimiento estructural dado que
existe un eutéctico entre esta solución sólida saturada y un compuesto intermetálico. A
éste corresponde la colabilidad máxima.
Ninguna de estas 2 ventajas es utilizada en la práctica porque se obtiene en los
dos casos aleaciones muy frágiles a causa de la presencia del compuesto intermetálico
anteriormente citado. Por esto el contenido en aluminio se limita aproximadamente al
6% para aleaciones de fundición y al 10% para aleaciones utilizadas en estado
templado.
-Aleaciones Magnesio-Zinc
La adición de zinc provoca los mismos efectos que la adición de aluminio en
términos de su capacidad de fusión y endurecimiento. Si además se añade una cantidad
superior al 3% se compensa la contracción por solidificación y se aumenta la resistencia
a la tracción.
Como desventajas destacan la generación de microporosidad y la aparición de
agrietamientos en caliente cuando el contenido de zinc es mayor al 2%.
Diagrama de equilibrio Mg-Zn
Como en el sistema Mg-Al encontramos en el sistema Mg-Zn un compuesto
intermetálico que hace aleaciones muy frágiles y que se forma como consecuencia de la
solidificación eutéctica o por precipitación a partir de la fase α. Las aleaciones binarias
MG-Zn son sobre todo muy frágiles en caliente; no pueden ser utilizadas en fundición,
porque se fisuran durante el enfriamiento en el molde como consecuencia de la
contracción. Es por esto, por lo que el Zn no se añade como elemento de aleación más
que combinado con el aluminio.
Recientemente sin embargo se ha puesto una gama de aleaciones Mg-Zn sin
Aluminio pero conteniendo de 0.4 a 1% de Zirconio y frecuentemente entre un 1 y un
4% de Tierras Raras o de un 1.5 a 2 % de Torio
2.- MANGANESO: Confiere mayor resistencia a la corrosión y afinar el
tamaño de grano.
En las aleaciones Mg-Mn Si el aleante se añade en cantidades superiores al 1.5%
en peso, la resistencia a la tracción aumenta. Además se mejora la resistencia a la
corrosión ( el contenido en Fe se controla reduciendo la solubilidad ya que es un
refinador de grano).
Diagrama de equilibrio Mg-Mn
La solubilidad del manganeso en el magnesio decrece rápidamente cuando la
temperatura disminuye y llega a ser prácticamente nula a 200 ºC. Después de la
precipitación se forman cristales angulosos azul grisáceos de manganeso puro. Las
propiedades mecánicas del magnesio no son más que débilmente influidas por el
manganeso, sólo se mejora la colabilidad.
3.- BERILIO: Disminuye la tendencia a la inflamación durante los procesos de moldeo.
Únicamente se añade en la fusión en pequeñas cantidades (menor 30 ppm),
reduciéndose drásticamente la oxidación de la aleación fundida.
4.-TIERRAS RARAS
Todas las tierras raras, incluyendo el Itrio, forman sistemas eutécticos de
solubilidad limitada del magnesio. Por tanto, podemos afirmar que el endurecimiento
por precipitación es posible. Se forman precipitados muy estables los cuáles elevan la
resistencia a la fluencia, a la corrosión y la resistencia a altas temperaturas. Dentro de
las tierras raras, los aleantes más utilizados son el Itrio, Neodimio y Cerio. Debido al
alto coste de este tipo de aleaciones únicamente son utilizadas para alta tecnología.
5.- LITIO: Proporciona un endurecimiento por solución sólida a temperatura ambiente
y reduce la densidad.
En contra partida, tiene efectos negativos en la etapa de fusión y en el
comportamiento de los gases en la misma. Se reduce drásticamente su resistencia a la
corrosión. Una adición de Litio superior al 30% transforma la red del Magnesio de HCP
A FCC.
6.- SILICIO Reduce la fusibilidad
En contrapartida la resistencia a la fluencia aumenta debido a la formación de
fases de silicatos.
7.- PLATA: Fuerte aumento de la resistencia a altas temperaturas y a la fluencia
Siempre que sean combinadas con tierras raras pero se reduce sensiblemente la
resistencia a la corrosión.
8.-CIRCONIO: Aumenta la resistencia a la tracción
El aumento de la resistencia a la tracción no hace que haya pérdida de ductilidad
debido a su afinidad con el O2. No puede ser añadido a las fundiciones que contengan
aluminio o silicio.
.
7.- ESPECIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES DE
MAGNESIO
Las aleaciones de magnesio son designadas por un sistema establecido por la
A.S.T.M. (Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales), que cubre tanto
composiciones químicas como durezas.
Las primeras dos letras de la designación identifican los dos elementos aleantes
presentes en mayor cantidad. Las letras son ordenadas en forma decreciente según
porcentajes, o alfabéticamente si los elementos se encuentran en igual proporción. Las
letras son seguidas de sus respectivos porcentajes redondeados a números enteros,
seguidos por una letra final de serie. Esta letra de serie indica alguna variación en
composición de algún constituyente aleante menor, o impurezas. Las letras que
designan los constituyentes aleantes más comunes son:
A: Aluminio
E: Tierras raras
H: Torio
K: Circonio
L: Litio
M: Manganeso
Q: Plata
S: Silicio
Z: Zinc
Por ejemplo, la aleación de magnesio AZ31B contiene 3% de aluminio (código de letra
A) y 1% de zinc (código de letra Z).
8.- APLICACIONES.
Entre las múltiples aplicaciones del magnesio en la industria está:
- su uso como desoxidante para el cobre, el latón y aleaciones de níquel.
- se añade a varias aleaciones de aluminio: es la base de aleaciones duras y ligeras
utilizadas en la industria del automóvil y aeronáutica (motores) y se ha investigado
sobre aleaciones con circonio y thorio para la construcción de aviones.
Debido a su extremada baja densidad (1.74 g/cm3), incluso menor que el
aluminio (2.70 g/cm3), le otorga importantes ventajas en el campo de las aleaciones
ligeras.
- generalmente se encuentra aleado con aluminio, manganeso, cobre, litio, cinc, circonio
y elementos lantánidos.
- Estas aleaciones poseen además, adecuadas características de mecanización,
fabricación, empleándose en diversas piezas con aplicaciones aeronáuticas y
automotrices.
Algunos ejemplos:
- Válvulas y engranajes de distribución, bridas, bastidores de cajas de transmisión y
embragues, radiadores, accesos de lámparas, carcasas de motores de
limpiaparabrisas y varias partes de reguladores interiores
- En Aeronáutica, las aleaciones base magnesio son ampliamente empleadas en cajas
de cambios al igual que en vehículos de carrera.
Caja de cambios de un helicóptero Caja de cambios realizada por
fundición de aleación de Mg
La principal característica de estas aleaciones es que proporcionan una adecuada
resistencia mecánica para aplicaciones donde el peso de la pieza es un factor
fundamental.
La aleación ZE41A-T5, comercialmente conocida como "ZR5“, aleación de magnesio
para colada:
- es una de las más empleadas en la fabricación de caja de cambios de
helicópteros, componentes de aeronaves y equipo militar en general.
- También usada en la industria automotriz, especialmente en vehículos de alta
velocidad. Y en fórmula 1, empleada para la fabricación de cajas de cambio.
La aleación “ZRE1” con similares características a la anterior, se emplea en
componentes donde la resistencia al creep es requerida,
- menor contenido de cinc y un mayor contenido de tierras raras
- es mucho menos versátil y de aplicaciones más específicas
La aleación “WE43A T6”, además de circonio y tierras raras, contiene Ytrio
(3,7-4,3%) cuyas características son:
- alta resistencia dentro de las aleaciones de magnesio
- excelente resistencia a la corrosión
- Mantiene sus propiedades a elevadas temperaturas, pudiendo estar expuesta
por largos periodos de tiempo a temperaturas del orden de 250ºC.
- Debido a que sus propiedades mecánicas son superiores a la “RZ5”, esta
aleación ha sido seleccionada para helicópteros como Eurocopter EC120,
Sikorsky S92 y MD500, entre otros.
Las aleaciones “AM60B, AM50A” son ampliamente empleadas en la industria
automovilística, electrónica y de telecomunicaciones.
En la actualidad, vehículos como Audi A2, A4 y A6 contienen aproximadamente
14 kg de aleaciones de magnesio que ha reemplazado a las de aluminio
La aleación “AZ91D” es la aleación de magnesio para piezas fundidas a presión
más ampliamente utilizada que engloba una excelente combinación de propiedades
mecánicas, resistencia a la corrosión y colabilidad.
La resistencia a la corrosión se logra mediante el
cumplimiento de límites muy estrictos con relación a tres
impurezas metálicas: hierro, cobre y níquel. Éstos están
limitados a niveles muy bajos lo que hace necesario que se
utilice magnesio primario en la producción de esta aleación.
Para las aleaciones de magnesio, el principal proceso empleado para mejorar sus
propiedades mecánicas es el de endurecimiento por precipitación.
Tres de los sistemas binarios más interesantes en los que se cumplen las condiciones
requeridas para este proceso son:
Mg-Cu,
Mg-Zn y
Mg-Y,
9.- ALGUNAS MICROESTRUCTURAS DE
ALEACIONES DE Mg.
Aleaciones de Magnesio con aluminio
Aparece una forma eutéctica entre la solución sólida de Al en Mg y el compuesto
intermetálico Mg17 Al12. La precipitación del Mg17 Al12 en la solución sólida puede ser
continua o no.A temperatura de envejecimiento (cerca de 205º) aparece un patrón
continuo de tipo Widmanstätten. La precipitación discontinua, empieza a aumentar los
límites de grano entre la estructura laminar, proceso favorecido por bajas temperaturas
de envejecimiento y un contenido de Al próximo al 8%.
Cerca de 290º C el precipitado laminar comienza a aglutinarse.
Figura 1. Vista longitudinal de una
estructura recristalizada por recocido.
Partícula de Mg-Al (granos más oscuros) y
fragmentos de Mg17 Al12 (intermetálico) en
el contorno.
Figura 2. Vista longitudinal de una
estructura recristalizada, resultado de 30
minutos a 260ºC. La estructura es limpia
en general, pero la ganga atrapada
aparece en algunas áreas.
Figura 3. Extrusión. Vista longitudinal de una
“estructura soldada/estructura de soldadura”.
Granos recristalizados largos y equiaxiales.
Aleaciones de Magnesio con Tierras Raras
Debido a la baja solubilidad de las tierras raras en el Mg es normal un exceso de Mg9 R
en los límites de grano ( R representa fases intermetálicas que están presentes como
didio ( aproximadamente 85% Nd y 15% Pr))
Figura 4. Aparece masivamente el compuesto
Mg9 R entre los límites de grano de la solución
sólida de Mg resultado de una solución parcial
y una coalescencia del eutectico Mg- Didio.
Figura 5. Segregación caracterizada por
precipitación intergranular de didio y
circonio (producida durante el tratamiento de
la reacción con vapor de agua) y una menor
aparición de Mg9 R en los límites de grano.
Aleaciones de Magnesio con Zinc
A la temperatura eutéctica de 340º C
y un 6,2% de Zn, este es solubles en Mg, pero a bajas temperaturas en general se
produce una precipitación Mg-Zn,aunque estas partículas no son claramente
distinguibles con el microscopio electrónico
Aleaciones de Magnesio con Zirconio
Se suele añadir en proporciones inferiores al 1% en aleaciones de Mg que
contienen Zn, tierras raras o torio. En binarios Mg-Zr pueden ser observados granos en
el interior de la estructura.El Zr en aleaciones más complejas puede formar compuestos
con Zn y con determinados elementos como Al, Fe, Si y H formando impurezas.
Figura 6. Extrusión. Vista longitudinal de una
estructura “trabajada en caliente”. Pequeños
granos debido a la recristalización. Aparecen
granos grandes de color claro que son solución
sólida deficiente en Zn y Zr. Aumenta la
resistencia para el trabajo en caliente
Figura 7. Vista longitudinal. Estructura
semejante a la anterior, pero con granos
más alargados y un incremento de la
segregación en la aleación.
Con Silicio
Se presentan partículas de Mg2 Si, que son distinguibles por su contorno angular.
ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO
1.-PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS1
Constantes físicas:
Peso atómico: 26,97 g/mol
Estructura cristalina (20 ): Red cúbica de caras centradas
Parámetro a=4,041 Å
Densidad (20 ): 2,70
Punto de fusión: 659,8
Punto de ebullición: 1800
Calor específico (0-100 ): 0,2259 cal/g
Calor latente de fusión: 93 cal/g
Coeficiente lineal de dilatación térmica (20 ):
Resistividad eléctrica (20 ): 2,699 µΩ·cm
Conductividad térmica (20 ): 0,52 cal·cm/ ·s·
Propiedades mecánicas:
Resistencia a la tracción: 9 Kg/
Límite de elasticidad: 3 Kg/
Alargamiento de rotura: 45%
Estricción: 80%
Dureza: 16HB
Módulo de elasticidad: 7800 Kg/
Con la excepción del módulo de elasticidad las propiedades mecánicas dependen
muy ampliamente de la estructura.
En construcción metálica la propiedad más interesante del aluminio puro está
aún extraordinariamente restringida por sus mediocres propiedades mecánicas y sobre
todo por su pequeño límite de elasticidad.
Se puede recurrir a la buena maleabilidad del aluminio para la fabricación por
extrusión o martillado de piezas de paredes delgadas; el metal se presta muy bien a la
embutición, pero la mayor parte de las aplicaciones del aluminio puro están justificadas
por algunas propiedades físicas particulares como la conductividad eléctrica, la
conductividad térmica y la resistencia a la corrosión.
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
La resistencia eléctrica del aluminio es considerablemente más elevada que la
del cobre (2,699 contra 1,682 µΩ·cm) pero teniendo en cuenta su pequeño peso
específico, y que la resistencia de un hilo que pesa 1 gramo y que mida 1 metro de
longitud es casi la mitad que la de un hilo de cobre análogo, hace que el aluminio sea
cada vez más utilizado como conductor eléctrico, sobre todo para líneas de alta tensión;
en este caso, el inconveniente de la pequeña resistencia mecánica es compensado por
una armadura axial de acero.
Como en el cobre puro, la conductividad eléctrica del aluminio se ve ligeramente
disminuida por deformación en frio y muy fuertemente por la presencia de impurezas.
CONDUCTIVIDAD TERMICA
La alta conductividad térmica del aluminio es la base de numerosas aplicaciones
(marmitas y utensilios de menaje, cambiadores térmicos, instalaciones de refrigeración,
pistones de cilindros para motores de combustión interna, etc.) Su poca densidad juega
igualmente un papel importante en esta última aplicación. Por desgracia el coeficiente
de dilatación térmica del aluminio es elevado siendo necesario tenerlo en cuenta, sobre
todo cuando el aluminio está asociado a otros metales.
La fusibilidad del aluminio limita las aplicaciones como conductor térmico no
pudiendo sobrepasar la temperatura de utilización de 200 .
RESISTENCIA A LA CORROSION
Aunque el aluminio es muy fácil de oxidar resiste excelentemente la corrosión
atmosférica, porque se recubre de una película de oxido grueso y adherente que impide
la penetración del oxigeno.
Esta resistencia a la corrosión se ve disminuida por los elementos de aleación
hasta tal punto que, ciertas aleaciones de aluminio de alta resistencia mecánica deben
ser protegidas por una delgada capa de aluminio puro para evitar la corrosión.
El contacto del aluminio con metales más nobles debe evitarse en las estructuras
metálicas. Con el cobre y el hierro por ejemplo, ya que forma pares galvánicos con
efectos destructores de la capa de alúmina protectora y por tanto es sometido a una
fuerte corrosión.
2.-PRODUCCION DE ALUMINIO2
El aluminio es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre y
siempre se presenta combinado con otros elementos como hierro, oxígeno y silicio. La
bauxita, que consiste principalmente en óxidos hidratados de aluminio, es la materia
prima más utilizada para la producción del aluminio. En el proceso Bayer, la bauxita
reacciona con hidróxido sódico caliente para convertir el aluminio del mineral en
aluminato sódico. Después de la separación del material insoluble se precipita el
hidróxido de aluminio de la disolución de aluminato. El hidróxido de aluminio es a
continuación espesado y calcinado a oxido de aluminio,
El oxido de aluminio se disuelve en un baño fundido de criolita ( ) y se
electroliza en una celda electrolítica utilizando ánodos y catodo de carbono. En la
electrolisis se obtiene el aluminio metálico en estado líquido que cae al fondo de la
celda y se extrae periódicamente. Este aluminio extraído de la celda contiene entre un
99,5% y un 99,9% de aluminio, siendo las principales impurezas el hierro y silicio.
Ilustración 1. Celda electrolítica utilizada en la producción de aluminio
El aluminio de la celda electrolítica se lleva a grandes hornos revestidos de
material refractario donde se afina antes de la colada. Los elementos de aleación,
individualmente o en forma de lingote que los contenga, pueden fundirse también y ser
mezclados con la carga en el horno. En la operación de afino, el metal líquido
normalmente se purga con cloro gas para separar el hidrógeno disuelto, después se
desespuma para separar el metal oxidado de la superficie del metal líquido. Después de
que el metal ha sido desgasificado y desespumado, se cuela en lingotes para refusión o
como lingotes primarios para láminas o lingotes de extrusión para posterior fabricación.
3-ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACION (MADURACION)
Endurecimiento por precipitación de una aleación binaria en general:
El objeto del endurecimiento por precipitación (maduración o envejecimiento) es
crear, en una aleación tratada térmicamente, una dispersión densa y fina de partículas
precipitadas en una matriz de metal deformable. Las partículas precipitadas actúan
como obstáculo del movimiento de dislocaciones y, de ese modo, refuerzan la aleación
tratada térmicamente.
El proceso de endurecimiento por precipitación puede explicarse de manera
general si se hace referencia al diagrama de fases binario de dos metales A y B
mostrados en la siguiente figura.
Ilustración 2 Diagrama de fases binario para dos metales A y B que tiene una solución solida terminal α en la
que disminuye la solubilidad en estado sólido de B en A al disminuir la temperatura.
Para que un sistema de aleación pueda presentar endurecimiento por
precipitación para ciertas composiciones debe existir una disolución sólida terminal que
experimente una solubilidad sólida decreciente a medida que disminuye la temperatura.
La Ilustración 2 muestra este tipo de disminución de la solubilidad en estado sólido de
la disolución sólida terminal cuando se recorre desde el punto a hasta el b a lo largo de
la curva de solvus indicada.
Consideremos el endurecimiento por precipitación de una aleación de
composición x1 del diagrama de fases de la Ilustración 2. Se escoge la composición x1
de la aleación porque tiene lugar una gran disminución de la solubilidad de la solución
sólida α al disminuir la temperatura desde T2 hasta T3.
El proceso de endurecimiento por precipitación comprende las tres etapas
básicas siguientes:
1.- El tratamiento térmico de la solución es la primera etapa del proceso
de endurecimiento por precipitación. A veces a este endurecimiento se le llama
solubilizacion. La muestra de aleación, que puede estar en forma de fundición o
forjada, se calienta a una temperatura entre la de solvus y la de solidus y se
mantiene hasta que se produce una estructura uniforme en la disolución sólida.
La temperatura T1 en el punto c de la Ilustración 2 se ha seleccionado para
nuestra composición x1 porque está en el punto medio entre los limites de fase
solvus y solidus en la disolución sólida α.
2.- El temple es la segunda etapa del proceso de endurecimiento por
precipitación. La muestra se enfría rápidamente a baja temperatura,
generalmente a temperatura ambiente, y el medio de enfriamiento es
generalmente agua a temperatura ambiente. La estructura de la muestra de
aleación después del temple en agua consiste en una disolución solida
sobresaturada. La estructura de la aleación x1 después del temple a temperatura
T3 en el punto d de la Ilustración 2 consiste en una disolución sobresaturada de la
fase α.
3.- La maduración o envejecimiento es la tercera tapa básica del proceso
de endurecimiento por precipitación. Es necesaria una maduración de la muestra
tratada térmicamente y templada para que se forme un precipitado finamente
disperso. La formación de este precipitado en la aleación es el objetivo del
proceso de endurecimiento por precipitación. El precipitado fino en la aleación
impide el movimiento de las dislocaciones durante la deformación, forzando a
que éstas pasen a través de las partículas de precipitado cortándolas o a que lo
rodeen. La aleación resulta endurecida mediante esta restricción del movimiento
de las dislocaciones durante la deformación.
A la maduración (envejecimiento) de la aleación a temperatura ambiente se le
llama maduración natural, mientras que a la maduración a elevadas temperaturas se le
llama maduración artificial. La mayoría de las aleaciones requieren maduración
artificial y las temperaturas de maduración se encuentran, generalmente, entre el 15% y
el 25% (aproximadamente) de la diferencia de temperatura entre la temperatura
ambiente y la temperatura de tratamiento térmico de la disolución.
Productos de descomposición formados por la maduración de una disolución
sólida sobresaturada.
Una aleación endurecida por precipitación en la condición de solución sólida
sobresaturada se encuentra en un estado de energía elevado, como se indica en el nivel 4
de la figura siguiente (Ilustración 3).
Ilustración 3. Productos de descomposición formados por la maduración de una solución sólida sobresaturada
de una aleación endurecida por precipitación.
Este estado de energía es relativamente inestable y la aleación tiende a buscar un
estado de menor energía por la descomposición espontanea de la disolución sólida
sobresaturada en fases metaestables o fases de equilibrio.
La fuerza conductora para la precipitación de fases metaestables o fases de
equilibrio es la disminución de la energía del sistema que tiene lugar cuando se forman
estas fases.
Cuando la disolución sólida sobresaturada de la aleación endurecida por
precipitación madura a una temperatura relativamente baja, donde solo se dispone de
una pequeña cantidad de energía de activación, se forman unas agrupaciones de átomos
segregados llamadas zonas de precipitación o zonas GP. Para el caso de la aleación A-
B de la Ilustración 2, las zonas serán regiones enriquecidas con átomos de B en una
matriz en la que los átomos de A son mayoritarios. La formación de esas zonas en la
disolución solida sobresaturada se indican mediante el círculo correspondiente al nivel 3
de energía inferior. Después de la maduración posterior y si la energía de activación
disponible es suficiente porque la temperatura de maduración es suficientemente
elevada, las zonas se redisuelven o son reemplazadas por un precipitado metaestables
intermedio más grueso indicado por el circulo del nivel 2 de energía más baja.
Finalmente si se continua la maduración y se dispone de energía de activación
suficiente, el precipitado intermedio es reemplazado por el precipitado de equilibrio
indicado por el nivel 1 de energía, todavía más baja.
4.-CLASIFICACION DE LAS ALEACIONES DE
ALUMINIO PARA FORJA
Las aleaciones de aluminio para forja (por ejemplo, chapa, placa, extruidos,
varilla y alambre) se clasifican de acuerdo con los principales elementos que contenga
la aleación. Para identificar las aleaciones de aluminio para forja se utiliza una
designación numérica de cuatro dígitos. El primer dígito indica el grupo de aleaciones
que contienen elementos de aleación específicos. Los dos últimos dígitos identifican la
aleación de aluminio o indican la pureza de aluminio. El segundo dígito indica la
modificación de la aleación original o los limites de impureza.
Aluminio, mínimo 99% o superior 1xxx
Aleaciones de aluminio agrupadas por los principales elementos de
aleación:
Cobre 2xxx
Manganeso 3xxx
Silicio 4xxx
Magnesio 5xxx
Magnesio y silicio 6xxx
Cinc 7xxx
Otros elementos 8xxx
Series no usuales 9xxx
DESIGNACION DE TRATAMIENTO
La designación del grado de tratamiento para las aleaciones de aluminio para
forja figuran después de los elementos de aleación y separados por un guión (por
ejemplo 1100-O). Las subdivisiones de un tratamiento se indican por uno o más dígitos
y siguen la letra de la designación básica (por ejemplo, 1100-H14).
F-Tal como se fabricó. Sin control de la cantidad de endurecimiento por
deformación, sin límites de propiedades mecánicas.
O-Recocido y cristalizado. Tratamiento con mínima resistencia y máxima
ductilidad.
H-Endurecido por deformación (véanse las siguientes subsecciones para las
subdivisiones).
T-Tratado térmicamente para producir tratamientos estables diferentes del F o
del O (véanse los siguientes subapartados para las subdivisiones).
SUBDIVISIONES DEL ENDURECIMIENTO POR DEFORMACION
H1-Solamente endurecido por deformación. El grado de endurecimiento por
deformación se indica por un segundo dígito que varía desde ¼ de endurecimiento
(H12) hasta endurecimiento total (H18), que se obtiene con aproximadamente un
reducción de área del 75%.
H2-Endurecido por deformación y recocido parcialmente. Tratamiento entre un
endurecimiento de ¼ y endurecimiento total obtenido por recocido parcial de los
materiales deformados en frío, con resistencias iniciales superiores a las deseadas. Los
tratamientos son H22, H24, H26 y H28
H3-Endurecido por deformación y estabilizado. Los tratamientos para aleaciones
aluminio-magnesio sobremaduradas que se endurecen por deformación y se calientan a
baja temperatura para incrementar la ductilidad y estabilizar las propiedades mecánicas.
Tratamientos H32, H34, H36 y H38.
SUBDIVISIONES DEL TRATAMIENTO TERMICO
T1-Maduración natural. Se enfría el producto desde un proceso de moldeado a
alta temperatura y se madura de modo natural hasta una condición estable.
T3-Tratamiento térmico de solubilización, trabajado en frio y maduración
natural hasta condición estable.
T4-Tratamiento térmico de solubilización y maduración natural hasta condición
estable.
T5-Enfriado desde el proceso de conformado a temperaturas elevadas y a
continuación maduración artificial.
T6-Tratamiento térmico de solubilización y maduración artificial.
T7-Tratamiento térmico de solubilización y estabilización.
T8-Tratamiento térmico de solubilización, trabajado en frío y maduración
artificial.
Las aleaciones de aluminio para forja pueden dividirse en dos grupos:
- Aleaciones no tratables térmicamente
- Aleaciones tratables térmicamente.
Aleaciones de aluminio para forja no tratables térmicamente.
Este tipo de aleaciones no pueden ser endurecidas por precipitación y tan sólo el
trabajo en frío puede incrementar su resistencia. Los principales grupos de aleaciones de
aluminio para forja no tratables térmicamente son los grupos 1xxx, 3xxx y 5xxx. La
siguiente tabla nos presenta la composición química, propiedades mecánicas y
aplicaciones para algunas aleaciones de aluminio para forja de interés industrial.
Tabla 1. Propiedades mecánicas típicas y aplicaciones para aleaciones de aluminio.
ALEACIONES 1XXX (ALUMINIO PURO)
Estas aleaciones tienen un mínimo de 99,0% de Al con hierro y silicio como
impurezas mayoritarias (elementos de aleación). Para obtener mayor resistencia se
añade el 0,12% de cobre. La aleación 1100 en estado de recocido presenta una
resistencia a la tracción de aproximadamente 90 MPa (13 ksi) y se utiliza
principalmente para obtención de chapas metálicas, como conductores eléctricos y
placas reflectoras.
Tiene como propiedades destacadas su ductibilidad y maleabilidad, que le
permiten ser trabajado y soldado fácilmente, además de una buena resistencia a la
corrosión.
Ilustración 4. Muestra a baja magnificación. Muestra una estructura granular de
aluminio. Los bordes de los subgranos son visibles formados por líneas de dislocaciones. El tamaño de estos
granos es de aproximadamente 1µm.
ALEACIONES 3XXX (Al-Mn)
El manganeso es el principal elemento de aleación de este grupo aumentando la
resistencia del aluminio (el Mn consigue reforzar el Al mediante la dispersión de una
red fina de precipitados).
La principal aleación es la 3003, que en esencia es una aleación 1100 con un
1,25% de Mn. La aleación 3003 presenta una resistencia a la tracción de 110 MPa (16
ksi) en estado de recocido siendo utilizada generalmente como aleación de aplicaciones
generales donde se necesita buena conformabilidad.
Ilustración 5. Micrografía de una aleación Al90Mn6Ce4
ALEACIONES 5XXX O ALUMAG (Al-Mg)
La solubilidad del magnesio en el aluminio es relativamente elevada en
comparación con otros elementos de aleación, sobre todo cuando se expresa en
porcentaje atómico. La curva de saturación de la disolución sólida α muestra que se
pueden obtener aleaciones de endurecimiento estructural.
La propiedad principal de las aleaciones alumag es su buena resistencia a la
corrosión: es ésta la razón por la cual no se someten jamás a endurecimiento por
precipitación. Los cristales de una solución sólida homogénea presentan mejores
resistencias a la corrosión que los de una solución solida heterogénea. La resistencia a la
corrosión disminuye cuando el contenido en Mg aumenta, y para contenidos elevados es
necesario impedir por temple la precipitación de la fase.
La aleación industrial más importante es la 5052, que contiene un 2,5% de Mg y
un 0,2% de Cr. En condiciones de recocido esta aleación tiene una resistencia a la
tracción de 193 Mpa (28 ksi). Esta aleación se utiliza para chapa, particularmente en
autobuses, camiones y aplicaciones marinas.
Ilustración 6 Al, Mg 2.5 (wt%), con Al2O3 (5 vol%) Fibras de δ-alumina han sido introducidas mientras la
aleación se encontraba fundida. Estas fibras se pueden observar en la zona inferior de la imagen.
Aleaciones de aluminio para forja tratables térmicamente.
Algunas aleaciones de aluminio pueden ser tratadas térmicamente para
endurecerlas por precipitación. Éstas son:
ALEACIONES 2XXX
El principal elemento de aleación es el cobre, pero en la mayor parte puede de
las aleaciones se le puede añadir magnesio. También pequeñas cantidades de otros
elementos. Una de las aleaciones más importantes es la 2024 que contiene
aproximadamente un 4,5% de Mg y un 0,6% de Mn. Esta aleación se endurece por
disolución sólida y precipitación. El principal precipitado reforzante es el intermetálico
de composición aproximada . La aleación 2024 en la condición T6 tiene una
resistencia a la tracción de 442MPa utilizándose en estructuras para aviones.
Ilustración 7 Al 95, Cu 5 (wt%), Microsegregación con crecimiento dendrítico. Moldeado en arena. Esta
ilustración muestra la fase dendrítica κ del aluminio rodeada por una estructura fina eutéctica en la cual las
dos fases, κ-θ, no pueden ser resueltas ópticamente. La fase θ es de no equilibrio y se debe a la
microsegregación durante la solidificación. Esto ocurre al principio de la solidificación cuando el sólido se
empobrece en soluto y el líquido se enriquece en éste.
ALEACIONES 6XXX
Los principales elementos de aleación son el Mg y el Si, que combinados forman
un compuesto intermetálico, , que en forma de precipitado endurece este tipo de
aleaciones. La aleación más importante de este grupo es la 6061 con una composición
aproximada de un 1,0% de Mg, 0,6% de Si, 0,3% de Cu y un 0,2% de Cr. Esta aleación
en estado de tratamiento térmico T6 tiene una resistencia al a tracción de 290 MPa
utilizándose para fines estructurales.
Ilustración 8 : Al, Mg 1, Si 0.8, Mn 0.5 (wt%) Tratamiento térmico T6 con maduración artificial. Pulido y
atacado con el reactivo Keller (HF 2 ml, HCl 3 ml, HNO3 5 ml, H2O190 ml) durante 20 s. Después aclarado
con agua y secado con aire comprimido.
ALEACIONES 7XXX
Los principales elementos de aleación son el Zn, Cu y Mg. El Zn y el Cu se
combinan para dar un compuesto intermetalico, , que es el precipitado principal
que endurece esta aleaciones cuando se trartan térmicamente. La relativa alta
solubilidad del Zn y del Mg en el aluminio hace posible la formación de una alta
densidad de precipitados, lo que provoca un gran crecimiento de la resistencia. La
alecaion mas importante es la 7075 con una composición aproximada de 5,6% de Zn,
2,5% de Mg, 1,6% de Cu y un 0,25% de Cr. Tratada térmicamente con un tratamiento
T6, esta aleación tiene una resistencia a la tracción de 504Mpa utilizándose como
elementos estructurales de aviones.
Ilustración 9 Micrografía óptica de una aleación Al-Zn-Mg laminada en frio. (cortesía de W.B. Hutchinson)
5.-CLASIFICACION DE ALEACIONES DE
ALUMINIO PARA FUNDICION
Las aleaciones de aluminio para fundición se han desarrollado para que tengan
cualidades de colada como fluidez y fácil alimentación, asi como buenas propiedades
como resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión.
Las distintas composiciones se muestran en la tabla siguiente:
Aluminio, mínimo 99% o superior 1xx.x
Aleaciones de aluminio agrupadas por los principales elementos de
aleación:
Cobre 2xx.x
Silicio con adicion de cobre y/o magnesio 3xx.x
Silicio 4xx.x
Magnesio 5xx.x
Cinc 7xx.x
Estaño 8xx.x
Otros elementos 9xx.x
Series no usuales 6xx.x
El silicio en el intervalo entre 5 y 12 % es el elemento de aleación mas
importante en las aleaciones de aluminio para fundición puesto que aumenta la fluidez
del metal fundido y su facilidad para aumentar el molde así como el refuerzo del
aluminio. La adición de magnesio entre un 0,3 y un 1 % da lugar a un aumento de la
resistencia, principalmente por endurecimiento por precipitación mediante tratamiento
térmico. El cobre en un rango de entre un 1 y un 4 % se añade a veces para aumentar la
resistencia, particularmente a temperaturas elevadas.
En algunos casos, si la velocidad de enfriamiento de la pieza en molde es
suficientemente rápida, se puede obtener una aleación tratable térmicamente en
condiciones de sobresaturación. De este modo, las etapas de tratamiento térmico de
solubilizacion y temple pueden ser omitidas en el proceso de endurecimiento por
precipitación de la fundición y sólo se requiere la subsiguiente maduración de la pieza
una vez se ha retirado del molde. Un buen ejemplo de la aplicación de este tratamiento
térmico es la producción de pistones para automóviles endurecidos por precipitación,
que después de ser retirados del molde reciben un tratamiento T5.
1.INTRODUCCION.
El titanio es un metal de transición, descubierto a finales del siglo XVIII, de
color gris plata, baja densidad(4.5 gr/ cm3) y alto punto de fusión (1672ºC). Comparado
con el acero, con quien compite en aplicaciones técnicas, es mucho más ligero (4,5/7,8)
y tiene alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más
caro que el acero, lo cual limita su uso industrial.
Es un metal abundante en la naturaleza; se considera que es el cuarto metal
estructural más abundante en la superficie terrestre y el noveno en la gama de metales
industriales. No se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de
ciertos minerales de hierro y en cenizas de animales y plantas. Su utilización se ha
generalizado con el desarrollo de la tecnología aerospacial, donde es capaz de soportar
las condiciones extremas de frío y calor que se dan en el espacio y en la industria
química, por ser resistente al ataque de muchos ácidos; asimismo, este metal tiene
propiedades biocompatibles, ya que los tejidos del organismo toleran su presencia y por
tanto permite fabricar muchas prótesis e implantes de este metal.
Posee propiedades mecánicas parecidas al acero, tanto puro como en las
aleaciones que forma. Y por tanto compite con el acero en muchas aplicaciones
técnicas, especialmente con el acero inoxidable.
En cuanto a su estructura, el titanio presenta dos tipos dependiendo de la
temperatura. A temperaturas elevadas ( T=900ºC) presenta una estructura cubica
centrada en el cuerpo, fase beta ( a= 3.31 ). A temperatura ambiente se presenta con
una estructura tipo hexagonal compacta, fase alfa (a= 2.9, c= 4.67).La temperatura de
transición de las dos fases es deT=882ºC
2. TIPOS DE ALEACIONES.
2.1. Estabilizadores. Temperatura de transformación.
Dentro de las aleaciones de titanio es importante tener en cuenta el tipo de
elemento que se va a disolver en el mismo pues dependiendo del elemento que sea la
temperatura de transformación estará localizada en diferente posición dentro del
diagrama de equilibrio.
Por tanto, dependiendo de la sustancia que queramos alear con el titanio
tendremos el punto crítico a temperatura diferente y con ello distintos tipo de
aleaciones.
Los estabilizadores alfa aquellos elementos de aleación que al combinarse con
el soluto se disuelven bien en la fase alfa aumentando la temperatura de transformación.
En general, son aquellos elementos que poseen menos de cuatro electrones de valencia
por átomo como por ejemplo aluminio carbono, nitrógeno y oxigeno.
Por otra parte, llamamos estabilizadores beta aquellos elementos de aleación que
se disuelven bien en la fase beta disminuyendo la temperatura de transformación.
Podemos distinguir dos grupos:
- beta isomorfos; forman diagramas como en el dibujo b, un ejemplo de ello
son molibdeno wolframio vanadio niobio tántalo.
- Beta eutectoides: son aquellos que al incluirse en la aleación de titanio
forma diagramas eutectoides en el que la fase beta se transforma en alfa y en
otro compuesto rico en el elemento aleante (figura d). Sin embargo, hay que
tener en cuenta que esta reacción esta poco favorecida cinéticamente en la
mayoría de las aleaciones y por este motivo en la práctica tienden a
comportarse como si esta reacción no tuviera lugar. Un ejemplo de ellos
son: Cu, Mn, Cr, Fe, Ni, Co, Ag, Au e H, que por su tamaño, como elemento
intersticial.
Por otro lado, existen otros elementos denominados neutros como son Zn, Sn,
Si, los cuales son solubles en las dos fases por lo que no definen preferentemente
ninguna fase.
Finalmente, el resultado de la microestructura final que obtenemos depende
mayoritariamente, junto con los tratamiento térmicos, de la cantidad relativa de
estabilizadores que incluyamos en la aleación pues dependiendo de ello las aleaciones
pueden ser monofásicas alfa o beta o bifásicas. Tradicionalmente, las aleaciones de
titanio se dividen en tres grandes grupos de acuerdo con el tipo e microestructura que
presente a temperatura ambiente, la cual dependerá de si las sustancias aleantes son alfa
o beta estabilizadores.
2.2. Titanio alfa.
Las composiciones de estas aleaciones están caracterizadas por el alto contenido
de aluminio, de manera que las aleaciones son esencialmente alfa unifásicas. Además
muchas de estas aleaciones presentan algunos elementos de aleación y de estabilización
beta.
Las aleaciones alfa son importantes por dos cualidades muy importantes: la
capacidad de soldado debido a la microestructura unifásica, y la resistencia a altas
temperaturas por la presencia del aluminio. Los elementos de aleación en solución
fortalecen las aleaciones de fase alfa y el aluminio es el fortalecedor más efectivo de las
aleaciones alfa. Muy importante es que su efecto perdura a altas temperaturas.
El trabajo en caliente de las aleaciones alfa con del 6 % de aluminio es difícil.
Sin embargo esta se puede mejorar cuando se agregan elementos de aleación y
estabilizadores beta, en cantidades suficientemente pequeñas, de manera que la fase beta
está presente en pequeñas cantidades en la microestructura recocida. Entre algunas de
las aplicaciones de la aleación Ti-5 Al-2,5 Sn se incluyen ensambles de tubos de escape
para avión y otros componentes formados de lámina que operan hasta temperaturas de
900 ºF y tanques para combustible de proyectiles y partes estructurales que operan por
pocos períodos a temperaturas hasta de 1100 ºF.
Lamina de titanio de alta pureza recocida 1h 700Cº.
Presenta recristalización en granos equiaxiales. X250.
Ti 6al4V. Recocido a 925ºC 1h. Sufre un proceso de recristalización enfriado hasta
760Cºcon una velocidad de enfriamiento 50 –55 Cª/h y a continuación enfriado al aire.
En estructura se aprecia granos de fase alfa equiaxiales con beta intergranular.
Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo. Ejemplo de titanio alfa con el que se le añaden diferentes
concentraciones de distintas elementos aleantes con el fin de trabajar mejor en
caliente.
La imagen nos muestra un lingote forjado y retenido 1h a 1010ºC, enfriado al
aire libre calentado a 975ºC y enfriado al aire libre. La microestructura está
formada por granos de fase alfa acicular (transformación beta) con granos fase
beta en límite de grano.
2.3. Titanio beta.
Las aleaciones beta pueden mejorar sus propiedades mecánicas mediante un
tratamiento térmico de envejecimiento a una temperatura de 482 ºC durante 48 horas.
Finalizado el proceso la solución precipita finas partículas de alfa y TiCr2. La
microestructura después del envejecimiento muestra oscuras partículas de alfa
precipitada en granos beta obteniéndose una notable mejora es su resistencia, con 5%
de elongación. Este tipo de aleaciones requieren la adicción de mayor número de
elementos estabilizantes con el fin de mantener estable la fase beta a temperatura
ambiente.
Estas aleaciones se han utilizado para sujetadores de alta resistencia y para
componentes aeroespaciales que requieren altas resistencias a temperaturas moderadas.
2.4. Titanio alfa-beta.
Estas aleaciones contienen suficientes elementos de estabilización beta para
provocar que la fase beta persista hasta la temperatura ambiente, siendo más fuertes que
las aleaciones alfa. Si estas aleaciones alfa-beta son fortalecidas por aluminio hará
todavía más fuerte, sobre todo a altas temperaturas.
Además, pueden mejorar sus propiedades mecánicas por medio de tratamiento
térmico. Esencialmente, esto se lleva a cabo templando desde una temperatura en el
campo alfa-beta, seguida por un envejecimiento a temperatura moderadamente elevada.
En contraste con el procedimiento usual de endurecimiento por envejecido, en la
primera etapa no se forma una solución solida homogénea beta. El temple detiene la
transformación de la fase beta existente a alta temperatura, lo que ocurriría con un
enfriamiento lento. El envejecido a elevada temperatura da lugar a la precipitación de
finas partículas de alfa en los volúmenes que fueron granos beta antes de templar. Esta
estructura fina es más fuerte que la gruesa estructura alfa-beta. Si se formara una
estructura de solo beta el tamaño del grano beta sería demasiado grande, y la formación
subsecuente de alfa sería principalmente en los límites del grano beta. Estos factores
reducen la ductilidad de la aleación envejecida.
Por otra parte existen otras estructuras obtenidas por temple dardo lugar a la
llamada martensita de titanio. La martensita es el nombre que recibe la fase cristalina,
en aleaciones ferrosas. Dicha fase se genera a partir de una transformación de fases sin
difusión, a una velocidad que es muy cercana a la velocidad del sonido en el material.
Este tipo de estructura se obtiene cuando el metal se enfría rápidamente impidiendo el
crecimiento de los granos.
Por extensión se denominan martensitas todas las fases que se producen a raíz de
una transformación sin difusión en materiales metálicos. La resistencia de las aleaciones
alfa-beta pueden incrementarse un 35% por tratamiento térmico, comparada con las
propiedades del metal recocido.
Entre las aplicaciones típicas de la aleación Ti-6Al-4V se incluyen discos y
aletas de hélice de compresor de turbina de gas para avión; accesorios forjados para
estructuras de avión, y piezas de láminas metálicas para estructuras de avión. La
aleación Ti-8Mn se ha utilizado para forros y piezas estructurales primarias de avión
sujetas a temperaturas en el intervalo de 100 a 350ºC.
Ti- 7Al- 2Mo- 1V.Aleación tratada por debajo de la temperatura beta- transus
hecha a 3000 aumentos con una micrografía electrónica. La estructura muestra
granos alfa equiaxiales y granos de beta con alfa acicular intragranular.
Ataque: 2ml HF 8 ml HNO3 90 ml H2O.
Ti 6Al 5Zr 4Mo 1Cu 0.2Si. forjada y recocida a 2h a 705ªC y enfriada al aire libre La
estructura consiste en granos equiaxiales alfa (claro) beta (oscuros) con granos alfa
acicular.X500.
3. TRATAMIENTOS TERMICOS.
El titanio y sus aleaciones son sometidos a tratamientos térmicos por las
siguientes razones:
- Reducir las tensiones residuales producidas en la fabricación mediante el proceso
conocido como liberación de tensiones.
- Conseguir unas condiciones aceptables de ductibilidad, maquinabilidad y estabilidad
dimensional y estructural especialmente con las aleaciones de alfa /beta mediante el
tratamiento de recocido
- Incrementar la resistencia del proceso mediante un proceso de revenido y maduración.
- Optimizar propiedades particulares como la resistencia a la fractura fatiga fluencia a
alta temperatura.
3.1. Recocido contra la acritud.
El titanio y sus aleaciones pueden ser tratados contra la acritud sin que por ello
se vean afectadas de forma negativa su resistencia y su ductibilidad. Estos tipos de
tratamientos sirven para eliminar tensiones residuales que se pueden formar por:
procesos de deformación (frío o en caliente), mecanizado asimétrico, enfriamiento de
piezas coladas o por bien soldadura.
La eliminación de estas tensiones hace que el la aleaciones evita que el material
pueda tener problemas en el límite elástico a la compresión (efecto Bauschinger). En
general, cuanta menor temperatura le aplicamos a nuestra aleación mayor será el
tiempo del tratamiento.
Por otra parte, hay tener cuidado con al tratamiento de piezas templadas pues
una exposición excesiva al tratamiento de revenido puede mermar sus propiedades
mecánicas. Posteriormente se enfriara al aire libre o en propio horno con el fin de que el
enfriamiento sea uniforme y así evitar la aparición de nuevas tensiones residuales. Este
tipo de enfriamientos se suele llevar a cabo en un rango de temperaturas comprendido
entre los 480Cº - 315Cº por el hecho de que el papel de la cinética del enfriamiento si
juega un papel crítico en la aparición de nuevas tensiones.
Finalmente, es importante mencionar que para las aleaciones de tipo alfa –beta o
beta tenemos que consultar si son compatibles con este tipo de tratamientos de
recocido, revenido estabilización o maduración. Para el caso de las piezas en las que
presentan soldaduras complejas sus tratamientos son a temperaturas algo elevadas de
las permitidas. El único método no destructivo para observar el resultado del
tratamiento térmico es el de difracción de rayos X.
3.2. Recocido.
En general, es proceso por el cual podemos de incrementar la dureza
ductilidad, estabilidad dimensional térmica resistencia a la fluencia.
3.2.1. Mill-Anealing.
Es un tratamiento de propósito general, no es un recocido total, pues puede dejar
muestras de forjado en frío o el caliente en productos muy forjados.
Ti 6Al 4V laminado a 925 ºC recocida a 730 a 8h y enfriada en el horno. La
estructura está formada por granos ligeramente alargados de alfa y beta
intergranular (oscuro).
Ataque: 2ml Hf 10 ml HNO3 88ml H2O x250.
3.2.2. Recocido doble.
Modifica las formas medida y distribución de las fases para obtener las
requeridas para mejorar las propiedades de fluencia o resistencia a la fractura. Un
ejemplo consiste en un primer recocido en las fases beta-transus para globularizar la
fase alfa deformada, seguido de un segundo recocido a menos temperatura con el fin de
hacer precipitar fase alfa acicular en las alfa aciculares. Con este proceso se intenta
obtener mejor rendimiento de la pieza en caliente.
Ti 8Al 1 Mo 1V. Lamina recocida a 8h a 760 enfriado en el horno a temperatura
ambiente, calentada 20 min a 790 ºC y enfriada al aire. Granos equiaxiales
alfa e intergranular beta.
Atacada: 2ml HF 8ml HNO3 90ml H2O X850
3.2.3. Recocido de recristalización.
Es un tratamiento térmico cuya finalidad es la de mejorar la dureza de la pieza.
Para el caso de las aleaciones de titanio consiste en calentar la pieza en el límite superior
del intervalo bifásico alfa-beta mantenida a esa temperatura durante un tiempo y
después enfriada lentamente.
Para el caso de las aleaciones alfa se obtiene una estructura homogénea de
granos poliédricos equiaxiales cuyo crecimiento ha sido inhibido con impurezas en el
límite de grano.
En el caso de las aleaciones alfa beta se obtiene nos granos similares bajo una matriz
de beta en donde en el proceso de enfriamiento se transforma en una estructura de tipo
Winmastatten formada por fases alfa y beta.
3.2.4. Recocido beta.
Consiste en un calentamiento de aleaciones alfa beta un poco por encima de la
temperatura de trasformación beta con fin de evitar crecimiento excesivo de los granos
en el proceso de enfriamiento se forma una estructura de tipo Widmanstätten en una
matriz beta mejorando la resistencia a la fatiga y por ello la propagación a las grietas.
Estos tratamiento se suelen combinar con otros procesos de tratamiento de acabado
endurecimiento y alisado.
Aleación tipo Ti-6Al-4V. Estructura Widmanstätten (alfa claro, beta oscuro).
3.2.5. Obtención y tratamiento de la martensita de titanio.
Gracias a las formas alotrópicas del titanio y junto con mecanismos
termodinámicos de no equilibrio (Enfriamientos muy rápidos: temple), podemos
impedir la transformación beta en alfa con fin de dar lugar a nuevas estructuras
metaestables a temperatura como es la martensita de titanio. Este proceso distinguimos
tres etapas:
En primer lugar, se calienta la aleación con el fin de obtener fase beta en las
aleaciones simplemente aumentar la cantidad (aleaciones alfa y alfa-beta
respectivamente). Este proceso de calentamiento se denomina de solución que a pesar
de su nombre y se disuelvan elementos el fin en cuestión es la transformación
alotrópica.
En segundo lugar, se lleva a cabo el temple desde la temperatura solución
evitando la transformación de alfa en beta dando lugar a una nueva fase denominada
alfa prima denominada martensita la cual forma una red hexagonal con una morfología
acicular disponiéndose en forma de colonias y con gran densidad de dislocaciones. Este
tipo de fases se obtienen por temple en aleaciones tipo alfa, súper- alfa y alfa-beta. Para
el caso de las aleaciones tipo beta el temple genera martensita y beta metaestable pues la
reacción martensítica no se completa del todo, llegando el caso en que para aleaciones-
beta con muchos elementos estabilizadores dan lugar a fase beta ya que la reacción
martensítica no tiene lugar.
La diferencia de dureza entre la martensita y la fase alfa no es tan acusada como
en el caso de los aceros. Por otra parte, en aleaciones de este tipo no se suele llevar a
cabo este procedimiento pues es difícil evitar la transformación de fase alfa debido a la
presencia de estabilizadores. En general, podemos decir que la templabilidad de las
aleaciones de titanio es menor cuanto menor sea la presencia de estabilizadores beta.
Finalmente, el proceso acaba con un posterior calentamiento denominado
proceso de maduración con el fin de hacer más estables las fases martensíticas a
temperatura ambiente. Este proceso consiste en hacer disolver parcialmente la fase alfa
(prima) dando lugar a fases más estables (las que indique el diagrama a esa
temperatura), reduciendo el grado de fragilidad de la estructura y sacando un mayor
rendimiento a las propiedades mecánicas de la martensita.
Como podemos observar la máxima dureza del temple se obtiene con una
cantidad de elemento aleante tal que la Mf se igual a la temperatura ambiente
(corresponde al máximo contenido con el que se completa la reacción martensítica. A
Partir de este punto la dureza disminuye con la cantidad de martensita formada hasta
una concentración en la que Ms es igual que la temperatura ambiente. Finalmente el
grado de dureza aumenta con el contenido de elemento aleante.
Por otra parte, cuando el temple se realiza desde una fase alfa-beta se forma una
estructura formada por granos alfa (no transformados por el calentamiento), en una
matriz martensítica y fase beta metaestable. Esta matriz es diferente de la obtenida por
temple en la fase beta, en que la fase beta residual será de mayor contenido de elemento
estabilizador de esta fase y podrá existir una mayor proporción de la misma, lo que
ofrecerá ventajas de cara la maduración posterior.
Aguantada a 980ºC y templada en agua. Se observa alfa primaria
(claro) en una matriz alfa prima X100.
Aleación alfa- beta. Enfriada desde 995ºC que es la temperatura beta
transus. Toda la estructura es alfa prima X100.
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, la cual ha sido mantenido y enfriada desde diferentes
temperaturas y enfriadas al aire libre. Se puede ver que conforme vamos
enfriando a desde más alta temperatura y más cerca de la temperatura beta-
transus (995ºC) podemos ver que la fase alfa acicular pasa a ser agujas de
martensita hasta completar toda la estructura, momento que se da cuando el
enfriamiento se hace desde la temperatura de transformación.
Finalmente, podemos obtener martensita ortorrómbica de forma indirecta
aplicando tensiones a las aleaciones.
Ti-5Mo-0.5Si. Micrografía de electrones de transmisión a 5000 aumentos en donde
podemos ver una hoja enfriada desde 1000Cº. Se pueden ver las deformaciones y como
consecuencia la presencia de martensita en forma de agujas.
3.3. Contaminación en el tratamiento térmico.
No hay que olvidar que a menos que estemos trabajando en una atmósfera
inerte los tratamientos térmicos aplicados hacen que el titanio reaccione con otros
elementos como el oxigeno, agua dióxido de carbono e hidrogeno.
En caso del oxigeno este reacciona con el titanio formando una
película sobre la superficie de la piedra de oxido de titanio llamada recubrimiento
alfa, la cual es muy dura pero a la vez frágil por lo que debe de eliminarse ante de
poner en servicio la pieza.
Por otro lado cuando se trata de hidrógeno, este también es perjudicial
pues al reaccionar con el titanio forman hidruros cuya presencia es negativa pues
disminuye su resistencia a la fatiga por fragilización del titanio.
4. SOLDADURA.
En primer lugar, tenemos que pensar que las piezas de las que están
compuestas por estas aleaciones están principalmente diseñadas para soportar
condiciones extremas de trabajo como pueden ser componentes de un avión. Las
empresas que trabajan en este sector invierten gran cantidad de capital para la
manufactura de estos componentes. Es por ello, que de nada sirve obtener componentes
de una estructura de “X” aleación de titanio si luego para la formación de la misma no
se cuidan los mecanismos de soldadura. Por tanto, los procesos de unión de los mismos
deben de ser lo más refinados posibles con el fin de reducir al mínimo las
probabilidades de error. Por consiguiente, la soldadura se verá condicionada por las
propiedades térmicas del material, afinidad con los gases, contaminación superficial
(evitando la llama oxiacetilénica), precisando de una limpieza previa con desengrase y
desoxidado, con el fin de conseguir una unión entre componentes lo más precisa
posible y evitar así la merma en la capacidad de trabajo de la estructura compuesta por
dicha aleación.
El titanio y sus aleaciones pueden soldarse mediante los siguientes procesos:
soldadura por resistencia, por láser, por haz de electrones, por difusión, soldadura
fuerte y mecanismos de soldeo en estado sólido y soldeo por arco como son el TIG,
MIG, arco de plasma, Estos procesos pueden llevar se acabo bajo un riguroso control
de la atmosfera inerte o se realice en vacio, por lo que es necesario el uso de cámaras
especiales para el buen control de la soldadura.
En la siguiente tabla se indican algunas de las aleaciones de titanio más
comunes mostrando su soldabilidad.
Las aleaciones Ti-7Al-4Mo y Ti-6Al- 6V- 2Sn presentan una soldabilidad
limitada debido a su tendencia a la formación de grietas en el proceso de soldeo por la
presencia de fuertes tensiones en el embridamiento de la pieza. Por otra parte, no es
recomendable el soldeo de Ti-8Mn por la fácil formación de grietas en condiciones de
embridamiento bajo.
Por el contrario, las aleaciones Ti-8Al-2.5Sn y Ti-6Al-4V presenta una
excelente soldabilidad debido a que presentan una cantidad inferior de elementos como
C, N, O, H que las aleaciones convencionales mejorando así su soldabilidad y
resistencia a la corrosión.
Cuando el titanio se suelda por difusión, la capa de oxido y cualquier sustancia
contaminante se disuelven debido a las condiciones de trajo en las que se realiza
(900ºC, 1Mpa, 1 h.). La unión obtenida posee una resistencia del 90% de la del material
base por lo que es el método más utilizado.
En los procesos por fusión como el MIG o el TIG (soldadura por arco bajo gas
protector con electrodo no consumible), se produce la fusión del metal base, mientras
que en el brazing solo se funde el material de aporte que fluye entre los metales base.
En el soldeo por fusión no se requiere de fundentes ya que el gas inerte protege
el baño, sin embargo presentan mayores deformaciones y tensiones residuales con
pérdidas de propiedades mecánicas causadas por el alto input de calor, en comparación
con el brazing.
Existen diferencias a la hora de suministrar el calor a la unión, mientras en las
técnicas de fusión se consigue mediante arco eléctrico, haz de electrones, láser etc., en
la soldadura fuerte se genera por antorcha, horno, e inducción principalmente.
Una ventaja adicional de la soldadura fuerte es su capacidad para soldar
materiales disimilares como el titanio con el acero inoxidable (con aporte de Au18Ni),
con acero (con aporte Pd 9 Ag 4 Si) y con cobre (con aporte PD 9Ag 4Si), mientras que
la misma soldadura realizada con el TIG, resultaría quebradiza.
Generalmente ambos procesos necesitan de material de aporte, en el brazing su
composición química es diferente a los metales base, mientras en la fusión es muy
similar con ligeras modificaciones para mejorar la unión.
En general podemos, decir que la buena soldabilidad se resume en las aleaciones
tipo alfa con un contenido en fase beta de hasta un 20% con fin de evitar la fragilidad
de la unión. En cualquier caso posteriormente se llevaran a cabo tratamientos térmicos
con el fin de eliminar tensiones.
Bibliografía
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