Término general para las aleaciones a base de aluminio. Los principales elementos de aleación son cobre, silicio, magnesio, zinc y manganeso, y los secundarios son níquel, hierro, titanio, cromo, litio, etc. La aleación de aluminio es el material estructural de metal no ferroso más utilizado en la industria y se ha empleado comúnmente en las industrias aeronáutica, aeroespacial, automotriz, de fabricación de maquinaria, naval y química.
Aleación de aluminio Tiene baja densidad, pero relativamente alta resistencia, cercana o superior al acero de alta calidad, tiene buena plasticidad, se puede procesar en varios perfiles, tiene excelente conductividad eléctrica, conductividad térmica y resistencia a la corrosión, ampliamente utilizado en la industria, solo superado por el acero.
Las aleaciones de aluminio se dividen en aleaciones de aluminio comunes, aleaciones de aluminio de ultraalta resistencia, aleaciones de aluminio resistentes al calor y materiales compuestos a base de aluminio, según sus propiedades y aplicaciones. Sus campos de aplicación tienen diferentes enfoques, abarcando todos los campos de aplicación de las aleaciones de aluminio.
La demanda del mercado de aleaciones de aluminio suele determinar el tipo, la producción y las características de rendimiento de los productos. Debido a la amplia variedad de aleaciones de aluminio, el proceso de desarrollo y la situación actual, tanto nacional como internacional, difieren. Algunas aleaciones de aluminio se utilizan en los sectores automotriz, naval y aeroespacial, por lo que esta sección se clasifica y explica en función de las aleaciones de aluminio.
Aleación de aluminio de la serie 1XXX
Las principales características de la serie 1xxx son:
O endurecimiento por deformación
O particularmente alta conformabilidad, resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica
Rango típico de resistencia a la tracción máxima: 70 a 185 MPa (10-27 ksi)
O Fácil conexión mediante soldadura, soldadura fuerte
La serie 1xxx representa el aluminio comercialmente puro (CP), desde el estándar 1100 (99.00 % mín. de Al) hasta los relativamente puros 1050/1350 (99.50 % mín. de Al) y 1175 (99.75 % mín. de Al). Las aleaciones de la serie 1xxx son endurecibles por deformación, pero no se utilizan cuando la resistencia es la consideración principal.
El uso principal de la serie 1xxx es en aplicaciones que requieren una resistencia a la corrosión y una capacidad de formación extremadamente altas (por ejemplo, láminas y tiras para embalajes, equipos químicos, carrocerías de tanques o camiones, piezas huecas hiladas y piezas complejas de chapa metálica).
Las aplicaciones eléctricas son uno de los principales usos de la serie 1xxx, principalmente la 1350, con controles relativamente estrictos sobre las impurezas que pueden reducir la conductividad. Como resultado, el Estándar Internacional de Cobre Recocido (IACS) para este material garantiza una conductividad eléctrica del 62 %, lo que ofrece una ventaja de costo sobre el cobre en aplicaciones eléctricas debido a la menor densidad y ligereza del aluminio.
Aleación de aluminio de la serie 2XXX
Las aleaciones de aluminio de la serie 2XXX (A1-Cu-Mg) presentan alta resistencia a la tracción, tenacidad y resistencia a la fatiga, además de buenas propiedades de resistencia al calor, procesamiento y soldadura, y se utilizan ampliamente en las industrias aeroespacial, automotriz y armamentística. Los principales grados son 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12, etc.
Se han desarrollado sucesivamente una serie de aleaciones, como 2024, 2124, 2524 y 2324, para mejorar la resistencia, la correspondencia entre resistencia y tenacidad y la tolerancia al daño.
Los modelos de equipos de mi país se están desarrollando en la dirección de peso ligero, larga vida útil, alta confiabilidad y bajo costo, y tienen requisitos más altos en la tenacidad a la fractura, resistencia al crecimiento de grietas y resistencia a la corrosión del material del revestimiento del fuselaje.
Basándose en la placa gruesa de aleación de aluminio 2024-T351, países extranjeros han desarrollado aleaciones de aluminio 2324, 2624 y otras de alta tolerancia al daño para la superficie inferior del ala, con diferentes resistencias, tenacidad, resistencia a la fatiga y a la corrosión, y han logrado aplicaciones en instalaciones. Necesitamos urgentemente desarrollar aleaciones de aluminio de la serie 2XXX de alta tolerancia al daño. En el futuro, la microaleación compuesta será una importante línea de desarrollo para las aleaciones de aluminio de alta resistencia de la serie Al-Cu-Mg.
Aleación de aluminio de la serie 3XXX
La aleación de aluminio serie 3, también conocida como aleación de aluminio-manganeso, contiene entre un 1 % y un 1.5 % de manganeso. Es una aleación de aluminio antioxidante ampliamente utilizada. Su resistencia es superior a la del aluminio puro, aunque no se puede tratar térmicamente para mejorar su rendimiento. Sin embargo, presenta buena plasticidad tras el trabajo en frío (laminado en laminador con sobreenfriamiento) y el recocido. Gracias a su buena resistencia a la corrosión y a su buen rendimiento de soldadura, se puede utilizar en diversas industrias, como la decoración de edificios, la fabricación de productos electrónicos y la fabricación de automóviles, entre otras.
Los principales grados comúnmente utilizados en las aleaciones de aluminio de la serie 3 son las placas de aluminio 3003, 3004, 3104, 3005 y 3105. Entre ellos, el 3003 es el que presenta mayor proporción de aleación de aluminio. La placa de aluminio 3003 es fácil de procesar y presenta buena resistencia a la corrosión. Se puede recubrir con pintura de color sobre la superficie del aluminio original para fabricar diversos paneles decorativos para muro cortina y refuerzos de aluminio para techos interiores. La prensa de tejas dobla las tejas de aluminio de color para techos, que son ligeras y duraderas, con una vida útil superior a la del acero.
El precio del 3003 es menor que el del 5052 y su rendimiento de soldadura también es muy bueno. Algunos fabricantes de materiales para tanques de combustible de camiones también utilizan placas de aluminio 3003H24 en lugar del 5052 para fabricar particiones en el tanque de combustible que no requieren presión, lo que reduce los costos sin afectar su uso. La aleación 3004 tiene mayor resistencia que la 3003 y un mejor rendimiento de conformado. Se puede utilizar como cuerpo de tanque de latas de aluminio y como dispositivo para la producción química y el almacenamiento de líquidos.
Las aleaciones 3104 y 3004 tienen una composición muy similar, alta resistencia y son fáciles de procesar. En la industria de fabricación de televisores, las placas de estado 3104-O se utilizan a menudo para fabricar placas base de LCD, perforar carcasas convexas, añadir componentes electrónicos y formar óxidos densos tras el moldeo y la oxidación. Esta película no solo es resistente a la corrosión y la oxidación, sino que también ofrece un buen aislamiento, lo que reduce el peso total del producto final y garantiza una buena disipación térmica.
La aleación 3005 se utiliza principalmente en bobinas de aluminio con recubrimiento de color de alta gama. Se produce en la industria de materiales de construcción, tabiques para techos, casas prefabricadas, etc. También se puede utilizar para fabricar aires acondicionados, refrigeradores y otros disipadores de calor, así como piezas internas. Las aleaciones 3105 se utilizan principalmente para fabricar piezas estampadas, como tapas y tapones de botellas.
Aleación de aluminio de la serie 4XXX
Actualmente, en mi país, las aleaciones eutécticas e hipoeutécticas de Al-Si se utilizan principalmente en pistones de automóviles. Sin embargo, debido a la continua mejora en el rendimiento de los motores, resulta difícil cumplir con dichos requisitos. Las aleaciones hipereutécticas de Al-Si presentan baja densidad, bajo coeficiente de expansión lineal, mayor resistencia al desgaste y estabilidad volumétrica, lo que las convierte en materiales más adecuados para pistones que las aleaciones hipoeutécticas y eutécticas de Al-Si.
Los pistones de aleación eutéctica Al-Si se han producido en masa en el extranjero y se han utilizado en camiones y automóviles, como las aleaciones A390 en Estados Unidos, las aleaciones AC9A y AC8A (ZL109) en Japón, y las aleaciones A390 en Australia.
Sin embargo, actualmente existen muy pocos fabricantes de pistones eutécticos de aleación Al-Si en mi país, y la mayoría depende de las importaciones. Además, existe una gran brecha entre los materiales de aleación de aluminio para turbocompresores automotrices y los de otros países, y los materiales de aleación de aluminio para turbocompresores automotrices de alto rendimiento se fabrican principalmente en Japón y otros países. Por lo tanto, es imperativo desarrollar materiales clave de aleación de aluminio para pistones e impulsores de turbocompresores automotrices de alto rendimiento.
Aleación de aluminio de la serie 5XXX
Las aleaciones de Al-Mg, especialmente las aleaciones de Al-Mg con alto contenido de Mg, tienen alta resistencia específica, buena soldabilidad y resistencia a la corrosión, y se convertirán en materiales altamente competitivos en los campos aeroespacial, trenes de alta velocidad y océanos en el futuro.
Aleación de aluminio 6XXX
La aleación de aluminio de la serie 6 es una aleación de aluminio con magnesio y silicio como principales elementos de aleación, y la fase Mg₂Si como fase de refuerzo. Pertenece a las aleaciones de aluminio que pueden reforzarse mediante tratamiento térmico. Esta aleación ofrece las ventajas de resistencia media, alta resistencia a la corrosión, ausencia de tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, buen rendimiento de soldadura, resistencia a la corrosión constante en la zona de soldadura, buena conformabilidad y buen rendimiento del proceso.
Cuando la aleación contiene cobre, su resistencia puede ser similar a la de la aleación de aluminio de la serie 2, y su rendimiento en el proceso es superior, pero la resistencia a la corrosión se deteriora y la aleación presenta buenas propiedades de forjado. Las aleaciones de la serie 2 más utilizadas son las 6 y 6061, que presentan las mejores propiedades integrales. Los principales productos son los perfiles extruidos, que son las mejores aleaciones extruidas. Estas aleaciones se utilizan ampliamente en la construcción.
Actualmente, se producen seis grados de aleación de aluminio: 6, 6005, 6060, 6061, 6063, 6082, 6201, 6262 y 6463A6. A continuación, se presenta una introducción detallada a sus respectivos usos.
El propósito principal de la aleación de aluminio de la serie 6
Los perfiles y tubos extruidos 6005 se utilizan para piezas estructurales que requieren resistencia y altura superiores a las aleaciones 6063, como escaleras, antenas de TV, etc.
Panel de carrocería 6009
Hoja 6010: Carrocería automotriz
El 6061 requiere diversas estructuras industriales con cierta resistencia, alta soldabilidad y alta resistencia a la corrosión, como tuberías, varillas, materiales conformados, placas.
6063 Perfiles industriales, perfiles para la construcción, tuberías de riego y materiales extruidos para vehículos, bancos, muebles, vallas, etc.
6066 Forjados y materiales de extrusión estructural soldados
6070 Estructuras soldadas de alta resistencia y materiales extruidos y tuberías para la industria automotriz
6101 Varillas de alta resistencia, conductores eléctricos y materiales de radiador para autobuses
6151 se utiliza para forjar en matriz piezas de cigüeñal, piezas de máquinas y anillos rodantes de producción que deben tener buena capacidad de forja, alta resistencia y buena resistencia a la corrosión.
6201 Varillas y alambres conductores de alta resistencia
6205 Placas gruesas, pedales y extrusiones de alto impacto
6262 Piezas roscadas de alta tensión que requieren una resistencia a la corrosión mejor que las aleaciones 2011 y 2017
6351 Piezas estructurales extruidas de vehículos, tuberías para agua, petróleo, etc.
6463 Perfiles arquitectónicos y de utensilios diversos, y piezas de acabado de automóviles con superficie brillante después del anodizado.
6A02 Piezas de motores de aeronaves, piezas forjadas y piezas forjadas en matriz con formas complejas.
Aleación de aluminio 7XXX
Recientemente, se han desarrollado en el extranjero aleaciones 7055 (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), y su límite elástico supera los 620 MPa en el estado T77511, que se utiliza para aviones Boeing 777, y el peso se reduce en 635 kg.
Actualmente, la aleación de aluminio de aviación serie 7XXX de mi país carece de tecnología sistemática de diseño y preparación, y algunos productos son importados en su totalidad. Debido a la gran cantidad de elementos de aleación, el amplio intervalo de solidificación, la alta tensión de fundición, la fácil oxidación/segregación de los elementos de aleación, etc., la calidad metalúrgica del lingote es deficiente y su conformabilidad a temperatura ambiente es baja. El desarrollo de la nueva aleación de aluminio serie 7XXX es de gran importancia.
8. Aleación de aluminio y litio (Al-Li)
La aleación de aluminio-litio es el material ligero de mayor desarrollo en materiales de aviación en los últimos años. Se caracteriza por su baja densidad, alto módulo elástico, alta rigidez específica, buen comportamiento a la fatiga y resistencia a la corrosión. Tras sustituir las aleaciones de aluminio convencionales, se puede reducir la masa entre un 10 % y un 20 % y aumentar la rigidez entre un 15 % y un 20 %.
La Corporación ALCOA de Estados Unidos lanzó a principios del siglo XXI el “Plan ALCOA Aviación 20/20” con el objetivo de reducir el costo y el peso de las aleaciones de aluminio para aviación en un 21% en 20 años.
Connian Aluminium ha desarrollado aleaciones de aluminio-litio 2050 y 2198 (Al-Cu-Li-Mg-Ag) con propiedades de baja densidad, alta tenacidad y alta tolerancia al daño.
Hay muy pocos grados de aleación Al-Li desarrollados independientemente en mi país, solo se ha aplicado la aleación 1420 y la aleación Al-Li utilizada en el avión de pasajeros C919 la proporciona Alcoa.
En China solo se pueden producir grados de aleación limitados, como 1420, 2195, 2197 y 2A97, y los lingotes son solo lingotes planos por debajo de ((310~400)×1280×4000) mm y lingotes redondos por debajo de ϕ650 mm.
Para aplicaciones aeroespaciales de alta gama, los lingotes planos (2B16) con un espesor superior a 60 mm y un ancho superior a 1500 mm, así como los lingotes con un diámetro superior a 1500 mm (2B16), aún no se han industrializado. Por lo tanto, es fundamental desarrollar nuevos diseños de aleaciones de aluminio-litio, la preparación de lingotes de gran tamaño y la tecnología de procesamiento profundo.
