Al ser el más disponible en la Tierra, es normal que el aluminio tenga una amplia gama de usos en la fabricación y producción de piezas. Sin embargo, ¿es solo su abundancia lo que atribuye a su uso generalizado? ¡Definitivamente no! El aluminio tiene una relación resistencia-peso muy alta, mayor incluso que el acero. Combinado con su gran ductilidad y maquinabilidad, el uso de diferentes tipos de aluminio en muchas industrias está bastante justificado.
Tal como se mencionó anteriormente, existen diferentes grados de aluminio, cada uno con propiedades diferentes. Por lo tanto, este artículo servirá como una guía de selección de materiales. Primero, discutirá los diferentes tipos de grados de aluminio, los usos del aluminio y sus propiedades. También cubrirá los tipos de mecanizado de prototipos procesos para los que cada grado de aluminio es adecuado. Luego, lea hasta el final para descubrir la forma más fácil de elegir el mejor grado de aluminio para la producción de piezas.
Propiedades del Aluminio
Propiedades físicas del aluminio
El aluminio en su forma pura es un metal muy blando. Sin embargo, tiene aleaciones con excelente resistencia. En combinación con la densidad relativamente baja del aluminio, las aleaciones de aluminio poseen la mayor relación resistencia-peso de los metales. Las aleaciones de aluminio también son resistentes a las bajas temperaturas ya la corrosión.
Propiedades térmicas y eléctricas of Aluminio:
El aluminio tiene una gran conductividad térmica, lo que lo hace adecuado para la fabricación de piezas de intercambio de calor en automóviles. Además, algunas aleaciones de aluminio son eléctricamente conductivas o resistivas, lo que significa que los cables están compuestos por aleaciones, mientras que otras encuentran uso en situaciones en las que se necesita resistividad eléctrica.
Propiedades mecánicas del aluminio
Dependiendo del grado de aluminio, puede tener una resistencia a la tracción muy alta o muy baja. Por ejemplo, algunos grados de aluminio tienen resistencias a la tracción tan altas como 100 ksi o tan bajas como 1.5 ksi.
Reflectividad del aluminio
El aluminio puede tener una superficie altamente reflectante al pulirlo. Esto hace que el aluminio sea excelente para reflejar la energía radiante, una característica importante para los artefactos de iluminación y accesorios decorativos.
Pros y contras del aluminio en el mecanizado
El aluminio no es uno de los metales más utilizados sin razón. Tiene características que lo hacen muy buscado en la industria del mecanizado. Pero, como todas las cosas buenas, el aluminio tiene sus ventajas y desventajas.
Ventajas del aluminio en el mecanizado
Es resistente a la corrosión
El aluminio resiste la corrosión y el óxido. La superficie de las aleaciones de aluminio se oxida rápidamente, dándole una capa protectora de óxido de aluminio, que ayuda a resistir la corrosión de los elementos. Con un buen acabado y un mantenimiento saludable, el aluminio puede permanecer libre de corrosión incluso en las peores condiciones. Esta propiedad del aluminio lo hace adecuado para su uso en piezas expuestas a condiciones ambientales adversas.
Es economico
Los costos de producción de aluminio, aunque no son los más baratos en última instancia, son económicos en relación con sus ventajas. Esto significa que es más económico que otros metales que ofrecen las mismas ventajas y, por lo tanto, es la opción ideal para la mayoría de los casos de uso.
es fuerte y ligero
El aluminio es excepcionalmente fuerte, siendo el metal con la relación más alta entre resistencia y peso. Esto lo hace aplicable en partes donde se necesita una resistencia excepcional. Como es evidente por la alta relación resistencia/peso, esta resistencia no se obtiene a costa del peso. Con una densidad casi tres veces menor que el acero, las aleaciones de aluminio son adecuadas para piezas de máquinas que necesitan ser lo más ligeras posible y conservar una gran resistencia.
es reciclable
El aluminio es cien por cien reciclable. El aluminio también requiere menos energía para reciclarse que muchos otros metales, lo que lo convierte en una elección de material ecológica.
Es adecuado para la fabricación rápida de herramientas.
Fabricación rápida de herramientas es un método de fabricación que ha ganado terreno debido a sus ventajas de ahorro de costos y tiempo de entrega más rápido. Uno de los principales materiales utilizados en herramientas rápidas es el aluminio. Debido a su alta ductilidad y costo asequible, es fácil ver por qué las aleaciones de aluminio son las favoritas de los fabricantes.
Requiere poco mantenimiento
Las piezas de aluminio conservan su calidad y propiedades incluso en las peores condiciones. Esto los convierte en una buena opción para piezas que son difíciles de alcanzar para el mantenimiento de rutina. El aluminio también puede resistir temperaturas muy bajas sin agrietarse ni fallar.
es personalizable
Debido a su gran maquinabilidad, el aluminio puede tomar casi cualquier forma. El aluminio también retiene bien la pintura, y su superficie puede contener la gran mayoría de los acabados con éxito.
Contras de aluminio en el mecanizado
Conduce fácilmente la electricidad
Esto podría ser tanto una ventaja como una desventaja dependiendo de dónde se vaya a utilizar. Sin embargo, hace que las aleaciones de aluminio sean inutilizables en ciertas situaciones donde la resistencia eléctrica es importante.
Tiene un punto de fusión bajo.
Debido a su bajo punto de fusión, el aluminio no es adecuado para su uso en áreas con un alto nivel de calor. Sin embargo, hay tipos de aluminio que solucionan este problema.
Grados de aleaciones de aluminio
Las aleaciones de aluminio se pueden agrupar en dos clases principales, aleaciones fundidas y aleaciones forjadas.
Aleaciones forjadas
Estas aleaciones de aluminio generalmente tienen mayor resistencia que las aleaciones fundidas. También tienen un sistema de cuatro dígitos, aunque sin el punto decimal. Al igual que la designación de hierro fundido, el primer número indica el elemento de aleación principal. Si no es cero, el segundo número se refiere a una alteración de la aleación, mientras que los dos últimos dígitos identifican la aleación específica de la serie. Hay siete series de aleaciones forjadas que se enumeran a continuación:
Serie 1xxx
Estas aleaciones de aluminio deben tener un contenido de aluminio del 99% y, por lo tanto, a menudo se las denomina aluminio puro. Tienen baja resistencia y los maquinistas los seleccionan para su uso en función de su excelente resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica. También son soldables, pero los maquinistas deben tener mucho cuidado al soldarlos debido a sus bajos puntos de fusión.
Serie 2xxx
Esta serie tiene cobre como su principal elemento de aleación. Un procedimiento de tratamiento térmico de solución es la mejor manera de tratar estas aleaciones. Como resultado, las aleaciones de esta serie poseen una resistencia y dureza excepcionales, pero carecen de la resistencia a la corrosión de otras series de aleaciones. Debido a esto, los maquinistas suelen pintarlos o recubrirlos con una aleación resistente a la corrosión cuando su aplicación es en un ambiente de alta corrosión.
Serie 3xxx
Estas aleaciones tienen manganeso como su principal elemento de aleación. Poseen una fuerza moderada pero tienen una excelente resistencia al calor y a la corrosión. Esto los hace extremadamente adecuados para su uso como utensilios de cocina. Las piezas de recambio de vehículos y centrales eléctricas son ejemplos de áreas comunes de aplicación de estas series de aluminio.
Serie 4xxx
Las aleaciones de la serie 4xxx tienen puntos de fusión bajos, lo que las hace adecuadas para usar como materiales de relleno al soldar. La combinación de aluminio con silicio da forma al metal en estas series.
Serie 5xxx
Estas son las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente con la mayor resistencia a la tracción. Se forman con magnesio como elemento de aleación principal. Como resultado, poseen una gran resistencia a la corrosión y son fáciles de soldar, lo que los convierte en una buena opción para piezas de equipos y vehículos marinos. Además, poseen resistencias máximas a la tracción, que oscilan entre 18ksi y 51ksi.
Serie 6xxx
Las aleaciones de esta serie son excepcionalmente resistentes a la corrosión. Poseen resistencias máximas a la tracción que van desde 18ksi a 58ksi. Los principales elementos de aleación de esta serie son el magnesio y el silicio. Estas aleaciones pueden servir como material de recubrimiento para metales que son susceptibles a la corrosión. Además, el contenido de magnesio y silicio de estas aleaciones conduce a la producción de magnesio-siliciuro, lo que le permite recibir un tratamiento térmico de solución, reforzándolo aún más.
Serie 7xxx
Estas aleaciones de aluminio utilizan zinc como agente de aleación principal. Poseen algunas de las mayores resistencias a la tracción de todas las aleaciones de aluminio, con una resistencia a la tracción que oscila entre 32 y 88 ksi. Los maquinistas utilizan los metales de esta serie para fabricar piezas de máquinas y equipos que se someterán a grandes esfuerzos, como equipos aeroespaciales y deportivos. También se pueden añadir otros elementos como el cobre para modificar las propiedades de esta serie de fundición de aluminio forjado.
Aleaciones fundidas
Estos pueden ser tratables térmicamente o no tratables térmicamente. Usan un sistema de cuatro dígitos con un punto decimal antes del dígito final. Este primer dígito nos dice el principal elemento de aleación. Los siguientes dos dígitos identifican la aleación, mientras que el número detrás del punto decimal nos indica si se trata de un lingote o de una fundición.
Diferencias entre aleaciones fundidas y forjadas
- Las aleaciones fundidas generalmente poseen resistencias a la tracción más bajas que las aleaciones forjadas debido a lo difícil que es eliminar los defectos que surgen en el proceso de fundición.
- Las aleaciones fundidas cuestan menos por kilogramo que las aleaciones forjadas.
- Las aleaciones de aluminio forjado tienen una maquinabilidad más fácil que las aleaciones fundidas.
- Las piezas mecanizadas a partir de aleaciones de aluminio forjado pueden ofrecer mejores acabados superficiales que las mecanizadas a partir de aleaciones fundidas.
Tipos de aluminio comúnmente utilizados
Aluminio 6061-T6
Como puede ver por el nombre, esta aleación de aluminio pertenece a la serie 6xxx. El segundo dígito es un cero, y esto nos dice que esta aleación es aluminio comercial con todas sus impurezas. Los dos últimos dígitos, 61, indican la composición de esta aleación en particular (97.9 % aluminio, 0.6 % silicio, 1.0 % magnesio, 0.2 % cromo y 0.28 % cobre). T6 significa que ha sido tratado térmicamente en solución y envejecido. El aluminio 6061 tiene una resistencia a la tracción de 40 ksi y una resistencia máxima a la tracción de 45 ksi. Esto significa que este aluminio tiene una alta resistencia y es adecuado incluso para aplicaciones estructurales. El aluminio 6061 también es resistente a la corrosión. Se utiliza principalmente en piezas para intercambiadores de calor, equipos electrónicos y vehículos.
Aluminio 7075-T6
El aluminio 7075 es de la serie 7xxx, lo que indica que utiliza zinc como elemento de aleación principal y tiene una alta resistencia a la tracción. El 90% de esta aleación es aluminio, el 5.6% es zinc, el 2.5% es manganeso, el 0.23% es manganeso y el 1.6% es cobre. Con una densidad relativamente ligera de 2.81 g/cm3 y una resistencia máxima a la tracción de 83 ksi, el aluminio 7075 es una de las aleaciones de aluminio más resistentes y ligeras disponibles. El T6, por supuesto, significa que se sometió a un tratamiento térmico. Los engranajes de las máquinas y los accesorios de las aeronaves utilizan esta aleación.
Aluminio 5052
El aluminio 5052 es moderadamente fuerte y ofrece una excelente resistencia a la corrosión. Debido a que no contiene cobre, es excepcionalmente útil en aplicaciones de agua salada. Vale la pena señalar que esta aleación es de la serie 5xxx y, por lo tanto, no es tratable térmicamente. Las piezas mecanizadas a partir de esta aleación suelen ser para equipos marinos.
Aluminio 6063
El aluminio 6063, a menudo denominado aluminio arquitectónico, es una aleación de aluminio de magnesio y silicio. Esta aleación tiene una resistencia moderada y es muy dúctil, lo que la hace adecuada para la formación de matrices. La presencia de siliciuro de magnesio y su bajo contenido de cobre lo hacen muy resistente a la corrosión y, por lo tanto, adecuado para uso expuesto. Las piezas mecanizadas a partir de este aluminio encuentran uso en productos arquitectónicos, tuberías y tubos, y muebles.
Cómo elegir el grado de aluminio adecuado
Hay varios tipos de grados de aluminio para elegir. Los diferentes tipos de grados de aluminio tienen diferentes propiedades de soldabilidad, resistencia, resistencia a la corrosión, etc. Usted elige un grado en función de las características que son importantes para su caso de uso particular. Debe considerar los siguientes factores antes de tomar una decisión.
Considere su calificación de maquinabilidad
El índice de maquinabilidad de las aleaciones de aluminio dará una idea de su compatibilidad con Mecanizado CNC procesos. Una aleación de aluminio con buena maquinabilidad será fácil de cortar y terminar. Esto lo hace adecuado para producir piezas de máquinas intrincadas y complejas. El aluminio 2011, por ejemplo, tiene una excelente maquinabilidad.
¿Cuál es su costo y disponibilidad?
El costo de la aleación de aluminio es uno de los factores más importantes a considerar al elegir un grado de aluminio para un proyecto. Encontrar una intersección entre su costo objetivo y las propiedades más adecuadas en ese rango de precios será una buena base para un proceso de producción. Además, el precio del grado de aluminio elegido determinará la disponibilidad del grado de aluminio. La disponibilidad también será muy importante, ya que una aleación de aluminio rara podría ralentizar el proceso de producción debido a la dificultad que implica obtenerla.
¿Qué tan viable es la aleación de aluminio?
Esto se refiere a la facilidad con la que un grado de aluminio puede adoptar diferentes formas. Las aleaciones altamente dúctiles tienen muy buena trabajabilidad y encuentran uso en casos donde es primordial una excelente resistencia a la fatiga, como las piezas de aviones.
¿Es soldable?
La soldabilidad de una aleación es un factor importante a considerar si la pieza fabricada tendrá que ser soldada a otras piezas. Por ejemplo, el aluminio 3003 es una buena opción si la soldabilidad es importante.
¿Es resistente a la corrosión?
El lugar de uso de una pieza fabricada determina si debe ser resistente a la corrosión o no. Por ejemplo, las piezas fabricadas para aplicaciones químicas o marinas deben tener una excelente resistencia a la corrosión.
¿Es tratable con calor?
El tratamiento térmico es el uso de temperaturas extremas para templar aleaciones de aluminio. El tratamiento térmico ayuda a aumentar la resistencia de una aleación de aluminio. Debe tener en cuenta qué tipos de series de aluminio son tratables térmicamente y cuáles no.
¿Qué tan fuerte es la aleación?
La fuerza determina cuánto estrés puede soportar una aleación antes de que se deforme. Por lo tanto, las piezas expuestas a grandes esfuerzos tienen que consistir naturalmente en aleaciones de aluminio de alta resistencia.
Aplicaciones del Aluminio
El aluminio es un metal con amplias aplicaciones en diversas industrias. A continuación se muestran algunos ejemplos de sectores en los que las piezas y productos de aluminio encuentran un uso generalizado:
Sector médico
En una industria donde la limpieza y la biocompatibilidad son obligatorias, las piezas y productos de aluminio se han puesto a la altura de la tarea. Los instrumentos médicos consisten en varios tipos de aluminio, como instrumentos quirúrgicos y ortopédicos. Además, algunos equipos de uso general como bandejas y contenedores también tienen el aluminio como componente principal
Industria de aviación
Las aeronaves requieren materiales de construcción que sean livianos y fuertes. Con la alta relación resistencia-peso del aluminio, se ajusta perfectamente a los requisitos. Este atributo también asegura que puede transportar tanta carga como metales más fuertes que él. Además, con su alta resistencia a la corrosión, también ayuda a evitar que la aeronave se dañe cuando se expone a condiciones ambientales adversas.
Industria eléctrica
Los fabricantes de productos electrónicos de consumo utilizan constantemente aleaciones de aluminio en sus productos debido a su excelente conductividad térmica. Este atributo se ha utilizado en componentes eléctricos como disipadores de calor y componentes de refrigeración para procesadores gráficos.
Industria automotriz:
Los vehículos ideales deben ser ligeros, duraderos y respetuosos con el medio ambiente. El aluminio es un metal que puede ayudar a lograr estos objetivos. Debido a su propiedad liviana y su alto nivel de durabilidad, los vehículos pueden ser ágiles y al mismo tiempo mantener su robustez. Además, el uso de aluminio hace que las piezas de automóviles sean reciclables, lo que mejora la sostenibilidad de los automóviles que utilizan piezas de aluminio.
Conclusión
El aluminio es un metal extremadamente versátil y tiene diferentes propiedades según los elementos con los que se combine. Además, los diferentes tipos de aluminio tienen diferentes características, lo que los hace adecuados para su uso en diferentes industrias. Sin embargo, debido a la amplia gama de opciones de aleaciones de aluminio disponibles, es posible que le resulte difícil elegir una para el diseño de su prototipo.
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