Diferentes tipos de aluminio: Calidades, propiedades y usos

Introducción

El aluminio es uno de los materiales más populares en el diseño y la construcción contemporáneos debido a sus ventajas, como su elevada relación resistencia/peso, su resistencia a la corrosión, su facilidad de moldeado y su aspecto estéticamente agradable. Estas cualidades han hecho que en los últimos años haya aumentado enormemente su uso en casi todos los campos de diversas industrias, lo que habla de su importancia en el mundo actual.

Aunque el aluminio puro tiene algunas propiedades útiles, sus usos son algo limitados en la aplicación práctica. Suele alearse con silicio, magnesio y manganeso para crear materiales que tengan propiedades mejoradas y particulares para distintas aplicaciones. Este proceso crea una serie de grados diferentes de aleaciones de aluminio que tienen distintas características físicas y químicas, lo que las hace aptas para su uso.

Las aleaciones de aluminio se clasifican principalmente en dos grandes categorías basadas en el proceso de fabricación: las aleaciones de aluminio forjado y las aleaciones de aluminio fundido. Estos dos tipos se fabrican mediante diferentes procesos industriales que definen sus características en la forma sólida del producto final. En este artículo, explicaremos los criterios de clasificación de las aleaciones de aluminio, sus propiedades físicas clave distintivas y sus usos más frecuentes.

Visión general del aluminio forjado

Las aleaciones de aluminio forjado son aquellas aleaciones de aluminio que se forman mediante trabajo mecánico mientras están en estado sólido. Esta categoría incluye la gran mayoría de los usos del aluminio, aproximadamente el 85% de todo el aluminio utilizado. El trabajo del metal por laminación, extrusión, forja y estirado, etc., altera la estructura del grano del metal y, en la mayoría de los casos, mejora su resistencia y otras características mecánicas. Los distintos tipos de aleaciones de aluminio se clasifican mediante un número de cuatro dígitos, en el que el primer dígito se refiere al elemento de aleación primario y el segundo a la aleación concreta o a la pureza del aluminio en el caso de la serie 1xxx, lo que facilita a los profesionales la determinación de sus principales propiedades y los ámbitos de su aplicación.

Visión general del aluminio fundido

A diferencia del aluminio forjado, las aleaciones de aluminio fundido se fabrican vertiendo aluminio líquido en moldes de la forma deseada. Este método es especialmente útil para la creación de geometrías y partes intrincadas del modelo. Las aleaciones fundidas contienen más silicio que las aleaciones forjadas, lo que hace que tengan mejores características de fluidez cuando se funden. También se numeran con un sistema de cuatro dígitos, pero con un punto decimal después de los tres primeros dígitos para indicar que se trata de una aleación de fundición. Aunque las aleaciones forjadas son mucho más duraderas, para algunas aplicaciones es mucho más beneficiosa la flexibilidad en el diseño que proporcionan las aleaciones fundidas.

Aluminio forjado vs. fundido: Diferencias clave

Tanto el aluminio forjado como el fundido son materiales vitales en las industrias manufactureras actuales, pero difieren en términos de composición, procesamiento y rendimiento.

Elementos de aleación

La primera diferencia se basa en los elementos utilizados en las aleaciones y sus porcentajes.

Las aleaciones forjadas se producen mediante la combinación y proporción adecuadas de elementos como cobre, manganeso, silicio, magnesio y zinc para obtener las propiedades mecánicas deseadas, como resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión. Los elementos elegidos para las aleaciones de fundición son los que mejoran su colabilidad, especialmente el silicio, pero también se añaden otros elementos para afinar las propiedades de la aleación.

Métodos de fabricación

Como ya se ha mencionado, el aluminio forjado es aquel al que se da forma en estado sólido mediante procesos como el laminado para producir chapas, la extrusión de aluminio para producir perfiles o la forja para producir formas tridimensionales. El aluminio fundido, en cambio, se forma en una cavidad de molde cuando está en estado fundido y luego se solidifica. Esta diferencia de fabricación repercute en las formas alcanzables, la estructura del grano del metal y las propiedades de resistencia.

Estructura y rendimiento

En un sentido amplio, las aleaciones de aluminio forjado son más fuertes, más dúctiles y tienen mejor resistencia a la fatiga que las aleaciones de fundición de los mismos elementos, debido a los procesos de trabajo mecánico mediante los cuales se alinea la estructura del grano. Aunque las aleaciones de fundición pueden ser más débiles, son más adecuadas para aplicaciones que requieren una mayor complejidad geométrica debido a su capacidad para ser diseñadas con características intrincadas.

Serie de aluminio forjado

El aluminio forjado tiene una designación distinta de cuatro dígitos que indica su elemento de aleación primario, las siguientes son las series de aleaciones de aluminio forjado:

1000

La serie 1xxx es de aluminio comercialmente puro con un contenido de aluminio de 99% y superior. Estas aleaciones tienen una alta resistencia a la corrosión, pero también presentan una resistencia a la corrosión deficiente en determinados entornos. Tienen una alta conductividad térmica y eléctrica, son adecuadas para disipadores de calor y tienen una buena trabajabilidad. Suelen emplearse en aplicaciones en las que son deseables estas características, por ejemplo en equipos de procesamiento químico, conductores eléctricos y molduras decorativas.

Dos calidades destacables de esta serie son: El 1050, que tiene una ductilidad muy alta y se utiliza en aplicaciones como la chapa hueca hilada. El 1100 se caracteriza por su buena conformabilidad y soldabilidad en la mayoría de los usos generales de chapa y aletas.

2000

El cobre es el principal elemento de aleación en la serie 2xxx, presente en una cantidad comprendida entre 2,2% y 6,8%. Estas aleaciones suelen caracterizarse por su alta resistencia y normalmente son tratables térmicamente. Se emplean mucho en la industria aeroespacial y en otras áreas de gran tensión mecánica. Sin embargo, son menos resistentes a la corrosión que otras aleaciones de aluminio.

Uno de los mejores ejemplos de la serie es el aluminio 2024, conocido por su elevada relación resistencia-peso, que lo convierte en un material popular para fuselajes de aviones, equipos marinos y armazones de alas. Otro grado importante es el 2017, que también se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales para piezas como remaches y miembros estructurales, donde también es deseable una buena maquinabilidad.

3000

El manganeso es el principal elemento de aleación en la serie 3xxx, que suele incorporarse en un rango de 0,3-1,5%. Estas aleaciones tienen una buena conformabilidad y una resistencia moderada, unos 20% superior a la serie 1xxx. Se utilizan mucho en aplicaciones como la chapa en general, utensilios de cocina y recipientes a presión.

Uno de los grados más populares de esta serie es el aluminio 3003, que tiene buena conformabilidad y resistencia a la corrosión, y se utiliza ampliamente en cubiertas, revestimientos y fabricación de tanques de almacenamiento de productos químicos, así como en diversas aplicaciones arquitectónicas, pero no soporta altas temperaturas.

4000

El silicio es el principal elemento de aleación en la serie 4xxx, con un contenido de entre 3,6% y 13,5%. Estas aleaciones tienen un bajo intervalo de fusión y buenas características de fluidez, lo que las hace ideales para la soldadura y la soldadura fuerte. También se emplean en la construcción y como metales de aportación para soldadura.

Algunas de las aleaciones de esta serie también se caracterizan por su buena solidez y resistencia al desgaste. Una de las más populares es el aluminio 4043, que se utiliza como relleno de soldadura para aluminio y es especialmente adecuado para aleaciones base tratables térmicamente.

5000

En la serie 5xxx, el magnesio es el elemento de aleación más significativo, que puede estar presente en una cantidad comprendida entre 0,05% y 5,5%. Estas aleaciones son muy soldables y poseen una buena resistencia a la corrosión, especialmente en aplicaciones marinas. Tienen una resistencia a la tracción de media a alta y se aplican en barcos, tanques de almacenamiento y recipientes a presión.

Entre las aleaciones de la serie 5000, el aluminio 5052 es especialmente resistente y fácilmente soldable, por lo que se utiliza en la construcción de buques marinos y recipientes a presión. Además, el aluminio 5083 tiene una resistencia mucho mayor y un excelente comportamiento en condiciones corrosivas severas, por lo que se utiliza a menudo en la construcción naval y de estructuras en alta mar.

6000

La serie 6xxx contiene magnesio (0,35% a 1,5%) y silicio (0,2% a 1,8%) como principales elementos de aleación. Son tratables térmicamente y poseen buena resistencia, soldabilidad, tratamiento térmico y resistencia a la corrosión. Se utilizan en extrusiones arquitectónicas, cuadros de bicicleta, piezas de automóvil y muebles.

El aluminio 6061 es una de las aleaciones más populares de esta serie por sus satisfactorias características y su amplia gama de aplicaciones en diversas estructuras. Le acompaña el aluminio 6063, que se utiliza en aplicaciones de extrusión de aluminio en las que el acabado superficial es importante, por ejemplo en ventanas y marcos de puertas.

7000

El zinc es el principal elemento de aleación en la serie 7xxx, que suele estar entre 0,8-8,2% y puede combinarse con magnesio y cobre. Son las aleaciones de aluminio más resistentes y se utilizan ampliamente en construcciones aeroespaciales, equipamiento deportivo y militar. Su resistencia a la corrosión puede ser inferior a la de otras series.

El aluminio 7075 es muy conocido por su rendimiento y se utiliza en accesorios y engranajes de aviones. Otra aleación es el aluminio 7050, que tiene una resistencia similar al 7075, pero mayor resistencia a la corrosión bajo tensión, lo que lo hace ideal para su uso en revestimientos de fuselajes y planchas de alas de aviones.

Serie de aluminio fundido

El mismo patrón se aplica a las aleaciones de aluminio fundido en las que el primer dígito representa el elemento de aleación primario, aquí están las diversas series de aleaciones de aluminio fundido:

1xx.x

Al igual que las series 1000 de forja, las series 1xx.x de fundición son principalmente aleaciones de fundición de aluminio con buena resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica, pero baja resistencia.

Se utilizan mucho en equipos químicos y en aplicaciones en las que se necesita una alta conductividad eléctrica o térmica, por ejemplo en determinadas piezas eléctricas e intercambiadores de calor.

2xx.x

El cobre es el principal elemento de aleación de esta serie. Estas aleaciones pueden alcanzar una gran resistencia y suelen someterse a tratamientos térmicos. Pero no son muy resistentes a la corrosión en la mayoría de los casos. La elevada resistencia que puede alcanzarse en esta serie las hace ideales para piezas de fundición estructurales en aplicaciones aeroespaciales y militares, donde la resistencia es un factor crítico, aunque la mayoría de estas aplicaciones requieren revestimientos de protección en diversos entornos.

3xx.x

Estas aleaciones contienen silicio con cobre y/o magnesio. Es fácil de fundir, fuerte y tiene un alto grado de resistencia a la corrosión. Debido a su alta colabilidad, esta serie es ideal para piezas de fundición complejas que se utilizan en piezas de automoción como bloques de motor y culatas, así como en piezas estructurales aeroespaciales.

4xx.x

El silicio es el principal elemento de aleación en la serie de fundición 4xx.x. Estas aleaciones se caracterizan por sus buenas características de fluidez durante la fundición y se emplean habitualmente en aplicaciones que requieren una alta resistencia al desgaste. Son ideales para pistones, carcasas de bombas y otras piezas propensas a fuerzas de fricción debido a su resistencia al desgaste.

5xx.x

El magnesio es la principal adición en la serie de fundición 5xx.x. Estas aleaciones son conocidas por su buena fluidez de fundición y se utilizan a menudo en aplicaciones que requieren una buena resistencia al desgaste. Debido a su resistencia al desgaste, se utilizan en pistones, carcasas de bombas y otras piezas expuestas a cargas de fricción.

7xx.x

Estas aleaciones son resistentes y pueden tratarse térmicamente para mejorar sus características. Debido a su resistencia, se utilizan en piezas estructurales aeroespaciales y piezas sometidas a grandes esfuerzos en las que el peso es un factor importante.

8xx.x

El estaño es el principal elemento de aleación en la serie de fundición 8xx.x. Su uso es menos frecuente y se emplean principalmente en aplicaciones de cojinetes especiales por sus buenas propiedades de cojinete y su resistencia al desgaste.

Tipos populares de aluminio para la fabricación de chapas metálicas

A la hora de elegir el aluminio para la fabricación de chapas metálicas, ciertos grados de aleaciones de aluminio son más adecuados en términos de fuerza, resistencia a la corrosión y facilidad de trabajo. Estos son algunos de los grados de aluminio más utilizados en la fabricación:

Nota: Todos los datos facilitados se basan en valores de referencia típicos y el rendimiento real puede variar en función del lote de la aleación, el proceso de fabricación y el entorno operativo. Se recomienda consultar la información más reciente de la documentación técnica del proveedor.

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Factores clave para elegir el tipo de aluminio adecuado

Seleccionar la aleación de aluminio adecuada es esencial para garantizar un rendimiento y una durabilidad óptimos del producto final. Estos son los factores clave que hay que tener en cuenta:

Requisitos de solicitud

El uso previsto del producto final es el factor más crítico. Si el producto va a estar expuesto a entornos agresivos, como humedad o productos químicos, es crucial elegir una aleación resistente a la corrosión. Para aplicaciones que requieren una gran resistencia, como la aeroespacial o la automovilística, son ideales las aleaciones con mayor resistencia a la tracción, como 6061 o 7075.

Relación resistencia/peso

El aluminio es conocido por su excelente relación resistencia-peso, pero ésta varía entre las distintas aleaciones. En sectores como el aeroespacial, donde la reducción de peso es fundamental, se prefieren aleaciones como la 7075 por su elevada relación resistencia-peso. Las aplicaciones generales pueden requerir aleaciones como la 6061, que equilibra la resistencia y el peso, proporcionando soluciones rentables sin sacrificar el rendimiento.

Resistencia a la corrosión

Si la aplicación implica exposición a humedad, productos químicos o agua salada, es primordial elegir una aleación con buena resistencia a la corrosión. Las aleaciones como la 5052 de la serie 5xxx ofrecen una excelente resistencia al agua salada y a los productos químicos agresivos, por lo que son perfectas para entornos marinos. Para aplicaciones exteriores menos exigentes, aleaciones como las 1xxx y 3xxx ofrecen una buena resistencia a la corrosión a un coste inferior.

Maquinabilidad

La facilidad de mecanizado de una aleación de aluminio es un factor importante en los procesos de fabricación. Aleaciones como la 6061 son fáciles de mecanizar, lo que permite una producción más precisa y rápida. Sin embargo, las aleaciones de alta resistencia, como la 7075, requieren herramientas y técnicas especializadas, lo que puede aumentar los costes de fabricación.

Soldabilidad

Si el proceso de fabricación requiere soldadura, la soldabilidad de la aleación de aluminio elegida es crucial. Algunas aleaciones, como las series 5xxx y 6xxx, suelen considerarse más soldables que otras, como las series 2xxx y 7xxx, que pueden requerir procedimientos de soldadura específicos.

Coste

El coste de las distintas aleaciones de aluminio puede variar significativamente. Es esencial equilibrar las características de rendimiento requeridas con las limitaciones presupuestarias del proyecto. Aunque aleaciones como la 7075 ofrecen un alto rendimiento, tienen un precio elevado. Si el presupuesto es un problema, aleaciones como la 1100 o la 3003 pueden ser más adecuadas para aplicaciones menos exigentes.

Normas del sector

Dependiendo del sector, puede haber normativas o estándares específicos que el material deba cumplir. Por ejemplo, los componentes aeroespaciales requieren aleaciones que cumplan normas estrictas para garantizar la seguridad y el rendimiento.

Conclusión

El mundo del aluminio tiene muchos más matices de lo que podría parecer a simple vista. Desde las aleaciones que se utilizan en los productos de uso cotidiano hasta los materiales de alto rendimiento de los aviones, cada grado de aluminio posee una combinación única de propiedades que lo hacen adecuado para aplicaciones específicas.

Comprender las diferencias entre el aluminio forjado y el fundido, así como las características únicas de las distintas series y grados de aleación, es esencial para hacer la elección correcta. Los ingenieros y fabricantes que están familiarizados con estas propiedades pueden tomar decisiones más informadas, asegurándose de que el aluminio seleccionado cumple los requisitos específicos del proyecto. Este conocimiento permite obtener productos de mejor calidad y procesos de producción más eficaces.