Aluminio para tratamiento térmico: ¿Cómo funciona y cuáles son las opciones?

  • Petrel
  • 2024-03-22
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Aluminio para tratamiento térmico: ¿Cómo funciona y cuáles son las opciones?

Cada aleación de aluminio tiene propiedades físicas únicas que la hacen adecuada para aplicaciones específicas. Y el tratamiento térmico es una herramienta que puede utilizar para ajustar esas propiedades aún más.

El tratamiento térmico implica el calentamiento y enfriamiento controlado de un producto, en su totalidad o en parte, para cambiar su microestructura de una manera específica, afectando en última instancia sus propiedades.

Usted puede estar familiarizado con el tratamiento térmico del acero – los fabricantes calientan el metal a temperaturas muy altas. Pero el aluminio tiene un punto de fusión mucho más bajo y una mayor conductividad térmica, lo que afecta significativamente la forma en que se puede calentar.

Este artículo le proporcionará una visión general del aluminio para tratamiento térmico y sus aleaciones. Puede ayudarle a decidir si el tratamiento térmico es conveniente para su proyecto.

¿Puede el aluminio ser tratado con calor?

Algunas aleaciones de aluminio pueden ser tratadas con calor, y los fabricantes suelen realizar tratamientos térmicos para impartir propiedades mejoradas sobre la condición en que fueron fabricadas. Los tratamientos térmicos pueden:

  • Fortalecer la aleación
  • Aumentar la ductilidad
  • Mejorar la dureza
  • Aliviar las tensiones internas

En general, se pueden tratar térmicamente muchas aleaciones de las siguientes series de aleaciones para fortalecerlas:

  • Serie 2XXX
  • Serie 6XXX
  • Serie 7XXX
  • Serie 8XXX
  • Serie 4XXX (a veces)

La composición química es la razón principal por la que algunas aleaciones son tratables con calor mientras que otras no lo son. Ciertos elementos muestran una mayor solubilidad en aluminio a temperaturas elevadas, y sus átomos pueden redistribuirse eficazmente para formar una distribución uniforme.

¿Qué tratamientos térmicos se pueden utilizar en las aleaciones de aluminio? (4 tipos)

Esta sección presenta algunos de los tratamientos térmicos más comúnmente usados para aleaciones de aluminio.

1)Recocido

El recocido es un proceso utilizado para contrarrestar ciertos efectos del trabajo en frío (trabajar el aluminio sin calor). A medida que trabajas en frío el material, acumula tensiones internas, lo que aumenta su resistencia y dureza. Sin embargo, esto tiene un costo en cuanto a ductilidad y conformabilidad, un efecto conocido como endurecimiento por trabajo.

El endurecimiento por trabajo puede ser deseable para hacer un producto más fuerte. Sin embargo, si sometes el producto a procesos de conformado adicionales posteriormente, la disminución de la conformabilidad puede provocar grietas y, en última instancia, el desecho del producto.

Aquí es donde entra en juego el recocido: ayuda a restablecer la estructura cristalina para aliviar las tensiones internas y mejorar la conformabilidad. Luego puedes darle forma de manera efectiva con fuerzas más bajas, y puede soportar una mayor deformación antes de fallar.

El recocido también puede aliviar las tensiones internas en piezas de aluminio fundido para evitar futuras grietas. Y el proceso implica calentar la aleación a una temperatura específica, mantenerla allí durante un tiempo determinado, y luego enfriarla lentamente de nuevo a temperatura ambiente.

2)Tratamiento Térmico de Solución

El tratamiento térmico de solución implica un proceso de calentamiento similar al recocido, pero en lugar de un enfriamiento gradual a temperatura ambiente, el producto se enfría rápidamente. El temple, comúnmente realizado en agua, esencialmente “congela” la microestructura antes de que los átomos puedan redistribuirse.

Después del temple del aluminio, es capaz de endurecerse mediante el envejecimiento. El temple también proporciona una ventana que permite llevar a cabo procesos de conformado adicionales.

Un tratamiento térmico de solución maximiza la concentración de los elementos de aleación endurecedores en la solución sólida para que no precipiten hasta que haya ocurrido el envejecimiento.

La temperatura ideal para lograr esta solubilidad está a solo un par de grados por debajo de la temperatura de fusión de la aleación. Debido a esta ventana de temperatura muy estrecha, se deben utilizar hornos muy precisos para alcanzar y mantener las condiciones requeridas.

3)Envejecimiento natural y artificial

El envejecimiento es un proceso que puede ocurrir naturalmente si el producto ha sido tratado térmicamente en solución. El proceso de envejecimiento aumenta gradualmente la resistencia y dureza de la aleación a niveles superiores a los inicialmente presentes.

Una vez que comienza el proceso de envejecimiento, la microestructura de la aleación comenzará a fijarse en su posición final debido a la precipitación de elementos de solución sólida.

Con el envejecimiento natural, la mayoría del endurecimiento ocurre dentro de las 24 horas posteriores al tratamiento, y alcanza su máxima efectividad después de cuatro a cinco días. Sin embargo, algunas aleaciones no pueden alcanzar su máxima resistencia solo con el envejecimiento natural porque sus componentes de solución sólida no pueden precipitarse completamente.

Estas aleaciones se benefician de un calentamiento adicional para lograr una precipitación completa, aunque a una temperatura mucho más baja que la utilizada para el tratamiento térmico en solución.

El proceso de envejecimiento a temperaturas elevadas se denomina envejecimiento artificial, también conocido como endurecimiento por precipitación. La aleación se calienta a una temperatura específica y se mantiene allí durante seis a 24 horas antes de enfriarse nuevamente a temperatura ambiente. El resultado es un aumento en la resistencia y dureza a costa de una reducción en la ductilidad.

4)Homogenización

El proceso final de tratamiento térmico, la homogeneización, tiene como objetivo principal redistribuir los elementos aleantes internos para obtener una química del producto homogénea. Es beneficioso para las piezas fundidas, que solidifican a diferentes velocidades a lo largo de su espesor, comenzando desde el borde del molde.

Permite que los elementos con temperaturas de fusión más bajas (aluminio puro) se solidifiquen primero en los bordes exteriores y que los elementos con temperaturas de fusión más altas migren y se concentren en el centro de las paredes de la pieza fundida.

Si no se toma ninguna acción, el producto puede ser demasiado suave en algunos lugares y demasiado duro y quebradizo en otros, lo que lo hace más susceptible a la falla. Para homogeneizar una aleación de aluminio, la pieza se calienta hasta un punto justo por debajo de su punto de fusión, y luego se permite que se enfríe lentamente.

La homogeneización difiere del recocido en que se realiza a una temperatura mucho más alta. Mientras que el recocido simplemente permite la recristalización a través del movimiento de los límites de grano, la homogeneización también permite la migración de los elementos aleantes, creando una química uniforme en todo el producto.

Tratamiento térmico y temple: ¿Están relacionados?

Es posible que hayas notado al buscar una aleación de aluminio específica que los estados de templado se incluyen en la nomenclatura de las aleaciones. Si no lo has hecho, este artículo te proporcionará los conceptos básicos sobre las designaciones de los estados de templado de las aleaciones de aluminio.

Algunas de las designaciones de templado se etiquetan en función de los tratamientos térmicos específicos mencionados anteriormente. Específicamente, las designaciones ‘O’, ‘W’ y ‘T’ revelan si la aleación ha sido recocida, tratada térmicamente en solución o envejecida, respectivamente.

  • O = Recocida
  • W = Tratada térmicamente en solución
  • T = Envejecida

Aunque significan cosas diferentes, los tratamientos de templado específicos a menudo implican un proceso de tratamiento térmico distinto.

Es una buena idea tener en cuenta qué significan estas designaciones de templado y cómo estos tratamientos térmicos afectarán a las aleaciones de aluminio al buscar usar una para un proyecto.

Conclusión

Dependiendo de la aleación que estés considerando y los parámetros de tratamientos térmicos específicos, las aleaciones de aluminio pueden ser tratadas térmicamente. Puedes utilizar tratamientos térmicos para aumentar la resistencia o ajustar propiedades como la ductilidad, la dureza e incluso la conductividad eléctrica.

La idoneidad del tratamiento térmico para tu producto dependerá de su aplicación final y del proceso de fabricación que elijas. Dado que el tratamiento térmico implica costos adicionales de procesamiento, debes evaluar cuidadosamente si es necesario para tu situación. No dudes en contactarnos en Petrel si necesitas ayuda para decidir.

Si crees que alguno de estos procesos puede adaptarse a tus requisitos de fabricación, por favor consulta nuestros artículos sobre Extrusión de Aluminio, Fundición a Presión o Laminado de Aluminio para aprender más sobre cómo funcionan estos procesos de formación de aluminio.

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