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Según los tipos de tratamiento que se utilicen para endurecer el
aluminio, éstos se pueden clasificar en dos grupos:
a/ Aleaciones no templables, con endurecimiento por acritud.
b/ Aleaciones tratables, con endurecimiento estructural.
> ALEACIONES NO TEMPLABLES CON ENDURECIMIENTO POR ACRITUD
Son aquellas que sus características mecánicas dependen de las distintas formas
de laminación o estirado y de recocidos intermedios o finales si es necesario.
Su dureza está caracterizada por el estado H y corresponden a las familias, 1000
(Aluminio puro), 3000 (Aluminio Manganeso) y 5000 (Aluminio Magnesio).
La acritud es el endurecimiento obtenido por deformación plástica en frío que
produce un aumento de las características mecánicas y de la dureza del material.
Se produce simultáneamente una disminución de su capacidad de deformación y una
pérdida de maleabilidad. Este efecto es mucho más marcado cuanto mayor es la
deformación sufrida o cuando más elevada es la tasa de acritud. También depende
de la composición del metal.
Así la aleación 5083 (Magnealtok 45) que contiene entre el 4 y el 4,9% de
Magnesio, tiene unas características mecánicas más elevadas pero una aptitud a
la deformación más limitada que la aleación 5754 (Magnealtok 30) que contiene
entre el 2,6 y el 3,6% de Magnesio.
El endurecimiento por acritud es un fenómeno que se produce en cualquiera de los
modos de deformación utilizados: Laminado, estirado, plegado, martilleado,
cintrado, embutido, entallado, etc.
Después del endurecimiento por acritud es posible recuperar o restaurar la
aptitud a la deformación de un metal agrio por un tratamiento de «recocido».
Este tratamiento se efectúa a una temperatura superior a 300ºC. La dureza y las
características mecánicas de este metal comienzan a disminuir lentamente, esto
es la «restauración» del material para finalmente obtener un valor mínimo
correspondiente a las características mecánicas del metal en estado natural.
En el recocido se produce de una modificación de la textura y del tamaño de
grano del metal que es posible observar por microscopio óptico de 50 aumentos.
La textura evoluciona de una estructura laminar a otra completamente
cristalizada.
Durante la fase de recristalización y en el momento del recocido, el tamaño de
grano es susceptible de crecer. Este efecto se pone de manifiesto durante un
conformado, por ejemplo, un plegado, por el aspecto de piel de naranja que
presenta la superficie del metal.
El aumento del tamaño del grano, por encima de un valor alrededor de 100 micras,
reduce la capacidad de deformación de las aleaciones de aluminio.
Para evitar el crecimiento del grano y conservar una estructura de grano fino
del metal recocido, hay que respetar las siguientes condiciones:
1º Asegurarse que el metal ha sufrido un índice de deformación suficiente, correspondiente a una disminución relativa de
la sección de al menos un 15%. Es la acritud crítica, si no se cumple esta
condición, hay que limitarse a un tratamiento de recocido sin permitir la
recristalización.
2º Adoptar una velocidad rápida de aumento de la temperatura: de 20º a 60ºC por hora.
3º Limitar el nivel de temperatura al intervalo de 350º a 380ºC.
4º Limitar a dos horas máximo la duración de mantenimiento a temperatura.
Para las aleaciones de la familia 5000 (Aluminio-Magnesio) 5005, 5050, 5251,
5052, 5754, 5454, 5086, 5083 y 5056, los recocidos se hacen habitualmente en un
intervalo entre 345º y 380ºC, con una duración de 30 a 120 minutos.
> ALEACIONES TEMPLABLES CON ENDURECIMIENTO ESTRUCTURAL
Las aleaciones de endurecimiento estructural son las que sus características
mecánicas dependen de tratamientos térmicos tales como puesta en solución (o
solubilización), temple y maduración (natural o artificial). A este grupo
pertenecen las familias 2000 (Aluminio-Cobre), 6.000 (Aluminio-Magnesio-Silicio)
y 7000 (Aluminio-Zinc). Estas aleaciones con endurecimiento estructural se
obtienen según la secuencia de los tratamientos térmicos siguientes:
- Puesta en solución.
- Temple.
- Maduración (natural o artificial).
En ciertos casos pueden ser completados con estirado en frío en determinada fase
del tratamiento.
> PUESTA EN SOLUBILIZACIÓN
Se hace a temperatura elevada del orden de 530º C para las aleaciones de la
familia 6000 (Simagaltok/Al-Mg-Si). Esta temperatura es más elevada cuando la
aleación está cargada de los elementos aleantes; magnesio y silicio. La duración
de mantenimiento a temperatura depende del espesor de los productos.
Durante el mantenimiento prolongado a temperaturas elevadas, los compuestos
intermetálicos del tipo Mg2Si para las aleaciones de la serie 6000, de tipo
Al2Cu para los de la familia 2000, se redisuelven y la aleación forma entonces
una solución sólida homogénea.
La temperatura de puesta en solución de las aleaciones de aluminio de
endurecimiento estructural deben ser reguladas con precisión para no alcanzar la
de las eutécticas. Para las temperaturas eutécticas se produce una fusión local
de los compuestos intermetálicos y de los eutécticos (aleaciones con punto de
fusión bajo). El metal es entonces inutilizable. Según su composición, esta
temperatura se sitúa entre 555º y 620ºC para las aleaciones de la familia 6000.
> TEMPLE
Se trata de un enfriamiento muy rápido del metal que se hace
normalmente por inmersión o ducha en agua fría a la salida del horno
en la laminación o en la prensa de extrusión, cuando el temple se
hace a la salida de la hilera. El enfriamiento brutal del metal
tiene por efecto impedir la precipitación de los compuestos
intermetálicos.
Es inmediatamente después del temple cuando las aleaciones de
endurecimiento estructural (AlCu-AlMgSi-AlZn) son fácilmente
deformables. La velocidad de temple es un parámetro muy importante
del que dependen ciertas propiedades, como son las características
mecánicas de tracción, la tenacidad, el comportamiento a la
corrosión...., existe para cada aleación una velocidad crítica de
temple bajo cuyo umbral no se debe bajar.
Para obtener la tenacidad máxima la velocidad de temple debe ser
tres veces más rápida que la velocidad crítica de temple.
Observación: el temple es susceptible de producir tensiones internas
sobre todo en las piezas de formas complejas o de grandes secciones.
Se puede disminuir las tensiones con una deformación plástica
controlada, por ejemplo, una tracción con el 2% de alargamiento
después del temple y antes de la maduración bien natural (T451) o
artificial (T651).
> REVENIDO O MADURACIÓN
Después del temple la solución sólida sobresaturada está en un estado
metaestable. La vuelta al equilibrio, es decir la precipitación de los
compuestos intermetálicos que provocan el endurecimiento estructural, se puede
hacer de dos maneras:
- Por maduración a temperatura ambiente (maduración natural). Después de un
reposo de varias horas, que depende de las aleaciones, la dureza y las
características mecánicas no aumentan. La precipitación y el endurecimiento
estructural han terminado. Es el estado T4.
- Por revenido, es decir un calentamiento de varias horas entre 160 y 180º para
la serie 6000. El revenido (maduración artificial) acelera la precipitación. Se
realiza inmediatamente después del temple. Las condiciones del revenido dependen
de las aleaciones.
> TEMPLE EN PRENSA DE LAS ALEACIONES DE LA SERIE 6000 (SIMAGALTOK)
Las aleaciones de la familia 6000, tales como la 6005 A, 6060, 6061, 6063, 6082,
6101, 6351, pueden ser templadas inmediatamente a la salida de la prensa por
enfriamiento al aire soplado o por una ducha de agua. A la salida de la prensa
(alrededor de 530ºC aprox.) los perfiles están a una temperatura superior a la
de la precipitación. Los productos así templados pueden ser utilizados en el
estado designado como T1 o sufrir un revenido después del temple sobre la
prensa.
Esta forma de proceder presenta diversas ventajas:
- suprime el calentamiento para la puesta en solución.
- reduce el riesgo de formación de tamaño de grano en la zona cortical, muy corroída por la extrusión.
- conserva una textura no recristalizable, por lo tanto se consiguen mejores características mecánicas.
- evita les deformaciones geométricas. Las condiciones de temple en la prensa deben ser adaptadas a las temperaturas
críticas de temple de las aleaciones, al espesor y a la geometría del producto.
El espesor límite depende de la aleación.
> REPRESENTACIÓN DEL TRATAMIENTO DE ENDURECIMIENTO ESTRUCTURAL
Este tratamiento comporta las secuencias siguientes:
- Puesta en solución
- Temple
- Maduración natural (a temperatura ambiente)
- Revenido o maduración artificial
Tratamiento de puesta en solución.
El tratamiento de puesta en solución sólida consiste en disolver en el metal
base, por un mantenimiento a temperatura elevada, los elementos de la aleación
que se encuentran en fases separadas. Por enfriamiento brutal de la solución
sólida así obtenida, se obtiene un estado templado. La temperatura de puesta en
solución óptima depende de la composición química de la aleación. La temperatura
debe ser respetada en alrededor de ± 5ºC, la duración del tratamiento depende de
la composición química, tipo de producto, de las tasas de acritud antes del
temple, etc. |
