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Tratamientos del aluminio

 

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:

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.

Adoptar una velocidad rápida de aumento de la temperatura: de 20º a 60ºC por hora.

Limitar el nivel de temperatura al intervalo de 350º a 380ºC.

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.

Fases del proceso de endurecimiento por temple
 

 > 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.

 
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