Hablemos del Aluminio...

Uno de los metales más consultados de este blog despues del Cobre es el Aluminio y en esta ocasión hablaremos de este metal para orientar a ustedes seguidores de este blog de como analizar la microestructuta de este elemento. El aluminio presenta varias aleaciones las cuales se pueden clasificar como aleaciones de forja o fundidas, también pueden ser tratadas térmicamente o no tratadas térmicamente, series 1XXX hasta la serie 7XXX, Al-Cu, Al-Si, Al-Si-Mg, en fin, existe una gama comercial y bibliográfica muy detallada. Sin embargo, para un estudiante de ingeniería o carrera técnica cuando le colocan una fotografía de una microestructura relacionada con el aluminio puede encontrar pocos detalles, cosa que en realidad no es así. Una micrografía puede dar mucha información si va acompañada de una buena bibliografía y de un buen análisis. Vamos a usar este ejemplo, ¿Es posible identificar el porcentaje de transformación de alfa a beta después de homogenizado en una aleación Al 6063 posterior a la obtención del lingote?

 

 Fig. 1 Composición química de la aleación 6063

 La figura 1 muestra la composición química de esta aleación en la cual los elementos principales además del Al son el Mg, Si y el Fe. De estos tres elementos el Si y el Mg forman un compuesto intermetálico Mg2Si que más adelante hablaremos de su influencia en la aleación.

 

Fig. 2 Microestructura del aluminio. Izquierda en condición de fundida. 

Derecha Homogenizado 

La figura 2 muestra dos micrografías de referencia, la primera como se puede apreciar muestra la estructura de colada de la mayoría de las aleaciones de aluminio y la segunda se muestra una microestructura homogenizada. En este punto me voy a detener y explicar unos detalles que se que les pueden ser muy útiles. Muchos me preguntan cuando ven una microestructura de colada que información se puede obtener y les digo que muchísima, primero las estructuras de colada tienen alta resistencia mecánica que en ocasiones hacen de las estructuras de colada muy frágiles, son además difíciles de mecanizar, no son químicamente homogéneas ya que las primeras dendritas son ricas en soluto en comparación a las últimas que se forman durante la solidificación. Sin embargo, estas aleaciones tienen una ventaja desde el punto de vista de colabilidad son más fáciles de colar que el propio aluminio ya que su temperatura de fusión es mucho más baja (eso genera un beneficio económico). En las aleaciones Al-Si por ejemplo, el eutéctico formado le da una buena resistencia a la aleación y puede ser refinado para mejorar las propiedades mecánicas. Por otro lado, muchas aleaciones de aluminio por razones comerciales requieren propiedades excepcionales sean estas mecánicas, de soldabilidad, resistencia a la corrosión, entre otras por lo que deben ser homogenizadas pero ¿Cómo se verán homogenizadas en un microscopio? La respuesta se puede encontrar observando el diagrama de fase.

Fig. 3 Diagramas de Fase de la aleación 6063. Arriba Sistema ternario Al-Si-Mg.

Abajo Sistema Binario Al- Mg2Si.

 La figura 3 muestra el sistema ternario de la aleación Al-Si-Mg en donde se pude apreciar las isotermas de las fases y constituyentes presentes en esta aleación. Se ve un poco complejo cuando se mira en el sistema ternario pero al tomar los elementos más importante y de interés podemos transformarlo a un sistema binario (nótese la flecha morada) y de ahí, ver que en el sistema binario tenemos las fases (Al) que en algunas bibliografías pueden ser indicadas como fase alfa y el constituyente Mg2Si (ó fase beta), este último define en parte las propiedades mecánicas de la aleación llámese resistencia mecánica, dureza, entre otras. A temperatura ambiente, las fases presentes serían Al + Mg2Si, si partimos del diagrama binario se pueden calcular de manera teórica los porcentajes de fases presentes en la aleación a varias temperaturas si se conoce su composición química y  aplicando la regla de la palanca.

 

Fig. 4 Norma ASTM E 562 Determinación de la fracción volumétrica (arriba). 

Aplicación de la rejilla para determinar fases presentes (abajo)

 En ocasiones, los valores teóricos pueden ser útiles pero en la realidad a veces se requiere calcular  de una manera más práctica sobre todo si se tiene una imagen de un material y se desea conocer la proporción que hay entre ambas fases como se aprecia en la figura 4. En este caso se aplica la normativa para calcular las proporciones entre fases a partir de una micrografía. Para ello se emplea una rejilla con una cantidad de puntos establecidos según la precisión y el porcentaje de exactitud deseado. Fíjese bien en las consideraciones que se aprecian en la figura ya que son sumamente importantes. En resumen,

1. Si se pueden identificar las proporciones presentes de fase en estas aleaciones después de homogenizado posterior a una estructura de colada.
2.  No todas las estructuras de colada son perjudiciales, estas aleaciones pueden ser útiles si se busca resistencia y bajo punto de fusión de colada.

Cualquier aporte adicional  con gusto le agradecería en los comentarios 

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