Las aleaciones de aluminio y magnesio ( AlMg ), estandarizadas en la serie 5000, son aleaciones de aluminio que están hechas principalmente de aluminio y contienen magnesio como elemento de aleación principal. La mayoría de las aleaciones estandarizadas también contienen pequeños aditivos de manganeso ( AlMg(Mn) ). Las aleaciones de AlMg puro y las aleaciones de AlMg(Mn) pertenecen a las aleaciones naturales de resistencia media (no endurecidas por tratamiento térmico). Otras aleaciones de AlMg son las aleaciones de aluminio, magnesio y cobre (AlMgCu) y las aleaciones de aluminio, magnesio y silicio (AlMgSi, serie 6000).
El descubrimiento de las aleaciones de aluminio y magnesio se remonta a finales del siglo XIX. [1] Las aleaciones de AlMg se encuentran entre las aleaciones de aluminio más importantes para los materiales de construcción. Se transforman en frío, es decir, mediante laminación y forjado , y son fácilmente soldables a niveles de Mg de al menos el 3 %. El AlMg rara vez se procesa mediante prensas de extrusión , ya que deben evitarse los cambios de resistencia posteriores en los perfiles de extrusión. La mayoría de las aleaciones de AlMg se procesan en productos laminados, así como en tubos, varillas, alambres y piezas de forma libre o forjadas. Las piezas también se procesan en perfiles de extrusión con secciones transversales simples. [2]
Debido a su buena resistencia a la corrosión y su alta resistencia a bajas temperaturas, el AlMg se utiliza en la construcción naval , en la construcción de aparatos químicos y tuberías, y en la tecnología de refrigeración y automóviles. Su buena soldabilidad es decisiva para su uso en la construcción aeronáutica, en la que también se le añaden escandio y circonio para mejorar la soldabilidad. [3]
La solubilidad del magnesio en el aluminio es muy alta y alcanza un máximo a 450 °C con un 14% a 17% según la referencia bibliográfica. Al 34,5%, existe un eutéctico con Al 8 Mg 5 (a veces denominado Al 3 Mg 2 ), una fase intermetálica ( fase -). La solubilidad del Mg disminuye bruscamente con la caída de la temperatura, es decir, a 100 °C sigue siendo del 2%, a temperatura ambiente del 0,2%.
La eliminación de la fase β se produce en aleaciones de AlMg puro tras un proceso de cuatro etapas. En el caso de aleaciones de uso técnico con otros elementos de aleación e impurezas, el proceso es mucho más complicado: [4]
En el caso de aleaciones técnicas, la excreción difiere de esto por las siguientes razones: [5]
La difusión del magnesio en el aluminio es muy baja. La razón es la gran diferencia de tamaño entre el radio de los átomos de aluminio y el de los átomos de magnesio ( ). [6] Por lo tanto, después del riego, solo se elimina una parte del magnesio del cristal mixto, mientras que la mayor parte está presente como una solución sobresaturada en el aluminio. Incluso con un tratamiento de recocido prolongado, esta condición no se puede eliminar.
El exceso de magnesio se excreta principalmente en los límites de grano , así como en partículas dispersas en el grano. La velocidad del proceso depende del contenido de Mg y de la temperatura y aumenta con ambos. En los límites de grano se excretan inicialmente las llamadas placas, láminas delgadas que no están unidas, es decir, que aún no forman una capa continua alrededor del grano. A 70 °C, se forman después de 3 meses, a 100 °C después de 3 días y a 150 °C después de una a nueve horas. Si pasa más tiempo a temperatura elevada, las placas crecen juntas para formar una película contigua. Esto tiene un efecto negativo en la resistencia a la corrosión, pero se puede disolver mediante un tratamiento térmico. Es adecuado un recocido a 420 °C durante una hora seguido de un enfriamiento lento de 20 °C/h o un recocido inicial a 200 °C a 240 °C. Las placas de la fase - se transforman en numerosas partículas pequeñas, denominadas en la literatura especializada como "similares a líneas de perlas". Ya no forman una película coherente. [7]
Las composiciones de algunas variedades estandarizadas se incluyen en la siguiente tabla. Proporciones de elementos de aleación en porcentaje de masa. De las variedades disponibles, existen gradaciones finas de niveles de Mg y Mn. Las libres de Mn son muy raras. Las aleaciones estándar son AlMg 3 Mn, AlMg 4,5 Mn 0,7 , así como para carrocería AlMg 4,5 Mn 0,4 . Se utilizan niveles de magnesio de hasta el 5% y contenidos de manganeso de hasta el 1% para aleaciones forjadas. [8] [9]
También son posibles contenidos de Mg de hasta el 10 % para aleaciones fundidas; sin embargo, los contenidos del 7 % y más se consideran muy vertibles. [10]
La serie 5000 está aleada con magnesio. La aleación 5083 tiene la mayor resistencia de las aleaciones no tratadas térmicamente. La mayoría de las aleaciones de la serie 5000 también incluyen manganeso .
Las aleaciones de aluminio y magnesio se consideran muy resistentes a la corrosión, lo que las hace adecuadas para aplicaciones marinas, pero esto solo es cierto si la fase β existe como una fase no contigua. Por lo tanto, las aleaciones con contenidos de Mg inferiores al 3 % son siempre resistentes a la corrosión; con contenidos más altos, un tratamiento térmico adecuado debe garantizar que esta fase no esté presente como una película continua en los límites de grano. [15]
La fase y la fase son muy básicas en comparación con el aluminio y tienen una característica anódica. Por lo tanto, el AlMg tiende a sufrir corrosión intergranular si [16]
Las aleaciones en estados susceptibles a la corrosión intergranular se recocen a temperaturas de 200 °C a 250 °C con enfriamiento lento (recocido de heterogeneización). Esto cambia la película de fase β en fase globulita y el material es resistente a la corrosión intergranular. [17]
La resistencia aumenta con la aleación de magnesio. Con niveles bajos de Mg, el aumento de la resistencia es relativamente fuerte y, con niveles más altos, se vuelve cada vez más débil. Sin embargo, el magnesio aumenta la resistencia de manera muy eficiente en comparación con otros elementos; por % de Mg, por lo que es más fuerte que con elementos alternativos. Incluso con un contenido medio de Mg, el aumento de la resistencia con la aleación de manganeso es mayor que con magnesio adicional, lo que también es una de las razones por las que la mayoría de las aleaciones de AlMg todavía contienen manganeso. Una razón para el alto aumento de la resistencia del magnesio es la alta energía de enlace de las vacantes en los átomos de Mg. Estos espacios ya no están disponibles como espacios libres. Sin embargo, son favorables para la deformación plástica. [19]
La resistencia a la fluencia aumenta linealmente con el aumento del contenido de Mg desde aproximadamente 45 N/mm2 al 1% de Mg hasta aproximadamente 120 N/mm2 al 4% de Mg. La resistencia a la tracción también aumenta linealmente, pero con un gradiente más pronunciado. Con 1% de Mg es de aproximadamente 60 N/mm2 , con 4% de Mg 240 N/mm2 . [ 20] Hay diferentes afirmaciones sobre el alargamiento de rotura: La investigación sobre aleaciones basadas en las más puras muestra un alargamiento de rotura creciente desde aproximadamente el 20% de alargamiento al 1% hasta el 30% al 5% de Mg Alargamiento de rotura: Primero cae bruscamente del 38% de alargamiento y 1% de Mg al 34% de alargamiento y aproximadamente 1,8% de Mg, alcanza un mínimo al 3% de Mg con solo el 32% de alargamiento y luego aumenta de nuevo a aproximadamente el 35% de alargamiento al 5% de Mg. [21] [22]
Las curvas de flujo para AlMg muestran el comportamiento típico de los materiales metálicos de aumentar el voltaje de flujo con el alargamiento verdadero o el grado de conformado. Para todas las aleaciones, el aumento es relativamente fuerte en alargamientos bajos y menor en alargamientos mayores. Sin embargo, las curvas para variedades de aleación más altas siempre están por encima de las de secado bajo. Por ejemplo, con un alargamiento verdadero de 0,2, AlMg0,5 tiene un voltaje de flujo de aproximadamente 100 N/mm2 , AlMg1 de 150 N/mm2 , AlMg3 de 230 N/mm2 y AlMg4,5Mn0,4 de aproximadamente 300 N/mm2 . Cuanto mayor sea el contenido de aleación y mayor el alargamiento, mayor será el efecto PLC resultante y el efecto Lüders . [23]
En el caso del aluminio puro, el tamaño de grano tiene una influencia menor en la resistencia de los metales. En el caso de las aleaciones, la influencia aumenta con el contenido de aleación. Con un 5% de Mg, los materiales con tamaños de grano de 50 μm alcanzan elongaciones uniformes de alrededor de 0,25, con 250 μm son de alrededor de 0,28. El AlMg8 ya alcanza elongaciones uniformes de 0,3 con un diámetro de grano de 200 μm. Con un aumento del tamaño de grano, tanto la deformación de Lüders como el efecto de Lüders disminuyen. [24]
En el caso de grados de deformación muy elevados en aleaciones muy endurecidas por deformación mecánica, el ablandamiento puede producirse también a temperatura ambiente. En un estudio a largo plazo de más de 50 años, se pudo medir una disminución de la resistencia al final. La disminución es mayor cuanto mayor es el grado de deformación y cuanto mayor es el contenido de aleación. El ablandamiento en sí es muy pronunciado al principio y desaparece rápidamente. El efecto se puede evitar mediante un recocido de estabilización a unos 120 °C a 170 °C durante varias horas. [25]
