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 principal de aleación. La mayoría de las aleaciones estandarizadas también contienen pequeños aditivos de manganeso ( AlMg(Mn) ). Las aleaciones puras de AlMg y las aleaciones de AlMg(Mn) pertenecen a las aleaciones naturales (no endurecidas mediante tratamiento térmico) de resistencia media. 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 materiales de construcción. Se transforman en frío, es decir, mediante laminación y forja , y son fácilmente soldables con niveles de Mg de al menos el 3%. El AlMg rara vez se procesa mediante prensas de extrusión , ya que se deben evitar cambios de resistencia posteriores en los perfiles de extrusión. La mayoría de las aleaciones de AlMg se procesan para obtener productos laminados, así como 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 a su alta resistencia a bajas temperaturas, el AlMg se utiliza en la construcción naval , en la construcción de aparatos y tuberías químicos, así como en tecnología de refrigeración y automóviles. La buena soldabilidad es decisiva para su uso en la construcción de aviones, allí también se utilizan adiciones de escandio y circonio para una mejor soldabilidad. [3]
La solubilidad del magnesio es muy alta en aluminio y alcanza un máximo a 450 °C con 14% a 17% dependiendo de la referencia bibliográfica. Al 34,5%, hay un eutéctico con Al 8 Mg 5 (a veces denominado Al 3 Mg 2 ), una fase intermetálica ( fase -). La solubilidad del Mg disminuye bruscamente al bajar la temperatura, es decir, a 100 °C sigue siendo del 2%, a temperatura ambiente del 0,2%.
La eliminación de la fase - se produce en aleaciones puras de AlMg tras un proceso de cuatro etapas. En el caso de aleaciones técnicamente utilizadas con otros elementos de aleación e impurezas, el proceso es mucho más complicado: [4]
En el caso de las aleaciones técnicas, la excreción difiere de ésta por los siguientes motivos: [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 una parte del magnesio se elimina del cristal mixto, mientras que la mayor parte está presente como una solución sobresaturada en aluminio. Incluso con un tratamiento de recocido prolongado, esta condición no se puede eliminar.
El exceso de magnesio se excreta principalmente en los límites del grano , así como en las partículas de dispersión del grano. La velocidad del proceso depende del contenido de Mg y de la temperatura y aumenta con ambos. En los límites del grano se excretan inicialmente las llamadas placas, placas delgadas que no están unidas, es decir, que aún no forman una capa continua alrededor del grano. A 70 °C se forman al cabo de 3 meses, a 100 °C al cabo de 3 días y a 150 °C al cabo 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 sobre la resistencia a la corrosión, pero puede disolverse mediante tratamiento térmico. Es adecuado el recocido a 420 °C durante una hora seguido de un enfriamiento lento de 20 °C/h o comenzar el recocido entre 200 °C y 240 °C. Las placas de la fase - se transforman en numerosas partículas pequeñas, denominadas en la literatura especializada "en forma de cuentas". Ya no forman una película coherente. [7]
Las composiciones de algunas variedades estandarizadas están contenidas en la siguiente tabla. Proporciones de elementos de aleación en porcentaje en masa. De las variedades disponibles, existen finas gradaciones de niveles de Mg y Mn. Los libres de Mn son muy raros. Las aleaciones estándar son AlMg 3 Mn, AlMg 4,5 Mn 0,7 , así como para carrocería AlMg 4,5 Mn 0,4 . Para las aleaciones forjadas se utilizan niveles de magnesio de hasta el 5% y un contenido de manganeso de hasta el 1%. [8] [9]
Para aleaciones fundidas también son posibles contenidos de Mg de hasta el 10%; sin embargo, los contenidos del 7% y más se consideran altamente 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 .
Se considera que las aleaciones de aluminio y magnesio son muy resistentes a la corrosión, lo que las hace adecuadas para aplicaciones marinas, pero esto sólo es cierto si la fase -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 superiores, un tratamiento térmico adecuado debe garantizar que esta fase no se presente como una película continua en los límites de los granos. [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 la 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 por heterogeneización). Esto cambia la película de fase en la fase de globulita y el material es resistente a la corrosión intergranular. [17]
La resistencia aumenta al alear magnesio. A niveles bajos de Mg, el aumento de la fuerza es relativamente fuerte, con niveles más altos, se vuelve cada vez más débil. Sin embargo, el magnesio aumenta la fuerza de manera muy eficiente en comparación con otros elementos; por % Mg, por lo que es más fuerte que con elementos alternativos. Incluso con un contenido medio de Mg, el aumento de la resistencia al alear manganeso es mayor que al agregar magnesio, lo que también es una de las razones por las que la mayoría de las aleaciones de AlMg todavía contienen manganeso. La razón del gran aumento de la fuerza del magnesio es la alta energía de unión de las vacantes en los átomos de Mg. Estos espacios ya no estarán disponibles como espacios libres. Sin embargo, estos son favorables para la deformación plástica. [19]
El límite elástico aumenta linealmente al aumentar el contenido de Mg desde aproximadamente 45 N/mm² con 1% de Mg hasta aproximadamente 120 N/mm² con 4% de Mg. La resistencia a la tracción también aumenta linealmente, pero con una pendiente más pronunciada. Con un 1% de Mg es de unos 60 N/mm², con un 4% de Mg es de 240 N/mm². [20] Hay diferentes afirmaciones sobre el alargamiento de rotura: las investigaciones sobre aleaciones basadas en las más puras muestran un alargamiento de rotura creciente desde aproximadamente un 20% de alargamiento con 1% hasta un 30% con 5% de Mg. Alargamiento de rotura: primero cae bruscamente de 38 % de alargamiento y 1 % de Mg hasta 34 % de alargamiento y aproximadamente 1,8 % de Mg, alcanza un mínimo con 3 % de Mg con sólo 32 % de alargamiento y luego aumenta nuevamente hasta aproximadamente 35 % de alargamiento con 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 verdadero alargamiento o grado de conformación. Para todas las aleaciones, el aumento es relativamente fuerte con alargamientos bajos y menor con alargamientos más altos. Sin embargo, las curvas para las variedades de mayor aleación siempre están por encima de las de menor secado. Por ejemplo, con un alargamiento real de 0,2, AlMg0,5 tiene un voltaje de flujo de aproximadamente 100 N/mm 2 , AlMg uno de 150 N/mm 2 , AlMg 3 de 230 N/mm 2 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 del grano influye poco 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 alargamientos uniformes de alrededor de 0,25, con 250 µm son de alrededor de 0,28. AlMg8 ya alcanza alargamientos uniformes de 0,3 con un diámetro de grano de 200 µm. Al aumentar el tamaño del grano, tanto la tensión de Lüders como el efecto Lüders disminuyen. [24]
En el caso de grados de deformación muy elevados en aleaciones muy endurecidas, el reblandecimiento también puede producirse a temperatura ambiente. En un estudio a largo plazo de más de 50 años, al final se pudo medir una disminución de la fuerza. La disminución es mayor cuanto mayor es el grado de deformación y mayor 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 entre 120 °C y 170 °C durante varias horas. [25]
