Las aleaciones de aluminio, magnesio y silicio ( AlMgSi ) son aleaciones de aluminio (aleaciones que se componen principalmente de aluminio ) que contienen tanto magnesio como silicio como elementos de aleación más importantes en términos de cantidad. Ambos juntos representan menos del 2 por ciento en masa. El contenido de magnesio es mayor que el de silicio, por lo que pertenecen a las aleaciones de aluminio, silicio y magnesio (AlSiMg).
El AlMgSi pertenece a las aleaciones de aluminio endurecibles , es decir, que pueden endurecerse y endurecerse mediante un tratamiento térmico. Este endurecimiento se basa en gran medida en la excreción de siliciuro de magnesio ( Mg2Si ). Por tanto, las aleaciones de AlMgSi se entienden en las normas como un grupo aparte (serie 6000) y no como un subgrupo de aleaciones de aluminio y magnesio que no pueden endurecerse.
El AlMgSi es una de las aleaciones de aluminio con una resistencia media a alta, una alta resistencia a la fractura , una buena aptitud para la soldadura, resistencia a la corrosión y conformabilidad . Se pueden procesar de manera excelente mediante extrusión y, por lo tanto, se utilizan con especial frecuencia en perfiles de construcción mediante este proceso. Por lo general, se calientan para facilitar el procesamiento; como efecto secundario, se pueden templar inmediatamente después, lo que elimina un tratamiento térmico posterior por separado.
El sistema AlMg2Si forma un eutéctico con un 13,9% de Mg2Si y una temperatura de 594 °C. La solubilidad máxima es de 583,5 °C y un 1,9% de Mg2Si , por lo que la suma de ambos elementos en las aleaciones habituales está por debajo de este valor. La composición estequiométrica de magnesio y silicio de 2:1 corresponde a una relación de masas de 1,73:1. La solubilidad disminuye muy rápidamente con la caída de la temperatura y es de tan solo el 0,08 por ciento en masa a 200 °C. Las aleaciones sin otros elementos de aleación o impurezas se presentan entonces en dos fases con el cristal mixto y la fase (Mg2Si ) . Esta última tiene un punto de fusión de 1085 °C y, por tanto, es térmicamente estable. Incluso los grupos de átomos de magnesio y silicio que solo son metaestables se disuelven lentamente, debido a la alta energía de enlace de los dos elementos.
Muchas aleaciones estandarizadas tienen un exceso de silicio. Este tiene poca influencia en la solubilidad del siliciuro de magnesio, aumenta la resistencia del material más que un exceso de Mg o un aumento en el contenido de Mg2Si , aumenta el volumen y el número de excreciones y acelera la excreción durante el curado en frío y en caliente. También une impurezas no deseadas; especialmente hierro. Un exceso de magnesio, por otro lado, reduce la solubilidad del siliciuro de magnesio . [1]
Además del magnesio y el silicio, en las variedades estandarizadas están contenidos otros elementos.
Las partículas de dispersión tienen poca influencia en la resistencia. Si durante el enfriamiento después del recocido en solución se desprenden magnesio o silicio y, por lo tanto, no forman siliciuro de magnesio como se desea, incluso reducen la resistencia. Aumentan la sensibilidad a los agentes de disuasión. Sin embargo, si la velocidad de enfriamiento es insuficiente, también se unen al exceso de silicio, que de lo contrario formaría excreciones más gruesas y, por lo tanto, reduciría la resistencia. Las partículas de dispersión se activan aún más durante el curado. Los planos deslizantes, de modo que aumenta la ductilidad y, sobre todo, se puede evitar la fractura intergranular . Las aleaciones con mayor resistencia, por lo tanto, contienen manganeso y cromo y son más sensibles a los agentes de disuasión. [2]
En lo que respecta al efecto de los elementos de aleación en la formación de dispersiones se aplica lo siguiente:
Las series 6000 están aleadas con magnesio y silicio. Son fáciles de mecanizar, se pueden soldar y se pueden endurecer por precipitación, pero no hasta las altas resistencias que pueden alcanzar las series 2000 y 7000. La aleación 6061 es una de las aleaciones de aluminio de uso general más utilizadas. [4]
Los alifáticos prefieren que el silicio se excrete en los límites de grano , ya que presenta problemas de germinación . Además, allí se excreta siliciuro de magnesio. Los procesos son probablemente similares a los de las aleaciones de AlMg, pero todavía relativamente inexplorados para AlMgSi hasta 2008. Las fases excretadas en los límites de grano conducen a la tendencia del AlMgSi a la rotura frágil de los límites de grano.
Toda la información está expresada en porcentaje de masa. EN significa norma europea y AW significa aleación de aluminio forjado ; el número no tiene ningún otro significado.
Condiciones:
El AlMgSi se puede utilizar de dos formas diferentes mediante un tratamiento térmico se puede endurecer, con lo que aumenta la dureza y la resistencia, mientras que la ductilidad y el alargamiento de rotura. Ambos comienzan con el recocido en solución y también se pueden utilizar con procesos mecánicos (forja), con diferentes efectos:
Si transcurre un tiempo después del temple y el curado en caliente (el llamado almacenamiento intermedio), la resistencia alcanzable disminuye durante el curado en caliente y solo se produce más tarde. Las razones son el cambio en el curado en frío del material durante el almacenamiento temporal. Sin embargo, el efecto solo afecta a las aleaciones con más de 0,8 % de Mg2Si (excluidos los excedentes de Mg o Si) y a las aleaciones con más de 0,6 % de Mg2Si si hay excedentes de Mg o Si.
Para evitar estos efectos negativos, el AlMgSi se puede recocer después del temple a 80 °C durante 5-30 minutos, lo que estabiliza el estado del material y no lo modifica temporalmente. A continuación, se mantiene el curado térmico. Como alternativa, es posible un temple por etapas en el que se templan inicialmente las temperaturas que se aplicarán durante el curado en caliente. Las temperaturas se mantienen durante unos minutos o varias horas (según la temperatura y la aleación) y luego se enfrían completamente a temperatura ambiente. Ambas variantes permiten procesar las piezas en estado templado durante algún tiempo. El curado en frío comienza en caso de un tiempo de espera más largo. Los tiempos de tratamiento más largos aumentan el posible período de almacenamiento, pero reducen la conformabilidad . Algunos de estos procedimientos están protegidos por patentes.
La estabilización tiene otras ventajas: el material se encuentra entonces en un estado definible, lo que permite obtener resultados repetibles en el procesamiento posterior. De lo contrario, por ejemplo, el tiempo de subcontratación temporal afectaría al rebote en el plegado, de modo que no sería posible un ángulo de plegado constante en varias piezas de trabajo.
Una transformación ( forja , laminación , plegado ) produce un endurecimiento por deformación de metales y aleaciones , una forma importante de aumentar la resistencia. Sin embargo, en el caso del AlMgSi, también influye en el calentamiento posterior. En cambio, el conformado en frío en estado curado en caliente no es posible debido a la baja ductilidad en este estado.
Aunque el conformado en frío directamente después del temple aumenta la resistencia a través del endurecimiento por deformación, reduce el aumento de la resistencia a través del endurecimiento por deformación y lo previene en gran medida para grados de deformación del 10%.
Por otra parte, el conformado en frío en un estado parcial o totalmente endurecido en frío también aumenta la resistencia, de modo que ambos efectos se suman.
Si después del conformado en frío (en estado templado o endurecido en frío) se realiza un conformado en caliente, éste se produce más rápidamente, pero la resistencia que se puede alcanzar se reduce. Cuanto mayor es el endurecimiento por deformación, mayor es el límite elástico , pero la resistencia a la tracción no aumenta. Si, por el contrario, el conformado en frío se realiza en estado estabilizado, los valores de resistencia alcanzables mejoran. [10]
AlMgSi es una de las aleaciones de aluminio con resistencia media a alta, alta resistencia a la fractura , buena idoneidad para soldadura, resistencia a la corrosión y formabilidad . [11]
Se utilizan, entre otras cosas, para parachoques , carrocerías y para perfiles de gran tamaño en la construcción de vehículos ferroviarios. En este último caso, fueron en gran medida responsables del cambio de diseño de los vehículos ferroviarios en los años 70: anteriormente, se utilizaban estructuras de tubos remachados . Gracias a la buena compatibilidad de extrusión de AlMgSi, ahora se pueden producir perfiles de gran tamaño, que luego se pueden soldar. [12] También se utilizan en la construcción aeronáutica, pero allí se prefieren AlCu y AlZnMg, pero no son soldables o solo son difíciles. Las aleaciones soldables de AlMgSiCu de mayor resistencia (AA6013 y AA6056) se utilizan en los modelos Airbus A318 y A380 para chapas acanaladas en el casco de la aeronave, donde mediante la soldadura láser es posible ahorrar peso y costes. [13] La soldadura es más barata que los remaches habituales en la construcción aeronáutica; los solapes necesarios para el remachado se pueden eliminar durante la soldadura, lo que ahorra masa del componente. [14] [15] [16]