¿Qué aleación de aluminio es la adecuada para su proyecto, AL6061 o AL6063? Ambas son opciones populares, pero tienen propiedades y aplicaciones distintas. En este artículo analizaremos sus diferencias en cuanto a resistencia, trabajabilidad y usos ideales. Al final, sabrá qué aleación se adapta mejor a sus necesidades, ya sea para componentes estructurales, marcos o piezas decorativas. Prepárese para tomar una decisión informada en su próximo proyecto basado en el aluminio.
En la actualidad, el aluminio es el material más utilizado para los disipadores de calor electrónicos. Sus características son muy adecuadas para fabricar disipadores de calor por su buena conductividad térmica, su bajo coste y su gran resistencia a la corrosión atmosférica.
A continuación se presentan las propiedades del aluminio puro y de las aleaciones de aluminio utilizadas en la industria de los disipadores de calor, proporcionando una comprensión más profunda del aluminio y de las aleaciones de aluminio.
Densidad:
El aluminio es un metal muy ligero con una densidad de 2,72 g/cm³, aproximadamente un tercio de la del cobre puro.
Conductividad eléctrica y térmica:
El aluminio tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica. Cuando la sección transversal y la longitud del aluminio son iguales a las del cobre, la conductividad eléctrica del aluminio es aproximadamente 61% de la del cobre.
Si el peso del aluminio es el mismo que el del cobre pero el área de la sección transversal es diferente (con igual longitud), el conductividad eléctrica del aluminio es 200% la del cobre.
Propiedades químicas:
Presenta una buena resistencia a la corrosión atmosférica debido a la formación de una densa película de óxido de aluminio en su superficie, que impide una mayor oxidación del metal interno. El aluminio no reacciona con el ácido nítrico concentrado, los ácidos orgánicos ni los alimentos.
Estructura:
El aluminio tiene una estructura cúbica centrada en la cara. El aluminio puro industrial tiene una plasticidad extremadamente alta (ψ=80%) y puede resistir fácilmente diversas procesos de conformado.
Sin embargo, su resistencia es demasiado baja (σb es de unos 69 MPa), por lo que el aluminio puro sólo puede utilizarse como material estructural tras ser reforzado mediante deformación en frío o aleación.
Otras propiedades:
El aluminio es un material no magnético que no produce chispas y tiene buenas propiedades reflectantes. Puede reflejar tanto la luz visible como la ultravioleta.
Entre las impurezas del aluminio se encuentran el silicio y el hierro. Cuanto mayor es el contenido de impurezas, menor es la conductividad eléctrica, la resistencia a la corrosión y la plasticidad.
Mediante la adición de elementos de aleación al aluminio y después trabajarlo en frío o someterlo a un tratamiento térmico, se pueden mejorar mucho ciertas propiedades.
Los elementos de aleación más utilizados en el aluminio son el cobre, el magnesio, el silicio, el manganeso y el zinc.
Estos elementos se añaden a veces solos o combinados, y en ocasiones se añaden trazas de titanioTambién se añaden boro, cromo y otros elementos.
Según la composición y las características del proceso de producción, las aleaciones de aluminio pueden dividirse en dos categorías: aluminio fundido y aleaciones de aluminio forjado.
Forjado aleaciones de aluminio: Este tipo de aleación de aluminio suele procesarse mediante presión en caliente o en frío, como laminación, extrusión, etc., para producir chapas, tubos, varillas y perfiles diversos. Este tipo de aleación requiere una plasticidad relativamente alta, por lo que el contenido de aleación es relativamente bajo.
Las aleaciones de aluminio fundido se vierten directamente en moldes de arena para fabricar piezas con formas complejas. Este tipo de aleación requiere una buena colabilidad, es decir, una buena fluidez. Cuando el contenido de aleación es bajo, es adecuada para fabricar aleaciones de aluminio forjado, y cuando el contenido de aleación es alto, es adecuada para fabricar aleaciones de aluminio fundido.
El módulo elástico de las aleaciones de aluminio es pequeño, sólo aproximadamente 1/3 del del acero, es decir, bajo la misma carga y sección transversal, la deformación elástica de las aleaciones de aluminio es tres veces mayor que la del acero. Aunque su resistencia no es elevada, tienen un buen comportamiento sísmico.
El rango de dureza de las aleaciones de aluminio (incluyendo recocido y estados de endurecimiento por envejecimiento) es de 20-120 HB. La aleación de aluminio más dura es más blanda que el acero.
La resistencia última a la tracción de las aleaciones de aluminio oscila entre 90 MPa (aluminio puro) y 600 MPa (aluminio superduro), que es significativamente inferior a la del acero.
El punto de fusión de las aleaciones de aluminio es más bajo (en general, en torno a 600°C, mientras que el del acero ronda los 1450°C).
Las aleaciones de aluminio tienen una excelente plasticidad tanto a temperatura ambiente como a alta temperatura y pueden utilizarse para producir piezas estructurales con formas de sección transversal extremadamente complejas, paredes finas y gran precisión dimensional utilizando métodos de extrusión.
Además de unas propiedades mecánicas adecuadas, las aleaciones de aluminio también tienen una excelente resistencia a la corrosión, conductividad térmica y eléctrica, y reflectividad.
σb: La resistencia a la tracción (límite de resistencia) es la tensión máxima equivalente a la carga máxima que puede soportar la probeta dividida por el área de la sección transversal original antes de romperse.
ψ: La reducción de área es el valor de contracción relativa del área de la sección transversal de la probeta después de la fractura, igual a la contracción absoluta del área de la sección transversal dividida por el área original de la probeta.
Plasticidad: Capacidad de un metal de sufrir una deformación plástica (es decir, una deformación residual) antes de romperse.
1. Aluminio puro (contenido de aluminio no inferior a 99,00%): 1XXX
2. Los grupos de aleación se dividen según los siguientes elementos principales de aleación:
El grupo 1XXX representa el aluminio puro (con un contenido de aluminio no inferior a 99,00%), y los dos últimos dígitos representan el porcentaje mínimo de aluminio, con los decimales después de los dos dígitos.
El segundo dígito de la designación de la aleación indica el estado de control de los límites de impurezas o elementos de aleación. Si el segundo dígito es 0, significa que no hay control especial para el límite de impurezas. Si es 1-9, significa que hay un control especial para una o más impurezas individuales o límites de elementos de aleación.
Los dos últimos dígitos de las designaciones 2XXX-8XXX no tienen ningún significado especial y sólo se utilizan para distinguir diferentes aleaciones dentro del mismo grupo. El segundo dígito representa el estado de revenido. Si el segundo dígito es 0, significa la aleación original. Si es 1-9, significa la aleación modificada.
6063-T5 Composición del aluminio Tabla de contenidos estándar:
Nota: El contenido se indica en porcentaje (%).
| Componente | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Cr | Ti |
| Contenido estándar | 0.2~0.6 | ≤0.35 | ≤0.1 | ≤0.1 | 0.45~0.9 | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.1 |
En la actualidad, las siguientes aleaciones de aluminio se utilizan principalmente en la industria de radiadores:
1. Al6063/Al6061: Su excelente plasticidad lo hace adecuado para el proceso de extrusión para fabricar radiadores de perfil. Puede producir casi cualquier forma de radiador, con tecnología madura, bajo precio y alta maquinabilidad.
2. Aluminio fundido: Se utiliza principalmente para radiadores grandes de forma irregular y radiadores integrados para armarios de equipos.
3. Serie LF/LY: Se utiliza principalmente en radiadores de dispositivos electrónicos en condiciones especiales de funcionamiento. El entorno operativo tiene ciertos requisitos de dureza y resistencia a la corrosión. LY12 se utiliza mucho en la actualidad.
Tratamiento térmico del aluminio fundiciones de aleación consiste en seleccionar una especificación concreta de tratamiento térmico, controlar la velocidad de calentamiento para alcanzar una temperatura determinada, mantenerla durante un tiempo determinado y, a continuación, enfriarla a una velocidad determinada para modificar la estructura de la aleación.
Su principal objetivo es mejorar las propiedades mecánicas de la aleación, aumentar su resistencia a la corrosión, mejorar su rendimiento de procesado y conseguir estabilidad dimensional.
7.1.1 Características del calor tratamiento de aleaciones de aluminio
Como todos sabemos, el acero de alto contenido en carbono obtiene inmediatamente una gran dureza después del temple, pero su plasticidad es muy baja.
Sin embargo, este no es el caso de las aleaciones de aluminio. Tras el enfriamiento, el resistencia y dureza de las aleaciones de aluminio no aumentan inmediatamente, y su plasticidad incluso aumenta en lugar de disminuir.
Sin embargo, la resistencia y la dureza de la aleación templada aumentarán significativamente, mientras que la plasticidad disminuirá tras un periodo de reposo (de 4 a 6 días, por ejemplo).
Este fenómeno por el que la resistencia y la dureza de las aleaciones de aluminio templado aumentan significativamente con el tiempo se denomina envejecimiento.
El envejecimiento puede producirse a temperatura ambiente, lo que se denomina envejecimiento natural, o puede producirse dentro de un determinado intervalo de temperatura por encima de la temperatura ambiente (como 100-200℃), lo que se denomina envejecimiento artificial.
7.1.2 Principios del endurecimiento por envejecimiento de las aleaciones de aluminio
El endurecimiento por envejecimiento de las aleaciones de aluminio es un proceso complejo, que no sólo depende de la composición de la aleación y del proceso de envejecimiento, sino también de los defectos causados por la contracción durante la producción, especialmente el número y la distribución de vacantes y dislocaciones. En general, se cree que el endurecimiento por envejecimiento es el resultado de la agregación de átomos de soluto para formar una zona de endurecimiento.
Cuando las aleaciones de aluminio se templan y se calientan, se forman huecos en la aleación. Durante el templado, estos huecos no tienen tiempo suficiente para salir debido al rápido enfriamiento, por lo que quedan "fijados" en el cristal.
La mayoría de estas vacantes en la solución sólida sobresaturada se combinan con átomos de soluto. Dado que la solución sólida sobresaturada se encuentra en un estado inestable, cambiará inevitablemente hacia el equilibrio.
La existencia de huecos acelera la velocidad de difusión de los átomos de soluto, acelerando así la agregación de los átomos de soluto.
El tamaño y el número de zonas de endurecimiento dependen de la temperatura de enfriamiento rápido y de la velocidad de enfriamiento rápido.
Cuanto mayor es la temperatura de enfriamiento, mayor es la concentración de huecos, mayor es el número de zonas de endurecimiento y menor es su tamaño.
Cuanto más rápida sea la velocidad de enfriamiento de temple, más huecos fijos habrá en la solución sólida, lo que es beneficioso para aumentar el número de zonas de temple y reducir su tamaño.
Una característica fundamental de los sistemas de aleación endurecidos por precipitación es la solubilidad de equilibrio que cambia con la temperatura, es decir, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura.
La mayoría de las aleaciones de aluminio que pueden tratarse térmicamente para reforzarlas cumplen esta condición.
La relación solubilidad-temperatura necesaria para el endurecimiento por precipitación puede explicarse mediante la aleación Al-4Cu del sistema aluminio-cobre.
La figura 3-1 muestra el diagrama de fases binario de la parte rica en aluminio del sistema aluminio-cobre. La transformación eutéctica L→α+θ (Al2Cu) se produce a 548℃.
La solubilidad máxima del cobre en la fase α es de 5,65% (548℃), y la solubilidad disminuye bruscamente al disminuir la temperatura, hasta aproximadamente 0,05% a temperatura ambiente.
Durante el proceso de tratamiento térmico de envejecimiento, la aleación experimenta varios cambios en su estructura, entre ellos los siguientes:
7.1.2.1 Formación de zonas de agregación de átomos de soluto - zonas G-(Ⅰ)
En la solución sólida sobresaturada recién enfriada, la distribución de los átomos de cobre en la red de aluminio es aleatoria y desordenada.
En la fase inicial del envejecimiento, es decir, cuando la temperatura de envejecimiento es baja o el tiempo de envejecimiento es corto, los átomos de cobre se agregan en determinadas caras cristalinas de la matriz de aluminio para formar zonas de agregación de átomos de soluto denominadas zonas G-(Ⅰ).
Las zonas G-(Ⅰ) mantienen una relación coherente con la matriz α, y estos agregados constituyen regiones de deformación coherentes que mejoran la resistencia a la deformación, aumentando así la resistencia y dureza de la aleación.
7.1.2.2 Disposición ordenada de las zonas G- - formación de zonas G-(Ⅱ).
A medida que aumenta la temperatura de envejecimiento o se prolonga el tiempo de envejecimiento, los átomos de cobre siguen agregándose y ordenándose, formando zonas G-P(Ⅱ).
Estas zonas siguen manteniendo una relación coherente con la matriz α, pero son mayores que las zonas G-P(Ⅰ).
Pueden considerarse fases de transición intermedias y suelen representarse con θ".
Tienen mayor distorsión que las zonas G-P(Ⅰ) circundantes, lo que impide aún más el movimiento de las dislocaciones, haciendo que el efecto de refuerzo por envejecimiento sea más fuerte.
La precipitación de la fase θ" es la etapa en la que la aleación alcanza su máximo fortalecimiento.
7.1.2.3 Formación de la fase de transición θ′
Con el desarrollo ulterior del proceso de envejecimiento, los átomos de cobre siguen agregándose en las zonas G-P(Ⅱ), formando la fase de transición θ′ cuando la relación entre átomos de cobre y átomos de aluminio llega a ser de 1:2.
Como la constante de red de θ′ cambia mucho, su relación coherente con la matriz empieza a romperse cuando se forma, es decir, pasa de una coherencia completa a una coherencia parcial con la matriz.
Por lo tanto, la distorsión coherente alrededor de la fase θ′ se debilita, y el efecto obstaculizador sobre el movimiento de dislocación también disminuye, lo que resulta en una disminución de la dureza de la aleación.
Se puede observar que la existencia de una distorsión coherente es un factor importante que provoca el fortalecimiento por envejecimiento en las aleaciones.
7.1.2.4 Formación de la fase θ estable
La fase de transición precipita completamente de la solución sólida a base de aluminio, formando una fase estable independiente Al2Cu con una interfaz clara con la matriz, denominada fase θ.
En este momento, la relación coherente entre la fase θ y la matriz se rompe por completo, y tiene su propia red independiente, y su distorsión desaparece.
Con el aumento de la temperatura de envejecimiento o la prolongación del tiempo de envejecimiento, las partículas de la fase θ se agregan y se alargan, y la resistencia y la dureza de la aleación disminuyen aún más. La aleación se ablanda y se "sobreenvejece". La fase θ se agrega y se hace más gruesa.
Los principios de envejecimiento y las reglas generales de las aleaciones binarias de aluminio-cobre también se aplican a otras aleaciones industriales de aluminio.
Sin embargo, los tipos de aleaciones, las zonas G-P formadas, las fases de transición y, finalmente, las fases estables precipitadas son diferentes, lo que conduce a distintos efectos de refuerzo por envejecimiento.
Incluso para la misma aleación, el proceso de envejecimiento puede no seguir totalmente cada etapa de forma secuencial, por ejemplo, algunas aleaciones se detienen en las zonas G-P(Ⅰ) a G-P(Ⅱ) durante el envejecimiento natural.
Durante el envejecimiento artificial, si la temperatura de envejecimiento es demasiado elevada, la aleación puede precipitar directamente la fase de transición a partir de la solución sólida sobresaturada sin pasar por la zona G-P. El grado de envejecimiento afecta directamente a la estructura y las propiedades de la aleación tras el envejecimiento.
7.1.3 Factores que afectan al envejecimiento
7.1.3.1 Influencia del tiempo transcurrido entre el temple y el envejecimiento artificial
Los estudios han descubierto que algunas aleaciones de aluminio, como las aleaciones Al-Mg-Si, no pueden alcanzar su máxima resistencia tras el envejecimiento artificial si se les permite permanecer a temperatura ambiente antes del envejecimiento artificial. En su lugar, aumenta su ductilidad.
Por ejemplo, para la ZL101 aleación de aluminio fundidoSi se deja a temperatura ambiente durante un día después del temple y se envejece artificialmente, la resistencia última será 10-20 Mpa inferior que cuando se envejece inmediatamente después del temple, pero su ductilidad aumentará en comparación con esta última.
7.1.3.2 Influencia de la composición química de la aleación
Que una aleación pueda reforzarse por envejecimiento depende, en primer lugar, de si los elementos que la componen pueden disolverse en la solución sólida y del grado en que la solubilidad sólida cambia con la temperatura.
Por ejemplo, la solubilidad sólida del silicio y el manganeso en el aluminio es relativamente pequeña, y no varía mucho con la temperatura, mientras que el magnesio y el zinc tienen una solubilidad sólida relativamente grande en la solución sólida a base de aluminio, pero las estructuras de los compuestos que forman con el aluminio no son muy diferentes de la matriz, lo que provoca efectos de refuerzo mínimos.
Por lo tanto, las aleaciones binarias de aluminio-silicio, aluminio-manganeso, aluminio-magnesio y aluminio-cinc no suelen someterse a un tratamiento de refuerzo por envejecimiento.
Algunas aleaciones binarias, como las aleaciones de aluminio-cobre, y aleaciones ternarias o multicomponentes, como las aleaciones de aluminio-magnesio-silicio y de aluminio-cobre-magnesio-silicio, presentan solubilidad y transiciones de fase en estado sólido durante el tratamiento térmico y pueden reforzarse mediante tratamiento térmico.
7.1.3.3 La influencia de la tecnología de procesamiento de soluciones sólidas de aleación
Para obtener buenos efectos de refuerzo por envejecimiento, en condiciones de evitar el sobrecalentamiento, la combustión y el crecimiento de grano, son favorables temperaturas de calentamiento de enfriamiento más altas y tiempos de mantenimiento más largos para obtener una solución sólida uniformemente sobresaturada con la máxima sobresaturación.
Además, cuando se enfría, el enfriamiento no debe provocar la precipitación de la segunda fase; de lo contrario, durante los tratamientos de envejecimiento posteriores, la fase ya precipitada actuará como núcleo, provocando una precipitación local no uniforme y reduciendo el efecto de refuerzo del envejecimiento.
El aluminio puro se utiliza sobre todo en entornos que requieren una alta conductividad térmica, pero en general su uso no está muy extendido. La aleación de aluminio AL6061 tiene varios estados: O, T4, T6, T451, T651, T6510, T6511.
Las aplicaciones típicas incluyen componentes estructurales industriales que requieren un cierto nivel de resistencia, alta soldabilidady resistencia a la corrosión. Estos componentes se utilizan para fabricar camiones, torres de edificios, barcos, tranvías, vehículos ferroviarios, muebles, barras, tubos y perfiles con buenas propiedades de anodizado.
La aleación de aluminio AL6063 tiene varios estados: O, T4, T83, T1, T5, T6. Se suele utilizar como material extruido para perfiles de construcción, tuberías de riego, marcos para vehículos, muebles, ascensores, vallas y componentes decorativos de distintos colores para aviones, barcos, industria ligera y edificios.
En cuanto a los materiales extruidos, el 6063 es sin duda la mejor opción. Tiene mejores propiedades de pulido y anodizado que el 6061 tras la extrusión.
El 6061 es un material con propiedades similares al 6063, pero pertenece a un material de componentes estructurales. Sus características incluyen una buena soldabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia estructural, pero sigue habiendo pequeñas diferencias entre el 6061 y el 6063. Su rendimiento de extrusión es inferior al del 6063.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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