Propiedades y Aplicaciones de las Aleaciones de Aluminio: Al-Li, Moldeo, Soldadura y Superplasticidad

Aleaciones de Aluminio-Litio (Al-Li)

Las fases presentes varían según la composición:

• Al-Li: SSS - δ' (Al₃Li) - δ (Al-Li)
• Al-Cu-Li: Dependiendo del porcentaje de Cobre (% Cu):
  1. SSS - δ' - δ
  2. SSS - T1 (Al₂CuLi, semicoherente)
  3. SSS - GP1 - GP2 - θ' (semicoherente) - θ (CuAl₂, incoherente)
• Al-Cu-Li-Mg: SSS - GPB - S' (semicoherente) - S (incoherente)

El circonio (Zr) actúa como formador de dispersoides (ZrAl₃), lo que mejora la homogeneidad de la deformación y, por tanto, la tenacidad.

Aleaciones Al-Li Notables:

• Aleación 8090: Alto contenido de Li. Fue desarrollada como alternativa a la aleación 2024.
• Aleación 2090: Alto contenido de Cu. Diseñada para competir con la aleación 7075-T6.
• Aleación 2094: Con adición de plata (Ag). Son muy soldables y se utilizan principalmente en tanques de combustible para lanzadores espaciales.

Aleaciones de Aluminio para Moldeo

Características de diferentes sistemas de aleaciones de aluminio para moldeo:

• Al-Mg:
  • Buen equilibrio entre resistencia y ductilidad.
  • Excelente resistencia a la corrosión.
  • Buena maquinabilidad.
  • Baja moldeabilidad.
  • Responden a tratamiento térmico.
• Al-Zn-Mg:
  • Uso limitado.
  • Alta resistencia.
  • Buena resistencia a la corrosión (excepto bajo tensión).
  • Buena maquinabilidad.
  • Baja moldeabilidad.
  • Tratables térmicamente.
• Al-Cu:
  • Baja resistencia a la corrosión, también bajo tensión (se soluciona con tratamiento T7).
  • Tratables térmicamente.
  • Buena resistencia a temperaturas elevadas.
  • Aplicaciones en motores de combustión interna.
• Al-Sn:
  • Extraordinario comportamiento antifricción.
  • Buena resistencia a la fatiga y a la corrosión.
  • Al y Sn son casi insolubles.
  • Posibilidad de tratamiento térmico con adición de Cu y Ni.
• Al-Si:
  • Las más utilizadas.
  • Clasificación: hipoeutécticas, eutécticas e hipereutécticas (eutéctico ≈12% Si).
  • Efectos de la adición de Silicio (Si):
    • Aumenta: Moldeabilidad, fluidez, dureza, resistencia y resistencia a la corrosión.
    • Disminuye: Coeficiente de fricción (ACFC), ductilidad, tenacidad, resistencia a la fatiga y maquinabilidad.
  • La adición de Si las hace tratables térmicamente.

Soldadura de Aleaciones de Aluminio para Moldeo

Selección del Material de Aporte

Factores a considerar al seleccionar el material de aporte:

1. Tendencia al agrietamiento: Mayor en aleaciones tratables térmicamente.
2. Resistencia del cordón: Considerar la posibilidad de tratamiento térmico post-soldadura.
3. Temperatura de servicio.
4. Resistencia a la corrosión: Especialmente la corrosión galvánica.
5. Acabado superficial deseado.

Zona Afectada por el Calor (ZAC)

Según la proximidad al cordón de soldadura, en la ZAC pueden aparecer zonas con sobremaduración o zonas con disolución parcial o total de los precipitados endurecedores.

Soldabilidad por Tipo de Aleación

• Series 1XXX y 3XXX: Soldables sin problemas, sin tendencia al agrietamiento.
• Serie 5XXX: Riesgo de formación de óxidos y porosidad. Cierta tendencia al agrietamiento. Resistencia aceptable del cordón.
• Serie 6XXX: Buena soldabilidad en general, pero con pérdida significativa de resistencia en la ZAC.
• Serie 2XXX: Difíciles de soldar. Baja ductilidad. La presencia de Mg aumenta el riesgo de agrietamiento.
• Serie 7XXX: La soldabilidad depende de la composición específica. Aleaciones con bajo contenido de Cu son más soldables. Buenas propiedades mecánicas del conjunto soldado si se elige el aporte adecuado.
• Aleaciones Al-Li: Tendencia a disolver hidrógeno (H₂), lo que aumenta el riesgo de porosidad. La adición de Cu y la reducción de Mg facilitan la soldadura.

Superplasticidad en Aleaciones de Aluminio

Condiciones Microestructurales Necesarias

Para que una aleación de aluminio exhiba superplasticidad, se requieren condiciones microestructurales precisas:

• Tamaño de grano (TG) ultra fino (generalmente < 10 µm), que debe mantenerse estable durante todo el proceso de deformación.
• Presencia de una segunda fase, finamente distribuida y en proporción adecuada, para inhibir el crecimiento del grano a alta temperatura.
• Resistencia similar y distribución homogénea de las fases presentes.
• Granos equiaxiales.
• Límites de grano de alto ángulo, que facilitan el deslizamiento intergranular.
• Bordes de grano móviles (para permitir el deslizamiento) y resistentes a la tracción (para evitar la separación).

Factores que Influyen en la Nucleación y Desarrollo de Cavitación

La cavitación es un fenómeno limitante en la conformado superplástico. Los factores que influyen son:

1. Diferencia de dureza entre las fases.
2. Proporción entre fases (si una fase es significativamente más dura, es preferible que esté en menor proporción).
3. Cantidad de deformación (mayores deformaciones aumentan la cavitación).
4. Velocidad de deformación (velocidades lentas generalmente reducen la cavitación, aunque depende del mecanismo).
5. Temperatura de deformación (temperaturas más altas dentro del rango superplástico pueden favorecer mecanismos de acomodación y reducir la cavitación).
6. Tamaño de grano (un tamaño de grano fino es beneficioso para la superplasticidad pero puede influir en la cavitación).