Los ocho elementos principales que afectan el rendimiento de las aleaciones de aluminio son vanadio, calcio, plomo, estaño, bismuto, antimonio, berilio y sodio. Dependiendo del uso previsto de las bobinas de aluminio acabadas, se añaden diferentes elementos durante el procesamiento. Estos elementos de impureza tienen diferentes puntos de fusión y estructuras, formando diferentes compuestos con el aluminio, lo que tiene diferentes impactos en el rendimiento de las aleaciones de aluminio.
1. Elemento metálico: la influencia del cobre
El cobre es un elemento de aleación importante y tiene cierto efecto fortalecedor de soluciones sólidas. Además, el CuAl2 precipitado durante el envejecimiento tiene un importante efecto fortalecedor del envejecimiento. El contenido de cobre en las láminas de aluminio suele estar entre el 2,5% y el 5%. El efecto de fortalecimiento es mejor cuando el contenido de cobre está entre 4% y 6,8%, por lo que la mayoría de las aleaciones duras de aluminio tienen un contenido de cobre dentro de este rango.
2. Elemento metálico: la influencia del silicio
En el sistema de aleación Al-Mg2Si, en la sección rica en aluminio-del diagrama de fases, la solubilidad máxima del Mg2Si en aluminio es 1,85 % y disminuye lentamente al disminuir la temperatura. En las aleaciones de aluminio forjado, el silicio añadido solo a las láminas de aluminio se limita a materiales de soldadura, pero el silicio añadido al aluminio también proporciona un cierto efecto fortalecedor.
3. Elemento metálico: la influencia del magnesio
El magnesio tiene un importante efecto fortalecedor sobre el aluminio. Por cada aumento del 1% en magnesio, la resistencia a la tracción aumenta en aproximadamente 34 MPa. Si se agrega menos del 1 % de manganeso, puede proporcionar un refuerzo adicional. Por lo tanto, agregar manganeso permite reducir el contenido de magnesio y al mismo tiempo disminuir la tendencia al craqueo en caliente. Además, el manganeso ayuda a que los compuestos de Mg5Al8 precipiten de manera más uniforme, lo que mejora la resistencia a la corrosión y el rendimiento de la soldadura.
4. Elemento metálico: la influencia del manganeso
La solubilidad máxima del manganeso en solución sólida es del 1,82%. La resistencia de la aleación aumenta continuamente con la solubilidad y cuando el contenido de manganeso es del 0,8%, el alargamiento alcanza su máximo. Las aleaciones de Al-Mn son aleaciones endurecidas de larga- y corta-edad, lo que significa que no pueden reforzarse mediante tratamiento térmico.
5. Elemento metálico: el efecto del zinc
En el diagrama de fases del sistema de aleación Al-Zn, a 275 grados, la solubilidad del zinc en aluminio es del 31,6%, mientras que a 125 grados disminuye al 5,6%. La adición de zinc solo al aluminio en condiciones de deformación tiene un efecto muy limitado en la mejora de la resistencia de las aleaciones de aluminio. Además, existe una tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, lo que restringe su aplicación.
6. Elemento metálico: el efecto del hierro y el silicio
El hierro se añade como elemento de aleación en las aleaciones de aluminio forjado de Al-Cu-Mg-Ni-Fe, y el silicio se añade en las varillas de soldadura de aluminio forjado de Al-Mg-Si y en las varillas de soldadura de Al-Si y en las aleaciones forjadas de aluminio-silicona. En otras aleaciones de aluminio, el silicio y el hierro son impurezas comunes y tienen un impacto significativo en las propiedades de la aleación. Existen principalmente como FeCl3 y silicio libre. Cuando el contenido de silicio es mayor que el de hierro, se forma la fase -FeSiAl3 (o Fe2Si2Al9); cuando el contenido de hierro es mayor que el de silicio, se forma la fase -Fe2SiAl8 (o Fe3Si2Al12). Una proporción inadecuada de hierro y silicio puede provocar grietas en la fundición, y un contenido excesivo de hierro en el aluminio fundido puede hacer que la fundición se vuelva quebradiza.
7. Elemento metálico: el efecto del titanio y el boro
El titanio es una adición comúnmente utilizada en aleaciones de aluminio y se agrega en forma de aleaciones maestras de Al-Ti o Al-Ti-B. El titanio forma la fase TiAl2 con el aluminio, que sirve como núcleo de nucleación no-espontánea durante la solidificación, lo que ayuda a refinar la estructura forjada y la microestructura de la soldadura. En las aleaciones de Al-Ti, el contenido crítico de titanio cuando se produce una reacción en paquete es aproximadamente 0,15%. Si hay boro presente, este contenido crítico se reduce hasta un 0,01%.
8. Elementos metálicos: efectos del cromo y el estroncio
El cromo forma compuestos intermetálicos como (CrFe)Al7 y (CrMn)Al12 en las placas de aluminio, que dificultan los procesos de nucleación y crecimiento durante la recristalización, proporcionando ciertos efectos fortalecedores a la aleación. También puede mejorar la tenacidad de la aleación y reducir la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Sin embargo, aumenta la sensibilidad al enfriamiento y hace que la película de óxido anódico aparezca amarilla. El contenido de cromo en las aleaciones de aluminio generalmente no supera el 0,35% y disminuye con el aumento de elementos de transición en la aleación. Agregar entre un 0,015 % y un 0,03 % de estroncio a las aleaciones de aluminio extruido transforma la fase -AlFeSi en el lingote de fundición en la fase -AlFeSi con forma de -caracteres chinos-, lo que reduce el tiempo de homogeneización del lingote entre un 60 % y un 70 %, mejorando las propiedades mecánicas y la trabajabilidad plástica del material, y mejorando la rugosidad de la superficie de los productos. Para aleaciones de aluminio forjado con alto contenido de silicio (10 %–13 %), agregar entre un 0,02 % y un 0,07 % de estroncio puede minimizar los cristales primarios y mejorar significativamente las propiedades mecánicas. La resistencia a la tracción σb aumenta de 233 MPa a 236 MPa, el límite elástico σ0,2 aumenta de 204 MPa a 210 MPa y el alargamiento δ5 aumenta del 9% al 12%. En las aleaciones hipereutécticas de Al-Si, la adición de estroncio puede reducir el tamaño de las partículas primarias de silicio, mejorar las propiedades de procesamiento del plástico y facilitar un laminado en caliente y en frío suave.
