Metalografía del aluminio - Preparación de muestras

Metalografía de aluminio y aleaciones de aluminio Resumen y preparación

La metalografía del aluminio es el estudio y el examen de la microestructura del aluminio y sus aleaciones, por lo general utilizando muestras pulidas y grabadas bajo un microscopio. Este proceso es una parte fundamental de las pruebas y el control de calidad del aluminio, y revela detalles como el tamaño del grano, la distribución de las fases y cualquier defecto microscópico o impureza. Al comprender la metalografía del aluminio, las industrias pueden garantizar que los materiales de aluminio cumplan con los estándares de resistencia, durabilidad y rendimiento requeridos.

Para abordar estos aspectos de manera efectiva, esta página se divide en dos partes:

Descripción general: fundamentos y aspectos clave
Esta sección ofrece una introducción concisa a las propiedades más importantes de los materiales de aluminio y su relevancia en la metalografía. Es ideal para los usuarios que buscan una orientación rápida o una comprensión básica.

Visión general

Perspectivas detalladas y orientación práctica
Esta sección ofrece una exploración exhaustiva del aluminio y las aleaciones de aluminio desde una perspectiva metalográfica. Además de recomendaciones prácticas para seleccionar las técnicas adecuadas de rectificado y pulido, también ofrece una comprensión más profunda de las características fundamentales del material y sus implicaciones para la preparación de muestras. Los ejemplos detallados de casos y la orientación metódica ayudan a cerrar la brecha entre la teoría y la práctica de laboratorio.

Perspectivas en profundidad

Descripción general: fundamentos y aspectos clave

El aluminio es un metal plateado liviano conocido por su excelente ductilidad, conductividad térmica/eléctrica y resistencia natural a la corrosión debido a una fina capa de óxido en su superficie. Sin embargo, el aluminio puro (normalmente más del 99% de Al, conocido como la serie 1xxx) es relativamente blando y de baja resistencia, por lo que en la práctica suele combinarse con otros elementos para formar aleaciones de aluminio. Los elementos de aleación comunes incluyen cobre, magnesio, silicio, zinc y manganeso, cada uno de los cuales produce aleaciones con propiedades diferentes. Por ejemplo, Por ejemplo:

2xxx (Al-Cu): Alta resistencia, utilizada en la industria aeroespacial
6xxx (Al-Mg-Si): Resistencia media, altamente moldeable
7xxx (Al-Zn-Mg-Cu): Alta resistencia, utilizada en la industria aeroespacial y de transporte

Estas adiciones de aleaciones y tratamientos térmicos (como el templado T6) crean precipitados que se fortalecen y alteran la estructura granulada del metal, que la metalografía del aluminio puede revelar y analizar.

Aplicación del aluminio en la industria

Aeroespacial

Las aleaciones de aluminio de alto rendimiento requieren metalografía para confirmar el endurecimiento por precipitación, la integridad del revestimiento y un tamaño de grano uniforme. Las aleaciones de aluminio de alta resistencia (como 2024 o 7075) se utilizan para estructuras de aeronaves, alas y componentes de naves espaciales debido a su relación resistencia/peso. La metalografía verifica el refinamiento del grano y la presencia de precipitados reforzantes después de los tratamientos térmicos. Después de forjar o laminar una aleación aeroespacial, la metalografía garantiza la textura adecuada de la fibra o el flujo de grano en el componente. Además, cuando se introducen nuevas aleaciones de aluminio y litio o compuestos avanzados, la metalografía y las técnicas de prueba relacionadas ayudan a certificar que estos materiales cumplen con los estrictos estándares aeroespaciales.

Ejemplo: En el aluminio de calidad aeronáutica, el examen metalográfico puede confirmar que la fase de precipitación deseada (como el Al2Cu en la serie 2xxx o el MgZn2 en la serie 7xxx) se distribuye correctamente, lo que indica que la aleación ha alcanzado las propiedades mecánicas requeridas

Automoción

Se utiliza en motores, ruedas y componentes estructurales. Las aleaciones de aluminio se emplean ampliamente en motores, culatas, carcasas de transmisión, ruedas y marcos estructurales para reducir el peso. Las aleaciones especiales de alta temperatura y el aluminio fundido (como las aleaciones de fundición de Al-Si) deben estar libres de una porosidad excesiva y tener microestructuras refinadas para mayor durabilidad.

La microestructura de las llantas de aleación, los bloques del motor, los pistones y los paneles de la carrocería es importante. Una sección transversal metalográfica de un bloque de motor de aluminio fundido a presión puede revelar cavidades porosas o de contracción que podrían provocar la rotura de la pieza si es demasiado grande. En el caso de los vehículos eléctricos y el transporte ferroviario (por ejemplo, los trenes de alta velocidad), donde el aluminio se utiliza para estructuras ligeras, la metalografía confirma que las extrusiones y las piezas fundidas tienen una calidad constante.

Ejemplo: Comprobar que las partículas de silicio de una aleación de Al-Si son finas y están modificadas de manera uniforme (a menudo se logra añadiendo modificadores como estroncio durante la fundición). Además, las pruebas de aluminio en este campo pueden incluir pruebas de dureza de los componentes del motor (para verificar el tratamiento térmico adecuado) junto con un examen microestructural.

Fabricación aditiva

El aluminio impreso en 3D muestra microestructuras únicas, como los granos celulares y los límites de las piscinas de fusión. Una aplicación especial en rápido crecimiento es el uso de aleaciones de aluminio en la fabricación aditiva. Los componentes de aluminio impresos en 3D (que a menudo utilizan polvos de aleaciones como el AlSi10Mg) pueden presentar microestructuras únicas, como granos celulares muy finos y límites definidos en los depósitos de fusión, debido a su rápida solidificación. La metalografía desempeña un papel clave en este campo emergente al examinar la unión de capas, la porosidad y las características microestructurales de las piezas de aluminio impresas.

Electrónica y defensa

En las aleaciones de Al-Li y los disipadores de calor de aluminio, la metalografía garantiza la homogeneidad y la calidad de la unión. Algunas aplicaciones de defensa utilizan aleaciones de aluminio en vehículos blindados o en recintos livianos y de alta resistencia. Se han desarrollado aleaciones especiales de aluminio que contienen litio (aleaciones de Al-Li) para reducir aún más el peso en el sector aeroespacial y de defensa; estas aleaciones requieren un examen metalográfico cuidadoso para garantizar que las nuevas fases (como los precipitados de Al3Li) estén presentes y se dispersen uniformemente. En todas estas industrias, la metalografía del aluminio sirve de puente entre la ciencia de los materiales y la ingeniería práctica. Permite a los ingenieros ver la historia interna de una pieza de aluminio, ya sea para confirmar que un proceso de producción fue exitoso o para diagnosticar por qué un componente no funcionó como se esperaba.

Es importante destacar que la metalografía suele ir acompañada de otros métodos de prueba (pruebas mecánicas, análisis químicos, etc.), pero proporciona una evidencia visual de la estructura del material que otras pruebas no pueden ofrecer. Muchas empresas tienen laboratorios internos o colaboran con laboratorios de pruebas de materiales para realizar metalografías en muestras de aluminio como parte de su control de calidad rutinario.

El proceso de metalografía del aluminio

Cortando

Se prefieren los discos de corte abrasivos diseñados para metales no ferrosos con una refrigeración adecuada para minimizar los daños.

Montaje

El montaje en caliente con resina fenólica es estándar; el montaje en frío con resina epoxi se utiliza para muestras delicadas o sensibles al calor.

Esmerilado/pulido

Papeles de carburo de silicio y suspensiones de diamante, que van de gruesos a finos, para preparar la muestra con un acabado similar al de un espejo

Análisis

El material se caracteriza empleando, por ejemplo, pruebas de dureza o microscopía

Grabado

La muestra se trata con grabadores para mejorar el contraste de la superficie

Máquinas de corte

Prensas de montaje

Lijadoras y pulidoras

Durómetros

Consumibles

Perspectivas detalladas y orientación práctica

Las aplicaciones del aluminio se pueden encontrar en casi todas las áreas de la economía y la vida moderna. Según las estadísticas actuales, la producción mundial de aluminio (primario) casi se ha duplicado en la última década, un desarrollo sin precedentes para el material industrial. La industria del aluminio debe este desarrollo a sus propiedades, como el bajo peso específico y un tercio del acero, lo que lo convierte en una alternativa atractiva para la construcción ligera que ahorra energía. Las otras propiedades importantes del aluminio y sus aleaciones son la amplia gama de opciones de fabricación como fundición, conformado, extrusión, forjado, etc.

Además, las versátiles opciones de conformado como el mecanizado, el embutición profunda, el estiramiento, el doblado, el punzonado, etc. hacen del aluminio un material flexible para muchas aplicaciones. El aluminio y sus aleaciones presentan una excelente resistencia a la corrosión, que puede mejorarse aún más mediante la anodización y diversas técnicas de recubrimiento. Estos materiales ofrecen un amplio espectro de resistencias mecánicas, que van desde 70 a 800 MPa. El aluminio es un material no tóxico, por lo que es muy adecuado para su uso como embalaje de productos alimenticios. Además, el aluminio posee una excelente conductividad eléctrica y una alta conductividad térmica.

La preparación metalográfica del aluminio es importante por varias razones:

Control de calidad: La metalografía es esencial en los procesos de control de calidad para detectar defectos como la porosidad, la segregación, las grietas o la formación inadecuada de fases que pueden afectar el rendimiento del material.

Optimización de procesos: Al examinar los efectos de los diferentes métodos de procesamiento (por ejemplo, fundición, laminado, tratamiento térmico) en el aluminio, la metalografía ayuda a optimizar los parámetros de fabricación para lograr las propiedades mecánicas y físicas deseadas.

Análisis de fallos: En caso de fallo del material, el examen metalográfico proporciona información sobre los mecanismos de fallo, como la fatiga, la corrosión o la fragilización, lo que ayuda a analizar la causa raíz.

Investigación y desarrollo: Los estudios metalográficos contribuyen al desarrollo de nuevas aleaciones de aluminio y técnicas de procesamiento al facilitar la correlación entre la composición, el procesamiento, la microestructura y las propiedades. Debido a la suavidad y ductilidad del aluminio, es necesaria una preparación meticulosa para evitar la introducción de artefactos, como arañazos, manchas o deformaciones, que podrían oscurecer o alterar las verdaderas características microestructurales.

En la sección siguiente, se presentarán los aspectos más críticos de la preparación metalográfica del aluminio y sus aleaciones.

La microestructura de una aleación de aluminio después del pulido final: 100:1

La microestructura de una aleación de fundición de aluminio después del pulido final: 25:1

La microestructura de una aleación de aluminio forjado después del grabado electrolítico — 100:1

Cortando

El corte de aluminio puro y aleaciones de aluminio es un desafío debido a la suavidad del aluminio. Los discos de corte óptimos para estas aleaciones son los que contienen partículas abrasivas de SiC. Los discos de corte de SiC con material de unión más duro pueden proporcionar los mejores resultados. Debido a la menor dureza de las partículas de carburo de silicio en comparación con las partículas de óxido de aluminio, estos discos de corte son la elección óptima para cortar materiales blandos como el aluminio puro.

Selección del disco de corte en función de la dureza del material

La varilla de aluminio puro fijada en QCUT 250 M

Montaje

Las muestras de aluminio se pueden montar usando técnicas de embutición en caliente, embutición en frío o curado por UV. Para las muestras que son sensibles a la temperatura o la presión, como las muestras pintadas, delgadas o recubiertas, se recomiendan los métodos de embutición en frío o curado UV para evitar posibles daños. El montaje UV es el método de montaje más rápido para muestras de aluminio puro cuando la retención de los bordes no es un requisito crítico.

QPRESS 40: la prensa de montaje en caliente más nueva de QATM

Embutición UV

Dispositivo	Consumible	Tiempo de curado	Molde
QMOUNT	Qprep UV 50	1 min.	QMOULD clear, ø 40 mm

La muestra de aluminio después del montaje en UV durante solo 1 minuto.

Embutición en frío - Primera opción

Consumible	Relación de mezcla/volumen	Tiempo de curado	Molde	Equipamiento adicional
KEM 20	Polvo: Líquido 2:1	15 min	QMOULD clear/white Ø 40 mm	Vaso para mezclar Cuchara mezcladora Barra de mezcla Unidad de presión 95016569
Notes
Para una mejor transparencia, se debe realizar un proceso de curado completo en la unidad de presión 95016569

Embutición en frío - Segunda opción

Consumible	Relación de mezcla/peso	Tiempo de curado	Molde	Equipamiento adicional
Qpox 92	Resina: Endurecedor 20 g: 4,6 g	8 Horas	PP, Ø 40 mm	Vaso para mezclar Escala Barra de mezcla Unidad de infiltración M6500001
Notes
El proceso de montaje con la Qpox 92 debe realizarse con vacío. Para eso usa la unidad de infiltración

Muestras de PODFA de aluminio fundido montadas en frío en KEM 20

Embutición en caliente - Primera opción

Dispositivo	Consumible	Tiempo de calentamiento	Temperatura	Presión	Tiempo de enfriamiento
QPRESS 40	Bakelite black	4:45 min	200 °C	250 bar	3:30 min
Llenadora o consumibles adicionales	Potencia calorífica	Modo de presión	Potencia de refrigeración	Pistón con ø 40 mm
-	100 %	Modo de 1 nivel	100 %	Pistón con ø 40 mm
Notas
Desbarbar y limpiar las muestras antes de montarlas.

Aluminio puro

El aluminio puro es un metal ligero con una densidad de aproximadamente 2,7 g/cm³ y un punto de fusión de 660 °C. Si la pureza del aluminio es superior al 99%, se considera aluminio puro. La estructura cristalográfica del aluminio puro es cúbica centrada en las caras. Se caracteriza por un aspecto plateado brillante y una excelente resistencia a la corrosión debido a la rápida formación de una película de óxido protectora y estable en su superficie. El aluminio es altamente dúctil y maleable, lo que permite estirarlo en alambres o enrollarlo en láminas delgadas. Tiene una resistencia a la tracción relativamente baja en su forma pura (alrededor de 90 MPa cuando está recocido), pero puede fortalecerse significativamente mediante aleación o trabajo en frío. El aluminio puro también es un excelente conductor de calor y electricidad, no magnético y no tóxico. En los grupos forjados, el grupo 1xxx representa aluminio puro como EN AW 1050A. El aluminio puro se utiliza normalmente en aplicaciones que no soportan carga, incluida la fabricación de cables, latas, componentes electrónicos, láminas, alambres, artículos para el hogar y materiales de embalaje.

Esmerilado/pulido

Entre los diversos consumibles, el papel de carburo de silicio (SiC) es la opción más adecuada para la preparación de muestras de aluminio puro. Debido a la suavidad inherente del aluminio puro, el material es muy susceptible a la deformación durante la preparación de la muestra. El uso de consumibles agresivos, como los discos abrasivos de diamante, puede introducir artefactos en la preparación y comprometer la integridad microestructural de la muestra. Siempre que el corte se haya realizado de manera adecuada, el rectificado inicial puede comenzar con papel SiC de grano P600. A esto le sigue una segunda etapa de molienda con papel SiC de grano P1200; después de aproximadamente dos minutos de molienda, la muestra está lista para la etapa de pulido.

Para el pulido de aluminio puro, se recomiendan paños de pulido suaves para minimizar la deformación de la superficie. El paño Sigma, un paño de seda de dureza media, es adecuado para los pasos iniciales de pulido. Para la etapa de pulido de 1 µm, se debe utilizar un paño Zeta, un paño sintético suave y flocado corto. Para el pulido final, se recomienda usar un paño OMEGA, un paño sintético suave resistente a los productos químicos. La secuencia completa de los pasos de rectificado y pulido se resume en la tabla.

La superficie de la muestra después del pulido final sin arañazos ni deformaciones

Grabado

El objetivo del grabado de muestras de aluminio puro es revelar de forma selectiva las características microestructurales, como los límites o el tamaño del grano, así como las impurezas que de otro modo serían indistinguibles en estado pulido y sin grabar. El grabado mejora el contraste entre los diferentes componentes microestructurales al atacar preferentemente áreas específicas de la muestra, lo que permite un examen detallado del tamaño, la forma y la distribución del grano mediante microscopía óptica o electrónica. Este proceso es esencial para el análisis metalográfico preciso y la caracterización del aluminio puro. Hay dos procesos principales para grabar las muestras de aluminio puro. El primero es el proceso normal de inmersión en el grabador. Aquí se puede usar el hidróxido de sodio de QATM. La otra técnica es el grabado electrolítico. El grabado electrolítico de aluminio puro es una técnica metalográfica que se utiliza para revelar su microestructura mediante la aplicación de una corriente eléctrica en una solución electrolítica adecuada. Durante el proceso, la muestra de aluminio actúa como ánodo y se produce una disolución selectiva en los límites de los granos y otras características microestructurales. Este método ofrece un grabado controlado y uniforme, lo que minimiza los daños mecánicos y mejora la visibilidad de los detalles finos, como los límites de grano y las inclusiones. El grabado electrolítico es particularmente efectivo para el aluminio puro debido a su suavidad y tendencia a deformarse con el pulido mecánico, lo que resulta en observaciones microestructurales más claras y reproducibles.

La QETCH 1000 es una pulidora y grabadora electrolítica totalmente automática con un funcionamiento intuitivo mediante pantalla táctil. La unidad de pulido y grabado y la unidad de control están separadas, y el Qetch 1000 también se puede usar en la cabina de humos del laboratorio. Una función de escaneo muestra la curva de voltaje actual de un material y proporciona resultados de pulido rápidamente sin cambios estructurales. El manejo de la unidad de pulido y grabado se facilitó significativamente gracias a los tanques electrolíticos intercambiables de 1 litro. Los diferentes electrolitos se pueden cambiar y almacenar fácilmente con la tapa. La unidad se limpia con agua mediante un programa de lavado.

La microestructura del aluminio puro en el área del borde después del grabado con Barker — 25:1

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La microestructura del aluminio puro en el área central después del grabado con Barker — 25:1

Aleaciones de aluminio forjado

El sistema de clasificación utilizado internacionalmente distingue entre aleaciones forjadas [DIN EN 573] y piezas fundidas [DIN EN 1780]. Las aleaciones forjadas son aleaciones de aluminio que se moldean en lingotes o tiras mediante el proceso de colada continua y se utilizan exclusivamente para la fabricación de productos laminados, prensados y estirados. Por el contrario, las aleaciones fundidas se utilizan exclusivamente para producir piezas moldeadas debido a sus mejores propiedades de llenado del molde y a su resistencia al agrietamiento en caliente. La designación estándar de las aleaciones de aluminio utiliza el siguiente sistema:

El prefijo EN seguido de un espacio La A para el aluminio,
luego una letra que muestra el proceso de fabricación W para el
aluminio forjado y C para el aluminio fundido (opcional) es B para los lingotes de aluminio
aleado y sin alear y M para las aleaciones maestras
Un guión
forjadas) y cinco dígitos (para las aleaciones fundidas) para definir la composición de la aleación o el símbolo químico Al, seguido de los símbolos de los principales elementos de aleación y su promedio composición nominal en% en peso.

Los distintos sistemas de designación para las aleaciones de aluminio forjado y fundido, así como sus respectivas condiciones materiales, requieren una presentación separada y detallada para cada categoría. Para la aleación forjada, los cuatro dígitos de la descripción indicaban el grupo de aleaciones, que se caracteriza por tener uno o más elementos de aleación principales. Los grupos de aleaciones también difieren en términos de templabilidad o no endurecibilidad (estas últimas también se denominan aleaciones «naturalmente duras» o de endurecimiento mecánico).

Grupo	Tipo de aleación	Ejemplo	Endurecimiento
1XXX	Aluminio puro	EN AW-1050A EN AW-1070A	No endurecible
2XXX	AlCu	EN AW-2219 EN AW-2024	Endurecible
3XXX	AlMn	EN AW-3105 EN AW-3003	No endurecible
4XXX	Al Si	EN AW-4032 EN AW-4046	No endurecible
5XXX	Al Mg	EN AW-5005 EN AW-5182	No endurecible
6XXX	Al MgSi	EN AW-6061 EN AW-6082	Endurecible
7XXX	Al ZnMg	EN AW-7075 EN AW-7020	Endurecible
8XXX	Otros	EN AW-8006 EN AW-8011A	No endurecible
9XXX	No debe usarse	-	-

Los análisis metalográficos más importantes para las aleaciones forjadas de aluminio incluyen:

Los análisis metalográficos más importantes para las aleaciones forjadas de aluminio incluyen:

Medición del tamaño del grano: la determinación del tamaño del grano proporciona información sobre las propiedades mecánicas de la aleación, como la resistencia y la ductilidad, y es esencial para el control de calidad y la optimización de los procesos.

Evaluación de partículas e inclusiones de segunda fase: La identificación y caracterización de las fases intermetálicas, los precipitados y las inclusiones no metálicas ayuda a evaluar la pureza, el rendimiento mecánico y la resistencia a la corrosión de la aleación.

Examen de la microestructura y la textura: la observación de la distribución, el tamaño y la orientación de los granos y las fases revela información sobre los procesos de deformación, la recristalización y los efectos de los tratamientos termomecánicos.

Evaluación del carácter del límite del grano: el análisis de los tipos y distribuciones de los límites del grano ayuda a comprender la susceptibilidad de la aleación a fenómenos como la corrosión y el agrietamiento intergranulares.

Detección de defectos: La identificación de los defectos de fundición o procesamiento, como la porosidad, las grietas o la segregación, es crucial para garantizar la integridad y el rendimiento de la aleación forjada.

Análisis de capas y revestimientos: En las aleaciones revestidas o tratadas en superficie, la metalografía se utiliza para evaluar el grosor, la adherencia y la uniformidad de los recubrimientos.

Además, el rango de resistencia de varias aleaciones de aluminio forjado se puede ver en las tablas siguientes:

Serie Alloy	Composición de la aleación	Método de fortalecimiento	Rango de resistencia a la tracción (MPa)	Rango de resistencia a la tracción (ksi)
1XXX	Al	Trabajo en frío	70-175	10-25
2XXX	Al-Cu-Mg (1-2.5 % Cu) Al-Cu-Mg-Si (3-6% Cu)	Tratamiento térmico Tratamiento térmico	170-310 380-520	25-45 55-75
3XXX	Al-Mn-Mg	Trabajo en frío	140-280	20-40
4XXX	Al Si	Trabajo en frío+tratamiento térmico	105-350	15-50
5XXX	Al-Mg(1-2.5% Mg) Al-Mg-Mn (3-6% Mg)	Trabajo en frío Trabajo en frío	140-280 280-380	20-40 40-55
6XXX	Al-Mg-Si	Tratamiento térmico	150-380	22-55
7XXX	Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg-Cu	Tratamiento térmico	380-520 520-620	55-75 75-90
8XXX	Al-Li-Cu-Mg	Tratamiento térmico	280-560	40-80

Esmerilado/pulido

La microestructura de la aleación Al-Si después del pulido final: 200:1

Los precipitados en Al ZnMg con mayor aumento.

Microestructura de la aleación de Al ZnMg después del pulido final - 100:1

La misma muestra de aluminio extruido después del grabado electrolítico con Barker

La microestructura de fundición de la EN AW-2017A tras el grabado electrolítico con Barker

Microestructura del Al ZnMg después del grabado con hidróxido de sodio al 7,5% - 100:1

La microestructura de la muestra de aluminio extruido después del grabado con Kroll — 25:1

Aleación de aluminio fundido

La norma DIN EN 1780 rige la clasificación de piezas fundidas y aleaciones de fundición:2002 (la asociación de aluminio AA tiene otro método de clasificación)., que utiliza un sistema de designación de cinco dígitos, como se describe a continuación

El primer dígito muestra el elemento de aleación principal

Grupo	Tipo de aleación
1XXX	Aluminio puro
2XXX	Cobre
3XXX	-
4XXX	Silicio
5XXX	Magnesio
6XXX	-
7XXX	Zinc
8XXX	Estaño
9XXX	Aleación maestra

El segundo dígito muestra el tipo de aleación.

Tipo de aleación	Elementos principales	Ejemplo	Endurecimiento (MPa)
21XXX	Al Cu	EN AC-21100	Endurecible
411XXX	Al SiMgTi	EN AC-41000	Endurecible
42XXX	Al Si7Mg	EN AC-42200	Endurecible
43XXX	Al Si10Mg	EN AC-43200	Endurecible
44XXX	Al Si	EN AC-44000	No endurecible
45XXX	Al Si5Cu	EN AC-45000	Parcialmente endurecible
47XXX	Al Si (Cu)	EN AC-47000	No endurecible
48XXX	Al SiCuNiMg	EN AC-48000	No endurecible
51XXX	Al Mg	EN AC-51100	No endurecible
71XXX	Al ZnMg	EN AC-71100	Endurecible

El primer dígito muestra el elemento de aleación principal
El segundo dígito muestra el tipo de aleación.
El tercer dígito es arbitrario e indica la composición especial de la aleación.
El cuarto dígito es generalmente 0.
El quinto dígito es siempre 0 para las aleaciones CEN, pero nunca 0 para las aleaciones AECMA aeroespaciales.
Estos dígitos van seguidos de una letra que muestra el proceso de fundición, como S para fundición en arena, K para fundición por gravedad, D para fundición a presión y L para fundición por inversión.

Posteriormente, las siguientes letras y números especifican el estado de la aleación, como se detalla en la siguiente tabla:

Designación de temperamento	Significado
F	Estado tal como estaba fundido
T1	Enfriamiento controlado después de la fundición y envejecido de forma natural
T4	Solución tratada térmicamente y envejecida de forma natural
T5	Tratamiento para aliviar el estrés
T6	Solución tratada térmicamente y envejecida artificialmente
T64	Solución tratada térmicamente y no envejecida de forma totalmente artificial (envejecimiento insuficiente)
T7	Solución tratada térmicamente y sobreendurecida (envejecida artificialmente, condición estabilizada)
0	Recocido suave

Las propiedades físicas del aluminio puro a 20 °C se pueden ver en la siguiente tabla:

Propiedad	Valor (unidad)
Número de pedido	13
Peso del átomo (masa atómica relativa)	26, 9815385 (g/mol)
Estructura del átomo	FCC
Constante reticular	0.40496 (Nm)
Radio del átomo	0.1431 (Nm)
Densidad	^{2,6989 × 10 ^-9 (kg/m 3)}
Módulo de elasticidad	^{66,6 (KN/mm 2)}
Módulo de cizallamiento	^{25,0 (KN/mm 2)}
Coeficiente de Poisson (v)	0,35
Conductividad térmica	235 (W/m · K)
Temperatura de fusión	660.2 (°C)
Entalpía de fusión	390 (kJ/kg)
Temperatura de ebullición	2470 (°C)
Entalpía de vaporización	11,4 (MJ/kg)
Capacidad calorífica específica (cp)	31 (MJ/kg)
Conductividad eléctrica	^{37,67 (m/Ω · mm 2)}
Resistencia eléctrica específica	26,55 (nanohmios)

Esmerilado/pulido

Entre los diversos consumibles, el papel de carburo de silicio (SiC) es la opción más adecuada para la preparación de muestras de aluminio puro. Debido a la suavidad inherente del aluminio puro, el material es muy susceptible a la deformación durante la preparación de la muestra. El uso de consumibles agresivos, como los discos abrasivos de diamante, puede introducir artefactos en la preparación y comprometer la integridad microestructural de la muestra. Siempre que el corte se haya realizado de manera adecuada, el rectificado inicial puede comenzar con papel SiC de grano P600. A esto le sigue una segunda etapa de molienda con papel SiC de grano P1200; después de aproximadamente dos minutos de molienda, la muestra está lista para la etapa de pulido. Para el pulido de aluminio puro, se recomiendan paños de pulido suaves para minimizar la deformación de la superficie. El paño Sigma, un paño de seda de dureza media, es adecuado para los pasos iniciales de pulido. Para la etapa de pulido de 1 µm, se debe utilizar un paño Zeta, un paño sintético suave y flocado corto. Para el pulido final, se recomienda usar un paño OMEGA, un paño sintético suave resistente a los productos químicos. La secuencia completa de los pasos de rectificado y pulido se resume en la tabla.

La microestructura dendrítica de la aleación de aluminio fundido después del grabado electrolítico con Barker

La microestructura dendrítica de la aleación de aluminio fundido después del pulido y grabado electrolítico con QETCH 1000

La microestructura eutéctica entre las dendritas

La microestructura de la aleación de fundición Al-Si

La microestructura de la aleación de aluminio Al-Si

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Consumibles

Máquinas de corte

embutición

Lijadoras y pulidoras

Durómetros

Metalografía de aluminio - Preguntas frequentes

¿Qué implica la metalografía del aluminio y por qué la hacemos?

La metalografía del aluminio implica preparar una muestra de un aluminio o una aleación de aluminio (mediante el corte, el montaje, el rectificado, el pulido o el grabado) y luego examinarla con un microscopio para estudiar su microestructura. Hacemos esto para entender la estructura interna del material: características como el tamaño del grano, las fases presentes, la distribución de los elementos de aleación y cualquier defecto. Esta información es crucial porque la microestructura del aluminio influye directamente en sus propiedades (resistencia, ductilidad, resistencia a la corrosión, etc.). Por ejemplo, la metalografía puede confirmar si una aleación de aluminio recibió el tratamiento térmico adecuado al revelar la presencia de precipitados de refuerzo. Se usa ampliamente para el control de calidad (para verificar que los materiales cumplan con las especificaciones) y para el análisis de fallas (para averiguar qué salió mal a nivel microscópico si un componente falló).

¿En qué se diferencia la metalografía del aluminio de la metalografía del acero?

Los principios fundamentales son similares (preparar una muestra pulida y grabarla), pero la metalografía del aluminio tiene sus propios desafíos y técnicas en comparación con el acero. El aluminio es más blando que la mayoría de los aceros, por lo que es más propenso a rayarse y deformarse mecánicamente durante la preparación, lo que requiere pasos de rectificado más finos y un pulido suave. Además, el aluminio forma instantáneamente una capa de óxido que puede complicar el grabado, mientras que los aceros no suelen tener una película de óxido tan inmediata después del pulido. Los agentes de grabado para el aluminio son diferentes (por ejemplo, el reactivo de Keller para el aluminio y el nital para el acero) y, a menudo, son más agresivos desde el punto de vista químico debido a ese óxido.

En términos de microestructura, las aleaciones de aluminio no presentan características como las fases de hierro-carbono (ferrita/perlita) que se encuentran en los aceros; en cambio, se pueden observar diferentes compuestos intermetálicos o precipitados según la aleación. En resumen, si bien el objetivo de la metalografía es similar para cualquier metal (revelando la microestructura), los consumibles de preparación y los agentes de grabado y las estructuras resultantes para el aluminio son distintos.

¿Cuáles son las pruebas comunes incluidas en las pruebas de aluminio además de la metalografía?

Más allá del examen metalográfico, las pruebas de aluminio pueden abarcar varias pruebas mecánicas y químicas. Las pruebas mecánicas más comunes incluyen las pruebas de dureza (que utilizan, por ejemplo, un durómetro Vickers para medir la resistencia del aluminio a la indentación), las pruebas de tracción (para medir el límite elástico, la resistencia máxima a la tracción y el alargamiento) y las pruebas de impacto (para determinar la tenacidad). Las pruebas de dureza se realizan a menudo en la misma muestra preparada para la metalografía, especialmente con indentaciones de microdureza para correlacionar la dureza con las características microestructurales.

El análisis químico (mediante técnicas de espectroscopía) es otro aspecto de las pruebas de aluminio para verificar la composición de la aleación. Las pruebas de corrosión se pueden realizar para aplicaciones como las marinas o aeroespaciales, en las que las muestras de aluminio se exponen a niebla salina o humedad para evaluar la resistencia de los recubrimientos protectores o de las aleaciones. Las pruebas de fatiga y fluencia son pruebas más especializadas para el aluminio utilizado en entornos de alto estrés. En resumen, la metalografía proporciona una evaluación interna visual y estas otras pruebas miden las características de rendimiento; juntas, brindan una comprensión integral de la calidad e idoneidad de un material de aluminio.

¿Qué grabadores se utilizan para revelar las microestructuras de aluminio?

En la metalografía del aluminio se utilizan varios grabadores químicos, elegidos según el tipo de aleación y la característica que se quiere revelar. El grabador general más utilizado es el reactivo de Keller, que normalmente contiene ácido nítrico, ácido clorhídrico, ácido fluorhídrico y agua en una proporción específica; es eficaz para muchas aleaciones de aluminio forjado y fundido para mostrar los límites de los granos y las segundas fases. El reactivo de Kroll (una mezcla de ácidos originaria del titanio) se puede adaptar a algunas aleaciones de aluminio, especialmente a las que contienen cobre (se destaca por su uso en aleaciones de aluminio y cobre). El reactivo de Weck se usa para el grabado en color: después de grabar con el de Weck y verlo con luz polarizada, se pueden ver contrastes de color en la microestructura (útiles para diferenciar los componentes o ver la estructura del grano en ciertas aleaciones de aluminio).

Otro método es el reactivo de Barker, que no se usa mediante un simple grabado por inmersión, sino más bien en un proceso de anodización electrolítica: revela la estructura del grano cuando se observa con luz polarizada y, a menudo, se usa para medir el tamaño del grano con precisión en el aluminio. También hay grabadores alcalinos (como las soluciones de hidróxido de sodio) que se pueden usar para pregrabar el aluminio para mostrar características como la segregación o para contrastar las partículas (aunque deben usarse con cuidado para no sobregrabar la matriz). La elección del grabador depende de la información que se necesite: los metalógrafos pueden probar con más de un grabador en varias muestras o realizar un grabado secuencial (grabar, observar, luego volver a pulir y grabar con otro) para obtener una imagen completa de la microestructura del aluminio.

¿Cómo ayudan las pruebas de dureza en la metalografía del aluminio?

Los ensayos de dureza complementan la metalografía al proporcionar datos cuantitativos sobre las propiedades mecánicas de un material, que pueden correlacionarse con la microestructura observada. En el caso de las aleaciones de aluminio, la dureza suele ser un indicador de resistencia (por ejemplo, una aleación de aluminio tratada térmicamente que ha formado una densa red de precipitados finos normalmente mostrará una mayor dureza). En la práctica, después de preparar una muestra metalográfica de aluminio, un metalógrafo puede realizar una serie de impresiones de microdureza en diferentes regiones de interés (por ejemplo, a través de una soldadura desde el metal de soldadura, a través de la zona afectada por el calor y hasta el metal base) para ver cómo cambia la dureza. Al examinar la microestructura, se pueden observar esas ubicaciones de las hendiduras para comprender por qué un área es más dura o más blanda (tal vez la zona más dura tenía granos más pequeños o precipitados que se fortalecen más).

Las pruebas de dureza son relativamente rápidas y se pueden realizar en la misma muestra pequeña, por lo que es una forma cómoda de reforzar el análisis metalográfico con números. En un entorno de producción, las comprobaciones de dureza de las piezas de aluminio son un paso rápido de control de calidad y, si los valores no son correctos, se puede utilizar la metalografía para investigar la causa (por ejemplo, una dureza inesperadamente baja podría provocar que se observara al microscopio si los precipitados se disolvieron, lo que indica una exposición a una temperatura excesiva). Esencialmente, las pruebas de dureza y la metalografía juntas dan una historia más completa: una cuenta «qué tan dura o fuerte es», la otra explica «por qué tiene esa dureza» al revelar la estructura.

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