La mayoría de la gente elige el aluminio porque es ligero y resistente a la corrosión. Pero eso no significa que siempre funcione como es necesario, especialmente en situaciones de gran tensión o calor. Si está diseñando piezas que requieren una mayor resistencia o dureza, el aluminio sin tratar puede no ser suficiente. Cambia el comportamiento del metal, lo que lo hace más adecuado para piezas que deben durar.
El tratamiento térmico no es sólo para el acero. El aluminio también se beneficia, sobre todo en piezas estructurales o móviles donde la resistencia es importante. He aquí cómo funcionan los métodos y por qué merece la pena utilizarlos.
¿Qué es el tratamiento térmico del aluminio?
El tratamiento térmico es un proceso en el que el aluminio se calienta y luego se enfría de una manera específica. El objetivo es cambiar la estructura interna del metal. Este cambio afecta a la dureza, resistencia y flexibilidad del metal.
El metal pasa por un intervalo de temperatura determinado. A continuación, se enfría con aire, con agua o lentamente. Cada método da resultados diferentes. La elección depende del tipo de aluminio y del uso que se vaya a dar a la pieza.
El aluminio tiene una estructura cristalina en su interior. Cuando se calienta el metal a la temperatura adecuada, los átomos empiezan a desplazarse. Mantener el metal a esa temperatura permite que se produzcan cambios en su interior.
A continuación, el enfriamiento bloquea esos cambios. Un enfriamiento rápido puede atrapar a los átomos en un nuevo estado. Un enfriamiento más lento permite que los átomos se asienten en una forma estable. A veces se añade el envejecimiento para aumentar la dureza y la resistencia.
Clasificación de las aleaciones de aluminio
Hay muchos tipos de aleaciones de aluminio. Cada tipo se comporta de forma diferente en función de cómo se fabrica y cómo reacciona al calor. Conocer las diferencias ayuda a elegir el material adecuado para cada trabajo.
Aleaciones de aluminio forjado vs. fundido
Las aleaciones forjadas se fabrican por laminación, extrusión o forja. Son resistentes y tienen un buen acabado superficial. Se utilizan en productos como chapas, barras y piezas estructurales.
Las aleaciones fundidas se vierten en moldes. Son buenas para formas complejas, pero pueden tener más defectos superficiales. Se utilizan en piezas como carcasas o soportes.
Las aleaciones forjadas suelen ser más resistentes que las fundidas. Las aleaciones de fundición son mejores para piezas con formas detalladas.
Aleaciones tratables térmicamente frente a aleaciones no tratables térmicamente
Las aleaciones tratables térmicamente pueden reforzarse mediante calentamiento y enfriamiento. Entre ellas están las series 2xxx, 6xxx y 7xxx. Obtienen su resistencia mediante un proceso denominado endurecimiento por precipitación.
Las aleaciones no tratables térmicamente no pueden reforzarse con calor. En su lugar, se endurecen mediante trabajo en frío. Se trata de las series 1xxx, 3xxx, 4xxx y 5xxx. Suelen utilizarse cuando no se requiere una gran resistencia, pero sí resistencia a la corrosión.
Series comunes de aluminio y sus características
- Serie 1xxx: Aluminio puro. Muy blando. Gran resistencia a la corrosión y conductividad térmica. No tratable térmicamente.
- Serie 2xxx: Aleaciones de aluminio-cobre. Alta resistencia. Tratables térmicamente, pero menor resistencia a la corrosión.
- Serie 3xxx: Aluminio-manganeso. Buena conformabilidad y resistencia a la corrosión. No tratable térmicamente.
- Serie 5xxx: Aluminio-magnesio. Fuerte y resistente a la corrosión. No tratable térmicamente.
- Serie 6xxx: Aluminio-magnesio-silicio. Buen equilibrio entre solidez y resistencia a la corrosión. Tratable térmicamente.
- Serie 7xxx: Aluminio-cinc. Muy resistente. Tratable térmicamente pero más difícil de soldar.
Procesos fundamentales de tratamiento térmico
Cada método de tratamiento térmico modifica el aluminio de forma diferente. Algunos lo hacen más blando para formando. Otros nos lo ponen más difícil. Elegir el proceso adecuado depende de la función de la pieza.
Recocido
Recocido ablanda el aluminio. Esto facilita doblar o forma sin agrietarse. También ayuda a aliviar las tensiones dejadas por el frío. Este paso es útil antes del conformado o el mecanizado.
El recocido del aluminio suele realizarse a temperaturas comprendidas entre 300 °C y 410 °C (570 °F y 770 °F). El metal se mantiene a esa temperatura y luego se enfría lentamente. El enfriamiento en horno es habitual. Este enfriamiento lento mantiene el metal blando.
Tratamiento térmico de solución
En este paso, la aleación se calienta hasta que los elementos de aleación se disuelven. Así se crea una solución sólida uniforme. Mantenerla a la temperatura adecuada garantiza que los elementos se mezclen bien.
Las temperaturas de tratamiento térmico en solución suelen estar entre 475°C-530°C (890°F y 980°F). El metal se sumerge a esta temperatura durante varias horas, dependiendo del grosor de la pieza. El control preciso de la temperatura es clave para evitar la fusión o un tratamiento desigual.
Temple
Tras el tratamiento térmico por disolución, la pieza se enfría rápidamente. Este paso atrapa los elementos disueltos en su lugar. El agua es el medio más habitual. También se utilizan soluciones de aire y polímeros, en función de la aleación y la forma de la pieza.
Algunas aleaciones se enfrían demasiado lentamente y forman fases no deseadas. Son las llamadas aleaciones sensibles al enfriamiento rápido. Las aleaciones de las series 2xxx y 7xxx son especialmente sensibles. El enfriamiento rápido ayuda a mantener la estructura adecuada para el envejecimiento posterior.
Envejecimiento (endurecimiento por precipitación)
Tras el temple, el envejecimiento refuerza la aleación. El envejecimiento natural se produce a temperatura ambiente. El envejecimiento artificial utiliza calor para acelerar el proceso y controlar los resultados.
El envejecimiento natural puede durar varios días. El envejecimiento artificial utiliza temperaturas de entre 115°C-190°C (240°F y 375°F) durante varias horas. Cada aleación tiene un tiempo y una temperatura de envejecimiento ideales para obtener la mejor resistencia.
Métodos especializados de tratamiento térmico
Algunas piezas de aluminio necesitan pasos de tratamiento adicionales para alcanzar la resistencia o estabilidad adecuadas. Estos métodos especiales ayudan a controlar la tensión interna, mejorar la estructura o afinar la dureza.
Explicación del revenido T5 y T6
T5 y T6 son tratamientos de revenido comunes que se utilizan después del tratamiento térmico. T5 significa que la pieza se enfría tras un proceso a alta temperatura y después se envejece artificialmente. No se realiza ningún tratamiento térmico de disolución.
T6 significa que la pieza pasa por un tratamiento térmico de disolución, temple y envejecimiento artificial. Ofrece mayor resistencia que el T5. El T6 se utiliza mucho en piezas estructurales, bastidores y componentes que deben resistir esfuerzos.
Homogeneización del aluminio fundido
La homogeneización se utiliza sobre todo para la fundición de aluminio. Reduce la segregación y mejora la uniformidad del metal.
Este paso consiste en calentar la pieza fundida a una temperatura elevada, justo por debajo del punto de fusión. Ayuda a igualar los elementos de aleación que se separan durante la fundición. Este tratamiento mejora la respuesta del metal a posteriores procesos, como extrusión o mecanizado.
Tratamientos de estabilización y alivio del estrés
La estabilización se utiliza cuando las piezas están expuestas a cambios de temperatura en servicio. Ayuda a evitar la distorsión.
El alivio de tensiones elimina las fuerzas internas acumuladas durante el conformado o el mecanizado. Para ello, se calienta la pieza a una temperatura moderada y luego se enfría lentamente.
Control de equipos y procesos
Un buen tratamiento térmico depende del uso de las herramientas adecuadas y de un estricto control del proceso. Sin esto, los resultados pueden ser desiguales o impredecibles.
Hornos y sistemas de calefacción
La mayor parte del tratamiento térmico del aluminio se realiza en hornos eléctricos o de gas. Los hornos discontinuos manipulan cargas individuales. Los hornos continuos desplazan las piezas por una cinta o un raíl.
La elección depende del volumen, el tamaño de las piezas y las necesidades de calentamiento. El horno debe calentar las piezas de manera uniforme y mantener la temperatura adecuada durante todo el ciclo.
Uniformidad y control de la temperatura
Es fundamental mantener toda la carga a la temperatura correcta. Si una parte del lote está más fría o más caliente, el tratamiento no funcionará correctamente.
Los termopares y los sistemas de control ayudan a comprobar y mantener la temperatura. El calentamiento uniforme garantiza que todas las piezas alcancen el mismo nivel de resistencia y estructura.
Control de la atmósfera para evitar la oxidación
Cuando el aluminio se calienta al aire libre, puede oxidarse. Esto crea una superficie rugosa que puede afectar a la resistencia o al aspecto.
El uso de atmósferas controladas, como nitrógeno o argón, ayuda a reducir la oxidación. En algunos casos, se añaden revestimientos o envolturas protectoras antes del calentamiento.
Mejoras de las propiedades mecánicas y físicas
El tratamiento térmico modifica el comportamiento del aluminio. Aumenta la resistencia, pero también puede afectar a la facilidad con que el material se dobla, su aspecto y su resistencia a los daños.
Mejoras de resistencia y dureza
El aluminio tratado térmicamente puede ser mucho más resistente que las versiones sin tratar. Procesos como el tratamiento en solución y el envejecimiento aumentan la dureza y la resistencia a la tracción.
Esto resulta útil en piezas que soportan cargas, resisten el desgaste o deben mantener tolerancias estrictas. Series como 6xxx y 7xxx responden bien a este tipo de refuerzo.
Ductilidad y conformabilidad tras el tratamiento térmico
Mientras que la resistencia aumenta, la ductilidad puede disminuir. Esto significa que el material se vuelve más difícil de doblar o moldear después del tratamiento.
Algunos tratamientos térmicos, como el recocido, hacen lo contrario. Hacen que el aluminio sea más blando y moldeable. La elección del proceso adecuado depende de si la pieza necesita moldearse o debe mantenerse resistente.
Cambios en el acabado superficial y la resistencia a la corrosión
El tratamiento térmico puede afectar al aspecto de la superficie. Algunos tratamientos pueden oscurecer o hacer más áspero el acabado. El templado puede dejar marcas o provocar ligeras deformaciones.
La resistencia a la corrosión también puede cambiar. Las aleaciones de la serie 2xxx, por ejemplo, pierden algo de resistencia a la corrosión después del tratamiento. Otras, como las 5xxx, mantienen una buena resistencia incluso sin tratamiento térmico.
Mejores prácticas de tratamiento térmico
Para obtener resultados uniformes con el tratamiento térmico no basta con calentar y enfriar. Cada paso -antes, durante y después- debe realizarse con cuidado.
Parámetros de tratamiento específicos de la aleación
Cada aleación reacciona de forma diferente al calor. La temperatura correcta, el tiempo de inmersión y el método de enfriamiento varían según la serie de aleación.
Por ejemplo, el 6061 necesita alrededor de 985°F para el tratamiento en solución. El 7075 puede necesitar un rango diferente. El uso de ajustes incorrectos puede provocar una resistencia deficiente o incluso grietas.
Requisitos de limpieza previa al tratamiento
Antes de calentar, la superficie debe estar limpia. La suciedad, el aceite y los óxidos pueden afectar a cómo fluye el calor a través de la pieza.
La limpieza puede realizarse con disolventes, lavados alcalinos o fregado mecánico. En algunos casos, se utiliza un baño de ácido suave para eliminar los óxidos superficiales.
Manipulación y almacenamiento posteriores al tratamiento
Tras el enfriamiento o el envejecimiento, las piezas deben manipularse con cuidado. Dejarlas caer o doblarlas puede crear tensiones o modificar la estructura metálica.
Almacene las piezas tratadas en ambientes secos y limpios. Evite apilar objetos pesados sobre ellas.
Conclusión
El tratamiento térmico del aluminio es un proceso clave para mejorar la resistencia, la durabilidad y el rendimiento. Métodos como el recocido, el tratamiento por disolución, el temple y el envejecimiento tienen cada uno una función. La elección del más adecuado depende de la aleación, el diseño de la pieza y la aplicación.
¿Necesita piezas de aluminio de precisión con el tratamiento térmico adecuado? Póngase en contacto con nosotros para hablar de su proyecto. Estamos listos para ayudarle a elegir la mejor solución para sus necesidades.
Hola, soy Kevin Lee
Durante los últimos 10 años, he estado inmerso en diversas formas de fabricación de chapa metálica, compartiendo aquí ideas interesantes de mis experiencias en diversos talleres.
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Kevin Lee
Tengo más de diez años de experiencia profesional en la fabricación de chapas metálicas, especializada en corte por láser, plegado, soldadura y técnicas de tratamiento de superficies. Como Director Técnico de Shengen, me comprometo a resolver complejos retos de fabricación y a impulsar la innovación y la calidad en cada proyecto.
