ALEACIONES DE ALUMINIO
El principal órgano administrativo que regula las composiciones típicas de aleaciones de Aluminio es el ANSI, que es análogo al que funciona de la misma manera con respecto al Acero, el AISI. De ésta forma, la mayoría de aleaciones de Aluminio reciben el nombre de “ANSI XXXX” donde cada “X” es una variable numérica.
La primer “X” de cada serie de 4 indica la familia a la que pertenecen. La segunda “X”, si no es 0, significa que se trata de una variación del grado estándar en concreto de la serie. Las dos últimas variables “XX” son puramente arbitrarias y sólo designan el número que ocupa la aleación en orden numérica, sin valor con respecto a la composición.
Todo ésto se ha hecho para facilitar el acceso al producto. Las normas de regularización son imporantes ya que designan grados más adecuados para una aplicación u otra. De aquí se puede decir que gracias al ANSI se han fijado los “estándares” para cada uso específico.
La ANSI no maneja todas las aleaciones de Aluminio, ni muchísimo menos. Tampoco lo hace la AISI respecto al Acero. Hay más organismos, como la SAE, DIN, et cétera, pero personalmente siempre he preferido ambas porque considero que son más exactas, tienen catálogos más completos y en cierto modo muestran mayor compromiso al mostrar más datos y especificaciones. Además, son de fácil acceso al público.
Series de ANSI para aleaciones de Aluminio
Hay ocho series principales por el orden de los “miles”, es decir, cuatro cifras. La primera designa la familia.
Serie 1000
Ésta serie está basada en el Aluminio “comercialmente puro” que se usa en la industria eléctrica ya que explota las propiedades conductoras del metal. También es la que se usa en toda aquella aplicación que se aprovecha de la resistencia a la corrosión natural del Aluminio. No tiene grandes usos desde el punto de vista estructural ya que las propiedades mecánicas se lo impiden: son demasiado endebles, blandas.
No pueden tratarse térmicamente.
Serie 2000
Es la más parecida al Duraluminio original. El aleante principal es el Cobre, que aumenta notablemente la rigidez y la dureza. La mayoría de éstas aleaciones se pueden endurecer en caliente. La principal desventaja es que la adición de Cobre rebaja el umbral de resistencia a la corrosión del Aluminio más puro.
Se usan fundamentalmente en aeronáutica y en la industria aeroespacial.
Serie 3000
El Manganeso es el principal aleante en éstas aleaciones, que tienen usos en aplicaciones que requieran una cierta rigidez y dureza mínima, lo justo como para usarse estructuralmente. Se emplean para la fabricación de puertas, ventanas (marcos), cubos, piezas de cocina, et cétera. En la industria se usan principalmente para intercambiadores de calor.
Éstas aleaciones no son térmicamente endurecibles, por lo que no pueden competir con la 2000 en el mismo sector.
Serie 4000
El Silicio es el principal aleante en ésta serie. La adición de éste metaloide baja el punto de fusión, aumenta la dureza exponencialmente y reduce la expansión térmica del Aluminio puro. Son bastante resistentes a la corrosión, pero tienen propiedades mecánicas muy pobres. Se utilizan poco y su mayor uso es en el de la industria que usa el Aluminio como “metal blanco” (similar al Estaño, Indio, Plomo y sus aleaciones) para modelados al fundido.
Serie 5000
El Magnesio es el principal aleante en ésta serie que se usa sobretodo allá donde se busque una densidad menor a la del Aluminio. Son muy polivalentes y presentan propiedades mecánicas muy buenas. Como substituto del Duraluminio original, para piezas ultra-ligeras (sólo la Fibra de Carbono es más ligera aún) en coches de lujo, cuadros de bicicletas de alta gama, industria aeroespacial, et cétera.
Son las más populares para la industria náutica ya que presentan la mayor tolerancia a la corrosión en ambientes salinos.
Algunos grados de la serie con más de un 3% de Magnesio son susceptibles de sufrir en condiciones de alta temperatura, debilitándose, por lo que no se suelen usar en aeronáutica.
Éstas aleaciones no son endurecibles térmicamente.
Serie 6000
La serie 6000 se compone de mezclas de Silicio – Magnesio que presentan propiedades similares a la serie 5000 pero que a diferencia de la misma tienen mayor tolerancia al calor y de hecho pueden endurecerse mediante tratamiento térmico. Tienen usos estructurales y presentan buena resistencia a la corrosión.
Serie 7000
Es la serie de mayor fuerza de todas. El Zinc es el aleante principal. Se pueden endurecer térmicamente. Dos de los grados más tenaces y rígidos de todas las aleaciones de Aluminio habidas y por haber pertenecen a éste grupo: ANSI 7034 y ANSI 7068.
El Zinc es el elemento que más endurece al Aluminio, típicamente en dosis cercanas al 7,5%. Debido a su gran tenacidad han llegado a reemplazar a algunos grados de Acero en aplicaciones con moderada responsabilidad mecánica.
Serie 8000
La última serie de la familia tiene por protagonista al Hierro (no Acero, Hierro elemental) que se presenta en porcentajes que rara vez superan el 10%. Son muy resistentes a las altas temperaturas.
Las aleaciones “fuertes” del Aluminio son aquellas que pertenecen a la serie 2000 y 7000, donde el Cobre y el Zinc son los principales aleantes, respectivamente. También pueden ser tratados térmicamente para aumentar sus prestaciones. A cambio, la resistencia a la corrosión es menor, especialmente en la serie 2000.
Las combinaciones con Magnesio, Manganeso y Silicio tienen buenas propiedades mecánicas, y algunos grados son -particularmente- tolerantes a las altas temperaturas, lo cual las habilita para fabricar motores.
Durante mucho tiempo, quizás más del que me gustaría admitir, pensé que por mucho que la carrocería de un coche fuera de Aluminio, el motor, por razones lógicas (son piezas muy sufridas) sería de Acero, cuando en realidad los motores de Aluminio llevan usándose desde hace casi medio siglo ya. La reducción del peso permite armar motores cada vez más grandes con cilindrada más amplia que a su vez se traduce en mayor volumen (más Litros). Ésto posibilita a su vez la fabricación de motores excesivamente grandes como los de los “muscle cars” americanos (ejemplo: el Challenger) que tienen el corazón de un elefante en el cuerpo de un ciervo. Me encanta la combinación “a lo bestia”.
En realidad, la mayoría de aleaciones de Aluminio no contienen sólo un aleante, si no varios a la vez. En ocasiones, se añaden elementos menos comunes como el Litio, el Estaño, el Titanio (aunque el proceso de fabricación es caro), Lantánidos como el Erbio y estabilizadores de alta-temperatura como el Óxido de Itrio, “Itria” (Y2O3).
Duraluminio
Aunque existen muchas variaciones en cuanto a composición química se refiere, el Duraluminio “estándar” propiamente dicho es una aleación con base de aluminio, 4% de cobre y algo de magnesio. Fue inventada por el alemán Alfred Wilm en 1903, si bien la aleación no entraría a gran escala en el mercado hasta seis años después, en 1909. En su época fue toda una revolución tecnológica, ya que era mucho más fuerte que el aluminio puro, un metal demasiado blando como para usarse con fines estructurales hasta ese momento. La invención del Duraluminio es clave a nivel histórico en cuanto a la familia de aleaciones basadas en este metal, ya que abrirían el camino de las aleaciones que les sucederían años más tarde para convertir al metal blanco en un pilar de nuestro día a día. Hoy en día, el Duraluminio se considera una aleación prácticamente obsoleta, ya que existen alternativas con mucho mejor rendimiento mecánico, pero su importancia en la metalurgia es tal, que hasta el día de hoy casi cualquier aleación fuerte de aluminio es referida comúnmente como tal, tenga o no cobre en su composición.
La milagrosa aleación: su uso en aeronáutica
El Duraluminio causó furor en su época, ya que pesaba muy poco (es necesario recordar que el acero pesa más del triple que el aluminio) y sin embargo, parecía resistir cargas pesadas tal como en el caso del acero, siendo mucho más dúctil y maleable al mismo tiempo. Objetos que antes eran fabricados exclusivamente con madera debido a cuestiones de peso en una época dominada por el pesado hierro, el Duraluminio surgió como una alternativa fascinante cuando ya el hombre se interesaba por el dominio del aire. A diferencia de algunos grados de acero, se forjaba con facilidad, era posible darle prácticamente cualquier forma, y no requería de pinturas protectoras ni capas de grasas para evitar su corrosión. El duraluminio era un metal estructural; esto es, la capacidad de construir a partir de el grandes objetos como los primeros dirigibles (zeppelins), donde actuaba como las “vértebras” que sujetaban el gran globo de helio/hidrógeno. Más adelante, y cuando el archiconocido accidente del tristemente famoso dirigible Hindenburg (llamado en honor del militar Prusiano) puso fin a la era de los dirigibles, el duraluminio entró en años de receso hasta que volvió a ser demandado para la fabricación, esta vez sí, de los primeros aviones cuyo chasis estaba compuesto intrínsecamente de metal. Aunque cueste creerlo a día de hoy para el lector medio, los primeros aviones se fabricaban a partir de maderas finas, una idea que a día de hoy resulta difícil de concebir. ¿Quién se subiría a un avión comercial fabricado a partir de madera sintiéndose igual de seguro? El duraluminio cambió la historia de la humanidad al convertirse en el material que respondería a la necesidad del hombre para dominar los cielos. Incluso a día de hoy, las aleaciones más modernas con base de este metal no son en exceso diferentes a la creada por el Señor Wilm, con procedimientos más elaborados y controles térmicos muy precisos, sí, pero el espíritu original ha permanecido hasta nuestros días.
Características generales
El duraluminio y sus variaciones son aleaciones de aluminio con cobre muy ligeras (sobre los 2,5 gr/cc), fuertes, tenaces, maleables y dúctiles, más duras que el aluminio puro. Se pueden forjar, maquinar, extrudir y moldear con facilidad. Resisten bien en altas temperaturas (retiene su fuerza), son 100% reciclables, no tóxicas, no contaminantes, y muy abundantes. Su elaboración no es compleja.
Resistencia a la corrosión
A excepción del escandio (y quizás el zirconio), prácticamente todos los metales agregados al aluminio como endurecedores (ya sea de la tenacidad o la dureza propiamente dicha) disminuyen su resistencia a la corrosión, debido principalmente al desajuste en el potencial de electrodo de la aleación, aún así, el duraluminio (típicamente un 4% de cobre en masa) es muy resistente a la corrosión. Se mantiene en aire y agua dulce, y puede anodizarse. En el agua marina la resistencia es media, y no se recomienda su uso directo. No forma sulfatos a temperatura ambiente, pero reacciona con ácidos y bases por igual. La reactividad aumenta conforme lo hace la temperatura.
Aplicaciones
A pesar de que cada vez se usa menos, el duraluminio original se sigue utilizando principalmente en componentes relacionados con la aeronáutica, sobretodo en partes que no requieran una exposición a temperaturas extremas. Los paneles de los aviones (sin importar su tamaño), se fabricaron con aleaciones de duraluminio durante muchos años. Con él también se fabricaban bujes, pistones, cilindros, etc... Hoy en día, el metal base sigue siendo el aluminio, pero los componentes aleantes han variado, no sólamente en su cantidad, sino en el método en el que son agregados.
No todas las aleaciones de Aluminio son Duraluminio
Ni muchísimo menos. Hay que tener bien claro que el Duraluminio se refiere única y exclusivamente a las aleaciones aluminio - cobre (serie 2000). Una aleación aluminio con dopantes de zinc y/o magnesio (por ejemplo) no pertenecen a la familia del Duraluminio. La confusión se produce debido al hecho de que el Duraluminio fue durante muchos años (desde 1909 hasta bien pasado el período de la Segunda Guerra Mundial) la única aleación de aluminio importante. Hoy en día, las aleaciones de aluminio son algo más complejas, y existe toda una base de datos en lo referente a las mismas. Tal como sucede en el caso de los aceros y los aceros inoxidables que están regulados “en familias” por la AISI, las aleaciones de aluminio están reguladas en grados ANSI por la Asociación sin ánimo de lucro The Aluminium Association, con base en Virginia, Estados Unidos.