TIEMPO OPTIMO DE HOMOGENEIZADO DE LA AA6082

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

ANTONIO JOS DE SUCRE

VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERA METALURGICATRABAJO DE GRADO

DETERMINACION DEL TIEMPO PTIMO DE HOMOGENEIZADO DE LA ALEACIN 6082, FABRICADA EN LA TERCERA LNEA DE PRODUCCIN DE CILINDROS PARA EXTRUSIN DE CVG. VENALUM. AUTOR: Cristbal AcostaC. I.: 10.390.453Ciudad Guayana, Marzo de 2011

Acosta Jaime, Cristbal JosC.I.: 10.390.453DETERMINACION DEL TIEMPO PTIMO DE HOMOGENEIZADO DE LA ALEACIN 6082, FABRICADA EN LA TERCERA LNEA DE PRODUCCIN DE CILINDROS PARA EXTRUSIN DE C.V.G. VENALUM.

Trabajo de Grado.

Departamento de Ingeniera Metalrgica.

Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre UNEXPO

Vice Rectorado de Puerto Ordaz

Ciudad Guayana, Marzo de 2011.

Contenido: Resumen, Introduccin, Marco Terico, Marco Metodolgico, Resultados, Anlisis de Resultados, Conclusiones, Recomendaciones y Anexos. Incluye: Pg. 134.Tutor Industrial: Ing. Al VillalobosTutor Acadmico: Ing. Luz Esther Salazar. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICAANTONIO JOS DE SUCREVICERRECTORADO PUERTO ORDAZDEPARTAMENTO DE INGENIERA METALURGICA

TRABAJO DE GRADO

DETERMINACION DEL TIEMPO PTIMO DE HOMOGENEIZADO DE LA ALEACIN 6082, FABRICADA EN LA TERCERA LNEA DE PRODUCCIN DE CILINDROS PARA EXTRUSIN DE C.V.G. VENALUM.Cristbal J, Acosta J.Trabajo presentado como parte de los requisitos para optar al ttulo de Ingeniero Metalrgico.

Ciudad Guayana, Marzo de 2011

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

ANTONIO JOS DE SUCRE

VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERA METALURGICATRABAJO DE GRADO

ACTA DE APROBACIN

Quien suscribe, miembros del Jurado Evaluador designados por el comit de Trabajo de Grado de Ingeniera Metalrgica de la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre, para evaluar el Trabajo de Grado presentado por el ciudadano: ACOSTA JAIME CRISTOBAL JOSE, portador de la cedula de identidad N 10.390.453 titulado: DETERMINACION DEL TIEMPO PTIMO DE HOMOGENEIZADO DE LA ALEACIN 6082, FABRICADA EN LA TERCERA LNEA DE PRODUCCIN DE CILINDROS PARA EXTRUSIN DE C.V.G. VENALUM, para optar al ttulo de INGENIERO METALURGICO. Consideramos que este cumple con los requisitos exigidos para tal efecto y por lo tanto lo declaramos: Aprobado.Ing. Luz E. SalazarTutor AcadmicoIng. Al Villalobos.Tutor Industrial

_____________________________________

Ing. Miriam RomeroJuradoIng. Mara SucreJurado

Ciudad Guayana, Marzo de 2011

INDICE GENERAL

INDICE GENERAL....................................................................iii

INDICE DE TABLAS.................................................................................iv

INDICE DE FIGURAS...............................................................................vi

DEDICATORIA.........................................................................................viii

AGRADECIMIENTOS...............................................................................ix

RESUMEN................................................................................................x

INTRODUCCIN......................................................................................1

1. CAPITULO I: EL PROBLEMA...........................................................3

1.1. Planteamiento del Problema......................................................3

1.2. Objetivo General........................................................................5

1.3. Objetivos Especficos.................................................................5

1.4. Justificacin................................................................................6

1.5. Delimitacin del Problema..........................................................6

2. CAPITULO II: MARCO TEORICO.....................................................7

2.1. Antecedentes de la Investigacin...............................................7

2.2. Bases Tericas...........................................................................9

2.3. Definicin de Trminos Bsicos.................................................62

3. CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO.......................................66

3.1. Tipo de Investigacin.................................................................66

3.2. Diseo de Investigacin.............................................................68

3.3. Poblacin y Muestra...............................................................70

3.4. Tcnicas e Instrumentos de recoleccin de Datos....................73

3.5. Procedimiento de Recoleccin de Datos...................................77

3.6. Procedimiento Experimental.....................................................81

3.7. Procesamiento de la Informacin...............................................93

3.8. Anlisis de la Informacin..........................................................94

4. CAPITULO IV: RESULTADOS..........................................................96

4.1. Caracterizacin de la aleacin 6082 en condiciones de colada, mediante ensayos metalogrficos, elctricos y mecnicos................................................................................. 96

4.2 Anlisis microestructural de la zona chill de la aleacin 6082 en su condicin de colada, mediante la tcnica de microscopia ptica................................................................ 101

4.3 Determinacin del tamao de grano, la distancia interdendritica (DAS) y el porcentaje (%) de las diferentes fases (alfa y beta), mediante microscopia ptica, para los tiempos de tres (3), cuatro (4), y cinco (5) horas de homogeneizado....................................................................103

4.4 Determinacin la dureza vickers, la conductividad elctrica y la composicin qumica de la aleacin 6082, despus del proceso de homogeneizado....................................................113

4.5 Establecimiento del tiempo optimo de homogeneizado la aleacin serie 6082, en funcin de los resultados obtenidos durante el estudio.....................................................................

123

CONCLUSIONES.....................................................................................125

RECOMENDACIONES.............................................................................127

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS........................................................128

ANEXOS...................................................................................................130

INDICE DE TABLASTabla N 2.1:Grupo de aleaciones de aluminio forjado...............15

Tabla N 2.2:Reacciones invariantes del Al2 y del AlMgSi presentes en el diagrama.. ..........22

Tabla N 2.3:Concentracin de Mg y Si en diferentes puntos de la AA6082 de acuerdo a la temperatura..................................24

Tabla N 2.4:Extrusionabilidad de las aleaciones de aluminio......30

Tabla N 2.5:Composicin qumica de la aleacin 6082........................34

Tabla N 2.6:Propiedades fsicas de la aleacin 6082..34

Tabla N 2.7:Equivalencia a nivel internacional para la AA6082.35

Tabla N 2.8:Normas ASTM asociadas a los estudios metalogrficos....54

Tabla N 2.9:Paos para pulido de las muestras y aplicaciones............58

Tabla N 2.10:Tipos de polvos empleados para la preparacin de abrasivos....58

Tabla N 2.11:Reactivos empleados para la observacin de las aleaciones de aluminio......................59

Tabla N 3.1:Equipos utilizados en el procesamiento de las muestras.......................................................76

Tabla N 3.2:Materiales y reactivos utilizados en el tratamiento de las muestras............76

Tabla N 3.3:Condiciones de las muestras cortadas ..80

Tabla N 4.1:Caractersticas qumicas de la aleacin serie 6082.............97

Tabla N 4.2:Caractersticas fsicas y mecnicas de la AA6082...97

Tabla N 4.3:Caracterizacin metalogrfica de la AA6082.98

Tabla N 4.4:Parmetros de colada para la aleacin 6082.99

Tabla N 4.5:Zona chill de la AA6082 en condiciones de colada...102

Tabla N 4.6:Resultados del tamao de grano para la AA6082.104

Tabla N 4.7:Resultado de la variacin del DAS para la AA6082..107

Tabla N 4.8:Resultados de evaluacin de porcentajes de fases para la AA6082110

Tabla N 4.9:Resultados de ensayos de dureza posterior al homogeneizado 114

Tabla N 4.10:Resultados del ensayo de conductividad elctrica de la AA6082 posterior al homogeneizado.118

Tabla N 4.11:Composicin qumica de la aleacin 6082121

Tabla N 4.12:Parmetros obtenidos en la aleacin 6082 luego de cuatro horas de homogeneizado124

INDICE DE FIGURASFigura N 2.1:Sala de reduccin..............................................13

Figura N 2.2:El aluminio y sus aleantes...................................................16

Figura N 2.3:Diagrama de equilibrio de la aleacin aluminio siliciuro de magnesio....................................22

Figura N 2.4:Diagrama de Al Si Mg................23

Figura N 2.5:rea de colada ..............25

Figura N 2.6:Horno de homogeneizado Hertwich..26

Figura N 2.7:Mesa de colada (Hot Top Showa)...27

Figura N 2.8:Esquema de extrusin directa..........................................29

Figura N 2.9:Diagrama de temperatura del metal durante la extrusin....32

Figura N 2.10:Zonas afectadas por la velocidad de enfriamiento....41

Figura N 2.11:Mtodos de ensayos de dureza....53

Figura N 3.1:Cilindro para extrusin AA6082.71

Figura N 3.2:Seccionamiento de la muestra en el cilindro..73

Figura N 3.3:Seccionamiento de la muestra de la AA6082.78

Figura N 3.4:Sierra de corte KM 41..78

Figura N 3.5:Maquina de corte Buehler Oscilament...79

Figura N 3.6:Colocacin de la probeta en la cmara de chispeo84

Figura N 3.7:Horno elctrico de homogeneizacin.86

Figura N 3.8:Momento exacto de indentacion de la probeta....91

Figura N 3.9:Ensayo de conductividad elctrica....93

Figura N 4.1:Micrografa sin homogeneizar de la AA6082.99

Figura N 4.2:Microestructuras homogeneizadas de la AA6082....100

Figura N 4.3:Micrografa de la zona chill de la AA6082 en condiciones de colada ..103

Figura N 4.4:Variacin del tamao de grano en funcin de la direccin radial del disco cilndrico.105

Figura N 4.5:Estructura granular de la AA6082.107

Figura N 4.6:Distanciamiento interdendritico entre las muestras de la AA6082...108

Figura N 4.7:Micrografa del DAS entre las muestras de la AA6082.109

Figura N 4.8:Transformaciones de fases alfa beta de la AA6082...111

Figura N 4.9:Correlacin de porcentaje de fase alfa Vs. tiempo de homogeneizado112

Figura N 4.10:Variacin de la dureza vickers con relacin al tiempo de homogeneizado 114

Figura N 4.11:Correlacin de dureza Vs. tiempo de homogeneizado.116

Figura N 4.12:Correlacin mltiple fase alfa, dureza vickers, tiempo de homogeneizado y conductividad elctrica...117

Figura N 4.13:Variacin de la conductividad elctrica en funcin del tiempo de homogeneizado.119

Figura N 4.14:Correlacin del tiempo de homogeneizado con relacin a la conductividad elctrica...120

Figura N 4.15:Composicin qumica real Vs. composicin qumica terica de la AA6082.122

DEDICATORIA

A Dios y a la Virgen Del valle; por llenarme de paz y sabidura a lo largo del camino.

A mis padres Theira y Cristbal (+), por ser pilares fundamentales en la realizacin de mis sueos, a ellos que con su amor y confianza contribuyeron al alcance de esta meta.A mi esposa Lila Yaneth y mis queridos hijos Stevens, Stephens y Steffy; por su compresin, su amor y su valioso apoyo en todo momento a lo largo de mi carrera.

A mis hermanos Ninoska, Andrs, Roger, Darwin, Yubert y Theira Lina, por su apoyo incondicional y por compartir siempre mis mayores alegras.Cristbal Acosta.AGRADECIMIENTOS

A la Empresa CVG. VENALUM, por brindarme la oportunidad de superarme profesionalmente.

A la UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz y su programa de Prosecucin de Estudios de Ingeniera para T.S.U, por su valioso aporte al desarrollo educativo del pas.

Al personal de la superintendencia de productos verticales de la empresa, por la colaboracin prestada.

A todo el personal de la superintendencia del laboratorio central de CVG. VENALUM y de manera especial a los Ingenieros: Lilina Quijada, Carlos Iguanetti, Juan Turpial, Alberto Bracamontes y Wilfredo Rodrguez; por su valiosa cooperacin y por todo el apoyo brindado.A mis tutores Ing. Al Villalobos y la Ing. Luz Esther Salazar; por tanta paciencia y por tanto inters en la culminacin exitosa de esta investigacin.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

ANTONIO JOSE DE SUCRE

VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERA METALURGICA DETERMINACION DEL TIEMPO PTIMO DE HOMOGENEIZADO DE LA ALEACIN 6082, FABRICADA EN LA TERCERA LNEA DE PRODUCCIN DE CILINDROS PARA EXTRUSIN DE C.V.G. VENALUM.

Autor: Cristbal Acosta.

Tutor Acadmico: Ing. Luz E. Salazar.

Tutor Industrial: Ing. Al. Villalobos.RESUMEN

El siguiente proyecto de investigacin comprende la evaluacin del tiempo ptimo de homogeneizado de la aleacin 6082, fabricada en la tercera lnea de produccin de cilindros para extrusin de CVG. Venalum. El estudio se bas fundamentalmente en una investigacin de tipo descriptiva y de campo, la cual abarca todo lo referente a las caractersticas microestructurales de la aleacin 6082 en su condicin de colada y homogeneizacin en diferentes tiempos (3, 4 y 5 horas), todo esto con el fin de evaluar el tamao de grano, distanciamiento interdendritico (DAS), transformaciones de fase (alfa y beta) y zona Chill (segregacin inversa); adems de ello se analizaron las caractersticas fsicas (conductividad elctrica), mecnicas (dureza) y composicin qumica de dicha aleacin. Los resultados obtenidos en el desarrollo de la investigacin, mostraron que las transformaciones de fase varan en funcin del tiempo de homogenizado, sumado a ello se determin que existe una relacin estadsticamente significativa entre las variables de dureza, conductividad elctrica y horas de homogenizado (H.H), por lo cual se propuso un tiempo ptimo de homogenizado de cuatro (4) horas, de tal modo que puedan obtenerse niveles aceptables en la transformacin de la fase alfa.

Palabras claves: Aleacin 6082, Microestructura, Dureza, Conductividad Elctrica, Tratamiento Trmico de Homogeneizado.INTRODUCCIONEl aluminio es un metal que rene una serie de propiedades mecnicas excelentes dentro del grupo de los metales no frreos, este y sus aleaciones destacan por su ligereza y resistencia a la corrosin, as como por su elevada conductividad trmica y elctrica, de all que las propiedades mecnicas de este metal en estado puro son bastante moderadas, pero aleado con otros elementos las mejora notablemente, si se comparan la resistencia o la rigidez especifica (en relacin con la densidad). Los aluminios son ms ventajosos que los aceros en determinadas aplicaciones (aeronutica, automotriz) y estas cualidades, junto con la gran aptitud para la conformacin (deformacin en frio, forja, moldeo, extrusin, mecanizado) los han convertido en el segundo grupo de materiales ms empleados en los procesos industriales.

A partir de lo anteriormente descrito la empresa CVG. Venalum, en pro de incrementar su participacin en los mercados del aluminio tanto nacional como internacional, se ha propuesto ampliar su cartera de productos, a travs de la ampliacin de sus lneas de produccin, con la creacin de la unidad tres de produccin de cilindros para extrusin; en la cual se obtienen productos terminados en distintas presentaciones para la comercializacin. La siguiente investigacin tiene un carcter muy importante para la planta, desde el punto de vista estratgico, ya que mediante la informacin obtenida a travs del estudio que se espera realizar se podr caracterizar el producto final, elaborado a partir de la nueva unidad, as mismo se espera con el siguiente estudio, determinar el tiempo ptimo del tratamiento trmico de homogenizado de la aleacin 6082, con el fin de obtener un producto con propiedades mecnicas, con el cual se logre la satisfaccin de los clientes y un incremento en los niveles de productividad de la planta.

El siguiente trabajo de investigacin, est estructurado en cuatro captulos, los cuales se presentan de la siguiente manera: Captulo I: comprende el planteamiento del problema, objetivo general y objetivos especficos, justificacin y delimitacin del problema. Captulo II: compuesto por el marco terico, incluye los antecedentes de la investigacin, las bases tericas y la definicin de trminos bsicos. Captulo III: especifica los aspectos metodolgicos que enmarcan la investigacin, se refiere bsicamente al tipo de investigacin, diseo de investigacin, poblacin y muestra, variables, tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos, procedimiento de recoleccin de datos, procesamiento y anlisis de la informacin. Captulo IV: en este se presentan los resultados obtenidos durante la investigacin y el anlisis de los mismos. Finalmente se presentan las conclusiones, recomendaciones, la bibliografa y los anexos correspondientes.CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1. Planteamiento del Problema:CVG. Venalum (Venezolana de aluminio), est considerada como la mayor planta reductora de aluminio primario en Latinoamrica; la empresa, cuenta con una capacidad instalada de 430 mil toneladas mtricas al ao; est conformada principalmente por tres reas medulares de produccin de aluminio que son; Carbn, Reduccin y Colada; siendo esta ultima el rea especifica en la que se elaboran los productos terminados (lingotes de 680 kg, lingotes de 10 Kg y 22 Kg, cilindros para extrusin y aluminio liquido), los cuales son suministrados a varias transformadoras de la zona; para su comercializacin y distribucin.

Hoy en da, se fabrican en planta (de acuerdo a informacin suministrada por el rea de produccin de la empresa), un total de 110 mil toneladas de diversos cilindros al ao entre las que destacan los cilindros para extrusin; estos son fabricados directamente a travs de la unidad de colada vertical y se presentan en diversos tamaos (6, 7, 8 y 9 pulgadas de dimetro y del tipo de aleacin de la serie 6000); los mismos son destinados a servir como materia prima para la fabricacin de perfiles, a travs del proceso de extrusin; todo a vez que el proceso de colada y conformado es completado, los productos son pesados, codificados y puestos a la venta en el mercado nacional e internacional.

Actualmente, la tendencia que existe es la obtencin de un producto con un mnimo de 80% de fase alfa, el cual permite a los clientes de las diferentes empresas extrusadoras, alcanzar elevadas velocidades durante la fabricacin de perfiles y a su vez aumentar significativamente la productividad; en la empresa como parte de las exigencias de comercializacin, los cilindros obtenidos son sometidos a un riguroso proceso de tratamiento trmico llamado proceso de homogenizado, tal proceso, consiste en la transformacin de la fase beta en fase alfa, esto permite su redistribucin en la matriz de aluminio y el mejoramiento de las propiedades mecnicas homogneas en todo el material; con ello se busca bsicamente que al ser extruidos estos cilindros, se logre una deformacin uniforme, para evitar as que el material se fracture o presente grietas, durante el proceso.

CVG. Venalum, en el marco de diversificar su productividad y ampliar su capacidad de produccin se propone la creacin de la tercera lnea de fabricacin de cilindros para extrusin; por lo que se hace justo conocer las propiedades de la nueva aleacin (6082), con el fin de establecer de manera eficiente su lanzamiento comercial de forma definitiva; en tal sentido, la gerencia de investigacin y desarrollo de colada, se plantea la necesidad de estudiar el tiempo optimo de homogeneizado de la aleacin 6082, fabricada en la tercera lnea de produccin de cilindros para extrusin de la empresa; a fin de conocer su caracterizacin microestructural; para ello se tomar como referencia las aleaciones fabricadas histricamente por la planta (Aleacin serie 6063), considerando as mismo una temperatura de 565C y tiempos de homogeneizado que van desde 3, 4, y 5 horas respectivamente.1.2. Objetivo GeneralDeterminar el tiempo ptimo de homogeneizado de la aleacin 6082, fabricada en la tercera lnea de produccin de cilindros para extrusin de CVG. Venalum.1.3. Objetivos Especficos1. Caracterizar la aleacin 6082 en condiciones de colada, mediante ensayos metalogrficos, elctricos y mecnicos.

2. Analizar a nivel microestructural la zona chill de la aleacin 6082 en su condicin de colada, mediante la tcnica de microscopia ptica.

3. Determinar el tamao de grano, la distancia interdendritica (DAS) y el porcentaje (%) de las diferentes fases (alfa y beta), mediante microscopia ptica, para los tiempos de tres (3), cuatro (4), y cinco (5) horas de homogeneizado.4. Determinar la dureza vickers, la conductividad elctrica y la composicin qumica de la aleacin 6082, despus del proceso de homogeneizado.

5. Establecer de acuerdo a los resultados obtenidos durante el estudio, el tiempo ptimo de homogeneizado la aleacin serie 60821.4. JustificacinEl estudio del tiempo ptimo de homogeneizado de la aleacin 6082 para la fabricacin de cilindros para extrusin, tiene un carcter muy importante para la empresa; ya que permiti conocer el comportamiento de dicha aleacin en procesos posteriores de conformado; de la misma forma permiti recopilar la informacin necesaria con respecto a las caractersticas metalogrficas, qumicas y mecnicas de la misma, a fin de que esta informacin sirva de base a CVG. Venalum para la fabricacin de este nuevo producto con una altsima calidad.

1.5. Delimitacin del ProblemaEl alcance de esta investigacin abarca el estudio de las propiedades metalogrficas, qumicas y mecnicas, en los cilindros para extrusin de la aleacin serie 6082 (homogeneizada); partiendo de una aleacin base utilizada previamente en la empresa (6063), la cual conlleva a la caracterizacin de la nueva aleacin.

La siguiente investigacin se llev a cabo en Ciudad Guayana, en la empresa CVG. Venalum, la cual se encuentra ubicada en la zona industrial matanzas de Puerto Ordaz; especficamente en el rea de colada de productos verticales, el estudio se llev a cabo durante un lapso de tiempo de diecisis (16) semanas, dndose inicio a partir del 01 de Agosto hasta el 30 de Noviembre del 2010.CAPITULO IIMARCO TEORICO1.6. Antecedentes de La InvestigacinA partir de la puesta en funcionamiento de la planta a su mxima capacidad, se procesa ahora en la sala de colada un volumen mayor de aluminio lquido; el cual va orientado a la fabricacin de productos destinados a satisfacer la demanda interna y externa de los diferentes clientes con los cuales cuenta la organizacin. CVG Venalum en vas de garantizar la calidad de sus productos; tiene planteado el manejo de los elementos necesarios para conducir los procesos al mejoramiento continuo; para ello se hace imprescindible estudiar los diferentes escenarios que puedan contribuir con el logro de las metas propuestas; basado en tal afirmacin, se han realizado diversos trabajos de investigacin que sirven de base para fundamentar la informacin contenida en el siguiente proyecto, en funcin de ello se muestran a continuacin las referencias siguientes:Arsme (2003), realiz una investigacin titulada Cintica de las transformaciones durante el homogenizado de las aleaciones 6063 y 6060[3]; en este caso se realiz un diagnstico sobre de las transformaciones de los intermetlicos de hierro (AlFeSi) y la cintica de crecimiento de grano durante el homogenizado de dichas aleaciones; as mismo, se estudiaron las precipitaciones de magnesio y silicio (Mg2Si), durante las etapas de enfriamiento en el tratamiento de homogenizado de las aleaciones 6063 y 6060; en funcin de tales estudios se concluyo lo siguiente:Las aleaciones en estado de colada, antes de ser sometida al tratamiento trmico de homogenizado, poseen ciertos parmetros microestructurales tales como porcentajes (%) de alfa (Al8Fe2Si), tamao de grano y dureza vickers. El porcentaje de alfa () AlFeSi para el caso de la 6063, con una fraccin de radio de 0,5% se mantuvo en 35,1% y una dureza de 45 + 5; en consecuencia para la aleacin 6060, con la misma fraccin de radio, el Alfa () AlFeSi fue de 35% y una dureza de 47 + 1.Por otra parte, Sequeras (2006), present una investigacin basada en la Evaluacin de la productividad y calidad microestructural de los cilindros homogenizados en el horno Hertwich de CVG Venalum [13], a partir de la cual se obtuvo la siguiente conclusin.En cilindros de 7 pulgadas de dimetro; para el caso de la aleacin 6063; la velocidad de enfriamiento del sistema gradiente de temperatura a 30minutos y 60 minutos, luego de salir del horno es de 378,33 C/h, valor que se encuentra por encima de los 200C/h, lo cual es apropiado para asegurar que las partculas de Mg2Si, pueden estar finamente dispersas.

Los temas antes mencionados guardan estrecha relacin con la lnea de investigacin, en virtud de que abarcan temas referentes a la determinacin de las propiedades qumicas de las aleaciones de la serie 6000 cilindros para extrusin y la determinacin de la dureza, a travs del estudio de las transformaciones de fase durante el proceso de homogenizado.

1.7. Bases Tericas2.2.1Aluminio

El aluminio es un elemento qumico, de smbolo Al y nmero atmico 13, se trata adems de un metal no ferromagntico; es el tercer elemento ms comn encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayora de las rocas, de la vegetacin y de los animales, en estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas), como metal se extrae nicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformacin primero en almina mediante el proceso Bayer y a continuacin en aluminio metlico mediante electrlisis; al respecto de ello Ludney (1987) [8], afirma lo siguiente:

El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicn, cromo, tungsteno, manganeso, nquel, zinc, cobre, magnesio, titanio, circonio, hierro, litio, estao y boro, se producen una serie de aleaciones con propiedades especficas que se pueden aplicar para propsitos diferentes. (p. 299) El aluminio en general, posee una combinacin de propiedades que lo hacen muy til en ingeniera mecnica, tales como su baja densidad (2.700kg/m3) y su alta resistencia a la corrosin, mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecnica (hasta los 690 MPa); es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato; 2.2.2Proceso de Obtencin del Aluminio El aluminio se obtiene mediante el sometimiento de la almina a un proceso electroltico en el cual se separa el aluminio del oxigeno en un bao de criolita que acta como disolvente de los iones Al (+) y O (-) de la almina; segn Kudrin (1982) [7], El aluminio se obtiene por la electrolisis de la almina disuelta en criolita fundida (p.516); el nico proceso eficiente y seguro para obtener el aluminio primario es la electrolisis de la almina como materia prima principal.

La bauxita, formada principalmente por los xidos de aluminio hidratados es el mineral comercial ms importante que se usa para producir aluminio; en el proceso Bayer, esta reacciona con hidrxido de sodio caliente para convertir el aluminio del mineral de hierro en aluminato de sodio, despus de la separacin del material insoluble, el dixido de aluminio se precipita a partir de la solucin de aluminato, en la solucin de hidrxido de aluminio se deja espesar y se calcina para obtener oxido de aluminio, Al2O3; luego de ello, el oxido de aluminio se disuelve en un bao de criollita (Na3AlF6) fundida y se electroliza en una cuba electroltica , utilizando nodo y ctodo de carbn. En el proceso de electrolisis se forma aluminio metlico en estado lquido, el cual se hunde en el fondo de la cuba y peridicamente se vaca, el aluminio extrado de la cuba suele contener de 99,5% a 99,9% de aluminio; el resto est constituido por el hierro y el silicio los cuales corresponden a sus principales impurezas.

El aluminio que proviene de las cubas electrolticas se lleva a grandes hornos con revestimiento refractario donde se refina antes de fundirlo en lingotes, en la operacin de refinacin, el metal liquido suele purgarse con cloro gaseoso, para eliminar el gas hidrogeno disuelto, tras lo cual se hace un desnatado de la superficie del metal liquido para eliminar el metal oxidado; despus que el metal ha sido desgasificado y desnatado, pasa por una criba y se funde en lingotes para ser vuelto a fundir, o bien se funde en forma primaria de lingote, como lamina o en lingotes de extrusin para los procesos ulteriores de fabricacin.

2.2.3Propiedades del Aluminio [1]El aluminio, es un metal plateado muy ligero, su masa atmica es 26,9815 gr; tiene un punto de fusin de 660 C, un punto de ebullicin de 2467 C y una densidad relativa de 2,7Kg/m3. Es un metal muy electropositivo (elementos qumicos cuyos tomos ceden con facilidad electrones y adquieren, por tanto, carga positiva) y muy reactivo, en un medio oxidante, en particular en el aire, se cubre de una densa pelcula de xido que lo protege contra la corrosin; por esta razn, los materiales hechos de aluminio no se oxidan, tambin es conveniente agregar que, el aluminio posee una alta conductibilidad elctrica y trmica; adems de que es resistente a la accin de los cidos ntricos y orgnicos, para aumentar su resistencia mecnica y sus cualidades de fundicin se somete a aleaciones con otros muchos metales.

El aluminio, posee una resistencia a la rotura que se eleva entre quince y veintids kilogramos fuerza por cada milmetro cuadrado (15Kgf/mm2 y 22 Kgf/mm2) a treinta y seis cuarenta y dos kilogramo fuerza por milmetro cuadrado (36-42 Kgf/mm2) y la dureza aumenta de 50 -60 Kgf/mm2 a 90-100 Kgf/mm2; con ello el alargamiento permanente de la aleacin casi no vara y queda bastante alto (de 18% a 24%). Puesto que el aluminio tiene gran afinidad qumica con l oxgeno, se emplea en la metalurgia como oxidante, as como para obtener los metales difcilmente reducibles (calcio, litio, y otros) valindose del as llamado procedimiento aluminotrmico.2.2.4Proceso de Reduccin del Aluminio [3]El proceso de reduccin de aluminio, es llevado a cabo en celdas de reduccin electroltica, las cuales realizan la transformacin de la almina en aluminio a travs del proceso de Oxido Reduccin; el rea de reduccin est compuesta por cinco lneas, para un total de 900 celdas, 720 de tecnologa Reynolds y 180 de tecnologa hydroaluminium, adicionalmente hay cinco (5) celdas del tipo V - 350, tecnologa desarrollada por ingenieros venezolanos de la empresa.

Las celdas electrolticas estn controladas y supervisadas por un sistema computarizado, el cual controla el voltaje, los rompe costras, la alimentacin de almina y el estado general de la misma, el proceso consiste bsicamente en disolver la almina mediante un bao electroltico de criolita fundida (fluoruro lumnico sdico), en un recipiente de hierro revestido de carbn o grafito conocido como celda, a travs de la cual circula una corriente elctrica que se mueve por el electrolito a un bajo voltaje pero con un alto valor de amperaje (generalmente 150.000amp). La corriente elctrica fluye entre el nodo (polo positivo) de carbono hecha del coque de petrleo y brea y un ctodo (polo negativo formado por un recubrimiento de carbn grueso o grafito del crisol); el aluminio fundido es depositado en el fondo de la cuba y se revuelve peridicamente, se lleva a un horno, de vez en cuando se mezcla a una aleacin especfica, se limpia y generalmente se funde; normalmente el aluminio se forma a una temperatura cercana a los 900 C, pero una vez que se ha formado tiene un punto de fusin de solo 660 C. Una vez realizado todo este proceso el aluminio es llevado luego en forma lquida hasta la sala de colada. (Ver figura 2.1)

Figura 2.1. Sala de Reduccin.

Fuente: Archivo Generalidades de la Empresa CVG Venalum (2011)2.2.5Aleaciones de Aluminio y Sus Propiedades [14]Las aleaciones de aluminio se pueden clasificar segn el lmite de saturacin de la solucin slida a la temperatura eutctica, de acuerdo a sus propiedades en dos grupos; aleaciones no endurecibles trmicamente y aleaciones endurecibles trmicamente.

Aleaciones para moldeo; estas aleaciones se caracterizan por tener una estructura eutctica, la existencia de este tipo de estructuras hace que disminuya bruscamente la plasticidad, presentan adems una variacin en las propiedades tecnolgicas comparadas con el diagrama de estado. Las aleaciones eutcticas presentan alta resistencia, alta fluidez y mayor cantidad de poros concentrados, las aleaciones de este tipo ms conocidas comnmente son las Al Si, llamadas tambin siluminios. El aluminio tpico es una aleacin eutctica que contiene entre 10% y 13% de silicio, las aleaciones de siluminios, contienen excelente propiedades de colabilidad.

Aleaciones de Aluminio Forjado; las formas de lingote como lmina y los lingotes de extrusin suelen ser fundidos en un proceso semicontinuo, mediante el mtodo de enfriamiento directo; luego de ello los lingotes se precalientan u homogenizan a altas temperaturas entre 10 horas y 24 horas; para permitir que la difusin atmica haga que la composicin del lingote sea uniforme, el precalentamiento debe hacerse a una temperatura inferior al punto de fusin del elemento constitutivo que tenga la temperatura de fusin ms baja.

Las aleaciones de aluminio producidas en forma forjada (lminas, placas, extrusiones, varillas y alambres), se clasifican de acuerdo con los principales elementos con los cuales estn aleados. Para identificar a las aleaciones forjadas de aluminio se utilizan una clave numrica de cuatros dgitos, el primer digito indica el grupo de la aleacin que contiene elementos aleados especficos; los dos ltimos dgitos identifican a la aleacin de aluminio o indican su pureza, el segundo digito indica la modificacin de la aleacin original o los lmites de su impureza, en la tabla 2.1; se presenta la lista de los grupos de aleaciones de aluminio forjado.Tabla 2.1. Grupos de aleaciones de aluminio forjado.

Fuente: Smith William (2009)

Aluminio con un 99,00% como mnimo o mas aleaciones de aluminio agrupadas segn los principales elementos de una aleacin:1XXX

Cobre2XXX

Manganeso3XXX

Silicio4XXX

Magnesio5XXX

Magnesio y Silicio6XXX

Zinc7XXX

Otros elementos8XXX

Series no utilizadas9XXX

Las aleaciones de aluminio forjado pueden dividirse convenientemente en dos grupos; aleaciones no tratables trmicamente; esta no pueden aumentar su resistencia mediante precipitacin, porque para ello nicamente pueden trabajarse en fri, los tres principales grupos de aleaciones de aluminio forjado no tratables trmicamente son los grupos 1xxx, 3xxx y 5xxx, (ver tabla 2.1), las aleaciones tratables trmicamente; son aquellas aleaciones de aluminio que pueden incrementar su resistencia por precipitacin mediante un tratamiento trmico, estas aleaciones comprenden los grupos de 2xxx, 6xxx y 7xxx, (ver tabla 2.1).2.2.6Series de Aluminio Segn sus Aleantes [14]Las aleaciones de aluminio (tanto las forjadas como las moldeadas) se clasificanen funcin del elemento aleante usado (al menos el que est en mayorproporcin); los elementos aleantes ms usados son los que se citan a continuacin:

Figura 2.2. El aluminio y sus aleantes.

Fuente: Smith William (2009)

Serie 2XXX; En estas aleaciones el principal elemento aleante es el Cu, pero a vecestambin se le aade Mg, entre las caractersticas de esta serie se pueden mencionar que poseen buena relacin dureza - peso y mala resistencia a la corrosin; en lo referente a la primera caracterstica cabe destacar que algunas de las aleaciones de esta serie tienenque ser sometidas a tratamientos trmicos de solubilidad y a veces de envejecimiento para mejorarsus propiedades mecnicas. La serie 2XXX; tiene unaspropiedades mecnicas que son del orden y a veces superiores, a las de losaceros bajos en carbono, el efecto de los tratamientos trmicos provoca el aumento de la dureza con unadisminucin de la elongacin, en lo referente a la segunda caracterstica estas aleaciones generalmente songalvanizadas con aluminio de alta pureza o con aleaciones de la serie 6XXX paraprotegerlas de la corrosin y evitar que se produzca corrosin intergranular. Los usos ms frecuentes que se le dan a estos aluminios son generalmente en lasruedas de los camiones y de los aviones, en la suspensin de los camiones, en elfuselaje de los aviones, en estructuras que requieran buena dureza atemperaturas superiores a 150 C, para finalizar es justo decir que salvo la aleacin 2219 estas aleaciones tienen una mala soldabilidad pero una maquinabilidad muybuena.

Serie 3XXX; En estas aleaciones el principal elemento aleante es el Mn, estetipo de aleaciones tan solo tienen un 20% ms de dureza que el aluminio puro; debido a que el Mn solo puede aadirse de forma efectiva en solo un 1.5%; por tal motivo hay muy pocas aleaciones de esta serie; sin embargo los aluminios 3003,3004 y 3105 son muy usados para fabricar utensilios que necesiten dureza mediay que sea necesario buena trabajabilidad para fabricarlos como son botellas para bebidas, utensilios de cocina, intercambiadores de calor, mobiliario, seales detrfico, tejados y otras aplicaciones arquitectnicas.

Serie 4XXX; En esta serie el principal elemento aleante es el Si que suele aadirse encantidades medianamente elevadas (por encima del 12%), para conseguir unabajada del rango de fusin de la aleacin; el objetivo es conseguir una aleacinque funda a una temperatura ms baja que el resto de aleaciones de aluminio para usarlo como elemento de soldadura. Estas aleaciones en principio no sontratables trmicamente pero si son usadas en soldadura para soldar otraaleaciones que pueden ser tratadas trmicamente, parte de los elementos aleantes delas aleaciones tratables trmicamente pasan a la serie 4XXX y convierten unaparte de la aleacin en tratable trmicamente. Las aleaciones con un elevado nivel de Si, tienen un rango de colores que vandesde el gris oscuro al color carbn y por ello estn siendo demandadas enaplicaciones arquitectnicas, la aleacin 4032 tiene un bajo coeficiente de expansintrmica y una alta resistencia al desgaste lo que la hace bien situada para su usoen la fabricacin de pistones de motores.

Serie 5XXX; en esta serie es usado el Mg, como principal elemento aleante y a veces tambin seaaden pequeas cantidades de Mn cuyo objetivo es el de endurecer elaluminio; las principales caractersticas de estas aleaciones son las de poseer una dureza promedio, buena soldabilidad, buena resistencia a lacorrosin en ambiento marino y una baja capacidad de trabajo en fro; este tipo de caractersticas hacen que estas aleaciones se usen para adornosdecorativos, ornamentales y arquitectnicos, en iluminacin para lascalles y carreteras, botes, barcos y tanques criognicos, partes de puentes gra yestructuras de automviles. Serie 6XXX, En estas aleaciones se usan como elementos aleantes el Mg y el Si, enproporciones adecuadas para que se forme el Mg2Si; esto hace que hace de la misma una aleacin tratable trmicamente; este tipo de alecciones son menos resistentes que el resto, a cambio tienen tambin formabilidad, soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosin.Las aleaciones de la serie 6XXX, pueden modelarse a travs de tratamientos trmicos y su uso suele ser el de aplicaciones arquitectnicas, cuadros de bicicletas, pasamanos de los puentes, equipo de transporte y estructuras soldadas.

Serie 7XXX,en este tipo de aleaciones el Zinc aadido en proporciones que van desde el 1% al 8% siendo este el elemento aleante presente en mayor proporcin en estas aleaciones; a veces se aaden pequeascantidades de Mg para hacer la aleacin tratable trmicamente; tambines normal aadir otros elementos aleantes como Cobre o Cromo en pequeascantidades; debido a que la principal propiedad de estas aleaciones es su alta dureza se suele usar en las estructuras de los aviones, equipos mviles y otras partes que estn sometidas a esfuerzos elevados,esta serie muestra una muy baja resistencia a la corrosin, bajo tensin se le suele aplicar levemente un tratamiento trmico para conseguir unamejor mezcla de propiedades.2.2.7Aleaciones de Aluminio, Silicio Magnesio (Serie 6000) [5] Las aleaciones de la serie 6000; combinan el magnesio y el silicio para formar un compuesto denominado siliciuro de magnesio (Mg2Si); el cual a su vez forma un compuesto eutctico simple con aluminio, estas aleaciones se caracterizan por la excelente resistencia a la corrosin y se pueden trabajar ms que otras, son muy tratables trmicamente; segn William Smith (2009), Los principales elementos de aleacin para el grupo 6XXX son el magnesio y el silicio, que se combinan para formar un compuesto intermetlicos (Mg2Si), que en forma de precipitado endurece a este grupo de aleaciones. (p.416). Aplicaciones; estructuras ligeras para vagones de ferrocarril, construcciones navales, plataformas martimas, pantalanes, puentes civiles y militares, bicicletas y sus accesorios, calderera, estructuras para vehculos, sistemas hidrulicos, equipamiento de minas, torres, motoras, tecnologa nuclear, mstiles y timones para barcos (especialmente para agua dulce), andamios, estructuras para carpas y pabellones, tornillera, remaches, moldes, etc.

Observaciones; aleacin de caractersticas medias y buena forjabilidad; esta aleacin que endurece por tratamiento trmico, tiene una buena aptitud a la soldadura pero pierde casi un 30% de la carga de rotura en la zona soldada, por lo que se aconseja hacer un tratamiento de maduracin para recuperar las caractersticas perdidas.

2.2.8Diagrama de Equilibrio de la Aleacin de Aluminio Silicio de Magnesio [14]El diagrama de equilibrio de estas aleaciones se limita normalmente al diagrama parcial de la aleacin pseudobinaria de Al + Mg2Si; cuando una aleacin de este tipo es calentada hasta unos 550C en una proporcin mayor a 0,27%, y luego es enfriada bruscamente, se obtiene en frio una solucin solida sobresaturada de Mg2Si en aluminio; con el envejecimiento o maduracin, este compuesto precipita en forma submicroscopica, aumentando la dureza y la resistencia a traccin de la aleacin.

En general, el tratamiento trmico de las aleaciones ligeras se ve favorecido por la presencia de pequeas cantidades de manganeso que adems, mejora la resistencia a la corrosin; ver diagrama de equilibrio de la aleacin pseudobinaria aluminio - siliciuro de magnesio, (figura 2.3).

Figura 2.3. Diagrama de equilibrio de la aleacin pseudobinaria Al Mg2Si.

Fuente: Smith William (2009)

El diagrama de equilibrio es relativo, simple y bien establecido; el compuesto Mg2Si, est en equilibrio con el aluminio y hay una lnea en el quasibinario Al - Mg2Si; en la proporcin de Mg - Si; las reacciones invariantes binarias y ternarias de esta aleacin de aluminio se muestran en la tabla N 2.2; tal y como sigue a continuacin:Tabla 2.2. Reacciones invariantes del aluminio y del Al-Mg-Si presentes en el diagrama.

Fuente: Smith William (2009)

ReaccinComposicin

LiquidoAluminioTemp

%Mg%Si%Mg%SiK

Liq Al+Si-12.5-1.65850

Liq Al+Mg5Al834-17.4-723

Liq Al+Mg2Si8.157.751.170.68868

Liq Al+Mg2Si+Si4.9612.950.851.10828

Liq Al+Mg2Si+ Mg5Al832.20.3715.30.05722

El compuesto Mg2Si (63,2% Mg, 36,8% Si) posee un punto de fusin de 1360 K; su dureza vickers es de 4500 MN/m2 con una densidad de 1880 Kg/MJ; sus propiedades elctricas son las de un semiconductor y la conductividad trmica es 0,234 W/m/K, en condiciones de equilibrio, como son producidos por enfriamiento rpido, hay una tendencia a la segregacin local, por el que los cristales de silicio pueden aparecer en toda la aleacin en forma de Mg2Si; debido a la extraccin de algunos testigos, el compuesto de Mg2Si o Mg5Al8, puede estar presente en las aleaciones que en equilibrio son monofsica, pero en las condiciones de no equilibrio general no dan lugar a diferencias sustanciales.

Figura 2.4. Diagrama de Al Si Mg (diagramas a lquidos - b fase slida). Fuente: Smith William (2009)

Para la estructura del lquido ver figura 2.4 (a), cuando en la solucin de aluminio, el magnesio y el silicio tienden a agruparse para formar las molculas de Mg2Si; la solubilidad slida de Mg2Si en el aluminio se reduce ligeramente en la presencia de silicio en exceso sobre el Mg:Si = 1,73 ratio, pero el exceso de magnesio reduce la solubilidad; para la localizacin de los puntos A, B, C, D y E, vase la tabla 2.3, que se muestra a continuacin: Tabla 2.3. Concentracin de Mg y Si para los puntos A, B, C, D y E para una temperatura dada.

Fuente: Smith William (2009)

Temp.ABCDE

K%%%%%%%%

MgMgSiMgSiMgSiSi

868---1.170.68---

850---1.100.63--1.65

825---1.000.570.831.061.30

800---0.830.470.60.8-

775---0.700.400.50.650.80

72517.450.10.480.270.30.450.48

67513.5110.00.330.190.220.30.29

5756.750.00.190.110.10.150.06

La tensin superficial del ternario disminuye en aleaciones con magnesio y adiciones de silicio; el magnesio se expande en la red de aluminio y silicio haciendo que este se encoja, el parmetro actual de aluminio con magnesio y silicio en la solucin es pequeo a partir de la adicin de los efectos de magnesio y silicio. La contraccin es un parmetro informativo del envejecimiento, pero este resultado es contrario a todos los otros datos disponibles; las aleaciones cercanas al Al - Mg2Si; tienen prcticamente el mismo coeficiente de expansin de aluminio, que los ms ricos en magnesio; el coeficiente de expansin trmica es ligeramente superior y para el silicio de las aleaciones ricas es algo menor, pero las diferencias son muy pequeas, la resistencia a la temperatura ambiente es relativamente baja, los valores estn por el orden de los 3,2 x 10-8 ohm.m, el exceso de silicio aumenta la resistividad, mientras que el exceso de magnesio la reduce, su efecto no es superior al 5%, el coeficiente de temperatura de la resistividad es aproximadamente de 3,6 - 3,8x10-12ohm.m/K; las aleaciones son superconductoras hasta 1,3 K, pero el endurecimiento de edad disminuye la temperatura de transicin a 0,7 K a la dureza de pico.

2.2.9Proceso de Colada en CVG. Venalum [3]El proceso inicia cuando el aluminio liquido ingresa a la sala de colada (ver figura 2.5), en un crisol acompaado de una muestra la cual es enviada posteriormente al laboratorio para su respectivo anlisis qumico, esta muestra a su vez pasa por un proceso de pesaje y un sistema de registro de la temperatura real del metal liquido, dependiendo de su anlisis qumico el metal es posteriormente distribuido a los distintos hornos de retencin.

Figura 2.5. rea de colada. Fuente: Archivo generalidades de la empresa CVG. VenalumUna vez hechos los respectivos anlisis, se evala segn la aleacin que se quiere producir la cantidad necesaria para preparar el metal liquido, lo cual se realiza adicionando aleantes y refinadores de granos; de tal manera que se puedan cubrir las especificaciones requeridas por los clientes; es importante sealar que los elementos aleantes que comnmente se aaden son Silicio (Si), Magnesio (Mg), Cobre (Cu), Cromo (Cr), Boro (B), Hierro (Fe), Manganeso (Mn) y Zinc (Zn).

Finalmente y luego de haber preparado el metal lquido, este es distribuido en las diferentes zonas de colada (horizontales o verticales); en la unidad de colada de verticales se fabrican cilindros de diferentes medidas, los cuales son sometidos a un proceso de homogeneizado, que se lleva a cabo en un horno Hertwich, para su comercializacin y posterior uso en procesos de extrusin. (Ver figura 2.6).

Figura 2.6. Horno de homogenizado Hertwich. Fuente: AutorPara la fabricacin de los cilindros durante el proceso de extrusin, se utilizan mesas de colada de tecnologa Hot Top Showa, en estas el producto va descendiendo hasta la cmara a medida que se va formando el cilindro para luego ser extrado subiendo el cabezote; posterior a esto el producto es sometido a un proceso de homogenizacin con el fin de mejorar sus propiedades mecnicas. (Ver figura 2.7)

Figura 2.7. Mesa de colada de tecnologa Hot Top Showa. Fuente: AutorActualmente, se cuenta con un sistema Air Slip con tecnologa dualijet de la empresa Wasgtaff, para el llenado de los moldes, estos sistemas poseen un anillo de grafito refrigerado; los cuales son lubricados con aceite y aire presurizados (el sistema tradicional Hot Top utilizaba anteriormente solo aceite lubricante en los anillos). La ventaja del sistema Air slip es que el enfriamiento del cilindro es ms rpido debido a que este sistema de molde usa el enfriamiento primario proporcionado por el molde de colada o anillo y el secundario a la salida del molde, proporcionado directamente por el agua, con el Air slip no hay enfriamiento primario, es decir el anillo de grafito no se enfra, sino que demora el enfriamiento.

2.2.10 Proceso de Extrusin del Aluminio [13]Los Productos extruidos representan ms del 50% del mercado europeo de productos de aluminio; de este porcentaje, el sector de la edificacin utiliza la mayor parte; el aluminio extruido se usa en los sistemas de perfiles de ventanas y puertas en edificios residenciales y comerciales, en estructuras de viviendas y edificios prefabricados, en materiales para tejados y revestimientos exteriores, muros cortina, fachadas de locales comerciales, etc; adems, el aluminio extruido se usa tambin en el transporte de cargas, en fuselajes de aviones, vehculos de carretera y ferrocarriles, tambin es usado para aplicaciones marinas.

El trmino extrusin se suele aplicar tanto al proceso como al producto obtenido cuando un lingote cilndrico caliente de aluminio (llamado tocho), pasa a travs de una matriz con la forma adecuada (extrusin directa o hacia adelante, ver Figura 2.8); el perfil resultante puede usarse en tramos largos o se puede cortar para usarlo en estructuras, vehculos o componentes. La extrusin se usa ampliamente, como materia prima para barras mecanizadas, productos de forja o de extrusin en fro, aunque la mayor parte de las numerosas prensas de extrusin que existen en el mundo entran dentro de la sencilla descripcin dada inicialmente, hay que tener en cuenta que algunas prensas pueden utilizar lingotes rectangulares para producir extrusiones con una seccin ancha, otras prensas estn diseadas para desplazar la matriz a lo largo del tocho; esta ltima operacin se suele llamar extrusin indirecta.

Figura 2.8. Esquema de la extrusin directa. Fuente: AutorLas caractersticas fundamentales del proceso de extrusin son las siguientes; un lingote caliente, cortado de un tocho largo (o, para dimetros pequeos, de una barra extruida ms grande), se aloja dentro de un contenedor caliente, normalmente entre 450C y 500C; a estas temperaturas, la tensin de flujo de las aleaciones de aluminio es muy baja y aplicando presin por medio de un pistn hidrulico (ariete) el metal fluye a travs de una matriz de acero situada en el otro extremo del contenedor; este proceso, trae como resultado un perfil cuya seccin transversal viene definida por la forma de la matriz. Todas las aleaciones de aluminio pueden ser extruidas, pero algunas son menos adecuadas que otras; ya que exigen mayores presiones, permiten slo velocidades bajas de extrusin y/o tienen acabado de superficie y complejidad de perfiles menores a las deseadas. El trmino extrusionabilidad, se utiliza para abarcar todos estos temas, con el aluminio puro en un lado de la escala y las fuertes aleaciones de Al Zn Mg Cu en el otro, las aleaciones de la serie 6000 (Aluminio Magnesio -Silicio), ocupan la mayor parte del mercado de la extrusin.Este grupo de aleaciones tiene una combinacin atractiva de propiedades, importantes tanto desde el punto de vista de la produccin como desde el punto de vista de su uso, como resultado de ello se ha obtenido un conjunto de materiales con una resistencia entre 150Mpa y 350Mpa y todos con buena dureza y formabilidad; es importante destacar que esta clase de aleaciones, se pueden extrusionar con facilidad y en general su extrusionabilidad es buena; aunque aquellos que contienen niveles de magnesio y silicio en los lmites inferiores de la escala, por ejemplo la 6060 y la 6063, se extruyen a velocidades muy altas (hasta 100 mts/min); con un buen acabado de superficie, aptitud para el anodizado y una complejidad mxima de seccin transversal del perfil junto con un mnimo de espesor de pared (ver tabla 2.4).Tabla 2.4. Extrusionabilidad de las aleaciones de aluminio.

Fuente: Autor

AleacinExtrusionabilidad en %

1080160

1050135

1200135

3003120

6060 - 6063100

608260

La potencia de empuje de las prensas vara desde unos pocos cientos de toneladas hasta 20.000 toneladas, aunque la mayora estn en el rango comprendido entre 1.000 toneladas y 3.000 toneladas; el dimetro de los tochos de extrusin se encuentra alrededor de los 50mm hasta 500mm, con una longitud de entre 2 veces y 4 veces el dimetro; aunque la mayora de las prensas tienen contenedores cilndricos, algunas los tienen rectangulares para la produccin de perfiles con secciones anchas y de pequeo espesorLa facilidad con que las aleaciones de aluminio pueden ser extruidas en formas complejas convierte en legtima la afirmacin, de que permite al diseador poner el metal justo donde hace falta, siendo este un requisito importante cuando se habla de una material relativamente caro, es ms, esta flexibilidad en el diseo hace que sea fcil en muchos casos, superar el hecho de que el aluminio y sus aleaciones slo tienen un tercio del mdulo elstico del acero.

2.2.11 Proceso de Extrusin de Aleaciones AlMg2Si (6082) [13]

Calentamiento del tocho; la temperatura del tocho debe ser preferiblemente lo ms baja posible para obtener la mejor velocidad de extrusin, pero suficientemente alta para proporcionar un buen flujo de material (ver figura 2.9).

Demasiado tiempo a una elevada temperatura (durante la parada de la prensa), puede destruir la microestructura del tocho, reduciendo la facilidad de extrusin y tambin sus propiedades mecnicas.

Figura 2.9. Diagrama de temperatura del metal durante la extrusin.Fuente: Autor Flujo; el flujo de material depende de la friccin contra el contenedor (la temperatura del contenedor), la resistencia a la deformacin del material (Mg y Si en solucin solida), las condiciones del contenedor y la diferencia de temperatura entre un extremo y otro del tocho (calentamiento cnico).

Enfriamiento; para obtener la mxima dureza la temperatura de salida de prensa debe ser inferior a la temperatura de la solucin Mg2Si y conseguir un rpido enfriamiento para evitar precipitaciones. Para esta aleacin y con un enfriamiento de aireacin forzada se conseguir un resultado satisfactorio en perfiles abiertos de hasta 3mm de espesor; normalmente la parte trasera de la longitud de extrusin suele obtener un enfriamiento ms lento y por lo tanto menor dureza.

Maduracin del perfil; dejando la aleacin tratada en reposo durante cierto tiempo, los componentes en exceso en la solucin sobresaturada precipitan en forma de una menudsima dispersin atmica, muchas veces no visibles ni aun con los ms potentes aumentos, este fenmeno llamado envejecimiento o maduracin, puede desarrollarse espontneamente, dejando la aleacin en reposo a la temperatura ambiente de 15C 25C; o bien artificialmente mantenindolo a 130C durante un tiempo conveniente.

El proceso de envejecimiento se inicia inmediatamente despus del enfriamiento brusco; en la mayora de los casos, la dureza aumenta muy rpidamente, durante las primeras cuatro horas despus del temple, luego va aumentando ms lentamente hasta alcanzar un valor mximo aproximadamente a los cuatro das.

2.2.12 Aleaciones de Aluminio 6082[1] La aleacin de aluminio 6082 es una aleacin de alta resistencia, la ms alta de las aleaciones de la serie 6000, este tipo de aleaciones se utiliza ms extensamente en los procesos de mecanizado; es adecuada para la extrusin de perfiles con secciones que no sean demasiado complicados; a continuacin se muestra en la tabla 2.5, la composicin qumica asociada a esta clase de aleaciones:Tabla 2.5. Composicin qumica de la aleacin 6082.

Fuente: Autor

Composicin Qumica EN AW- 6082

Si0.7% - 1.3%

Fe0.5%

Cu0.10%

Mn0.40% - 1.0%

Mg0.6% - 1.2%

Cr0.25%

Zn0.20%

Ti0.10%

Otros (cada uno)0.5%

Otros (en total)0.15%

AluminioEl resto

Las aplicaciones ms comunes de la aleacin 6082, son las estructuras ligeras para vagones de ferrocarril, construcciones navales, plataformas martimas, pantanales, puente civiles y militares, bicicletas y sus accesorios, calderera, estructuras para vehculos, sistemas hidrulicos, equipamientos de minas, torres, andamios, estructuras para carpas y pabellones, tornilleras, remaches, moldes, etc; debido a que presenta una amplia gama de propiedades que favorecen su aplicacin en este tipo de campos, en la tabla 2.6, se muestran las propiedades de la aleacin 6082:Tabla 2.6. Propiedades fsicas de la aleacin 6082.

Fuente: Metals HandbookPropiedades Fsicas Al 6082

PropiedadValor de magnitudPropiedadValor de magnitud

Densidad g./cm32,7Calor especifico J (Kg./C)897

Intervalo de fusin C580 650Conductividad trmica 0 a 20 C (W/mC)180

Coeficiente de expansin trmica (m/m C)23Conductividad elctrica 20C (%IACS)46

Modulo de elasticidad Kn/mm269Resistividad a 20 C ( mm2/m)3,8

Coeficiente de Poisson0,33Dureza BrinellTemple T4:47/ T6: 92

En la tabla siguiente (tabla 2.7), se muestra como complemento de la informacin dada con respecto a la aleacin 6082; las equivalencias a nivel internacional para tal aleacin.Tabla 2.7. Equivalencias a nivel internacional para la aleacin 6082.

Fuente: Metals HandbookNoruegaSueciaFranciaAlemaniaUKUSAISOItalia

NSSISNFDINBSAAUNI

1730542126082AlMgSi160826082Al - SiMgMn9006 - 4

F31

2.2.13 Efectos de Los Elementos Aleantes (Magnesio - Silicio), en Las Aleaciones Series 6000[1] Silicio; un exceso de silicio en comparacin a la cantidad estequiometria requerida (Mg/Si = 1.73) para la formacin de Mg2Si, contribuye al endurecimiento de la aleacin, trayendo como consecuencia un aumento en la resistencia a la atraccin cuando se desea lograr un aumento en la velocidad de extrusin, es preciso reducir el contenido de Mg2Si y compararlo con un incremento de silicio; a medida que aumenta la proporcin de silicio el metal aleado fluye mejor y la aleacin presenta alta resistencia a la corrosin, finalmente el exceso de silicio debe ser moderado (0.20%) para no perjudicar la plasticidad.

Magnesio; en esta clase de aleacin la fase endurecedora es el siliciuro de magnesio por esto es deseable que el magnesio no sobrepase el 1% en peso y no exceda nunca la relacin de 1.73; ya que un pequeo exceso de este elemento, reduce fuertemente la solubilidad del Mg2Si, el magnesio dificulta el vaciado del metal debido a la tendencia a formar escoria, las aleaciones que se forman son las ms livianas del grupo del aluminio.

El magnesio en exceso, produce mayor reduccin de la solubilidad que el exceso de silicio, las aleaciones con exceso de silicio dan valores de dureza mayores y presentan mejor respuestas al envejecimiento, el silicio en exceso tiende a reducir significativamente los tiempos de tratamientos en las aleaciones, para alcanzar al mximo de dureza, mientras que las excedidas con magnesio requieren tiempos ms prolongados.

Las aleaciones con exceso de magnesio, tienden a producir precipitaciones y gruesos en bordes de granos, todo ello indica que desde el punto de vista de las propiedades mecnicas, las aleaciones excedidas en silicio presentan ventajas frente a las excedidas en magnesio.

2.2.14 Estructura Qumica de las Aleaciones [5] Las aleaciones metlicas estn formadas por un agregado cristalino de dos o ms metales o de metales con metaloides; estas se obtienen como resultado de fundir los diversos metales en un mismo crisol y dejando luego solidificar la solucin lquida formando una estructura granular cristalina apreciable a simple vista o con el microscopio ptico.Una vez solidificada la solucin liquida; la estructura queda conformada por diferentes microconstituyentes o fases tales como lo son: Cristales simples o de componentes puros, lo cuales presentan elementos cristalizados separadamente donde cada cristal contiene un solo componente; en este caso la aleacin llamada eutctica es una mezcla ntima de cristales formada por cada uno de ellos a partir de un solo componente puro, estas aleaciones son de poca aplicacin prctica debido a sus bajas propiedades mecnicas; por su baja temperatura de fusin, se emplean casi exclusivamente para la soldadura dulce, el ejemplo tpico lo constituye la aleacin plomo estao empleada en la soldadura de lminas de cinc, cobre y latn.

Cristales de elementos compuestos, estos cristales estn formados por compuestos qumicos en los cuales no es posible distinguir separadamente los componentes originales como es el caso del carburo de hierro que le aporta dureza a los aceros que lo contienen.

Cristales de solucin slida; llamados as por semejanza con las soluciones lquidas; estos estn formados por una solucin slida de componentes puros o por uno de ellos y un compuesto qumico de ambos, esta clase de cristales, se forman debido a la solubilidad de los componentes en el estado slido; cuando los cristales de solucin slida se forman con enfriamiento muy lento, tienen estructuras muy homogneas y de buenas propiedades mecnicas para emplearlos en la construccin de partes de mquinas.Las propiedades de las aleaciones dependen de su composicin y del tamao, forma y distribucin de sus fases o microconstituyentes; la adicin de un componente aunque sea en muy pequeas proporciones, incluso menos de 1% puede modificar intensamente las propiedades de cualquier aleacin.

En comparacin con los metales puros, las aleaciones presentan algunas ventajas: Mayor dureza y resistencia a la traccin.

Menor temperatura de fusin por lo menos de uno de sus componentes.

Menos dctiles o manejables, disminuyen su tenacidad y la conductividad trmica y elctrica.2.2.15 Solidificacin de Metales [14] En los metales y aleaciones metlicas la solidificacin es de gran importancia ya que una de sus ms importantes aplicaciones, llamada fundicin, es un mtodo muy econmico de obtener componentes si el punto de fusin no es demasiado alto. Actualmente los productos obtenidos a travs de la fundicin de metales pueden ser econmicos con aleaciones con puntos de fusin tan elevados como 1660 C.

En los metales y aleaciones la fusin viene acompaada de una gran disminucin de la viscosidad, de unos 20 grados de magnitud, por lo que se evita gastar energa tratando de vencer las altas tensiones de fluencia del material en procesos tales como el forjado; el proceso de fundicin sera an ms utilizado si las propiedades de las fundiciones fueran ms fciles de controlar; al respecto las teoras de solidificacin juegan un papel vital ya que dan las bases para influir en la microestructura y por lo tanto mejorar la calidad de los productos fundidos.

Los efectos de la solidificacin son ms evidentes cuando la fundicin es la operacin final, por lo tanto un correcto control del proceso de solidificacin es de gran importancia.; en general la solidificacin de un metal o aleacin puede dividirse en las siguientes etapas:

La formacin de ncleos estables en la fundicin (nucleacin).

El crecimiento de ncleos para formar cristales y la formacin de una estructura granular.

Los dos mecanismos principales por los que tiene lugar la nucleacin de partculas solidas en un metal lquido son; la nucleacin homognea y la nucleacin heterognea.

La nucleacin homognea, tiene lugar en el liquido fundido, cuando el metal proporciona por si mismo los tomos que se requieren para formar los ncleos.

La nucleacin heterognea, es la que tiene lugar en un lquido sobre la superficie del recipiente que lo contiene, las impurezas insolubles u otros materiales estructurales disminuyen la energa libre necesaria para formar un ncleo estable; dado que en las operaciones de fundicin industrial no se producen grandes subenfriamientos, normalmente las temperaturas varan entre 0.1C y 10 C.La solidificacin es una transformacin de fase (de lquido a slido) que resulta familiar a todos, an cuando la nica experiencia con este fenmeno consista en la formacin de hielo; la manufactura de casi todos los objetos creados por el hombre involucra a la solidificacin en algn momento. Los metales, los polmeros y el vidrio se forman en general por solidificacin del material fundido. Normalmente la solidificacin de polmeros y vidrios no involucra cristalizacin ya que los tomos no alcanzan a producir una estructura ordenada antes del final de la solidificacin.2.2.16 Efectos de La Solidificacin de Metales [14]La solidificacin de metales y aleaciones es un importante proceso industrial ya que la mayora de los metales se funden para moldearlos hasta una forma acabada o semiacabada; en general, el proceso de solidificacin de un metal o aleacin puede traer consigo diversos efectos sobre el metal: Efecto sobre la velocidad de enfriamiento; sobre la velocidad de enfriamiento de los metales; el efecto se ve reflejado en tres importantes zonas, tal y como se describe a continuacin: 1. Zona de chill: Corresponde a una zona cuya velocidad de enfriamiento es muy rpida.

2. Zona Columnar:Se origina en aquellos granos de la zona chill continuando su crecimiento hacia el centro del lingote

3. Zona Central de Granos Equiaxiales:Se origina cuando la velocidad de enfriamiento es muy lenta.

Figura 2.10. Zonas afectadas por la velocidad de enfriamiento.

Fuente: Smith William (2009) Segregacin dendrtica; se presenta cuando una aleacin comienza y termina su solidificacin a diferentes temperaturas, empezando a una temperatura inferior a la del componente de ms alto punto de fusin y terminando en una temperatura superior que la del componente de ms bajo punto de fusin; cabe destacar que los cristales que aparecen en esta forma, no tienen igual composicin desde el ncleo hasta la periferia.

Segregacin inversa; la solidificacin dendrtica en la zona columnar de los lingotes, puede conducir algunas veces a un fenmeno llamado como segregacin inversa; en la solidificacin normal de los lingotes, la parte central y superior de los mismos que solidifican de ltimo se enriquecen ms de soluto que las partes exteriores del lingote que solidifican primero.2.2.17 Proceso de Homogeneizado [3]La homogeneizacin es un proceso de tratamiento trmico, que se aplica para disolver y absorber la segregacin y la extraccin de muestras que se encuentran en algunos elementos y materiales trabajados en caliente.

La homogenizacin es un tratamiento trmico de difusin que se aplica a los cilindros para extrusin con el fin de favorecer la extrusibilidad, al mejorar la estructura mediante la disminucin de heterogeneidades de composicin qumica y la esferoidizacin de los precipitados intergranulares; debido a la naturaleza del proceso de solidificacin, una fraccin importante de los elementos de aleacin, pueden estar segregados o incorporados en forma sobre - saturada en la estructura de los cilindros o barras de colada semicontinua, dado que el anlisis de las propiedades estn vinculados estrechamente con la microestructura, el homogeneizado es el tratamiento trmico que produce una distribucin uniforme en la aleacin.

En las aleaciones de la serie 6000, la homogeneizacin est destinada principalmente a lo siguiente: Eliminar los gradientes de concentracin de magnesio y silicio dentro de cada grano.

Disolver las partculas del Mg2Si; que se puedan haber precipitado durante la solidificacin.

Esferoidizar y/o transformar las fases que contienen hierro particularmente las partculas AlFeSi, perdiendo la forma acicular que presentan dentro de cada grano de la estructura y en menor medida las de AlFeSi se transforman en AlFeSi; por su parte el hierro a pesar de la baja solubilidad en el aluminio, es capaz de alcanzar concentraciones muy elevadas cuando la velocidad de solidificacin es alta.

2.2.18 Parmetros Que Influyen en El Proceso de Homogeneizacin [3]Para garantizar una adecuada homogeneizacin se deben seleccionar cuidadosamente los parmetros involucrados en el proceso, entre los diferente parmetros a estudiar se tienen la temperatura, el tiempo de homogeneizacin y la velocidad de enfriamiento posterior a la aplicacin de este tratamiento; as pues, se considera que la temperatura y el tiempo de homogeneizacin deben ser seleccionados por la transformacin de las fases hierro, mas por la disolucin del Mg2Si, se seala adems que la alta velocidad de extrusin se debe a la transformacin de la fase AlFeSi, la cual existe en el lingote de la colada a la fase AlFeSi; el proceso de transformacin de una fase a otra (desde AlFeSi hasta AlFeSi); se completa en un periodo de seis horas a una temperatura de 565 C y ocurre con mayor rapidez solo a temperaturas considerables por encima de este valor; a continuacin se describen con mayor precisin los parmetros que influyen en el proceso de homogeneizado de las aleaciones:

Temperatura del tratamiento de homogeneizacin; la temperatura se refiere generalmente, a las que corresponden al estado de equilibrio de la solucin slida, las cuales se encuentran en los diagramas trmicos; si la temperatura es demasiado elevada puede haber fusin de eutcticos complejos que rodean las cristalitas, si se rebasa esta temperatura de forma considerable, se puede llega a quemar el material.La temperatura de tratamiento trmico, es uno de los parmetros a seleccionar cuando se efecta el homogeneizado, ya que esta debe ser tal que ponga en solucin la mxima cantidad de aleantes, compatibles con el diagrama de equilibrio y se elige principalmente en funcin de la composicin qumica de la aleacin. La temperatura de homogeneizacin generalmente corresponde a la temperatura del estado de equilibrio de la solucin slida que se encuentra en el diagrama de equilibrio.

La temperatura de homogeneizacin es una variable que debe controlarse severamente, dado que si es muy elevada, puede haber fusin eutctica compleja y hacer que rodeen las dendritas, causando la destruccin de la cohesin metlica; si es un poco alta puede producirse un crecimiento exagerado de la zona eutctica, lo que afecta las propiedades de la aleacin. Si la temperatura es muy baja, se necesita prolongar el tiempo para alcanzar un buen homogeneizado, pero resulta antieconmico; por lo tanto el rango de la temperatura de homogeneizacin debe ser ms estrecho y en lo posible ms elevada para que pueda homogeneizar en el menor tiempo.

Tiempo de homogeneizado; dado que el homogeneizado es un tratamiento trmico controlado por difusin, lo cual establece que debe darse el tiempo necesario para que las diferencias de concentracin se estabilicen; en CVG. Venalum, se tiene un estndar de tres (3) horas, pero este tiempo vara segn la composicin y temperatura del homogeneizado; ya que la cintica de la difusin se incrementa con la temperatura. Un tiempo excesivo de homogeneizado implica adems de aumentar los tiempos de produccin, expone a la estructura a un crecimiento excesivo del tamao de grano.

2.2.19 Importancia del Homogeneizado en Las Aleaciones Serie 6000[3]

La prctica ha demostrado que los cilindros homogeneizados son ms fciles de extruir que los que no han sido homogeneizados; adems producen mejores acabados y mejores propiedades de traccin. Dado que las propiedades mecnicas estn relacionadas con la microestructura, es razonable considerar que mientras ms homognea sea la distribucin del soluto, mas uniforme sern las propiedades de aleacin.

El tratamiento trmico que produce esta distribucin de los elementos de la aleacin como ya se menciono anteriormente, se denomina homogeneizado; este tratamiento ejerce un efecto no slo sobre la microestructura obtenida de la fusin y de la colada, sino que juega adems un papel primordial sobre las propiedades del producto final envejecido y en la aleacin de aluminio comercial de la serie 6000 est destinado a mejorar considerablemente sus propiedades fsicas.

El tratamiento de homogeneizado est controlado por la difusin y por lo tanto est destinado a minimizar la segregacin en regiones reducidas, como los espacios interdendriticos; es importante destacar que este, no tiene ningn efecto cuando existe la microsegregacin; as mismo, la experiencia en la industria demuestra que las aleaciones homogeneizadas producen mejores productos extrusados que los de coladas directamente. Las propiedades que se destacan a favor del homogeneizado son las siguientes:

Homogeneidad qumica.

Grado de fineza y dispersin de los constituyentes.

Mejores propiedades mecnicas.

Menor presin necesaria para extruir.

Mayor velocidad de extrusin.

Superficies ms brillantes de los perfiles extruidos.

2.2.20 Transformacin de Fase [5]

Varios reportes han afirmado que la mayora de la transformacin de - AlFeSi a AlFeSi; generan beneficio sobre las operaciones de extrusin; sin embargo, otros estudios y experiencias evidencian que la distribucin de la fase Mg2Si aumenta las propiedades de extrusin.

La composicin especfica usada puede influenciar en el mbito de y AlFeSi, formado durante la solidificacin; por lo tanto un conocimiento de los efectos de los elementos aleantes tales como magnesio, silicio, hierro, manganeso y cobre en el diagrama de fases, es requerido para determinar el nivel inicial de transformacin - AlFeSi a AlFeSi; durante homogeneizacin el nivel de transformacin puede estar influenciado grandemente por la composicin, por lo que elementos tales como el magnesio, puede tener un efecto pronunciado.

Ciertos elementos de transicin, tales como magnesio, cromo y cobalto muchas veces son aadidos a la aleacin para realzar la formacin de las partculas intermetlicas - AlFeSi en las aleaciones de la serie 6000. La adicin de magnesio tiene la particularidad de favorecer la transformacin de la fase - AlFeSi a - AlFeSi, tambin mejora la uniformidad de la distribucin de la fase Mg2Si, debido a que habilita la nucleacin de esta y por consiguiente mejora la distribucin de dicha fase en el micro estructura, tambin inhibe la precipitacin de Mg2Si, sobre los lmites de granos; el manganeso combinado con l slice en exceso inhibe la recristalizacin.

Las caractersticas de la fase Mg2Si, son crticas en la ejecucin de la operacin de extrusin de cilindros de la serie 6000; una distribucin no uniforme de Mg2Si, se encuentra en las regiones interdendrticas, para promover la aceleracin y el desgarramiento de la superficie de extrusin debido a calentamientos localizados por los altos niveles de gases asociados, los cuales promueven burbujas sobre las secciones extrusadas.

Las aleaciones que contienen silicio y magnesio, forman la fase Mg2Si adicionando constituyentes inter metlicos a la fase AlFeSi; esta fase se disuelve muy rpidamente en soluciones slidas de aluminio durante el tratamiento de homogeneizacin y contribuye significativamente con el endurecimiento de la aleacin despus del envejecido artificial.2.2.21 Mtodo Estndar para La Determinacin del Tamao de Grano [2]

La finalidad de este mtodo es el poder determinar el tamao de grano en materiales metlicos, mediante el mtodo planimetrico (Jeffries) de interseccin y mediante el analizador de imagen, segn la norma ASTM E- 112; el ensayo de determinacin de grano, consiste en estimar el tamao de grano de materiales metlicos a partir de una muestra preparada metalograficamente (el grano se refiere a la estructura interna del metal que resulta de la solidificacin y/o comparacin del mismo), la cual mediante una previa preparacin metalogrfica es puesta de manifiesto, luego de ello se evala y se cuantifica el tamao de grano, segn procedimientos ya establecidos en las norma internacional ASTM antes especificada.A continuacin se describen con exactitud los mtodos empleados tradicionalmente para la determinacin del tamao de grano: Mtodo planimetrico; es el ms antiguo procedimiento para medir el tamao de grano de los metales, el cual consiste en que un circulo de tamao conocido (generalmente 19.8 mm f, 5000 mm2 de rea), es extendido sobre una microfotografa o usado como un patn sobre una pantalla de proyeccin; en este mtodo se cuenta el nmero de granos que estn completamente dentro del crculo N1 y el nmero de granos que interceptan el circulo N2, es importante sealar que para realizar un conteo exacto del tamao de granos; estos deben ser marcados mientras se cuentan, lo que genera lentitud en el empleo de dicho mtodo.

Mtodos de intercepcin; tambin conocido como mtodo de fotomicrografa o sobre la propia muestra, en el cual el nmero de granos es interceptados por una o ms lneas restas; en este mtodo los granos tocados por el extremo de una lnea se cuentan solo como medios granos, mientras que las cuentas se hacen por lo menos en tres posiciones distintas para lograr un promedio razonable, la longitud de lneas en milmetro, dividida entre el nmero promedio de granos interceptados por ella da la longitud de interseccin promedio o dimetro de grano. El mtodo de interseccin se recomienda especialmente para granos que no sean de ejes iguales.

Procedimiento de determinacin del tamao de grano mediante el uso del analizador de imagen clemex; el equipo tiene un software de trabajo, en el cual vienen instalados varios programas de anlisis entre ellos el de medicin de tamao de grano segn la norma ASTM E -112.

De acuerdo al anlisis previo, se sabe que el men principal del clemex posee una rutina de anlisis (open rutine), en esta se trabaja con un programa de tamao I.P.G, medicin de tamao de grano, desde all se le pueden realizar las corridas al programa, mediante el comando Run start y manual, se recomienda seleccionar el comando start, de manera tal que este realice las mediciones de los distintos campos de la muestra en forma automtica y los mismos queden registrados uno a uno en la tabla de resultados; una vez que se realicen las mediciones de tamao de grano segn ASTM E 112, se buscan los resultados en el icono Resultado en el men principal del Clemex Visin; a travs del mismo se pueden copiar los resultados a otros programas, ( Word, Excel etc.).

Formulas para calcular el tamao de grano; el tamao de grano por milmetros cbicos se calcula a travs de la relacin siguiente:N/V= Nltn= 0.566 x Nl x Nt x Nn

Donde:N/V = Tamao de granos por milmetro cubico de la lnea de intercepcin.

Nl = Direccin longitudinal.

Nt = Direccin Transversal.

Nn = Direccin Normal.

Constante = 0.566

El nmero de grano por milmetro cubico Nltn, viene dado por la siguiente frmula:

0.8/Ntl x Nln x NtnDonde;

Nlt = plano de direccin longitudinal.

Nln = plano de direccin transversal.

Ntn = plano de direccin normal.

2.2.22 Ensayos de Dureza [9]

La dureza no es una propiedad fundamental del material, si no que est relacionada con las propiedades elsticas y plsticas, el valor de la dureza obtenido en una prueba determinada sirve nicamente como comparacin entre materiales o tratamientos, el procedimiento de esta prueba y la preparacin de la muestra suelen ser sencillos y los resultados pueden utilizarse para estimar otras propiedades mecnicas; la prueba de dureza se utiliza ampliamente para la inspeccin y control en las diferentes aleaciones. (Ver Figura 2.11 mtodos de ensayo de dureza)A continuacin se definen los mtodos de ensayos de dureza ms comnmente utilizados a nivel industrial:

Ensayo de dureza por resistencia a la indentacin; esta prueba generalmente se utiliza imprimiendo en la muestra (en reposo sobre una plataforma rgida) un marcador o identador de geometra determinada, bajo una carga esttica conocida que se le aplica directamente o por medio de un sistema de palanca.

Mtodo de ensayo de dureza vickers; el mtodo vickers es un ensayo de resistencia a la penetracin, el cual se realiza utilizando una maquina o equipo calibrado bajo un procedimiento esttico; el mismo consiste en forzar un penetrador vickers (ngulo de las caras de 136), contra la superficie del metal a ensayar; el material a ensayar debe ser metlico plano o cilndrico con dimensiones apropiadas (mximo de 5 cm x 5 cm) o una parte representativa del material, la superficie del plano debe tener un buen acabado, libre de xidos y rayas. Las normas bajo las cuales se rige este ensayo son: ASTM - E92 (dureza vickers en materiales metlicos) y la COVENIN 616 (materiales metlicos, ensayo de dureza vickers), la dureza Vickers se calcula utilizando la siguiente frmula:

Hv = 1,824 x P (Kg g/mm)

DDonde:

P = La carga aplicada (Kgf).

D = Dimetro de la bola utilizada (mm).

Alternativamente la dureza se obtiene directamente en tablas, en funcin del dimetro de la huella y de las condiciones del ensayo (Carga y Dimetro del penetrador).

Figura 2.11. Mtodos de ensayo de dureza.

Fuente: F. R. Morral. Tomo II2.2.23 Metalografa Microscpica[2]

La metalografa microscpica es una tcnica de anlisis que estudia las caractersticas estructurales y de constitucin de los productos metalrgicos con la ayuda del microscopio metalogrfico, para relacionarlos con sus propiedades fsicas y mecnicas; la parte ms importante de la metalografa es el examen microscpico de una probeta pulida y atacada empleando aumentos que con el microscopio ptico, el cual proporciona informacin sobre la constitucin del metal o aleacin, pudiendo as determinarse caractersticas fundamentales tales como forma, tamao y distribucin de granos, inclusiones y microestructura metalografa en general; el estudio de la microestructura es importante, debido a que puede reflejar la historia completa del tratamiento mecnico o trmico que ha sufrido el metal.

La preparacin defectuosa de las probetas puede arrancar las inclusiones importantes, destruir los bordes de grano o en general originar una estructura superficial distorsionada que no guarda ninguna relacin con la superficie representativa y caractersticas del metal, para realizar adecuadamente la preparacin metalografa es necesario que se sigan ciertos procedimientos basados en normas estandarizadas, entre las cuales se pueden destacar las contenidas en la tabla 2.7 (Normas ASTM asociadas a los estudios metalogrficos).

Tabla 2.8. Normas ASTM, asociadas a los estudios metalogrficos.

Fuente: Autor

Norma ASTMAplicacin

E 407Mtodo para micro ataque de metales y aleaciones.

E 340Mtodo para macro ataque de metales y aleaciones.

E 03Mtodo estndar de preparacin de muestras metalografas.

E 07Practicas metalografas de laboratorio de evaluacin.

2.2.24 Etapas del Anlisis Metalogrfico [2]

El anlisis metalogrfico de las aleaciones, est compuesto por las diferentes etapas que se describen a continuacin.

Seleccin de la muestra; la eleccin de la muestra o localizacin de la parte que va a ser estudiada, debe hacerse de tal modo que represente todo el metal o bien desde el sitio de la falla de la pieza; el tamao ptimo de la probeta debe ser tal que pueda sostenerse con la mano durante su preparacin (una pulgada de dimetro por una pulgada de altura).

Corte de la Muestra; el corte de la probeta puede realizarse con seguetas, cortadoras de cinta o disco abrasivo, teniendo la precaucin de evitar el calentamiento que pueda ocasionar alteraciones estructurales, por lo tanto no es conveniente realizar el corte de la muestra con soplete oxiacetilnico.

Montaje y preparacin de la muestra; el montaje de estas muestras se hacen en materiales plsticos sintticos como bakelita, lucite o acrlico isotrmico que despus del moldeo son relativamente duros y resistentes a la corrosin y no causan empastamiento de los papeles abrasivos durante el desbaste y pulido.

El montaje de la pieza, consiste en comprimir un plstico fundido sobre la muestra metlica y dejar enfriar el sistema bajo presin hasta la solidificacin del plstico o resina sinttica; luego de lo cual se procede a llevar a cabo la preparacin de la probeta, procedimiento que consiste en el desbaste y el pulido de la muestra.

El desbaste; es la operacin siguiente al corte y al montaje de la probeta y se efecta en una desbastadora de cinta rotativa o sobre papeles abrasivos de diferentes grados, colocados sobre discos giratorios.

Al pasar de un abrasivo a otro, debe girarse la probeta 90 grados y desbastar hasta que se borren por completo las huellas del abrasivo anterior, teniendo siempre el cuidado de lavar la probeta con agua abundante, se aconseja pasar la probeta por toda la serie de abrasivos: 150, 220, 280, 320, 400, 500, y 600, pues eliminar algn abrasivo retarda la operacin en vez de acelerarla.

Una presin excesiva sobre el papel abrasivo puede causar rayas profundas y difciles de eliminar posteriormente, adems se provoca una distorsin intensa sobre el metal de la superficie, alterando el aspecto de la estructura, esta distorsin no se puede evitar completamente pero puede reducirse mediante tcnicas adecuadas de desbaste y pulido; tambin debe tenerse en cuenta que la superficie opuesta de la probeta debe ser paralela para facilitar el soporte en el microscopio.

Al final del desbaste, deben lavarse con agua abundante tanto las probetas como las manos del operador para evitar que las partculas del abrasivo o del metal durante esta etapa pase a las pulidoras lo cual los hara inservibles, adems en algunos tipos de aleaciones como las de aluminio, la corriente de agua evita el ennegrecimiento de la superficie.

El pulido; esta etapa tiene por objeto, eliminar las rayas finas producidas por la ltima operacin del desbaste y conseguir una superficie sin rayas y con alto pulimento a espejo. La forma de realizar el pulido es, apoyando la cara desbastada de la probeta sobre un pao embebido con una suspensin de abrasivo, para ello se usan paos de billar, el raso, la seda, el terciopelo, es necesario utilizar algn tipo de abrasivo preferiblemente puede usarse una suspensin acuosa de almina, oxido de cromo, oxido de hierro. El tamao de las partculas abrasivas en suspensin oscila entre 100 y algunas decimas de micrn, los discos pueden ser de bronce, aluminio o acero con la cara superior perfectamente pulida y su velocidad de giros entre 250 rpm y 500 rpm (ver tablas 2.9 y 2.10, con los tipos de paos utilizados en el pulido y tipos de polvos empleados como abrasivos).

Durante la operacin del pulido, la probeta deber desplazarse en la direccin del radio, desde el borde hasta el centro del disco, es necesario adems lavar la probeta en un chorro de agua caliente, secar con la ayuda de un secador, sin tocar la cara pulida, enjuagarla con alcohol y secarla finalmente con aire seco o caliente.

Tabla 2.9. Paos para pulidos y aplicaciones.

Fuente: Manual de Mtodos de ensayos de LaboratorioTelas para paos de pulidoRecomendacin para su uso

LonaPara pulidos iniciales con polvos gruesos de oxido de aluminio y carburos de silicio.

FieltroPulido inicial de aluminios y materiales ferrosos con polvos de xidos de aluminio y suspensiones.

BillarPulido inicial de aluminios y materiales ferrosos con polvos de xidos de aluminio y suspensiones.

MicroclothPulido final con compuestos de diamante y almina.

Tabla 2.10. Tipos de polvos empleados para la preparacin del abrasivo.

Fuente: Manual de Mtodos de ensayos de LaboratorioTipo de polvosRecomendacin para su uso

Oxido de Aluminio Al2O3 de 25 a 5 micrasEsmerilado, pulido inicial y final de metales, incluyendo aceros excepto los endurecidos

Carburo de Silicio SIE grano 120 600Esmerilad