POLITEXT 106
Aleaciones lige as
POLITEXT
EDICIONS UPC
F ancisco Ja ie Gil Mu , ed.
Con ado Apa icio Bádenas
José M. Mane o Planella
Daniel Rod íguez Rius
Albe And és Domènech
Pep Miquel A andés Sal adó
Josep A. Planell Es any
Aleaciones lige as
La p esen e ob a ue gala donada en el oc a o concu so
"Aju s a l'elabo ació de ma e ial docen " con ocado po la UPC.
P ime a edición: junio de 2001
Diseño de la cubie a: Manuel And eu
© Los au o es, 2001
© Edicions UPC, 2001
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ISBN: 84-8301-480-7
Quedan igu osamen e p ohibidas, sin la au o ización esc i a de los i ula es del copy igh , bajo las san-
ciones es ablecidas en las leyes, la ep oducción o al o pa cial de es a ob a po cualquie medio o p o-
cedimien o, comp endidos la ep og a ía y el a amien o in o má ico, y la dis ibución de ejempla es de
ella median e alquile o p és amo públicos.
P esen ación 7
P esen ación
Es e lib o ha sido elabo ado po p o eso es e in es igado es del Depa amen o de Ciencias de los
Ma e iales e Ingenie ía Me alú gica de la Uni e si a Poli ècnica de Ca alunya con el in de que los
es udian es de p e-g ado engan un lib o que les in oduzca en es a amilia de aleaciones.
En muchas ocasiones, los es udian es de asigna u as de Ciencias y Tecnología de Ma e iales habían
eclamado un lib o que a a a de una mane a más ex ensa de las ca ac e ís icas y p opiedades de es e
ipo de aleaciones, ya que los lib os de Me alu gia Gene al o de Ciencia de Ma e iales es aban muy
basados en las aleaciones é eas, dejando en un segundo plano al aluminio, i anio y magnesio y sus
aleaciones. Es e lib o p e ende esponde a esa necesidad sin p e ende se un compendio de odos los
aspec os me alú gicos de es as aleaciones. Se debe ene en cuen a la c ecien e aplicación de es e ipo
de aleaciones en los di e en es campos ecnológicos ( anspo e, indus ia química, indus ia
alimen icia, biomedicina...).
El lib o se es uc u a en cinco pa es: la p ime a es á dedicada al aluminio y sus aleaciones, la
segunda al i anio, la e ce a al magnesio, la cua a pa e a los nue os ma e iales basados en las
buenas p opiedades de las aleaciones lige as. La quin a pa e son las p ác icas del labo a o io que
componen un es udio de los a amien os é micos a un du aluminio, de e minándose cómo a ec a a la
mic oes uc u a, y los a amien os é micos en las p opiedades mecánicas; o a p ác ica es la
me alog a ía de la aleación más impo an e del i anio (Ti6Al4V), obse ándose cómo a ían las
mic oes uc u as con los a amien os é micos a que se some en y la úl ima p ác ica es un p og ama
de o denado pa a la selección de ma e iales.
Espe emos que es e lib o pueda ayuda a muchos es udian es y ambién a in oduci a jó enes
p o esionales en la comp ensión y el conocimien o de es as aleaciones que an a impo ancia
ecnológica ienen.
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Índice 9
Índice
P esen ación ....................................................................................................................... 7
1 Aluminio ..................................................................................................................... 13
1.1 In oducción .................................................................................................................. 13
1.2 P opiedades del Aluminio ............................................................................................. 13
1.2.1 P opiedades Físicas ........................................................................................... 13
1.2.2 P opiedades Químicas ....................................................................................... 14
1.2.3 P opiedades Mecánicas ..................................................................................... 15
1.3 Ob ención del Aluminio ................................................................................................ 15
1.4 P incipios del en ejecemien o de las aleaciones de aluminio ....................................... 19
1.5 Aleaciones de Aluminio ................................................................................................ 23
1.5.1 Nomencla u a de las aleaciones de aluminio .................................................... 24
1.6 Aleaciones de Aluminio Coladas .................................................................................. 30
1.6.1 Aleaciones Aluminio-Cob e .............................................................................. 31
1.6.2 Aleaciones Aluminio-Silicio ............................................................................. 32
1.6.3 Aleaciones Aluminio- Magnesio ....................................................................... 34
1.6.4 Aleaciones Aluminio-Cob e-Silicio .................................................................. 36
1.6.5 Aleaciones Aluminio-Manganeso ..................................................................... 37
1.7 Fo ja de Aluminio ......................................................................................................... 37
1.7.1 In oducción ...................................................................................................... 37
1.7.2 P ocesado de la o ja de aluminio ..................................................................... 39
1.7.3 Ma e iales a anzados en la o ja de aluminio ................................................... 43
1.8 Aleaciones de Aluminio Fo jadas ................................................................................. 44
1.8.1 In luencia de la con o mación po de o mación plás ica en el
endu ecimien o de las aleaciones de aluminio .................................................. 44
1.8.2 Con o mación en ío y endu ecimien o en ío ................................................ 45
1.8.3 Con o mación en ío y endu ecimien o po p ecipi ación ............................... 46
1.8.4 Aleaciones de aluminio o jadas no a ables é micamen e ............................. 47
1.8.5 Aleaciones de aluminio o jadas a ables é micamen e .................................. 48
1.9 Re e encias .................................................................................................................... 51
2 Ti anio ......................................................................................................................... 53
2.1 His o ia del i anio ......................................................................................................... 53
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10 Aleaciones lige as
2.2 Ob ención del i anio ..................................................................................................... 53
2.3 P opiedades del i anio .................................................................................................. 55
2.3.1 P opiedades ísicas ............................................................................................ 55
2.3.2 P opiedades químicas ........................................................................................ 57
2.3.3 P opiedades mecánicas ...................................................................................... 58
2.4 In oducción a las aleaciones de i anio ......................................................................... 60
2.4.1 E ec o de los alean es ........................................................................................ 60
2.4.2 Clasi icación de las aleaciones .......................................................................... 62
2.5 Aleaciones α.................................................................................................................. 62
2.5.1 Gene alidades .................................................................................................... 62
2.5.2 Ti anio come cialmen e pu o ............................................................................ 63
2.5.3 Aleaciones casi-α.............................................................................................. 66
2.6 Aleaciones α-β.............................................................................................................. 67
2.6.1 Gene alidades .................................................................................................... 67
2.6.2 En iamien o ápido desde la ase β.................................................................. 69
2.6.3 Descomposición de la ase βme aes able ......................................................... 71
2.6.4 Tipos de aleaciones α-β.................................................................................... 72
2.7 Aleaciones β.................................................................................................................. 73
2.7.1 Gene alidades .................................................................................................... 73
2.7.2 Tipos de aleaciones β........................................................................................ 75
2.8 P ocesos ......................................................................................................................... 76
2.8.1 Moldeo ............................................................................................................. 76
2.8.2 Pul ime alu gia ................................................................................................. 76
2.8.3 Con o mación po de o mación plás ica ........................................................... 77
2.8.4 T a amien os é micos ....................................................................................... 77
2.8.5 Mecanización .................................................................................................... 77
2.8.6 Soldadu a ........................................................................................................... 77
2.8.7 T a amien os supe iciales ................................................................................. 78
2.8.8 O os p ocesos ................................................................................................... 78
2.9 T a amien os é micos ................................................................................................... 78
2.9.1 Gene alidades .................................................................................................... 78
2.9.2 Recocido con a ac i ud ..................................................................................... 79
2.9.3 Recocido ............................................................................................................ 80
2.9.4 Mill-annealing ................................................................................................... 80
2.9.5 Doble- ecocido .................................................................................................. 80
2.9.6 Recocido de ec is alización .............................................................................. 81
2.9.7 Recocido β......................................................................................................... 81
2.9.8 Re enido y madu ación de la ma ensi a .......................................................... 81
2.9.9 Con aminación du an e el a amein o é mico ................................................. 82
2.10 Aplicaciones .................................................................................................................. 83
2.10.1 Ae onáu ica ....................................................................................................... 83
2.10.2 Co osión ........................................................................................................... 84
2.10.3 Biomedicina ...................................................................................................... 84
2.10.4 O as aplicaciones ............................................................................................. 85
2.11 Re e encias .................................................................................................................... 85
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Índice 11
3 Magnesio ..................................................................................................................... 87
3.1 His o ia del magnesio .................................................................................................... 87
3.2 Ob ención y e ino del magnesio .................................................................................. 88
3.2.1 Ob ención del magnesio .................................................................................... 88
3.2.2 Re ino del magnesio .......................................................................................... 90
3.3 P opiedades del magnesio ............................................................................................. 90
3.3.1 P opiedades ísicas ............................................................................................ 90
3.3.2 P opiedades químicas ........................................................................................ 92
3.3.3 P opiedades mecánicas ...................................................................................... 93
3.4 In oducción a las aleaciones de magnesio ................................................................... 96
3.4.1 Aleaciones de magnesio .................................................................................... 96
3.4.2 Nomencla u a de las aleaciones de magnesio y de sus a amien os ................. 99
3.5 Aleaciones de moldeo sin ci conio ................................................................................ 100
3.5.1 Aleaciones basadas en el sis ema magnesio-aluminio ...................................... 100
3.5.2 Aleaciones del sis ema magnesio-zinc .............................................................. 104
3.6 Aleaciones de moldeo con ci conio .............................................................................. 104
3.6.1 Aleaciones Mg-Zn-Z ........................................................................................ 105
3.6.2 Aleaciones Mg- Tie as Ra as-Zn-Z ................................................................ 105
3.6.3 Aleaciones Mg-Y .............................................................................................. 106
3.6.4 Aleaciones basadas en el sis ema Mg-Th .......................................................... 106
3.6.5 Aleaciones basadas en el sis ema Mg-Ag ......................................................... 108
3.7 Aleaciones pa a la con o mación po de o mación plás ica ......................................... 108
3.7.1 Aleaciones pa a p oduc os ex uídos ................................................................. 109
3.7.2 Aleaciones pa a p oduc os o jados .................................................................. 111
3.7.3 Aleaciones pa a p oduc os laminados ............................................................... 111
3.8 T as o mación en p oduc os semielabo ados y con o mación de ini i a ..................... 112
3.8.1 Fundición y moldeo ........................................................................................... 112
3.8.2 Con o mación po de o mación plás ica ........................................................... 115
3.8.3 Uniones: Soldadu a, emachado, encolado ....................................................... 120
3.8.4 Mecanización .................................................................................................... 121
3.8.5 P o ección con a la co osión ........................................................................... 122
3.9 Aplicaciones del magnesio ............................................................................................ 123
3.10 Re e encias .................................................................................................................... 124
4 Nue os ma e iales lige os y sus p ocesos ............................................................ 127
4.1 Ma e iales compues os .................................................................................................. 127
4.1.1 MMC ................................................................................................................. 127
4.1.2 Ma e iales de e ue zo ....................................................................................... 128
4.1.3 Manu ac u a ...................................................................................................... 129
4.1.4 Sólidos me álicos celula es ............................................................................... 131
4.1.5 Aplicaciones ...................................................................................................... 132
4.2 Compues os: Aluminu os de i anio .............................................................................. 132
4.2.1 Ti3Al (al a2) ...................................................................................................... 134
4.2.2 TiAl (gamma) .................................................................................................... 134
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12 Aleaciones lige as
4.2.3 TiAl3.................................................................................................................. 135
4.2.4 Mé odos de p ocesado ....................................................................................... 135
4.2.5 Aplicaciones ...................................................................................................... 136
4.3 Aleaciones nano ásicas ................................................................................................. 136
4.4 P ocesos de solidi icación ápida .................................................................................. 138
4.4.1 Aplicaciones ...................................................................................................... 139
4.5 Aleaciones amo as ....................................................................................................... 139
4.6 Sín esis po combus ión ................................................................................................ 140
4.6.1 In oducción ...................................................................................................... 140
4.6.2 Tipos de SC ....................................................................................................... 141
4.6.3 Conside aciones e modinámicas ...................................................................... 142
4.6.4 Manu ac u a ...................................................................................................... 143
4.6.5 Aplicaciones ...................................................................................................... 144
4.7 Re e encias .................................................................................................................... 145
5 P ác icas ..................................................................................................................... 147
5.1 P oceso de en ejecimien o del du aluminio .................................................................. 147
5.1.1 In oducción ...................................................................................................... 147
5.1.2 P ác ica: Aleación aluminio-cob e .................................................................... 149
5.1.3 P ocedimien o .................................................................................................... 150
5.1.4 Resul ados ......................................................................................................... 150
5.1.5 Cues iones ......................................................................................................... 150
5.2 T a amien o é mico de la aleación Ti6Al4V ................................................................ 151
5.2.1 In oducción ...................................................................................................... 151
5.2.2 Mé odo expe imen al ......................................................................................... 152
5.2.3 Resul ados ......................................................................................................... 153
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1 Aluminio 19
Csx (1 pasada) = Cm [1 + exp – kx /z (k-1)]
donde
Z = espeso de la zona undida
Cm = concen ación inicial de impu ezas de la ba a
Csx = concen ación de impu ezas a una dis ancia x (g/cc)
K = cons an e que depende del ipo de impu eza
Usando es as ecuaciones es posible de e mina a qué dis ancia de la ba a e inada se alcanza el
máximo de impu ezas eque ido y, po an o, sabe qué pa e de la ba a se puede elimina po exceso
de impu ezas.
Con es e mé odo es posible p oduci aluminio con un con enido en impu ezas de un 10 ppm (0.001%)
si se pa e de un ma e ial inicial con una pu eza en e el 99.99 y un 99.998%.
1.4 P incipios del en ejecimien o de las aleaciones de aluminio
En la igu a 6 se ep esen a una po ción del diag ama de equilib io aluminio-cob e donde se mues a
un esquema de cómo a ía la mic oes uc u a en unción de la elocidad de en iamien o y pos e io
a amien o é mico. También se obse a como la solubilidad del cob e en la ma iz de αdisminuye
con la empe a u a del 5.7% al 0,2%. Es e hecho pe mi e los a amien os de solubilización po
encima de la cu a de ans o mación, en iado ápido o emple y pos e io p ecipi ación del CuAl2
median e ecocidos a bajas empe a u as.
Fig. 1.6 E ec o de la elocidad de en iamien o sob e la mic oesc uc u a de la aleación aluminio-cob e
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20 Aleaciones lige as
Si se pa e de una solución sólida α(pun o B) y se desciende la empe a u a len amen e has a co a la
línea de sol us, el exceso de solu o de cob e se sepa a o mando una ase nue a CuAl2. En si uación
de equilib io e modinámico, el diag ama de equilib io nos p opo ciona in o mación ace ca de las
ases p esen es, p opo ción y composición de cada una. La mic oes uc u a esul an e es á o mada
po g anos de ase αcon una ele ada dispe sión de p ecipi ados de CuAl2(dibujo 1). En es e caso,
como la elocidad de en iamien o es len a, hay su icien e iempo pa a que los p ecipi ados c ezcan y
sean isibles al mic oscopio óp ico. Desde el pun o de is a mecánico, la exis encia de es os
p ecipi ados de g an amaño no in e esa, ya que puede ene un e ec o agilizado .
Po el con a io, si es a solución sólida α(p o B) se en ía ápidamen e po debajo de la línea de
sol us ( emple) se ob iene una solución sólida sob esa u ada que conse a odo el cob e inicial. Al
en ia ápidamen e no se ha dado iempo a que la di usión a ómica enga luga y se ob iene una
mic oes uc u a o mada únicamen e po g anos de ase α(dibujo 2).
A empe a u a ambien e, hay sis emas que ienden espon áneamen e a la si uación de equilib io, es
deci , que exis e su icien e mo ilidad a ómica pa a que el sis ema aya expulsando poco a poco el
exceso de cob e median e la o mación de pequeños p ecipi ados de CuAl2. Es e enómeno se conoce
como en ejecimien o na u al. Sin emba go, exis en o os sis emas en que es necesa io o za es a
eacción p ecipi ación median e a amien os é micos. Es os sis emas se some en a empe a u as po
debajo de la cu a de ans o mación ( ecocido) pa a induci la p ecipi ación. Es e caso se conoce
como en ejecimien o a i icial.
Tan o en el en ejecimien o na u al como en el a i icial, se ob iene una mic oes uc u a o mada po
g anos de ase αcon una ina dispe sión de p ecipi ados que no son isibles al mic oscopio óp ico.
Dichos p ecipi ados se pueden obse a y ca ac e iza median e mic oscopía elec ónica de
ansmisión (MET). La exis encia de es os p ecipi ados aumen a conside ablemen e la esis encia
mecánica y la du eza de la aleación.
Po ejemplo, en la igu a 7 se mues a cómo a ía la esis encia mecánica en unción de la
empe a u a y iempo an o en un p oceso de en ejecimien o a i icial “B” y “C” como un
en ejecimien o na u al “A”. A la empe a u a ambien e (20°C) la esis encia a acción aumen a poco
a poco y alcanza un máximo al cabo de 100 ho as, a pa i del cual ya no mejo an sus ancialmen e las
Fig. 1.7 Resis encia a la acción de una aleación Al-4,5%Cu en ejecida a empe a u a ambien e (A)
y en ejecida a i icialmen e a 165°C y 200°C
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1 Aluminio 21
p opiedades, mien as que en los p ocesos de en ejecimien o a i icial se ob ienen unas esis encias a
la acción y du eza supe io es. En es e caso la esis encia máxima se ob iene a la empe a u a de
165°C y al cabo de 10 ho as. Si el a amien o de en ejecimien o se p olonga du an e más iempo las
p opiedades mecánicas se empeo an debido al c ecimien o de las pa ículas (dibujo 3; Fig. 6). En los
a amien os de p ecipi ación, los pa áme os de iempo y empe a u a a ían con la composición
química de la aleación y, po an o, se debe con ola con p ecisión pa a ob ene buenos esul ados.
Po ejemplo, en es a aleación las impu ezas de hie o ienden a disminui la elocidad de
p ecipi ación con lo cual se necesi a una mayo empe a u a pa a alcanza un endu ecimien o. O el
e ec o con a io, la p esencia de magnesio aumen a la elocidad de p ecipi ación.
La p ime a aleación endu ecida po en ejecimien o ue una aleación de Al-4,5 %Cu conocida
come cialmen e como “du aluminio”. Es a aleación en ejece a empe a u as po debajo de la
empe a u a ambien e debido a que la solidi icación es muy ápida en las piezas moldeadas y lingo es
y no se alcanzan las condiciones de equilib io. El endu ecimien o más impo an e iene luga los
p ime os días y se a es abilizando con el iempo. Cuando al sis ema Al-Cu se le añade magnesio se
conoce come cialmen e como “supe du aluminio” ya que el magnesio, aumen a la elocidad de
p ecipi ación.
Guinie y P es on demos a on que en los p ocesos de p ecipi ación a bajas empe a u as la
ans o mación de una ase sólida sob esa u ada αa una ase θde CuAl2no e a di ec a, sino que
anscu ía a a és de unas ases in e medias de la o ma:
Zonas de Guinie -P es on ⇒ ase θ´´ ⇒ ase θ´⇒ ase θ(CuAl2)
Fig. 1.8 Es uc u a y mo ología de las ases
θ
´´,
θ
´ y
θ
en una aleación Al-Cu
(Cí culos neg os
→
á omos de Al y cí culos blancos
→
á omos de Cu)
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22 Aleaciones lige as
En la igu a 8 se ep esen a un esquema de la c is alog a ía de es as e apas y se pueden esumi en:
1. Fo mación de zonas di usas donde a ía la concen ación de solu o. No hay casi mo ilidad
a ómica, pe o es su icien e pa a que en algunas zonas haya una cie a o ien ación o eo ganización
de los á omos de solu o. Dichas zonas se conocen como zonas de Guinie -P es on.
2. Fo mación de una ase in e media θ´´ cohe en e con la ma iz con una es uc u a e agonal
cen ada en las bases, al como se obse a en la igu a 8. Se ap ecia que en el medio aún conse a
la es uc u a cúbica cen ada en las ca as de la ma iz. Dicha ase es cohe en e con la ma iz a lo
la go de las di ecciones [001], [100] y [010].
3. Fo mación de una ase θ´ semicohe en e con la ma iz. Al c ece el p ecipi ado θ´´ se o ma o o
p ecipi ado incohe en e con la ma iz α. Dicha es uc u a c is alog á ica conse a la dis ancia 4.04
Å de la ma iz, pe o se p oduce un cie o ala gamien o a lo la go del eje [001]. Es e p ecipi ado
p esen a en una de las dimensiones un o den co espondien e a unos 10 a 150 á omos, po lo que
suelen p esen a una mo ología ala gada ( igu a 9).
4. Finalmen e, la o mación de la ase es able θ(CuAl2), donde los pa áme os e icula es de la base
y la al u a de la celda no ienen nada que e con la ma iz α. En es e caso, el p ecipi ado θes
o almen e incohe en e con la ma iz.
En la igu a 9 se mues an a ias mic og a ías ob enidas median e mic oscopía elec ónica de
ansmisión. En la igu a (a) se obse a un mic og a ía en campo cla o donde se obse an los
Fig. 1.9 Mic og a ías ob enidas po mic oscopía elec ónica de ansmisión de los p ecipi ados
θ
´ y
θ
(CuAl2)
en la aleación de du alumnio
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1 Aluminio 23
p ecipi ados pa cialmen e cohe en es θ´ en una aleación de du aluminio. Median e la écnica del
campo oscu o, en las igu as (b) y (c) se pone de mani ies o cla amen e la mo ología ala gada de
es os p ecipi ados. Dichos p ecipi ados es án alineados en unas de e minadas di ecciones
c is alog á icas. En la igu a (d) ambién se pueden e o os p ecipi ados más g andes que
co esponden a la ase θ(CuAl2).
1.5 Aleaciones de aluminio
El aluminio es un me al con una baja esis encia mecánica. Po ejemplo, el lími e elás ico de un
aluminio ecocido puede alcanza un alo de 10 MPa. Po an o, uno de los obje i os a la ho a de
diseña aleaciones es mejo a su esis encia mecánica aleándolo con di e en es me ales como el cob e,
magnesio, manganeso, zinc, hie o o silicio. En el esquema de la igu a 10 se ep esen an los
p incipales alean es u ilizados en la indus ia, así como un esumen de las p incipales p opiedades que
adquie e la aleación.
Todos es os elemen os p esen an una g an solubilidad en el aluminio y en odos los casos la
solubilidad aumen a con la empe a u a. El zinc es el elemen o que p esen a una mayo solubilidad
(has a un 66,4%), mien as que elemen os como el magnesio, pla a y li io p esen an una solubilidad
mayo del 10%. En gene al, la máxima solubilidad se consigue a las empe a u as co espondien es al
eu éc ico, pe i éc ico o mono éc ico. El descenso de la solubilidad con la empe a u a es la base pa a
a amien os de solubilización y en ejecimien o de es as aleaciones.
A di e encia de o os me ales como el hie o o el cob e, el aluminio no se disuel e con acilidad en
o os me ales, de al o ma que una g an p opo ción de es os alean es no se disuel en en la ase αy
o man in e me álicos. En las aleaciones de aluminio pueden exis i una g an di e sidad de ases o
in e me álicos que se pueden dis ingui con écnicas de ca ac e ización del ipo di acción de
elec ones o de ayos X.
Según el modelo de ans o mación de las aleaciones de aluminio, és as se pueden clasi ica en:
Fig. 1.10 P incipales alean es u ilizados en las aleaciones de aluminio
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24 Aleaciones lige as
—Aleaciones de moldeo. Se u ilizan en undición pa a la ab icación de piezas ob enidas po colada
del me al líquido en moldes de a ena (colada de a ena), en moldes de ace o o de undición (colada
en coquilla) o po inyección. Median e es e p ocedimien o se ab ican piezas de o mas más o
menos complejas, como picapo es, bloques mo o es, e c.
—Aleaciones de o ja. Son las coladas en undición en o ma de placas que a con inuación se
ans o man en semi-p oduc os (chapas, pe iles,e c,) po laminación o ex usión. Los
semip oduc os así ob enidos se u ilizan en la cons ucción mecánica o son ensamblados po
soldadu a, oblonados, a o nillados, e c.
A su ez, las aleaciones se pueden di idi según el mé odo u ilizado pa a aumen a su esis encia
mecánica:
—Aleaciones o jadas no a ables é micamen e. Median e la dispe sión de segundas ases o
elemen os en solución sólida y abajados en ío.
—Aleaciones de o ja a ables é micamen e. Median e disolución de alean es en o ma de solución
sólida y pos e io p ecipi ación de és as en pequeños p ecipi ados cohe en es o semicohe en es.
De es a o ma se han desa ollado una g an can idad de aleaciones come ciales que se e e encian
según nomencla u as es ánda es in e nacionales, donde se especi ica la composición química y sus
p opiedades mecánicas.
1.5.1 Nomencla u a de las aleaciones de aluminio
1.5.1.1. Aleaciones de o ja
Las aleaciones de o ja se ag upan po un sis ema de cua o dígi os, en donde el p ime índice indica
el alean e mayo i a io de la o ma:
1XXX: Aluminio del 99 % de pu eza como mínimo
2XXX: Cob e
3XXX: Manganeso
4XXX: Silicio
5XXX: Magnesio
6XXX: Magnesio y silicio
7XXX: Cinc
8XXX: O os elemen os
9XXX: Se ies no u ilizadas
mien as que los siguien es índices ep esen an o os alean es mino i a ios. En la igu a 11 se p esen a
un ejemplo de aleación y el signi icado de cada dígi o.
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1 Aluminio 25
Finalmen e, según la no ma española UNE EN 515, se pueden designa los di e en es es ados de
a amien o de odas las o mas de aluminio pa a o ja y aleaciones de aluminio de colada des inados
a se o jados de la o ma:
F – B u o de ab icación
Es a designación se aplica a los p oduc os esul an es de un p oceso de con o mado en el cual no se
emplea ningún medio de con ol pa icula de las condiciones é micas o de la ac i ud. Pa a es e
es ado no exis e especi icación alguna de los lími es de ca ac e ís icas mecánicas.
O – Recocido
Es a designación se aplica a los p oduc os que son ecocidos con obje o de consegui el es ado de
meno esis encia mecánica.
Subdi isiones el es ado de ecocido O.
O1 – Recocido a empe a u a ele ada y en iamien o len o
Es a designación se aplica a los p oduc os o jados que son a ados é micamen e ap oximadamen e
du an e el mismo iempo y a la misma empe a u a que los eque idos pa a un a amien o de
solución, en iando después len amen e has a la empe a u a ambien e, con obje o de mejo a la
espues a a los ul asonidos y/o mejo a la es abilidad dimensional. Se aplica a los p oduc os que
Figu a 1.11 Ejemplo mos ando el signi icado de la nomencla u a de las aleaciones
de o ja de las aleaciones de aluminio
Ejemplo
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26 Aleaciones lige as
deben se mecanizados po pa e del usua io con an e io idad al a amien o de solución. No se
especi ica pa a es e es ado ningún lími e pa a las p opiedades mecánicas.
O2 – Some ido a a amien o e momecánico
Es a designación se aplica a los p oduc os o jados. Some idos a un a amien o e momecánico
especial. Se aplica a los p oduc os que deben some e se a un con o mado de supe plás ico po pa e
del usua io con an e io idad al a amien o de solución.
O3 - Homogeneizado
Es a designación se aplica a los alamb ones y a las banda de colada con inua, que son some idos a un
a amien o de di usión a la al a empe a u a a in de elimina o de educi las seg egaciones,
mejo ando consiguien emen e la ap i ud pa a la con o mación o la espues a al a amien o é mico de
solución y emple.
H – Ac i ud
Es a designación se aplica a los p oduc os some idos a un p oceso de de o mación en ío después del
ecocido (o después de una con o mación en calien e), o de la combinación de un p oceso de
de o mación en ío y un ecocido pa cial o de ecocido de es abilización, con el in de ob ene las
ca ac e ís icas mecánicas especi icadas. La le a H a siemp e seguida de, al menos, dos ci as; la
p ime a indica el ipo de p oceso e momecánico y la segunda indica el g ado de ac i ud (una e ce a
ci a se emplea en algunos casos con el in de iden i ica écnicas especiales del p oceso).
Subdi isiones del es ado de ac i ud H
Las subdi isiones se hacen en unción de las ope aciones básicas y del g ado de ac i ud inal, de la
mane a siguien e:
P ime dígi o después de H
El p ime dígi o que sigue a la le a H indica la combinación especí ica de las ope aciones básicas
como sigue:
H1x - Ac i ud solamen e
Es as designaciones se aplican a los p oduc os que son endu ecidos po de o mación plás ica en ío
con obje o de ob ene la esis encia mecánica deseada si a amien o é mico suplemen a io.
H2x -Ac i ud y ecocido pa cial
Es as designaciones se aplican a los p oduc os que son endu ecidos po de o mación plás ica en ío
po encima de lo deseado pa a se pos e io men e eblandecidos has a un ni el ape ecido po medio
de un ecocido pa cial. Pa a las aleaciones que se eblandecen p og esi amen e a empe a u a
ambien e, los es ados H2x ienen el mismo alo mínimo de esis encia a la acción que los es ados
H3x co espondien es. Pa a las o as aleaciones, los es ados H2x p esen an el mismo alo mínimo
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1 Aluminio 27
se esis encia a la acción que los es ados H1x co espondien es y un ala gamien o lige amen e
supe io .
H3x -Ac i ud y es abilizado
Es as designaciones se aplican a los p oduc os que son endu ecidos po de o mación plás ica en ío y
cuyas ca ac e ís icas mecánicas son es abilizadas po a amien o é mico a baja empe a u a o como
esul ado del calo apo ado en el p oceso de ab icación. El es abilizado mejo a no malmen e la
duc ilidad. Es a designación se aplica sólo a las aleaciones que, de no se es abilizadas, se
eblandecen p og esi amen e a empe a u a ambien e.
H4x -Ac i ud y lacado o pin ado
Es as designaciones se aplican a los p oduc os que son endu ecidos po de o mación plás ica en ío y
que pueden expe imen a un cie o ecocido pa cial en el cu so del a amien o de cu ado é mico a
que se some en después de las ope aciones de lacado o pin ado.
Segundo dígi o después de H
El segundo dígi o que sigue a la le a H indica el g ado inal de ac i ud alcanzado, el cual se iden i ica
po el alo mínimo de esis encia a la acción.
— El dígi o 8 se a ibuye habi ualmen e al es ado más du o no malmen e p oducido. El alo mínimo
de la esis encia a la acción de los es ados Hx8 puede de e mina se con la ayuda de la abla
siguien e; se basa en la esis encia a la acción mínima de la aleación en es ado ecocido.
— Los es ados comp endidos en e el O ( ecocido) y el Hx8 se designan median e los dígi os 1 a 7
— El dígi o 4 designa los es ados pa a los que la esis encia a la acción es á ap oximadamen e a
medio camino en e la del es ado O y la de los es ados Hx8.
Valo mínimo de esis encia a acción
en es ado de ecocido MPa
Has a 40
45 a 60
65 a 80
85 a 100
105 a 120
125 a 160
165 a 200
205 a 240
245 a 280
285 a 320
325 en adelan e
Inc emen o del alo mínimo de la
esis encia a la acción pa a alcanza el
es ado Hx8 MPa
55
65
75
85
90
95
100
105
110
115
120
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28 Aleaciones lige as
— El dígi o 2 designa los es ados pa a los que la esis encia a la acción es a ap oximadamen e a
medio camino en e la del es ado O y la de los es ados Hx4.
— El dígi o 6 designa los es ados pa a los que la esis encia a la acción es a ap oximadamen e a
medio camino en e la de los es ados Hx4 y la de los es ados Hx8.
— Los dígi os 1, 3, 5 y 7 designan, de la misma mane a, los es ados in e medios de los de inidos
an e io men e.
— El dígi o 9 designa los es ados cuyo alo mínimo de esis encia a la acción supe a en al menos
10 MPa a la de los es ados Hx8.
— En caso de que la esis encia a la acción de los es ados in e medios, de e minada como se ha
indicado an e io men e, no e mine po 0 ó 5, el alo edondea al p ime 0 o al p ime 5
inmedia amen e supe io .
W – T a amien o é mico de solución y emple
Es a designación desc ibe un es ado ines able. Solamen e se aplica a aleaciones que madu an
espon áneamen e a empe a u a ambien e después del a amien o de solución y emple. Es a
designación sólo se especí ica cuando la du ación de la madu ación na u al queda indicada: po
ejemplo W1/2h.
T – T a amien o é mico de endu ecimien o es uc u al pa a ob ene es ados di e en es de los
F, O o H
Es a designación se aplica a los p oduc os a ados é micamen e, con o sin ac i ud suplemen a ia,
pa a alcanza un es ado es able. La T a siemp e seguida de una o a ias ci as que indican la
secuencia especí ica de los a amien os
Subdi isiones de los es ados T
El p ime dígi o después de la le a T si e pa a iden i ica la secuencia especi ica de a amien os
básicos. Se a ibuyen las ci as del 1 al 9 de la mane a siguien e:
T1 -En iamien o desde la con o mación en calien e y madu ación na u al has a la ob ención de
un es ado de a amien o p ác icamen e es able.
Es a designación se aplica a los p oduc os que no su en ac i ud después del en iamien o desde la
empe a u a de con o mación en calien e, o en los cuales el e ec o de la ac i ud asociada al aplanado o
al ende ezado no epe cu e en los lími es de ca ac e ís icas mecánicas.
T2 - En iamien o desde la con o mación en calien e, ac i ud y madu ación na u al has a la
ob ención de un es ado de a amien o p ác icamen e es able
Es a designación se aplica a los p oduc os que, después del en iamien o desde la empe a u a de
con o mación en calien e, eciben una ac i ud pa a mejo a su esis encia mecánica, o en los cuales el
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1 Aluminio 35
Po ejemplo, en la igu a 17 se p esen a una se ie de mic og a ías donde se mues a la e olución de la
mic oes uc u a de una aleación Al-10%Mg (0,1%Si, 0,25%Fe) endu ecida median e un p oceso de
p ecipi ación. En la igu a (a), que co esponde a la mic oes uc u a o iginal, se obse a la exis encia
de pequeñas agujas de Mg2Si y Mg2Al3en los lími es de g ano de ase α. En conco dancia con el
diag ama de equilib io de ases, la ase mayo i a ia es la ase α. El Mg2Si apa ece po la p esencia de
impu ezas de silicio. La igu a (b) co esponde a la mic oes uc u a an e io some ida a un p oceso de
solubilización a 430°C du an e 8 ho as y emplado en agua. Se puede e que la ase β(Mg2Al 3) se
ha disuel o p ác icamen e en la ma iz de ase α. Finalmen e, en la igu a c, que co esponde a
la mic oes uc u a (b) en ejecida a 250°C du an e 4 ho as, se obse a cómo ha enido luga la
p ecipi ación de la ase βen o ma de inos p ecipi ados a lo la go de la ma iz.
Fig. 1.16 Diag ama de equilib io bina io aluminio-magnesio
Fig. 1.17 P oceso de p ecipi ación de la ase
β
(Mg2Al3). (a) O iginal (b) Solubilización en ase
α
y emple (c) Recocido
(a) (b) (c)
+ Temple
T.Solubilización
(430°C y 8
ho as)
Reco ido
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36 Aleaciones lige as
Las impu ezas más usuales en es as aleaciones Al-Mg son el silicio y el hie o. El magnesio
come cialmen e pu o puede lle a has a un 0.5% de silicio, de al o ma que du an e la p ime a adición
de magnesio se p oduce la o mación del in e me álico Mg2Si, que apa ece en o ma de pequeñas
pa ículas de colo g is o azul. Las impu ezas de hie o ambién ienden a o ma in e me álicos del
ipo FeAl3. Po an o, en las aleaciones Al-Mg es usual encon a , además de las ases desc i as en el
diag ama de equilib io, es os in e me álicos comen ados an e io men e ( igu a 17).
El sodio es una impu eza que debe se e i ada en las aleaciones des inadas pa a o ja. En p oceso de
o ja en calien e el sodio p oduce una agilidad al o igina po os y g ie as. Pa a las aleaciones de
colada, a eces se añade pequeñas can idades de be ilio al caldo me álico (0.03 a 0.001%) con el in
de educi la oxidación del me al undido y el con enido de hid ógeno. En el caso de las aleaciones
des inadas pa a o ja, la adición de pequeñas can idades de be ilio ayuda a neu aliza el e ec o
agilizado que p oduce el sodio.
Las aleaciones Al-Mg se u ilizan p e e en emen e en piezas o namen ales, en la ab icación de la as,
u ensilios case os, pos es de alumb ado, en náu ica, anques c iogénicos y piezas de au omoción.
1.6.4 Aleaciones aluminio-cob e-silicio
Las aleaciones e na ias Al-Cu-Si suelen con ene en e un 2-5% de cob e y un 2-10% de silicio. No
obs an e, el po cen aje de elemen os suele a ia según las p opiedades deseadas. El cob e con ibuye
p incipalmen e al aumen o de esis encia mecánica, mien as que el silicio mejo a la colabilidad de la
aleación. Cuan o más complejo sea el p oceso de colada, mayo es el po cen aje de silicio necesa io
pa a la aleación.
Aleaciones hipe eu ec oides con con enidos de silicio mayo es del 12% se u ilizan pa a la indus ia de
la au omoción en la ab icación de piezas como, po ejemplo, pis ones de mo o es. Es o es debido a
que, pa a es as concen aciones de silicio, és e se encuen a dis ibuido en la ma iz en o ma de
c is ales de silicio pu o que con ie en una p opiedades ibológicas a la aleación excelen es. Es o se
puede comp oba en la igu a 18, donde se mues a la mic oes uc u a de una aleación Al-10%Cu-
12%Si. Se obse a la ase p ima ia de silicio jun amen e con el eu éc ico e na io α+ CuAl2+ Si.
Fig. 1.18 Mic og a ía óp ica de una aleación Al-10%Cu-12%Si. Se obse a la ase p ima ia
de silicio jun amen e con el eu éc ico e na io
α
+ CuAl2+ Si
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1 Aluminio 37
1.6.5 Aleaciones aluminio-manganeso
De acue do con el diag ama de equilib io Al-Mn de la igu a 17, el aluminio o ma un eu éc ico con
el in e me álico Mn Al6a la empe a u a de 685,5°C y a una composición del 2% en Mn. La
solubilidad del manganeso en la ma iz de aluminio puede llega has a 1,82% a la empe a u a del
eu éc ico y como se puede obse a en la g á ica, la solubilidad disminuye con la empe a u a. Po
ejemplo, a 600°C la solubilidad disminuye has a 0,95% y a 500°C llega al 0,35%.
El in e me álico MnAl6 iene un 25,34% en peso de manganeso y se p esen a con una es uc u a
c is alina o o ómbica. El manganeso es una impu eza usual en el aluminio pu o llegando a
concen aciones en e 5 y 500 ppm. El manganeso disminuye la esis i idad eléc ica y aumen a la
esis encia mecánica an o si es a en solución sólida como o mando in e me álicos.
La p esencia de manganeso aumen a la empe a u a de ec is alización y p e iene el c ecimien o de g ano.
En gene al, las aleaciones 3XX.X suelen es a aleados con manganeso has a una concen ación de
1,2% y ambién con adición de magnesio. Es e g upo de aleaciones se u iliza p incipalmen e pa a la
ab icación de con enedo es de bebidas, in e cambiado es é micos, e ige ado es de ai e, acei e y
equipo químicos. La p esencia de me ales como el hie o, c omo o me ales de ansición se ienen que
con ola , ya que, si no, puede p ecipi a in e me álicos du an e la colada. Po ejemplo, en las
aleaciones 3003 y 3004, el con enido en hie o y manganeso no deben supe a el 2 y el 1,7%
espec i amen e, pa a e i a la o mación de (Fe, Mn) Al6du an e el p oceso de colado.
1.7 Fo ja de aluminio
1.7.1 In oducción
Las aleaciones de aluminio pueden se o jadas en una g an a iedad de o mas y ipos de o jado. Se
u ilizan en aplicaciones más e inadas que las que se ob ienen po o ja en calien e de ace os aleados
Fig. 1.19 Diag ama de equilib io bina io aluminio-manganeso
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38 Aleaciones lige as
o al ca bono. Es o e leja las di e encias en el compo amien o de oxidación a al as empe a u as de
las aleaciones de aluminio du an e la o ja, los a ances en la ingenie ía de o ja del aluminio y el
mayo cos e de las aleaciones de aluminio en e a los ace os al ca bono.
— Capacidad de o ja
Compa adas con las aleaciones de base niquel-cobal o o las de i anio, las aleaciones de aluminio son
conside ablemen e más suscep ibles de o ja, pa icula men e median e equipos de p ocesos de o ja
con encionales, en los que las ma ices se calien an a una empe a u a de has a 540°C. Sin emba go,
exis en algunas aleaciones de aluminio como la 1100 o la 3003 cuya o jabilidad es muy supe io a la
habi ual, pe o que, a pesa de odo, ienen una aplicación limi ada en o ja debido a que no pueden se
endu ecidas median e un a amien o é mico.
— E ec o de la empe a u a
La capacidad de o jado de las aleaciones de aluminio se inc emen a con la empe a u a, a la ez que
hay una conside able a iación en el e ec o que és a iene según el ipo de aleación.
El ango de empe a u a de o jado pa a la mayo ía de las aleaciones es ela i amen e es echo,
no malmen e meno de 55°C, y pa a ninguna aleación supe a los 85°C. El ob ene y man ene una
empe a u a adecuada del me al en la o ja de las aleaciones de aluminio esul a un ac o c í ico.
— E ec o de la elocidad de de o mación
La o ja de aleaciones de aluminio se lle a a cabo en una g an a iedad de equipos. La elocidad de
de o mación aplicada al me al a ía conside ablemen e, desde muy ápida en equipos como ma illos
o p ensas mecánicas, a ela i amen e len a en equipos como p ensas hid áulicas, y cons i uye un
aspec o c í ico pa a la consecución de una o ja co ec a de una aleación dada.
La elección de una de e minada elocidad de de o mación en un p oceso de o ja conc e o y las
di e encias en las elocidades inhe en es a los dis in os ipos de maquina ia a ec an a los
eque imien os de p esión, la se e idad de la de o mación posible y, po supues o, a la geome ía o
so is icación de la pieza que se desea o ja .
— E ec o de la empe a u a de la ma iz
Al con a io que en la o ja de algunos ace os, en odos los p ocesos de o ja de aleaciones de
aluminio se calien a la ma iz con obje o de acili a el o jado.
La c i icidad de la empe a u a de la ma iz pa a la op imización del p oceso depende del ipo de
equipo que se emplee en la o ja, del ipo de aleación a o ja , y de la se e idad de la de o mación o
de lo complicada que sea la pieza o o ja. Pa a p ocesos de de o mación más len os, como es el caso
de o ja en p ensas hid áulicas, la empe a u a de la ma iz con ola la empe a u a del me al du an e
la de o mación; el p oceso es iso é mico, es deci , me al y ma iz se encuen an a la misma
empe a u a du an e la de o mación. En cambio, en los p ocesos de elocidad de de o mación más
ápidos, como los de ma illos o p ensas mecánicas, la empe a u a de la ma iz es meno .
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1 Aluminio 39
1.7.2 P ocesado de la o ja de alumnio
Las e apas comunes en la ab icación de cualquie o ja de aluminio incluyen la p epa ación del ma e ial
de o ja, p ecalen amien o del mismo, calen amien o de la ma iz, lub icación, el p oceso de o jado
p opiamen e dicho, el ebabado, con o mado y la epa ación, limpieza, a amien o é mico y e i icación.
1.7.2.1 P epa ación del ma e ial pa a la o ja
La o ja de aluminio se ealiza adicionalmen e sob e undición o laminado; p incipalmen e ba as
o jadas o laminadas, ba as ex uídas y discos. La selección de un ipo de ma e ial u o o se basa en
el ipo de p oceso de o ja, la o ma de la o ja, eque imien os en cuan o a p opiedades mecánicas y
cos e. El se ado o el cizallado son los mé odos más comúnmen e empleados pa a co a el ma e ial
de o ja en pequeñas longi udes suscep ibles de o ja . También se puede emplea el co e ab asi o,
pe o es más len o que el se ado. El p oblema de és e es que gene a unos ex emos a ilados o ebabas
que pueden p o oca la apa ición de de ec os en la o ja del ma e ial en ma iz ce ada. Po an o,
dichas i egula idades deben se e i adas median e una lijado a ( adiusing machine). En la
ac ualidad, és a a acoplada a las sie as, que además inco po an sis emas de con ol au omá icos que
pe mi en ob ene un p eciso con ol de la longi ud o el olumen de ma e ial de o ja, y po lo an o,
del peso. Las cizallas se emplean pa a o ja de piezas de g an olúmen.
1.7.2.2 P ecalen amien o del ma e ial
Como hemos dicho, la empe a u a del me al es un aspec o c í ico en la o ja de aluminio. Las
aleaciones de aluminio o man una capa de óxido muy enaz con el calen amien o. La o mación de
es e ecub imien o es au olimi an e, po lo que las aleaciones de aluminio no se descasca illan del
mismo modo que las de ace o. Sin emba go, la mayo ía de las aleaciones de aluminio son
suscep ibles de cap a hid ógeno du an e el calen amien o, y po an o, es e aspec o ambién
cons i uye un pun o c í ico que se debe con ola en el p oceso de o ja. Es e hid ógeno p ocede
p incipalmen e de apo de agua, como p oduc o de combus ión en los ho nos, y pa a limi a lo se
emplean de e minados ipos de ho nos, incluidos los que emplean a mós e as p o ec o as.
Como habíamos dicho, el con ol de la empe a u a del me al es muy impo an e, a causa de que
debemos mo e nos en un es echo ma gen de empe a u as pa a o ja . Debido a es o, los ho nos
lle an inco po ado algún ipo de con ol pi omé ico pa a man ene la empe a u a adecuada con una
a iación de unos 5°C. El iempo de calen amien o de las aleaciones de aluminio a ía dependiendo
del g oso del ma e ial a o ja y de la capacidad del ho no. Sin emba go, en gene al y debido a la
ele ada conduc i idad de las aleaciones de aluminio, los iempos necesa ios pa a el p ecalen amien o
son meno es que pa a o o ipo de o ja.
1.7.2.3 Calen amien o de la ma iz
La ma iz siemp e se calien a en la o ja de las aleaciones de aluminio a una empe a u a que a ía en
unción del ipo de equipo o maquina ia de o ja y ipo de aleación que se emplee. La de la o ja en
ma iz ce ada es la más c í ica.
Pa a las aleaciones de aluminio, se u ilizan sis emas de calen amien o emo os o bien sob e la ma iz
de la p ensa. Los p ime os suelen se de gas y calien an la ma iz len amen e an es de se inse ada en
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40 Aleaciones lige as
el equipo de o jado. Los segundos a ían dependiendo del ipo de equipo de o ja u ilizado, del
amaño de las ma ices, del p oceso y del ipo de o ja, y pueden se desde muy udimen a ios has a
de un impo an e ni el ecnológico, diseñados pa a man ene una ole ancia de empe a u a muy
es echa en la ma iz.
1.7.2.4 Lub icación
La lub icacion de la ma iz es uno de los elemen os c í icos pa a la ob ención de una o ja co ec a, y
es obje o de mayo a ención desde el pun o de is a de ingenie ía en cuan o a desa ollo an o de
lub ican es como de sis emas de aplicación de los mismos.
Los lub ican es empleados en o ja de aleaciones de aluminio debe án esponde a se e as
condiciones de se icio. Debe án se capaces de modi ica la supe icie de la ma iz pa a consegui
una educción de icción has a el ni el deseado sopo ando las ele adas empe a u as del me al y la
ma iz, así como las ue es p esiones sin que an o las supe icies de la ma iz ni la geome ía de la
o ja se ean a ec adas.
La composición del lub ican e a ía en unción del p oceso y el ipo de o ja, siendo el p incipal
elemen o ac i o el g a i o. Sin emba go, ambién se añaden o os componen es o gánicos e
ino gánicos a las suspensiones pa a consegui las p opiedades adecuadas.
1.7.2.5 P ocesos y maquina ia de o ja
La o ja de las aleaciones de aluminio se lle a a cabo median e odos los mé odos ac ualmen e
disponibles e incluso a eces se pueden combina a ios pa a ob ene la o ma de o ja deseada.
La selección del mé odo óp imo pa a ob ene una de e minada geome ía se basa en el ipo de diseño
de la pieza y en el cos e. Los mé odos son los siguien es:
1. Fo ja en ma iz abie a: Se emplea en la p oducción de un pequeño núme o de piezas no malmen e.
La can idad que jus i ica el empleo de la o ja en ma iz ce ada a ía conside ablemen e
dependiendo de la o ma y amaño de la o ja y de su aplicación.
2. Fo ja en ma iz ce ada: La mayo ía de la o ja de aluminio se ab ica en es e ipo de ma ices. Los
cua o ipos de o ja que se ob ienen median e es e sis ema son de p e o ma, con encional, de al a
de inición y de p ecisión. En ese o den, con cada uno de ellos se consigue una o ma y
dimensiones más pa ecidas a las inales, y un ma gen de ole ancias cada ez más es echo.
Incluso en la secuencia de ab icación del úl imo de ellos es posible combina la o ja con
mecanizado, haciendo innecesa io el mecanizado, po pa e del comp ado .
3. Fo ja po ecalado: Es e ipo de o ja se emplea no malmen e pa a la ab icación de piezas
ca ac e izadas po supe icies de e olución, como o nillos, ál ulas, odamien os, uedas
den adas y pis ones. Es e p oceso se emplea pa a ob ene di ec amen e la pieza deseada, o bien
puede se una ope ación p elimina pa a educi el núme o de imp esiones, el desgas e de la
ma iz, o pa a economiza ma e ial cuando los p oduc os an a se acabados en una ma iz de o ja
ce ada.
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1 Aluminio 41
4. Fo ja po laminación: Puede u iliza se bien como una ope ación p e ia como en el caso an e io ,
pa a op imiza el empleo de ma e ial, o bien pa a educi el núme o de ope aciones pos e io es en
la o ja de ma iz ce ada. En es e ipo de o ja, el me al se con o ma a su paso en e dos odillos
gi a o ios donde uno o los dos con ienen una es ampa.
5. Fo ja gi a o ia ( o a y o ging): Es una a ian e de las p ensas mecánica o hid áulica de ma iz
ce ada en donde una o odas las ma ices se hacen o a lle ando a una de o mación p og esi a
del ma e ial. Se emplea en p ocesos de o ja de aleaciones de aluminio en ío o en calien e pa a
gene a piezas con supe icies de e olución, p opo cionando una ajus ada ole ancia en la o ma
inal.
6. Fo ja de e olución (spin o ging): Es una écnica ela i amen e nue a que combina la o ja en
ma iz ce ada con o ja de e olución, manejada median e con ol numé ico pa a consegui
ole ancias muy ajus adas en cuan o a sime ía axial en piezas huecas, median e o ja en ío o en
calien e. Debido a que es e ipo de o ja es acabado en un mand il, la pa e in e na no necesi a
mecanizado pos e io , ya que se ob iene un con o no pe ec o. En cambio, la pa e ex e na puede
ab ica se con la o ma inal o eque i un pequeño mecanizado, ob eniéndose unas ole ancias
mucho meno es en cuan o a concen icidad que en las demás écnicas, y consiguiendo un aho o
de ma e ial.
7. Laminado de anillas: Es e ipo de o ja se emplea pa a ab ica o mas anula es de sección
cuad ada o edondeada suscep ibles o no de mecanizado. La de o mación aplicada gene a una
o ien ación de los g anos del ma e ial en di ección angencial o ci cun e encial. La en aja
económica de es e ipo de p oceso depende del olúmen, amaño y con o no de la o ja, siendo
más adecuado en algunas ocasiones la p oducción de los anillos median e mand ilado a o co ado
de anillos a pa i de secciones cilínd icas huecas.
8. Fo ja po mand il: Se emplea pa a gene a piezas de sime ía axial ela i amen e simples como
anillos o o mas cilínd icas el me al se con o ma p og esi amen e no malmen e en ma illos o
p ensas hid áulicas y acabado con mand il. En es e p oceso, el g oso de la p e o ma se a
educiendo poco a poco a cos a de un inc emen o p og esi o del diáme o de la pieza. Conociendo
el his o ial del ma e ial y median e el con ol del p oceso de o ja, es e ipo de piezas pueden
ab ica se con una o ien ación de g ano ci cun e encial o bien axial.
9. Ex usión in e sa: Es una a ian e de la o ja en ma iz ce ada y puede emplea se pa a la
ab icación de o mas huecas de sime ía axial. El nomb e del p oceso se debe a la di ección de
mo imien o del me al ela i o al de la p ensa. En la ex usión di ec a, el me al es ex uido,
no malmen e hacia abajo, en la misma di ección que el mo imien o de la p ensa. En cambio, en
es e caso el mo imien o ela i o de ambos es opues o.
La o ja de aleaciones de aluminio, se lle a a cabo en una amplia a iedad de equipos o maquina ia,
desde ma illos o p ensas has a maquina ia especializada. La elección de uno u o o equipo pa a una
de e minada o ma de o ja se basa en la capacidad del mismo, la geome ía o complicación que
p esen a la pieza, el ipo de p oceso y el cos e.
La maquina ia que se u iliza gene almen e engloba:
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42 Aleaciones lige as
— Ma illos, que se emplean en o ja de ma iz ce ada o abie a y que implican cos es de ab icación
ela i amen e bajos, a pesa de que el gas o ene gé ico es supe io al necesa io pa a la o ja de
ace o. La elocidad de de o mación que se consigue con es e ipo de máquina es muy ele ada, y
po lo an o se ha de con ola an o la longi ud del golpe como la ue za y elocidad del mismo
debido a la al a sensibilidad de las aleaciones de aluminio a la elocidad de de o mación y a su
na u aleza exó e mica an e ápidos p ocesos de de o mación. No malmen e los ma illos se
emplean en ope aciones p e ias a la o ja en ma iz ce ada u o o ipo de p ocesos.
— P ensas mecánicas y de husillo, que se emplean p incipalmen e en o ja en ma iz ce ada. Son las
más adecuadas pa a la p oducción de piezas de amaño mode ado, g an olumen de p oducción y
o ma ela i amen e simple de modo que no necesi e con o mado pos e io de o ja abie a. Es e
ipo de p ensas combinan el impac o con una acción de comp esión más compa ible con las
ca ac e ís icas de las aleaciones de aluminio que las de los ma illos. Las p ensas de husillo se
di e encian de las o as en que en és as se puede ene un con ol sob e la elocidad de
de o mación que nos pe mi i á mejo a el con ol sob e el ni el de de o mación de la aleación. Su
aplicación más des acada es en la ab icación de palas de u bina.
— P ensas hid áulicas; es e ipo de p ensas son más len as que las an e io es, sin emba go suelen se
más adecuadas que las o as pa a la p oducción de g andes se ies en o ja en ma iz ce ada o
piezas de geome ía complicada. El con ol que se iene sob e la de o mación del ma e ial en es e
ipo de p ensa es mayo que en cualquie a de los o os casos, lo que la hace especialmen e
ap opiada pa a la ab icación de o ja con encional, de al a de inición y de p ecisión ne a en la que
el con ol de la elocidad de de o mación minimiza la esis encia de la aleación a la de o mación,
educiendo los eque imien os de p esión y acili ando la ob ención de la o ma deseada.
1.7.2.6 Reco es, con o mado y epa ación
Todos ellos son p ocesos in e medios necesa ios pa a la ob ención de la o ma inal deseada y el
con ol del cos e.
El eco ado es necesa io pa a e i a la ebaba gene ada en el p oceso de o jado median e un eglado
en ío o en calien e o median e se ado, oquelado o mecanizado dependiendo del amaño, o ma y
olumen de la pieza ab icada.
El con o mado es un p oceso que a eces se combina con el o jado pa a consegui la o ma deseada
en la pieza. Se consigue g acias a p ensas mecánicas o hid áulicas o equipo especí ico de con o mado
que no malmen e se in eg a como una pa e más del equipo de o jado, con la p ensa de o ja.
La epa ación se lle a a cabo como un paso in e medio en e las e apas del o jado y se hace necesa ia
pa a elimina discon inuidades en la supe icie de la o ja gene adas en las e apas an e io es.
No malmen e es e ipo de modi icaciones se consigue median e esado manual, pulido, mecanizado
y/o écnicas de desbas ado.
1.7.2.7 Limpieza
La o ja de aleación de aluminio debe se limpiada an p on o como sea posible median e inme sión y
acla ado en dos soluciones de sosa caús ica y ácido ní ico a empe a u as de e minadas, después de
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1 Aluminio 43
su ab icación. El a amien o empleado es un a amien o es ánda que elimina el lub ican e dejando
la supe icie con un colo na u al de aluminio.
1.7.2.8 T a amien o é mico
Todas las aleaciones de aluminio de o ja, excep uando las se ies 1xxx, 3xxx, y 5xxx se calien an en
un a amien o de solución, se emplan y se some en a un en ejecimien o a i icial pa a consegui las
p opiedades mecánicas inales deseadas. Debido a la complejidad de la o ma de las o jas de
aluminio y a la a iación de sección de ese ipo de piezas, el p ocedimien o de emple esul a
pa icula men e c í ico pa a la ob ención de un esul ado uni o me en cuan o a p opiedades mecánicas
y minimización de la dis o sión. Po lo an o, además del con ol que se ha de lle a a cabo en el
a amien o de solución, empe a u a y iempo de en ejecimien o, las écnicas de emple ambién han
de se obje o necesa iamen e de p ocesos de con ol de empe a u a.
1.7.2.9 Ve i icación
La e i icación de la o ja se lle a a cabo en dos pasos, du an e la p opia o ja y al inal del p oceso.
La e i icación du an e el p oceso se aplica pa a de e mina si el p oduc o en ab icación sa is ace
unos eque imien os c í icos y pa a asegu a se de que el p oceso de o ja se es á ealizando
co ec amen e. La e i icación inal, incluyendo el es mecánico adecuado, se emplea pa a
comp oba que el p oduc o inal, es deci , la o ja, cumple odas las especi icaciones. Lo habi ual pa a
piezas o jadas de aleaciones de alumino es hace una comp obación dimensional, del a amien o
é mico y una e aluación no des uc i a pa a comp oba su acabado supe icial o su calidad in e na.
1.7.3 Ma e iales a anzados en la o ja de aluminio
Has a aho a solo hemos hablado de la ecnología de o ja basándonos en las aleaciones de o ja
come ciales. Sin emba go, exis en es impo an es g upos de ma e iales a anzados de aluminio
diseñados pa a mejo a la capacidad del aluminio en aplicaciones c í icas, sob e odo ae oespaciales.
Aleaciones aluminio-li io, que pe mi en una educción de peso impo an e en sus aplicaciones a la ez
que la adición de li io aumen a el lími e elás ico. Son más ca as que las aleaciones come ciales
no males, po lo que se suelen o ja median e p ocesos de al a de inición y p ecisión pa a op imiza
el empleo de ma e ial inicial y minimiza el mecanizado.
Aleaciones c eadas median e me alu gia de pol os p ealeados basada en una ápida solidi icación u
o o ipo de ecnología de pol os como aleado mecánico (endu ecimien o po dispe sión). Según la
composición den o de es e g upo, podemos encon a aleaciones de al a esis encia, pa a abajo a
ele adas empe a u as o esis en es a la co osión.
Ma e iales compues os de ma iz me álica discon inua de base aluminio que pueden se ab icados
po me alu gia de pol os o po me alu gia de lingo e, donde a la ma iz de aleación de aluminio se
añaden pa ículas ce ámicas como ca bu o de silicio o alúmina dis ibuidas de o ma discon inua. La
adición de es as pa ículas modi ica sus ancialmen e las p opiedades de la aleación, inc emen ando
su lími e elás ico, módulo dinámico, esis encia mecánica, esis encia a la ab asión; mejo ando su
compo amien o a ele adas empe a u as; educiendo su duc ilidad y enacidad de ac u a, y odo ello
sin a ec a signi ica i amen e a la esis encia a la co osión. Es e ipo de compues o puede se
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44 Aleaciones lige as
abajado median e cualquie écnica, incluidas o ja y ex usión. En el o jado, la adición de las
pa ículas mencionadas modi ica el compo amien o a la de o mación de las aleaciones e inc emen a
las ensiones de lujo.
1.8 Aleaciones de aluminio o jadas
Las aleaciones de aluminio pa a uso come cial se especi ican como p oduc os o jados y ma e iales
undidos. Los p oduc os o jados incluyen es ampaciones, ex usiones, placa, chapa, banda, ba a,
alamb e, ubo y papel (lámina), mien as que las undiciones pueden consegui se en o mas undidas
en a ena, a p esión y po g a edad. Las aleaciones pueden clasi ica se en las que se pueden a a
é micamen e y las que no; es deci , las que son suscep ibles de endu ecimien o po p ecipi ación y
las que no. Los p incipales elemen os de aleación añadidos al aluminio son cob e, magnesio,
manganeso, silicio, níquel, hie o y i anio.
1.8.1 In luencia de la con o mación po de o mación plás ica en el endu ecimien o
de las aleaciones de aluminio
Pa a las aleaciones de aluminio pa a o ja y laminación endu ecibles es de g an impo ancia p ác ica
la combinación de a amien os é micos, conducen es al endu ecimien o, con p ocesos de
con o mación en ío y en calien e. El p oceso de endu ecimien o es el mismo que el ealizado en las
aleaciones de aluminio undidas. La combinación de con o mación (en es ado ío o calien e) con
a amien os é micos se conoce con el nomb e de a amien o e momecánico. Los p ocesos de
con o mación en ío que suelen i acoplados a un a amien o de endu ecimien o, después del
en iamien o y an es del almacenaje pe o ambién, en algunos casos más a os después de un
a amien o cíclico de endu ecimien o, se p esen an ecuen emen e en la ab icación y abajo
pos e io de abajos semielabo ados. Es os a amien os mecánicos ealizados en la ab icación de
semielabo ados consis en en laminación en ío, es i ado en ío, o ja en ío en ma iz abie a,
es i ado y ende ezado, ( ealizado en máquinas endu ecedo as po laminación, p ensas pa a ende eza
e ins alaciones semejan es o a mano). Se ealizan con alguno de es os ines:
— Pa a da al p oduc o semielabo ado la o ma que in e ese pa a su aplicación en se icio. En
gene al, las o mas más habi uales son piezas pe ec amen e planas o bien con di e en es ángulos
que se pueden ob ene po p ocesos de doblado.
— Debido a los p ocesos de con o mación plás ica en ío, el ma e ial se endu ece po ac i ud. Es e
endu ecimien o p o oca el aumen o de la esis encia mecánica, de la du eza, del lími e elás ico
del ma e ial y p o oca a su ez una disminución en la plas icidad del ma e ial, educiendo su
duc ilidad. Es as p opiedades mecánicas se en a ec adas, en el mismo sen ido, con los
a amien os é micos de endu ecimien o po p ecipi ación. Asimismo, los p ocesos de
endu ecimien o po ac i ud a ec a án a la p opiedad de la conduc i idad eléc ica, haciendo al
aluminio o a sus aleaciones menos conduc o as a medida que la ac i ud in oducida es mayo .
— Pa a elimina , en pa e, las ensiones p opias que pod ían in lui en la es abilidad de la o ma y,
sob e odo, que pudie an ocasiona un alabeo pos e io en el mecanizado con a anque de i u a.
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1 Aluminio 51
Cuando se ealizan abajos de con o mación o soldadu a, se debe ene en cuen a que el in e alo de
empe a u a de 200 a 300°C se eco a ápidamen e, ya que una pe manencia mayo en es e in e alo
de empe a u as disminuye la capacidad de un nue o endu ecimien o.
El endu ecimien o é mico de AlZn4.5Mg1 se a o ece, al con a io que la AlMgSi1, median e un
almacenamien o p e io a la empe a u a ambien e, con espec o a los alo es esis en es máximos
alcanzables. O a ele ación de la esis encia a la acción y del lími e elás ico 0.2% se puede p o oca
po un almacenaje escalonado. Es e a amien o se ealiza en la aleación AlZn4.5Mg1, p ime a
empe a u a en e 90 y 100°C y luego, en e 145 y 155°C.
— Aleación de aluminio-zinc-magnesio-cob e. AlZnMgCu
Las aleaciones más impo an es de es e géne o son AlZnMgCu0.5 y AlZnMgCu1.5. Las empe a u as
del ecocido de disolución se hallan p e e en emen e en el campo en e 460 y 480°C. La sensibilidad
al en iamien o es mayo que en la AlZn4.5Mg1, a causa de los mayo es con enidos de aleación y
especialmen e de las adiciones de cob e y c omo. Pa a consegui un es ado de la es uc u a esis en e
a la co osión po g ie as bajo ensión y que al mismo iempo posea ele ados alo es esis en es, se
almacenan es as aleaciones p e e en emen e con calo o de modo escalonado. Pa a consegui ele ada
esis encia a la co osión po g ie as bajo ensión es p eciso que las aleaciones de AlZnMgCu es én
sob eendu ecidas. A la p ime a e apa de almacenaje a 105 o a 135°C espec i amen e le sigue una
segunda a empe a u a más ele ada, en e 160 y 190°C; independien emen e de los alo es pa a la
esis encia a la acción y el lími e elás ico, conseguidos después del almacenaje, se alcanzan después
de la segunda, a empe a u as más al as y as un e oceso inicial de la esis encia a la acción y el
lími e elás ico, casi los mismos alo es máximos de esis encia. Los iempos necesa ios pa a
consegui alo es máximos de esis encia disminuyen a medida que aumen an las empe a u as de
almacenaje.
1.9 Re e encias
1. ASM Hand Book, Fo me ly Ten h Edi ion, Me als Handbook Volume 2. P ope ies and Selec ion:
Non Fe ous Alloys and Special-Pu pose Ma e ial. ASM in e na ional E.E.U.U. (1990)
2. Ch is ian Va gel and C. C ussa d: El compo amien o del aluminio y sus aleciones. Edi o ial
U mo, S.A. de Ediciones. España. (1981)
3. F. King: Aluminium and i s alloys. Ellis Ho wood Se ies in Me als and associa ed Ma e ials.
(1987)
4. F.R. Mo al, E. Jimeno y P. Mole a: Me alu gia Gene al. Tomo II. Edi o ial Re e é S.A. España.
(1985)
5. R.E. Reed-Hill: P incipios de Me alu gia Física. Compañía Edi o ial Con inen al, S.A. Mexico.
(1980)
6. Hu nagel W.: Manual del Aluminio. Ed. Re e é, Ba celona (1992)
7. Smi hells C.J.: Me als Re e ence Book Bu e wo hs, London (1976)
8. Van Ho n K.R.: Aluminium Bd. 1 P ope ies, Physicall Me allu gy and Phase Diag ams,
Ame ican Socie y o Me als, Me als Pa k, Ohio (1967)
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52 Aleaciones lige as
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2 Ti anio 53
2 Ti anio
2.1 His o ia del i anio
El i anio es un elemen o que se puede encon a en cualquie pun o del uni e so. Ha sido de ec ado
en las es ellas, en el pol o in e es ela , en me eo i os y en la co eza de la Tie a.
El i anio es el no eno elemen o más abundan e en la co eza de la Tie a, con un 0,8 % en peso, si
bien no es an ecuen e su exis encia en concen aciones que hagan económicamen e iable su
ex acción. Es á p esen e en nume osas ocas ígneas y en los sedimen os de i ados de ellas, y ambién
en muchos silica os eemplazando al silicio. Los mine ales que mues an una mayo concen ación de
es e me al son el u ilo (TiO2) y la ilmeni a (FeO·TiO2), además de la ana asa y la b ooki a (ambas son
ambién TiO2).
El i anio ue descubie o po el sace do e y mine alogis a inglés William G ego en 1791, mien as
es udiaba unas a enas neg as p oceden es de la zona de Co nualles. En la ilmeni a p oceden e de es a
uen e halló el óxido de un nue o me al. En 1795, el alemán M. H. Klap o h edescub ió el mismo
elemen o en el u ilo, y le dio el nomb e de i anio, de i ado de la palab a la ina i ans.
En 1887 Nilson y Pe e sson ob u ie on una mues a impu a de i anio. A pesa de que se in en ó
ob ene es e me al en o ma pu a (99,9 %) du an e mucho iempo, no se consiguió una mues a pu a
de i anio has a el año 1910, cuando M. A. Hun e calen ó una mezcla de sodio y el compues o TiCl4
en una bomba de ace o, de o ma que edujo el clo u o y consiguió una mues a pu a de me al, si bien
en una can idad muy pequeña.
2.2 Ob ención del i anio
En 1937 el doc o Wilhelm K oll, en asociación con Siemens y Helske, desa olló un p oceso pa a la
ob ención de i anio consis en e en la educción del compues o e aclo u o de i anio con magnesio
molido, en una a mós e a de a gón pa a e i a la oxidación. Es e ue el p ime p oceso que pe mi ió la
ob ención de can idades ap eciables de i anio pu o, y se sigue u ilizando mayo i a iamen e en la
ac ualidad. El p oceso cons a de los siguien es pasos:
— Ob ención de e aclo u o de i anio po clo ación a 800°C, en p esencia de ca bón, median e la
eacción:
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54 Aleaciones lige as
TiO2+ 2Cl2+ 2C →TiCl4+ 2CO (2.1)
— Se pu i ica el e aclo u o de i anio median e des ilación accionada.
— Se educe el TiCl4con magnesio o sodio molido en una a mós e a ine e, con la eacción:
TiCl4+ 2Mg →Ti + 2MgCl2(2.2)
— El i anio o ma una esponja en la pa ed del eac o , la cual se pu i ica po lixi iación con ácido
clo híd ico diluido. El MgCl2se ecicla elec olí icamen e.
— Se compac a la esponja esul an e. Si se educe el TiCl4median e sodio en luga de magnesio, la
esponja esul an e es g anula , lo que acili a el p oceso de compac ación.
— Se unde la esponja en un ho no con un c isol de cob e e ige ado, median e un a co eléc ico de
elec odo consumible en una a mós e a ine e.
— Si se desea mejo a la pu eza y homogeneidad del lingo e, se epi e el paso an e io .
— Se ealiza un p ime p ocesado, en el cual los lingo es se con ie en en p oduc os gene ales de
alle .
— Se ealiza un segundo p ocesado, en el que se ob ienen las o mas acabadas de los p oduc os
ealizados.
O o mé odo, desa ollado con pos e io idad, se basa en la pu i icación del i anio median e
descomposición con yodo, pe o es poco usado indus ialmen e, y se usa básicamen e pa a la
p epa ación de i anio de muy al a pu eza pa a in es igación. El p oceso es el siguien e:
— El i anio c udo se hace eacciona con yodo en a mós e a ine e pa a o ma yodu o de i anio.
— El yodu o de i anio se descompone en la supe icie de un hilo de i anio calen ado, el cual ac úa
como núcleo pa a el c ecimien o de una ba a cilínd ica, compues a de c is ales de i anio de al a
pu eza.
La abla 2.1 mues a los di e en es g ados de pu eza del i anio si es ob enido median e el mé odo
K oll o el mé odo de o mación de yodu o.
Elemen o (%) Ti (yodo) Ti (K oll)
Mg 0.01 0.13
Si 0.01 0.05
Al 0.02 -
Fe 0.01 0.20
Ni 0.01 -
Co - 0.02
C 0.01 -
Mn 0.005 0.02
C 0.01 0.08
N 0.02 0.04
O 0.02 0.11
Tabla 2.1 Pu eza del i anio ob enido median e el mé odo del yodu o y el mé odo K oll
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2 Ti anio 55
O os mé odos come ciales exis en es son el p oceso basado en la educción po sodio, o p oceso
Hun e , el p oceso de educción di ec a del óxido y el p oceso elec olí ico.
A pesa del desa ollo del mé odo K oll, las posibilidades que o ece el i anio no ue on conocidas
has a 1943. En dicho año, du an e la II Gue a Mundial, la O icina de Minas alemana, al in es iga el
p oceso desa ollado po K oll, comenzó a en e e las po encialidades del i anio. En 1946, una ez
acabada la gue a, y con el D . K oll como miemb o de la dicha O icina de Minas, es e o ganismo
publicó el p ime g an in o me sob e el me al, i ulado Me allic Ti anium and i s alloys, en el que se
indicaban las in e esan es p opiedades y ca ac e ís icas de es e me al.
2.3 P opiedades del i anio
2.3.1 P opiedades ísicas
El i anio na u al es un elemen o común en la co eza e es e. Es un elemen o de ansición, como el
hie o, el níquel o el cobal o, con una es uc u a elec ónica:
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d2, 4s2
la cual es ca ac e ís ica de es e g upo de elemen os, con su capa dincomple a. Dicha es uc u a
elec ónica pe mi e que el i anio o me soluciones sólidas con muchos elemen os sus i ucionales, con
un ac o de amaño a ómico de has a un 20 %. Es o p opicia los a amien os é micos con
ans o mación pa cial.
Desde un p ime momen o ha sido clasi icado como me al lige o, a pesa de que su densidad es la
mi ad de la del hie o y es doble a la del aluminio, debido a su excelen e elación en e esis encia/
densidad. Las p opiedades ísicas del i anio se esumen en la abla 2.2.
En e sus p opiedades ísicas, es de des aca su al o pun o de usión, el cual indicó a los p ime os
in es igado es del i anio las posibilidades de uso de es e me al en condiciones de abajo a al as
empe a u as, como uselajes de a ión o álabes de u binas de gas. También son des acables su baja
capacidad é mica, compa able a la del ace o inoxidable, y sus bajos coe icien es de conduc i idad y
dila ación é mica.
Figu a 2.1 Es uc u as c is alinas HCP y BCC
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56 Aleaciones lige as
El i anio p esen a ans o mación alo ópica, la cual pe mi e que se puedan ealiza a amien os
é micos con ans o mación o al. A empe a u a ambien e, el i anio pu o p esen a una es uc u a
c is alina hexagonal compac a (HCP), llamada ase α. Po encima de los 882°C, dicha es uc u a
c is alina su e una ans o mación alo ópica, y se con ie e en una es uc u a cúbica cen ada en el
cue po (BCC), llamada ase β.
El i anio es un mal conduc o de la elec icidad. Es ein a eces peo conduc o que el cob e, y diez
eces peo conduc o que el aluminio. Debido a es o, el i anio no es usado en el anspo e de
elec icidad. (cabe ci a que la aleación Ti-Nb es usada en aplicaciones de supe conducción, debido a
sus excelen es p opiedades supe conduc o as a bajas empe a u as).
P opiedades Valo
Núme o a ómico 22
Peso a ómico 47.88
Volumen a ómico 10.6 W/D
Radio co alen e 1.32 Å
P ime po encial de ionización 6.83 eV
Valencia 2, 3, 4
Pun o de usión 1670 ± 5°C
Pun o de ebullición 3260°C
Es uc u a c is alina α(HCP) pa a T < 882°C
β(BCC) pa a T > 882°C
Pa áme os de ed c is alina α: c= 0.468 nm; a= 0.295 nm
β: a= 0.332 nm (a 900°C)
Tempe a u a de ansición α-β882 ± 2°C
Densidad ase α(20°C): 4.507 g/cm3
ase β(885°C): 4.35 g/cm3
Capacidad calo í ica 523 J/Kg.°C
Conduc i idad é mica 17 W/m°C
Coe icien e de expansión é mica (a 20°C) 8.41 x 10-6°C-1
Conduc i idad eléc ica 0.031 la del Cu
Resis i idad eléc ica 0.0026°C
Suscep ibilidad magné ica (K) 1.25 x 10-6
Tabla 2.2 P opiedades ísicas del i anio
Ma e ial Conduc i idad (%)
Cob e 100
Aluminio 30
Ace o inoxidable 3.5
Ti anio 3.1
Tabla 2.3 Conduc i idades de di e sos ma e iales ela i as a la del cob e
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2 Ti anio 57
Respec o a sus p opiedades magné icas, el i anio puede se clasi icado en e los ma e iales que son
pa amagné icos. Es o implica que el i anio es lige amen e a aído po una campo magné ico, ya que
su suscep ibilidad magné ica (K) es muy pequeña y posi i a.
2.3.2 P opiedades químicas
El i anio iene cinco isó opos, con pesos a ómicos comp endidos en e 46 y 50, odos ellos es ables.
El más abundan e es el Ti-48. Además se conocen cua o isó opos ines ables.
Como es ca ac e ís ico en los elemen os de ansición, el i anio p esen a una alencia a iable en e
el es ado bi alen e, i alen e y e a alen e. El mayo núme o de compues os se da con la alencia
e a alen e, pe o se pueden o ma compues os en cada uno de los es ados de alencia. El i anio
puede o ma soluciones sólidas y compues os, bien con enlace me álico, bien co alen e o bien
iónico.
El i anio me álico pu o es un me al blanco y lus oso, con una baja densidad. P esen a una excelen e
esis encia a la co osión, ya que sopo a el a aque de los ácidos ino gánicos, de la mayo ía de
o gánicos y del clo o húmedo. Sin emba go, eacciona muy ápidamen e con el oxígeno, el ni ógeno,
el hid ógeno y el ca bono. Su compo amien o químico es simila al del ci conio, ha nio y o io.
La eac i idad é mica del i anio depende ue emen e de la empe a u a. A al as empe a u as, la
eac i idad del i anio aumen a muchísimo. Es a p opiedad es especialmen e isible con la ex ema
eac i idad del i anio con el oxígeno y o os gases a al as empe a u as. Con g andes in e alos de iempo
y al as empe a u as (mayo es de 700°C), los gases llegan a di undi se en la ed c is alina del i anio.
El i anio me al se in lama a 1200°C, con una incandescencia muy b illan e. Es e enómeno se
ap o echa en bengalas y o os a e ac os pi o écnicos.
La g an eac i idad del i anio con el oxígeno o igina la ápida o mación de una capa supe icial de
óxido. Los óxidos o mados an desde el TiO has a el Ti7O12, cada uno de los cuales mues a una
g adación di e en e, y pa a capas delgadas, mues an una supe icie mul icolo eada. Es a capa de
óxido, si bien es muy delgada, ambién es sumamen e impe meable. De es a o ma el me al queda
p o egido po una capa ine e que lo p o ege de la co osión.
El i anio compa e es a ca ac e ís ica con el aluminio, si bien la p o ección que p opo ciona la capa
p o ec o a de óxido de i anio es muy supe io a la del óxido de aluminio, an o en e a la co osión
Peso a ómico P opo ción (%)
46 8.0
47 7.8
48 73.4
49 5.5
50 5.3
Tabla 2.4 Isó opos del i anio y abundancia ela i a
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58 Aleaciones lige as
como en e a oxidación. Es a no able p opiedad hace del i anio un excelen e ma e ial pa a su uso en
ambien es co osi os y en la indus ia química.
La esis encia a la co osión es excelen e en casi odos los medios usuales en la indus ia, incluidos el
clo o húmedo, el ácido ní ico, ácidos o gánicos, disoluciones de clo u os, sul a os, sul u os, e c. y
azu e undido. Asimismo, su esis encia a la co osión en ambien es ma inos sólo es supe ada po el
o o, el pla ino y la pla a. La unión con o os me ales no acele a la co osión, ya que pasa a se el
posi i o de cualquie pa gal ánico, a excepción de los que o ma con me ales nobles. Es o se debe a
su al o po encial elec oposi i o.
Es a excelen e esis encia a la co osión se e comp ome ida en ambien es que puedan disol e la
capa de óxido, po lo que puede su i co osión en ambien es educ o es, y ambién en p esencia de
iones luo u o o de clo o seco. En es os casos, es posible inhibi la co osión añadiendo agen es
oxidan es, iones me álicos, o bien, un poco de humedad al clo o.
En gene al, la eac i idad química del i anio no es pelig osa. A excepción de eacciones que
impliquen i anio molido o en pa ículas muy inas, o de la exposición a ácido ní ico humean es po
la go iempo, no hay eacciones explosi as o in lamables. Los compues os o mados no son óxicos.
A pesa de es o, como muchos o os ma e iales, el pol o de i anio en suspensión es explosi o, y la
acumulación de pa ículas inas a de e ozmen e si llega a la ignición. Es os uegos que in oluc en
pa ículas de i anio se han de a a del mismo modo que los incendios que a ec en al magnesio.
La biocompa ibilidad del i anio es excelen e. Su no oxicidad, su excelen e esis encia a la co osión,
su compa ibilidad con ejidos y hueso y el hecho de que no induce la o mación de un ejido ib oso a
su al ededo lo con ie en en un me al excelen e pa a su uso en p ó esis óseas, den ales y en o as
aplicaciones en auma ología.
2.3.3 P opiedades mecánicas
Las p opiedades mecánicas del i anio dependen de su pu eza. Pueden conside a se ep esen a i os
los alo es del i anio come cialmen e pu o g ado 1, dados en la abla 2.5.
La esis encia es baja, pe o puede ele a se a expensas de disminui su plas icidad (como en o os
me ales) disol iendo o os elemen os en la ed del i anio. También hay que ene en cuen a que
ambién es suscep ible de ecibi a amien os é micos con ans o mación o al o pa cial, y, cómo no,
la de endu ece se po ac i ud.
P opiedades Valo
Resis encia 240 MPa
Lími e elás ico 170 MPa
Ala gamien o 50 %
Du eza 70 HRB; 85 HV
Tabla 2.5 P opiedades del i anio g ado 1
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2 Ti anio 59
En el caso del i anio, su g an eac i idad, su a inidad po el oxígeno, ni ógeno, ca bono e hid ógeno,
y el hecho de que la solubilidad in e s icial de es os elemen os en el i anio es a ios ó denes de
magni ud mayo que en o os me ales, hace que como se mues a en la abla 2.6, la in luencia de es os
elemen os en las p opiedades mecánicas sea no able, como se mues a en la igu a 2.2.
Po es o se de inen a ios g ados de i anio come cialmen e pu o en unción del con enido de es os
elemen os (que con olan su esis encia y agilidad) y del hie o (que con ola su esis encia a la
co osión). Se de inen asimismo aleaciones ELI (Ex a Low In e s icials) con con enidos muy bajos
en elemen os in e s iciales, que ga an izan una buena plas icidad y una baja oxicidad (si su
u ilización es médica). P ueba de es a in luencia es la compa ación con los alo es an e io es de los
que se conside an ep esen a i os de un i anio de pu eza 99,0% (g ado 4), y un con enido más al o de
in e s iciales (0,4% de oxígeno), mos ados en la abla 2.7.
Me al Elemen o in e s icial
Oxígeno Ni ógeno Ca bono Hid ógeno
Ti anio 14,5 % 20 % 0,5 % 100 ppm
Hie o 1 ppm < 5 ppm 100 ppm <1 ppm
Aluminio <1 ppm < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm
Tabla 2.6 Solubilidades a empe a u a ambien e de elemen os in e s iciales en me ales
Fig. 2.2 In luencia del con enido en in e s iciales en la esis encia y duc ilidad del i anio
P opiedad Valo
Resis encia 550 MPa
Lími e elás ico 480 MPa
Ala gamien o 15 %
Tabla 2.7 P opiedades del i anio g ado 4
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60 Aleaciones lige as
La posibilidad de disol e elemen os in e s iciales y su in luencia en el compo amien o mecánico
iene una g an impo ancia en el compo amien o en di e sos p ocesos, obligando a ealiza en
a mós e a ine e o acío cualquie calen amien o. Asimismo, su disolución al e a en g an medida la
empe a u a de ans o mación alo ópica, po lo que puede o igina un cambio en la mic o-
es uc u a.
El compo amien o en calien e y a luencia es in e io al que pod ía espe a se de su empe a u a de
usión.
2.4 In oducción a las aleaciones de i anio
El i anio es el único me al lige o que p esen a dimo ismo, ya que en es ado pu o su es uc u a
compac a hexagonal (α) p esen a una ans o mación alo ópica en una es uc u a BCC (β) a la
empe a u a de 882°C. La es uc u a βes ines able a empe a u as meno es a 882°C, descomponiéndose
de nue o en la ase α.
Es a ans o mación posibili a la ealización de a amien os é micos con ans o mación o al en las
aleaciones de i anio, como en el caso del ace o, siendo el único me al lige o cuyas aleaciones
p esen an es a capacidad. Po o a pa e, es a ans o mación o ece la posibilidad de ob ene
aleaciones con mic oes uc u as de ipo α,βoα/β, dependiendo de los elemen os alean es que
es abilizan una u o a ase.
El i anio puede o ma soluciones sólidas y compues os, con enlace me álico, co alen e o iónico.
Según la capacidad de los alean es de es abiliza la ase αoβ, se de inen es ipos de aleaciones de
i anio: las aleaciones ipo α, aleaciones ipo α/βy aleaciones β. Las aleaciones ipo α/βse suelen
clasi ica a su ez en casi-α, cuando iene una es uc u a esencialmen e αa empe a u a ambien e, y
casi-β, cuando la es uc u a a empe a u a ambien e es p incipalmen e β.
La empe a u a mínima que pe mi e ob ene un 100% de ase βse llama empe a u a de β- ansus. El
pun o de β- ansus es c í ico pa a los p ocesos de de o mación y pa a los a amien os é micos.
2.4.1 E ec o de los alean es
El i anio se puede alea con di e en es ma e iales, que es abilizan una de las dos ases que p esen a
es e me al.
Los me ales que es abilizan la ase αson elemen os que inc emen an la empe a u a a la cual la ase α
es es able. En gene al, los elemen os con menos de 4 elec ones de alencia po á omo es abilizan la
ase αy se disuel en p e e en emen e en ella. El diag ama de equilib io del i anio con es os alean es
se mues a en la igu a 2.3. Los elemen os más impo an es que se compo an de es a mane a son el
aluminio, el oxígeno, el ca bono, y el ni ógeno. El aluminio iene una al a solubilidad en la ase αy
en la ase β, mien as que los o os elemen os son in e s iciales.
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2 Ti anio 67
el silicio pa a mejo a la esis encia a luencia, ya que se conoce que se seg ega y o ma siciliu os, los
cuales educen la mobilidad de las dislocaciones.
La aleación Ti-8Al-1Mo-1V, c eada en la misma época, es de meno densidad, más o jable y más
soldable, pe o p esen a una mayo endencia a o ma ase α2 as es a mucho iempo expues o a
al as empe a u as. La aleación Ti-6Al-2Sn-4Z -2Mo es un comp omiso en e las dos an e io es.
La mayo ía de aleaciones casi-αse o jan en la zona α+β, de o ma que g anos αp ima ios es án
p esen es en la mic oes uc u a, y se en ían en agua o en ai e según se desee mayo esis encia en ío
o a luencia. El a amien o é mico empleado es un e enido a una empe a u a en la que la aleación
p esen a igual p opo ción de ase αyβ.
Algunas composiciones, como la Ti-6Al-5Z -0.5Mo-0.25Si, han sido c eadas pa a pode se o jadas
y a adas en la zona de ase β. Es o o ece la en aja de acili a la de o mación debido a las ele adas
empe a u as de abajo y a la es uc u a BCC de la ase β. Además pe mi e la ob ención de una
mejo a en la esis encia a luencia, si bien el g ano ob enido es más bas o. La aleación an es ci ada
p esen a un buen compo amien o a luencia has a los 500°C. La aleación IMI 829, Ti-5.5Al-3.5Sn-
3Z -0.25Mo-1Nb-0.3Si, es á siendo es udiada como ma e ial pa a componen es de u binas de gas, ya
que p esen a una mejo esis encia a la oxidación y una buena esis encia a luencia has a los 580°C.
Recien emen e se ha desa ollado la aleación IMI 834, Ti-5.5Al-4Sn-4Z -0.3Mo-1Nb-0.5Si-0.06C,
de i ada de la an e io , que mejo a el compo amien o en ío y a la luencia median e el aumen o del
con enido en algunos elemen os, con lo que llega a los 600°C con buena esis encia a la luencia. Es o
ep esen a el lími e de las posibilidades de mejo a median e la adición de elemen os a la aleación.
Ac ualmen e, se abaja en mejo a el compo amien o de es as aleaciones median e el endu ecimien o
p o ocado po ases in e me álicas como el Ti3Al o el TiAl, y po ob ención de aleaciones o
compues os po écnicas de solidi icación ápida o pul ime alu gia.
2.6 Aleaciones α/β
2.6.1 Gene alidades
Las limi aciones que p esen an las aleaciones α, como su baja esis encia, baja o jabilidad y la
agilidad que p esen an si se in en a aumen a la esis encia, die on luga al es udio y desa ollo de
las aleaciones α/β. Ac ualmen e, es as son las aleaciones que p esen an una mayo demanda
come cial, especialmen e la aleación Ti-6Al-4V, que ep esen a más del 50% de las en as de
aleaciones de i anio.
Las aleaciones de sis ema α/βcon ienen uno o más α-es abilizado es o elemen os solubles en α, más
uno o más β-es abilizado es, has a una p opo ción del 4-6 %. Los β-es abilizado es pe mi en que
es as aleaciones e engan ase β(o bien ase α’) as un en iamien o ápido desde la zona βoα+β,
dependiendo la can idad de ase e enida de la p opo ción de elemen os β-es abilizan es p esen es y
del a amien o é mico empleado.
Los elemen os β-es abilizan es, además de pe mi i la e ención de ase β, p opo cionan un
endu ecimien o po solución sólida en la ase β, si bien es e e ec o no es muy acusado, como se
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68 Aleaciones lige as
mues a en la abla 2.9, que ambién indica la can idad mínima de es abilizan e βnecesa io pa a
ob ene una e ención comple a de la ase βa empe a u a ambien e.
Las p opiedades de esis encia de las aleaciones α/βcon β e enida pueden se mejo adas median e
e enido o madu ación, log ando un g an aumen o de la esis encia de un 30-50 % po medio de la
p ecipi ación de la ase β e enida en ase α/β. La mejo a en la esis encia es unción de la
emplabilidad y del olumen de ase β e enida. Po desg acia, pocas composiciones pueden aumen a
su esis encia en g uesas secciones, debido a la baja conduc i idad é mica del i anio, lo que impide
el en iamien o ápido de las zonas cen ales de las piezas g andes. En e las aleaciones a las que se
aplica es e a amien o des acan la aleación Ti-6Al-2Sn-4Z -6Mo y la aleación Ti-5Al-2Sn-2Z -4Mo-
4C .
En las aleaciones α/βque p esen an un diag ama ipo β-isomo o se pueden ob ene p opiedades
uni o mes, con aumen o en la esis encia y en secciones g andes, median e un en iamien o len o
desde la zona de ase βoα+β, p ocesos conocidos como
β
-annealed ymill-annealed
espec i amen e.
En el p ime caso, la ase α o ma placas de es uc u a Widmans ä en en una ma iz de ase β,
aunque la ase βpuede ans o ma se a su ez en la ase ma ensí ica α’. El amaño de las placas
depende de la elocidad de en iamien o.
En el segundo caso, el ecocido en la ase α+βsuele ealiza se a una empe a u a de 700°C, con lo
que además de log a un elajamien o de ensiones, con es e a amien o se ob iene una es uc u a de
g anos equiaxiales, compues a po g anos de ase αy po g anos de ase β ans o mada a una
es uc u a Widmans ä en. El amaño de g ano puede ajus a se median e una co ec a elección de los
ciclos de o jado y de ecocido, y la can idad de ase αp ima ia se ob iene median e la egla de la
palanca.
A eces se ealiza un segundo ecocido (dúplex) ya que pe mi e un mayo epa o de alean es en e
las ases αyβ, lo cual es posi i o pa a el p opósi o de es e a amien o, que es inc emen a la
es abilidad de las aleaciones pa a el se icio a al as empe a u as.
E ec o Elemen o
VC MnFeCoNiCuMo
Endu ecimien o po solución sólida
(MPa.%peso-1) 1921344648351427
Con enido mínimo de alean e pa a e ene
βen el emple 14,9 6,3 6,4 3,5 7 9 13 10
Tabla 2.9 E ec o de endu ecimien o debido a los elemen os
β
-es abilizado es
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2 Ti anio 69
Las aleaciones α/βse usan gene almen e en es ado annealed. Las p opiedades a ían dependiendo de
si el ma e ial se ha o jado en la zona βo en la zona α+β. Las aleaciones o jadas en la zona α+β
p esen a una mayo duc ilidad, mien as que las o jadas en la zona βson más enaces a ac u a y
p esen an una mayo esis encia a a iga.
Las aleaciones α/βcon un diag ama β-eu ec oide, al se en iadas len amen e desde la zona β, o man
una es uc u a αlamina , simila a la pe li a de los ace os. Es a es uc u a es ágil, po lo que no se
emplea come cialmen e.
2.6.2 En iamien o ápido desde la ase β
Se pueden ob ene un amplio abanico de p opiedades a pa i de un en iamien o ápido desde la zona
β, seguido de un e enido o madu ación a empe a u as ele adas a in de descompone la es uc u a
‘congelada’. Exis en a ios caminos de descomposición posibles:
— Las aleaciones α/βdiluidas descomponen la βen una (o a ias) de las es uc u as ma ensí icas
α’, α’’ o α’’’.
— Las aleaciones más concen adas p esen an una βme aes able.
La di isión queda ma cada po la empe a u a de Ms(inicio de ma ensi a). Las aleaciones que ienen
el pun o de Msa empe a u a in e io a la empe a u a ambien e man ienen la ase β e enida, mien as
que las aleaciones con Mspo encima de la empe a u a ambien e ans o man la ase β e enida en
ma ensi a más ase β.
La ma ensi a más común es la del ipo α’, la cual p esen a una es uc u a hexagonal. En aleaciones
diluidas o ma colonias de placas pa alelas, cuyos lími es consis en en pa edes de dislocaciones (a
eces, incluso las egiones in e nas es án ambién muy dislocadas). Las placas de ase αes án
sepa adas po inas capas de ase β e enida, en iquecida con elemen os β-es abilizado es. Al
aumen a la concen ación de β-es abilizado es, disminuye Ms, con lo que las colonias disminuyen su
amaño y pueden degene a en placas indi iduales o ien adas alea o iamen e.
La ma ensi a α’’ iene una es uc u a c is alina o o ómbica cen ada en la ca a, con maclas in e nas.
Su o mación es muy dependien e de la composición, po lo que no p esen a in e és come cial.
Fig. 2.6 P opagación de g ie a en una es uc u a Widmans ä en
← C ecimien o de g ie a
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70 Aleaciones lige as
O os dos ipos de ma ensi a, la α’’’ (o o ómbica) y una es uc u a cúbica cen ada en las ca as, han
sido de ec adas con mic oscopio elec ónico, si bien la segunda no ha podido se con i mada.
En el caso en que la empe a u a ambien e se si úe en e las empe a u as de Msy M , se o ma una
mic oes uc u a mix a, o mada po α’ o α’’ len icula jun o con β e enida. La ase β e enida puede
con ene una ina dispe sión de ase ω, de es uc u a BCC, la cual p esen a una o mación a é mica.
Las es uc u as ma ensí icas del i anio ans o man median e di e sas eacciones al se calen adas a
al a empe a u a. Las eacciones que se p oduzcan dependen an o de la es uc u a c is alina del
ma e ial como de la composición de la aleación.
En las aleaciones con un diag ama β-isomo o la ase α’ se descompone di ec amen e en ase αyβ,
o mándose és a como un ino p ecipi ado que nuclea he e ogéneamen e en los bo des de las placas
de ma ensi a y en subes uc u as in e nas como maclas. La esis encia puede aumen a
signi ica i amen e.
Fig. 2.7 Descomposición de la ase
β
a empe a u a in e io a
β
- ansus
Fig. 2.8 Esquema de la descomposición de la ase
α
’
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
2 Ti anio 71
El aleaciones con un diag ama β-eu ec oide, la ase α’ descompone en αy un compues o
in e me álico, si bien cuando la eacción eu ec oide es len a, la α’ se descompone en αy p ecipi ados
de β, mien as que el compues o no apa ece has a más a de.
La es uc u a ma ensí ica α’’ se descompone en dos mecanismos, según la empe a u a de Ms. Si
dicha empe a u a es al a, se descompone en αyβ as a ios pasos in e medios. Si Mses baja, se
descompone en ase β, la cual a su ez se descompone según di e sos mecanismos.
2.6.3 Descomposición de la ase βme aes able
La descomposición de la ase β e enida al en ia ápidamen e se p oduce al madu a la aleación a
empe a u as ele adas. Es gene almen e el ac o dominan e en el a amien o é mico de las
aleaciones α/βyβ, sob e odo cuando se desea ob ene una al a esis encia.
La ans o mación di ec a de βen αde equilib io se da sólo a al as empe a u as, p obablemen e po
la di icul ad de que la ase hexagonal compac a se nuclee en una ma iz BCC. Po an o, gene almen e
se p oduce la o mación de compues os in e medios, según las eacciones esumidas en la igu a 2.9.
Como ya se ha indicado, una ase denominada ωpuede o ma se en la ase βdu an e el en iamien o
ápido de algunas composiciones. Sin emba go, es más ecuen e que es a ase se o me como una
ina dispe sión de pa ículas cuando aleaciones que con ienen βme aes able son madu adas a
empe a u as en el ango de 100-500°C. Es a ase causa agilidad, po lo que es necesa io e i a su
o mación. Es o se puede consegui con olando adecuadamen e la empe a u a de madu ación, así
como a iando la composición de la aleación u ilizada, ya que cuan a mayo es la es abilidad de la
ase β, meno es la es abilidad de la ase ω.
Las aleaciones que p esen an un ele ado con enido en alean es β-es abilizado es pueden da luga a la
sepa ación de la ase βen dos ases BCC con di e en es composiciones, como se obse a en la igu a
2.10, denominadas β(ma iz) y β1, la cual apa ece en o ma de un p ecipi ado cohe en e y
uni o memen e dispe so.
La ase αpuede nuclea se di ec amen e al madu a aleaciones con ase βme aes able bajo cie as
condiciones. La ase αob enida puede p esen a se en o ma de g uesas placas de Widmans ä en
inme sas en una ma iz de ase β, an o en aleaciones bina ias diluidas madu adas po encima de la
empe a u a de o mación de ase β, como en aleaciones más complejas con can idades impo an es
Fig. 2.9 Esquema de la descomposición de la ase
β
me aes able
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
72 Aleaciones lige as
de aluminio. También puede o ma se como una ina dispe sión de αen una ma iz β, cuando
aleaciones con una al a concen ación de elemen os β-es abilizado es son madu adas po encima de la
empe a u a de seg egación de la ase β.
En el caso de mic oes uc u as β+ω, la ase αnuclea en el lími e de g ano cuando el encaje es bueno,
y en la in e az β-ωsi dicho encaje es holgado.
Pa a es uc u as β+β1, una madu ación du an e un la go in e alo p oduce la nucleación de ase α
den o de los g anos de ase β. Al inal, la dis ibución de ase αqueda de e minada po la
dis ibución de ase β1, y po an o p esen a un espaciado uni o me y ca ac e ís ico.
2.6.4 Tipos de aleaciones α/β
La aleación de i anio más usada come cialmen e es, p ecisamen e, una aleación α/β, la Ti-6Al-4V.
Gene almen e se emplea as un a amien o de ecocido, con una es uc u a mill-annealed.
En aplicaciones que equie an una mayo esis encia, se ealiza un a amien o de e enido en la zona
al a del diag ama α+β, seguido de un ápido en iamien o, y de una madu ación o ecocido a 700°C.
La es uc u a esul an e es una ma iz β ans o mada con g anos equiaxiales de ase αdis ibuidos en
ella. Es o pe mi e ob ene una esis encia a la ensión mayo de 960 MPa, con una buena esis encia a
la luencia has a los 380°C.
Pa a aplicaciones más especializadas, como pun ales de sopo e de a iones, o piezas de enes de
a e izaje, se han desa ollado o as aleaciones o jables α/β, con una mayo esis encia (un 30-40%
mayo ). Pa a log a es os obje i os, se ha hecho uso p incipalmen e del mayo po encial de
a amien o é mico y de la mayo p opo ción de ase β e enida. En e es as aleaciones des acan la
Ti-6Al-6V-2Z -0.7(Cu,Fe) [Ti-662], la Ti-6Al-2Sn-4Z -6Mo [Ti-6246], la aleación Ti-4Al-4Sn-4Mo-
Fig. 2.10 E ec o de los di e en es a amien os é micos
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2 Ti anio 73
0.5Si [IMI 551] y la Ti-5Al-2Sn-2Z -4Mo-4Z [Ti-17]. El a amien o é mico más común que se
aplica a es as aleaciones es el mismo que se aplica al Ti-6Al-4V, pe o aquí el p oceso de madu ación
pe mi e ans o ma la ase β e enida. Po o o lado, la enacidad a ac u a ob enida es mayo si las
aleaciones son en iadas po ez p ime a desde una empe a u a supe io a β- ansus, debido a la
es uc u a Widmans ä en en placas que se o ma.
Además de la ya mencionada Ti-6Al-4V, ambién son des acables o as aleaciones α/β. La aleación
Ti-5Al-2Sn-2Z -4Mo-4Z [Ti-17] ue desa ollada como ma e ial de uso pa a componen es de
u binas de gas. P esen a una mayo esis encia que el Ti-6Al-4V, así como una mayo esis encia a la
luencia a empe a u as in e medias. Además es una aleación muy o jable, y pe mi e un al o g ado de
endu ecimien o. Puede se a ada é micamen e median e un doble e enido más madu ación has a
ob ene alo es de lími e elás ico en e 1030-1170 MPa, man eniendo una al a duc ilidad.
La aleación Ti-7Al-4Mo es a able é micamen e, con un 10% más de esis encia a la acción que la
aleación Ti-6Al-4V, y con una mayo esis encia a luencia. El molibdeno que inco po a mejo a el
a amien o é mico y endu ece la ase βpo solución sólida. Se usa p incipalmen e como ma e ial
pa a ho nos.
La aleación Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si [Time al®62S] es un subs i u o p ác ico de o as aleaciones α/βpa a
aplicaciones que equie an un ma e ial con baja densidad y una al a esis encia a la co osión. El uso
de hie o en luga de o os alean es más ca os hacen que es a aleación sea más ba a a que las demás.
La aleación Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe [SP-700] es una aleación ica en ase β, diseñada pa a o ece
supe plas icidad a empe a u as del o den de 700°C. Además, pe mi e ealiza un buen a amien o
é mico, un buen es ampado en ío y un buen o jado en calien e. Se usa en piezas es ampadas en la
indus ia ae ospacial, así como en equipamien o de mon aña.
La aleación Ti-4.5Al-5Mo-1.5C [Co ona-5] es una aleación expe imen al, con un amplio espec o de
combinaciones esis encia/ enacidad a la ac u a, siemp e con una esis encia mayo que la del Ti-
6Al-4V, y puede llega a dobla su enacidad a ac u a si se ealiza el a amien o é mico ya
comen ado con la aleación Ti-662.
2.7 Aleaciones β
2.7.1 Gene alidades
Si se añaden su icien es alean es β-es abilizado es al i anio, se puede ob ene una es uc u a
o almen e βa empe a u a ambien e. Con al as concen aciones de es abilizan es βse puede ob ene
es a es uc u a incluso en iando al ai e. Den o de un cie o ango de con enido de es abilizan e β, la
ma iz de ase β e enida a empe a u a ambien e es me aes able, y si se calien a po un iempo a una
empe a u a un poco po debajo de β- ansus, se descompone en la ase α.
Es as ca ac e ís icas pe mi en que las aleaciones βde i anio engan una mayo enacidad a la ac u a
y pe mi an la es ampación en ío, debido a la es uc u a más blanda que p esen an espec o a las
aleaciones con es uc u a αy a la posibilidad de aumen a la esis encia median e madu ación. O a
en aja es la p esencia de un al o con enido de alean es, que p opo cionan un al o aumen o de du eza
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74 Aleaciones lige as
du an e la madu ación. Los incon enien es que p esen an son la posibilidad de seg egación debida a
la al a concen ación de β-es abilizado es y la ele ada densidad de algunas aleaciones, mayo es de 5
g/cm3. Además, las p ime as aleaciones de es e ipo p esen aban p oblemas de undido, p ocesado y
ep oducibilidad.
Recien emen e, se han desa ollado aleaciones βla o mulación de las cuales ha seguido las
siguien es di ec ices:
— Añadi elemen os que ienden a sup imi o limi a la o mación de ase ωdu an e el a amien o
é mico o soldadu a, median e la p omoción de nucleación de ase α, como el aluminio, el
ci conio o el zinc.
— Limi a la can idad de elemen os que ienden a es abiliza la ans o mación β-eu ec oide (p o oca
una mala espues a al a amien o é mico de endu ecimien o po madu ación) y a causa
agilidad po la o mación de compues os (po ejemplo, el c omo).
— P omo e la de o mación plás ica po deslizamien o, en luga de usa mecanismos que impliquen
una ans o mación a ma ensi a inducida po de o mación, ya que p esen an mejo es p opiedades
pa a la es ampación.
El a amien o é mico de es as aleaciones da luga a di e en es ases (α,ωy la ma iz β), las cuales
se mues an en la igu a 2.11. Además de dichas ases, se pueden o ma ambién compues os. La
mic oes uc u a inal depende de la composición de equilib io y de las ases de no equilib io, así
como del p ocesado e momecánico p e io su ido po el ma e ial.
La ase ω, si se o ma en g andes p opo ciones, puede da luga a ni eles muy bajos de duc ilidad,
seg egación de ases y o mación de compues os. Además, la de o mación de es as aleaciones puede
da luga a la o mación de ma ensi a inducida po ensión.
Las aleaciones βson p ocesadas gene almen e de o ma que la con e sión inal se si úe po debajo de
la empe a u a de β- ansus. Pos e io men e, se ealiza un e enido, ambién po debajo de la
empe a u a de β- ansus, seguido de un en iamien o ápido pa a e i a una excesi a o mación
de ase α. Como la de o mación y e enido po debajo de β- ansus no pe mi en un al o g ado de
Fig. 2.11 T a amien os é micos en aleaciones
β
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2 Ti anio 75
ec is alización, muchas dislocaciones pe manecen en los g anos, donde ac úan como nucleado es de
la ase α. La madu ación pos e io p ecipi a una ina ase αg acias a es os nucleado es. La ausencia
de bo de de g ano αpe mi e ob ene combinaciones mejo adas de esis encia, duc ilidad y enacidad
a la ac u a, sob e odo con al os ni eles de esis encia. Además, mejo a la esis encia a la co osión
inducida po ensión.
La pos e io mejo a de esis encia ob enida po la p ecipi ación de ase αse debe, no a una mayo
du eza de dicha ase, sino al hecho de que la in e az α-βes un obs áculo pa a las dislocaciones y
pa a la p opagación de g ie as.
Las aleaciones e enidas y en iadas ápidamen e pe mi en ob ene una excelen e es ampación. Al
madu a las has a ob ene una al a esis encia po p ecipi ación de ase α, su duc ilidad se educe un
poco, pe o combina en onces una buena esis encia con una acep able duc ilidad con una buena
enacidad a la ac u a. La enacidad a ac u a es a o ecida po la exis encia de ase αlen icula , y la
esis encia es a o ecida po la ase αglobula .
Las cu as ípicas de madu ación pa a una aleación β(β-III) se mues an en la igu a 2.12. A bajas
empe a u as la o mación de ase ωp oduce un aumen o de la du eza, pe o con una baja duc ilidad.
A al as empe a u as, se p ecipi a ase α, la cual p opo ciona duc ilidad, y se en iquece la ase β
ma iz, lo que aumen a la es abilidad de la aleación a al as empe a u as.
2.7.2 Tipos de aleaciones β
La p ime a aleación βcon aplicación indus ial ue la Ti-13V-11C -3Al [Ti13-11-13], empleada en el
uselaje del a ión espía SR-71. Es a aleación pe mi e se a ada con un e enido, en iada
Fig. 2.12 Cu as ípicas de madu ación
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76 Aleaciones lige as
ápidamen e, abajada en ío y madu ada a 480°C pa a ob ene esis encias a ensión del o den de
1300 MPa. Es e aumen o de esis encia se debe p incipalmen e a una combinación de endu ecimien o
po solución sólida de la ase βy de endu ecimien o po madu ación debido a la ase α inamen e
p ecipi ada en la ma iz de ase β. Como incon enien e, p esen a di icul ades de soldadu a debido a la
apa ición de ase ω, y puede p oduci se p ecipi ación del compues o TiC 2si es expues o la go
iempo a empe a u as supe io es a 200°C.
En e o as aleaciones βmás ecien es, des acan la Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al [Ti-8823], la Ti-15V-3Sn-
3C -3Al [Ti 15-3-3-3], la Ti-11.5Mo-6Z -4.5Sn [β-III]. Un al o g ado de esis encia puede se
ob enido en es as aleaciones median e el p oceso explicado pa a la aleación Ti13-11-13.
Un a amien o ípico pa a la aleación β-III es un e enido a 750-775°C, seguido de un ápido
en iamien o en agua o en ai e y una madu ación du an e 24 ho as a 475°C, pa a p ecipi a la ase α
en la ma iz β, a una empe a u a mayo de la empe a u a de o mación de la ase ω. Se han llegado a
ob ene alo es de esis encia del o den de 1400 MPa, jun o a enacidades de 54 MPa·m1/2.
2.8 P ocesos
Desde los p ime os usos del i anio y sus aleaciones, se cons a ó la g an dependencia que ienen sus
p opiedades de los p ocesos é micos, mecánicos y de cualquie o o ipo a que han sido some idas.
2.8.1 Moldeo
El moldeo de las aleaciones de i anio es á muy di icul ado po la g an a inidad del líquido con el
oxígeno, ni ógeno e hid ógeno, así como po la eac i idad con c isoles y moldes. La usión debe
ealiza se en acío y se u ilizan moldes de g a i o compac ado.
Las piezas moldeadas pueden p esen a los de ec os no males del p oceso y el especí ico de la al a
endencia a la seg egación de es as aleaciones. Si los elemen os seg egados son los in e s iciales, el
de e io o del compo amien o gene al, y mecánico en pa icula , puede se acusado.
2.8.2 Pul ime alu gia
La me alu gia de pol os aplicada a es as aleaciones educe has a un 50% los cos es de ab icación. Se
equie e pol o de su icien e pu eza y con bajo con enido en elemen os in e s iciales. El ob enido a
pa i de la esponja se comp ime con p esiones de 400 MPa has a densidades del 90%. El pol o
p ealeado es di ícil de p epa a po la al a eac i idad del i anio líquido con gases y e ac a ios;
puede u iliza se la a omización po cen i ugación en acío. La comp esión isos á ica en calien e
(HIP), u ilizada inicialmen e pa a elimina de ec os en piezas moldeadas, se le aplica hoy pa a
ob ene piezas sanas, sin e izadas a al a densidad, y se ealiza a empe a u as a las que exis e ed
cúbica (es habi ual 2 ho as a 900°C y a gón a 105 MPa). La ausencia de ex u a y aniso opía, así
como la mayo homogeneidad ob enida con es os p ocesos, son especialmen e ap eciadas en las
aleaciones de i anio.
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2 Ti anio 83
químicos con o os mé odos mecánicos. El g oso de la capa a e i a se ob iene gene almen e po
expe imen ación, ya que las condiciones a ían de un p oceso é mico a o o.
O o con aminan e pelig oso es el hid ógeno. Un al o con enido en hid ógeno puede p o oca una
agilización del i anio, po la o mación de hid u os. También p oduce una no able educción de la
ida a a iga.
2.10 Aplicaciones
Las aplicaciones ae ospaciales (incluyendo su uso an o en componen es es uc u ales como en los
mo o es a eacción) oda ía cons i uyen la mayo apo ación en el uso de las aleaciones de i anio. De
hecho, el i anio u o an o éxi o en su aplicación en la indus ia ae ospacial que el es o de o as
aplicaciones po enciales no ue on comple amen e explo adas. Es as o as aplicaciones se han
comenzado a explo a ecien emen e (úl imos ein e años), es ando algunas en e apas de desa ollo,
mien as que o as se es án usando o empezando a usa , consumiendo can idades impo an es de
me al. En e es as aplicaciones se encuen an:
1. Aplicaciones donde el i anio se usa po su al a esis encia a la co osión, ales como p ocesado
químico, la indus ia del papel, aplicaciones ma inas y p oducción y almacenaje de ene gía.
2. Aplicaciones biomédicas donde se ap o echa que el i anio es ine e den o del cue po humano,
usándose pa a la ab icación de implan es qui ú gicos y disposi i os p os é icos.
3. Aplicaciones especiales que explo an p opiedades especí icas como la supe conduc i idad (aleado
con niobio) y el e ec o de memo ia de o ma (aleado con níquel).
4. Á eas de nue a aplicación donde la al a esis encia especí ica del me al es impo an e, como po
ejemplo en la indus ia de la au omoción.
5. Aplicaciones de consumo desde las cáma as a la joye ía, los ins umen os musicales o el
equipamien o depo i o.
2.10.1 Ae onáu ica
Su al a esis encia especí ica, esis encia a la a iga y a la luencia, así como su al a enacidad a la
ac u a son ca ac e ís icas que hacen al i anio un ma e ial idóneo pa a la indus ia ae ospacial.
Con espec o a los componen es es uc u ales, la más emp ana aplicación del i anio ue en 1952,
pa a los de incendios del a ión come cial Douglas DC-7. Desde en onces el i anio se ha enido
u ilizando en componen es es uc u ales de a iones, desde el Boeing 707 y el a ión de
econocimien o supe sónico SR-71 Blackbi d has a los sa éli es espaciales y los misiles.
En lo que se e ie e a componen es de los mo o es a eacción, se ab ican discos de en ilación, álabes
y palas de u binas de i anio y sus aleaciones. La in es igación en el i anio es un aspec o muy
impo an e pa a pode inc emen a la e icacia de los mo o es, y su uso se espe a que sea posible en las
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84 Aleaciones lige as
secciones que abajan a al as empe a u as en los mo o es a eacción pa a consegui aumen a los
alo es de las mismas. Los compues os in e me álicos de i anio son o a clase de ma e iales que se
espe a que mejo en la elación empuje/peso en los mo o es a eacción. Asimismo, el uso de piezas de
p ecisión moldeadas con i anio, ales como cáma as de admisión y camisas de comp eso , es á
aumen ando.
2.10.2 Co osión
El i anio come cialmen e pu o es más u ilizado que las o as aleaciones de i anio cuando se equie e
una al a esis encia a la co osión, especialmen e en aquellos casos en los que no es necesa ia una al a
esis encia mecánica. Habi ualmen e la azón de la posible elección del i anio en una aplicación
donde se equie e al a esis encia a la co osión es de ipo económico.
Den o del campo de la indus ia del p oceso, el i anio es u ilizado pa a la cons ucción de bombas,
depósi os, eac o es químicos y columnas de accionamien o.
En aplicaciones ma inas, some idas al a aque de soluciones salinas, la aplicación de i anio incluye:
hélices y ejes de imón, cascos de cáma as de p esión subma ina, componen es de bo es sal a idas y
pla a o mas pe olí e as.
Den o del campo de la p oducción y almacenaje de ene gía, el i anio se es á aplicando a la
cons ucción de in e cambiado es de calo , condensado es y conducciones en cen ales que u ilizan
agua de ma como e ige an e. Una aplicación c í ica co esponde a la cons ucción del condensado
p incipal de las plan as nuclea es, el cual no debe ene ningún ipo de pé dida.
Dos aplicaciones ela i amen e no edosas de las aleaciones de i anio son en las unidades de
desul u ación de gases canalizados con el obje i o de elimina las emisiones de las cen ales é micas
de ca bón, y como bombonas con enedo as de esiduos adioac i os de baja in ensidad.
2.10.3 Biomedicina
La u ilidad del i anio como ma e ial biomédico adica en la al a de eacciones de echazo po pa e
de los ejidos del cue po humano, debida p incipalmen e a su al a esis encia a la co osión en el
medio isiológico.
El i anio y sus aleaciones es án siendo u ilizadas en la cons ucción de p ó esis a icula es, p ó esis
o ales y componen es pa a la ab icación de ál ulas ca díacas y componen es de ma capasos. En el
campo de la auma ología ambién se es á u ilizando en la elabo ación de cla os y placas de
os esín esis pa a la ecupe ación de ac u as óseas. Los implan es de i anio que se es án
especialmen e p epa ados con supe icies po osa o ugosas p omue en el c ecimien o del hueso sob e
es as supe icies, lo cual esul a en un aumen o de la ijación y una mejo a en la espues a del
implan e a la go plazo.
O a aplicación, den o del campo biomédico, es la u ilización de ma e iales con memo ia de o ma
pa a la cons ucción de clips o alamb es de o odoncia, con el obje o de p esiona sob e las zonas a
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2 Ti anio 85
a a . Es as aleaciones con memo ia de o ma (a base de i anio y níquel) ambién es án siendo
u ilizadas en la elabo ación de edes ubula es que se expanden al se in oducidas en las enas y
a e ias en el momen o en que son calen adas po el o ganismo, con el p opósi o de ab i y ensancha
las ci adas enas y a e ias.
2.10.4 O as aplicaciones
Las p opiedades especí icas del i anio lo hacen un ma e ial a ac i o pa a los diseñado es de una g an
a iedad de indus ias. El i anio oda ía es ela i amen e ca o cuando se compa a con el ace o o el
aluminio, pe o el aumen o de su uso den o de los campos comen ados has a aho a hace que se pueda
espe a una disminución en los cos es de p oducción, esul ando en un c ecimien o aún mayo en la
di e sidad de sus aplicaciones. Así pues, hay o os campos en los que el i anio y sus aleaciones se
comienzan a aplica . Hoy en día se hace de o ma pun ual, aunque se espe a un amplio desa ollo de
su aplicación:
1. Den o del campo de la au omoción, el i anio se u iliza en al a compe ición pa a la cons ucción
de elemen os de mo o , sis emas de ansmisión y suspensión. También hay emp esas que es án
con emplando la posibilidad de inclui ál ulas y muelles de suspensión en modelos de u ismos.
En cualquie caso, el desa ollo de la educción de cos es y de a amien os supe iciales pa a
aumen a la du abilidad del i anio es esencial pa a inc emen a el uso de i anio en la au omoción.
2. Den o del campo de la a qui ec u a, los a qui ec os japoneses han u ilizado el i anio como
ma e ial de cons ucción du an e algún iempo. Un ejemplo es el echo del acua io municipal de
Kobe, en el cual se usa on ap oximadamen e 11000 Kg. de i anio. Aunque es más cos oso que el
ace o inoxidable, el i anio se conside a económicamen e en able en es uc u as le an adas en los
ópicos y o as á eas que es án expues as a ien os cálidos y muy ue es.
3. Su aplicación como bienes de consumo en la joye ía, el depo e, e c. cada ez es á más ex endida.
2.11 Re e encias
11. Abkowi z, Bu eke e al. Ti anium in indus y. D. Van Nos and. New Yo k, 1955.
12. Annual Book o ASM S anda ds, ol. 13. Ame ican Socie y o Me als. Eas on, EEUU, 1994.
13. Cigada, Cab ini, Pede e i. Inc easing he Co osion Resis ance o he Ti-6Al-4V Alloy by High
Thickness Anodic Oxida ion. Ma . in Medicine. 3 (1992) 408-412.
14. Donachie, M. Ti anium, A Technical Guide. Ame ican Socie y o Me als. Ohio. 1988.
15. F oes, Bombe ge . The Be a Ti anium Alloys. Jou nal o Me als, July 1985.
16. Gil, Fe nández e al. Endu ecimien o supe icial median e a amien os é micos de la aleación
Ti-6Al-4V pa a implan es qui ú gicos. Biomecánica. Ba celona. pag 51, ol 2, 1993.
17. Gil, Planell. Aplicaciones biomecánicas del i anio y sus aleaciones. Ba celona. 1991.
18. Gilbe . Hea ea ing o Ti anium and Ti anium Alloys. Ma Sci Re , 1992.
19. Hammond, Nu ing. The physical me allu gy o supe alloys and i anium alloys. Ma Sci. pag
474, oc . 1987.
10. Kossowsky, R. Su ace modi ica ion enginee ing ( ol. 1). Boca Ra on (EEUU), 1984.
11. Ma e ial P ope ies Handbook. Ti anium alloys. Ame ican Socie y o Me als. Ohio. 1994.
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
86 Aleaciones lige as
12. Polmea , I.J. Ligh Alloys. Me allu gy o he Ligh Me als. De. A nold. London. 1981.
13. Qiu, Con ad e al. Plasma Sou ce Ni ogen Ion Implan a ion o Ti-6Al-4V. Me . T ans. pag. 1663,
ol 21A, 1990.
14. Van Noo , R. Ti anium: he implan ma e ial o oday. Jou nal o Ma . Science. pag. 3801, ol
22. 1987.
15. Wea and F ac u e P e en ion. Ame ican Socie y o Me als. Ohio. 1981.
16. Ta ín, P. Ti anio y sus aleaciones. Uni e sidad Poli écnica de Mad id. Mad id, 2000.
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
3 Magnesio 87
3 Magnesio
3.1 His o ia del magnesio
El magnesio es un me al del que hay ese as na u ales conside ables y que en la co eza e es e
ocupa el oc a o luga dec ecien e en abundancia (2,2 %), mien as que ep esen a el 0,13 % del agua
del ma (1,3 kg/m3), lo cual le hace un me al p ác icamen e inago able.
Se encuen a en dis in os mine ales e es es (dolomi a, magnesi a, b uci a,…), siendo la dolomi a
(MgCO3.CaCO3) la más abundan e y la magnesi a o giobe i a (MgCO3) la más in e esan e, ya que se
explo a, p incipalmen e, pa a la ab icación de e ac a ios indus iales. Po su pa e, el clo u o
(MgCl2) se encuen a en el mine al no u ilizado ca nali a (MgCl2.KCl.6H2O) y, mayo i a iamen e, en
el agua ma ina, de la que se puede ex ae el me al a g an escala.
El magnesio ue aislado po p ime a ez en 1808 po Humph ey Da ey. El mé odo que u ilizó ue la
elec ólisis en la pila de Vol a a pa i de una mezcla pas osa de magnesia y sul u o de me cu io. Es a
pas a, después de la e apo ación del me cu io, pasa a una amalgama que deja al me cu io en o ma de
pol o.
Vein e años más a de, Bussy es capaz de p epa a MgCl2anhid o po acción del ca bón y del clo o
sob e el MgO po educción con po asio en o ma de apo . Poco después (1830) Liebig,
ap o echando y ampliando los esul ados de Bussy, ob iene g amos pu os del me al y de e mina
algunas de sus p opiedades.
La ex acción del magnesio po elec ólisis a pa i del MgCl2 undido ue descubie a po Bunsen en
1852, y en 1862 se inicia en Ingla e a la p oducción de magnesio a pequeña escala indus ial po el
mé odo de Sain -Clai e De ille, que consis e en la educción con sodio del MgCl2anhid o.
La p oducción indus ial comenzó en Alemania en 1886, pe o sólo había alcanzado las 10 oneladas
en el mundo en e o en el 1900. Es a aumen ó a 350 oneladas en 1915 y después dio un sal o has a las
3000 oneladas hacia inales de la P ime a Gue a Mundial, cayendo sólo 350 oneladas hacia 1920.
La p oducción en 1939 ue 32000 oneladas y, debido al ímpe u de la Segunda Gue a Mundial,
ol ió a c ece has a diez eces, pa a no ol e a cae has a inales de la década de los 40. La
p oducción media du an e los úl imo años ha sido ce cana a las 250000 oneladas/año.
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88 Aleaciones lige as
3.2 Ob ención y e ino del magnesio
3.2.1 Ob ención del magnesio
Pa a la ex acción del magnesio se u ilizan dis in os mé odos basados en dos p ocedimien os
gene ales (Fig. 3.1), la elec ólisis ígnea del MgCl2anhid o undido (que ep esen a el 80 % de lo
ob enido) y la educción é mica del MgO.
Con espec o a la ex acción po elec ólisis ígnea, se puede dis ingui la elec ólisis del MgO disuel o
en un luo u o y el mé odo de elec ólisis del MgCl2 undido; y es e úl imo a su ez se dis ingue en
unción del mé odo u ilizado pa a ob ene el MgCl2anhid o; mien as que pa a el p ocedimien o de
educción é mica, podemos dis ingui en unción de la na u aleza del educ o : educción po
ca bono, po silicio y po CaC2.
El mé odo de ob ención po medio de la elec ólisis ígnea del MgO disuel o en un luo u o es un
mé odo ac ualmen e poco u ilizado, que se undamen a en una ans o mación del mé odo clásico
empleado pa a el aluminio, y que consis e en que la magnesia se disuel e en un baño de luo u os
ajus ando su densidad y su pun o de usión. Pa a el magnesio la ma cha de la cuba de elec ólisis y el
ajus e de en e enimien o del baño son más di íciles que pa a el aluminio, debido a que el magnesio se
al e a más ácilmen e, lo ando undido encima del elec oli o.
En cambio el mé odo de ob ención po elec ólisis del MgCl2anhid o undido es el más empleado,
ep esen ando el 80 % del o al de la ob ención mundial. La di icul ad del mé odo eside en la
p epa ación del MgCl2anhid o, ya que, mien as que es ela i amen e ácil ob ene MgCl2.6H2O, la
eliminación o al del agua de c is alización es muy complicada. Po es o, las di e encias en e los
dis in os p ocedimien os den o de es e mismo mé odo se undamen an en como ob ene el MgCl2
anhid o.
Los cua o p ime os moles de agua son áciles de e apo a po calen amien o en ai e has a ob ene el
dihid a o (MgCl2.H2O), pe o la deshid a ación llega a un equilib io a pa i del cual esul a
con ap oducen e con inua calen ando, ya que se lle a a la ob ención de óxidos y oxiclo u os
indeseables.
Fig. 3.1 Rep esen ación esquemá ica de los mé odos de ex acción pa a el magnesio
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3 Magnesio 89
Un p ime mé odo pa a e mina de deshid a a consis e en añadi pequeñas can idades de clo o
pa cialmen e deshid a ado di ec amen e sob e una mezcla líquida de magnesio, sodio y clo u os de
calcio con enida en la célula de elec ólisis. O o mé odo consis e en el calen amien o del baño en una
a mós e a de HCl seco. Y una úl ima ap oximación consis e en u iliza una semilla de ca nali a
deshid a ada que al se in oducida en la celda se educe ácilmen e a la o ma anhid a.
En la educción del MgO po acción del ca bono la eacción que con ola el p oceso es:
MgO + C ↔Mg ↑+ CO
Es a eacción en el equilib io se comple a hacia la de echa a empe a u as in e io es a los 2000°C,
ep esen ando un asgo ca ac e ís ico de la misma que el magnesio a empe a u as supe io es a los
1200°C es gaseoso, con una ele ada p esión de apo .
El p oceso de educción se lle a a cabo en un ho no de a co eléc ico cuyos elec odos son de
ca bono, apo ando de es a mane a el elemen o educ o . Los apo es de magnesio ob enidos son
a as ados y e ige ados a al a elocidad po gas hid ógeno, con el p opósi o de impedi la in e sión
de la eacción. Al en ia se, el magnesio se deposi a en o ma de pol o en un condensado . El pol o
ob enido se a as a has a su e acuación del condensado po medio de un ex ac o de ca acol.
En el caso de la educción del óxido de magnesio po medio del silicio, que es el más u ilizado de los
mé odos de ob ención po educción del MgO, se u ilizan ho nos de acío y se pa e de dolomi a
calcinada y un e osilicio pa a que se lle e a cabo la eacción de educción:
2 (MgO, CaO) + Si →2 CaO, SiO2+ 2 Mg ↑
En es e caso no se llega al equilib io de la eacción. Se puede condensa el me al, a pa i del
magnesio ola ilizado, en o ma compac a y no es necesa io el uso de hid ógeno como en la
educción po ca bono, ya que la empe a u a de educción es meno (1200-1400°C).
El más ecien e de los mé odos po educción po silicio es conocido como Magné he m y se
di e encia en que p oduce una esco ia undida que puede se e i ada sin necesidad de ompe el
acío. El ho no eléc ico se calien a in e namen e y se u iliza la alúmina como unden e pa a
disminui la empe a u a de usión de la esco ia.
Finalmen e, en el caso de la educción del MgO median e CaC2, la eacción de educción que ige el
p oceso es:
MgO + CaC2→Mg ↑+ CaO + 2C
En es e caso an o el óxido como el clo u o como el sul a o de magnesio se pueden educi po acción
del CaC2en e 1200-1600°C y, si se añade una pequeña can idad de luo u o o clo u o de calcio, la
eacción se acele a. El me al se desp ende en o ma de apo y el esiduo queda sólido, pudiéndose
inalmen e ob ene el me al condensado en una masa compac a. En es e caso ambién se puede
u iliza la dolomi a como mine al de pa ida, además del MgO.
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90 Aleaciones lige as
3.2.2 Re ino del magnesio
Cuando se pa e de cha a as con aminadas es posible ealiza un e ino del magnesio. En es os
p ocesos se pueden elimina an o elemen os me álicos como no me álicos que con aminan a las
cha a as. Asimismo se puede e ina el magnesio p oceden e de la educción con el obje i o de
ob ene lo en es ado de al a pu eza.
Pa a elimina los elemen os no me álicos (inclusiones de óxidos y sales, compues os ipo ni u o y el
hid ógeno) se puede ealiza un a amien o median e unden es de a ino, ales como MgCl267 % -
MgF233% (anhid os) y B2Oj15 %, BjOjNaj85 % ( undido) que elimina á los clo u os, los ni u os y
óxidos pe judiciales. También se puede lle a a cabo un a amien o po ba bo eo de clo o, lo que
elimina á el hid ógeno al y como se hace pa a el aluminio (Fig. 3.2) o una adición de Z , lo cual
impide de o ma o almen e e icaz el desp endimien o ul e io del hid ógeno en el momen o de la
solidi icación.
La eliminación de los elemen os se lle a a cabo median e dis in os a amien os que se basan en
cie os casos (hie o, aluminio, silicio) en que es posible engloba cie as impu ezas en los
compues os insolubles y ya solidi icados a una empe a u a que pe mi e oda ía cola el magnesio. En
o os casos (calcio) el a amien o se basa en que es e me al eacciona con el MgCl2, y en o os
(alcalinos), en que se oxidan p e e en emen e con el ai e en la supe icie del baño undido.
Finalmen e, la pu i icación pa a ob ene me al de al a pu eza se ealiza median e doble elec ólisis,
median e sublimación en acío (Fig. 3.3) o en labo a o io median e el mé odo de la zona undida,
como pa a o os me ales.
3.3 P opiedades del magnesio
3.3.1 P opiedades ísicas
El magnesio es un elemen o alcalino é eo, como el be ilio o el calcio, cuya con igu ación elec ónica es:
Fig. 3.2 Solubilidad del hid ógeno en el magnesio
en unción de la empe a u a
Fig. 3.3 Disposi i o pa a la pu i icación
del magnesio median e sublimación en acío
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3 Magnesio 91
1s2, 2s2, 2p6, 3s2
Es a es uc u a es ca ac e ís ica de es e g upo de elemen os, con la endencia a pe de los dos
elec ones del e ce ni el y así consegui la es uc u a elec ónica del gas noble neón. Dicha
es uc u a elec ónica, unida al amaño del á omo, implica que el magnesio pueda o ma soluciones
sólidas con una g an can idad de elemen os.
El magnesio iene es isó opos na u ales (Masa a ómica = 24, 25 y 26) y 2 a i iciales adioac i os
(Masa a ómica = 23 y 27).
Es á clasi icado como un me al lige o, siendo de hecho más de cua o eces menos denso que el ace o,
más de dos que el i anio e incluso casi la mi ad que el aluminio. Ello, unido a sus p opiedades
mecánicas, lo hacen el segundo con mayo alo de esis encia especí ica, sólo supe ado po el be ilio.
Su colo en es ado pu o es blanco pla eado y b illan e. En la abla 3.1 se esumen las p opiedades
ísicas el magnesio.
P opiedad Valo
Núme o a ómico 12
Peso a ómico 24,312
Es uc u a c is alina Hexagonal compac a (25°C)
Pa áme os de ed a = 3,21 Å; c = 5,21 Å (25°C)
c/a = 1,624
Dis ancia in e a ómica mínima 0,3196 nm
Densidad 1,738 g/cm3(20°C), sólido
1,65 g/cm3(650°C), sólido
1,58 g/cm3(650°C), líquido
Comp esión en en iamien o, 650 →20°C 5 %
Pun o de usión 650°C
Pun o de ebullición 1107 ± 10°C
Calo especí ico 1,025 kJ/kg.K (20°C)
Calo la en e de usión 360 – 377 kJ/kg
Calo la en e de sublimación 6113 – 6238 kJ/kg (25°C)
Calo la en e de apo ización 5150 – 5400 kJ/kg
Conduc i idad é mica 418 W/m.K (20°C)
Calo de combus ión 24900 – 25200 kJ/kg
Conduc i idad eléc ica 38,6 % IACS
Resis i idad eléc ica 44,5 nΩ(Polic is alino a 20°C)
Suscep ibilidad magné ica 0,00627 – 0,00632 mks
Pe meabilidad magné ica 1,000012
Re lec i idad 72 % a λ= 0,5 µm
74 % a λ= 1,0 µm
80 % a λ= 3,0 µm
93 % a λ= 9,0 µm
Emisi idad 0,07 (22°C)
Sección e icaz de abso ción 0,063 b (neu ones é micos)
Tabla 3.1 P opiedades ísicas del magnesio
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92 Aleaciones lige as
3.3.2 P opiedades químicas
El magnesio p ima io iene una pu eza mínima del 99,8 % y consigue su especi icación de ini i a al
limi a la can idad de cie as impu ezas. Es a pu eza es su icien e pa a la mayo ía de usos químicos y
me alú gicos.
La mayo ía del magnesio que se ende es á p oducido elec olí icamen e como magnesio p ima io.
Pa a aplicaciones que equie en un mínimo especí ico de impu ezas, hay disponibles di e en es
g ados de magnesio elec olí ico (Tabla 3.2).
El magnesio con pequeñas can idades de aluminio, manganeso, ie as a as, o io, zinc o ci conio
pe mi e la ob ención de aleaciones con al os a ios de esis encia mecánica/peso an o a empe a u a
ambien e como a al a empe a u a.
El magnesio es un elemen o químico ac i o y eacciona con la mayo ía de los agen es oxidan es más
comunes. Un g an núme o de me ales se p epa a po educción é mica con magnesio. Ejemplos de
es os me ales se ían: o io, i anio, u anio y ci conio. Como ca alizado , el i anio es ú il pa a p o oca
eacciones de condensación o gánica, educción, adición, y deshalogenización. Es ú il pa a la sín esis
de compues os o gánicos complejos y especiales a a és del p oceso de G inga d.
El magnesio aleado con o os elemen os como el aluminio, el cob e, la undición, el plomo, el níquel
y el zinc mejo a las p opiedades de és os. También desoxida el cob e, el es año, desul u iza el hie o
y el níquel y desbismu iza el plomo.
Como ánodo gal ánico, el magnesio con ie e una e ec i a p o ección con a la co osión en múl iples
es uc u as que abajan bajo la ie a o bajo el agua.
3.3.2.1 Aspec os gene ales de esis encia a la co osión
La esis encia a la co osión del magnesio es dependien e de la calidad de la o mación de la capa
p o ec o a supe icial. En es e sen ido, la elocidad de o mación de la misma, su solubilidad y sus
a iaciones químicas a ían con el medio al que es án expues as, así como de los elemen os alean es e
impu ezas p esen es en el me al.
Composición [%]
Designación Al Ca Cu Fe Mn Ni Pb Si Sn O os
P ima io 0,005 0,0014 0,0014 0,029 0,06 <0,0005 0,0007 0,0015 0,0015 <0,05
Magnesio 2 -- -- <0,02 <0,05 <0,01 <0,001 <0,01 -- -- <0,05
Magnesio 3 <0,004 <0,003 <0,005 <0,03 <0,01 <0,001 <0,01 <0,005 <0,005 <0,01
Magnesio 4 <0,002 <0,003 <0,004 <0,03 <0,004 <0,001 <0,005 <0,005 <0,005 <0,01
Magnesio 5 -- -- <0,003 <0,003 <0,004 <0,001 <0,005 <0,005 <0,005 <0,01
Tabla 3.2 Composiciones químicas de los magnesios pu os come cialmen e disponibles
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3 Magnesio 99
3.4.2 Nomencla u a de las aleaciones de magnesio y de sus a amien os
No exis e un código in e nacional pa a designa las aleaciones de magnesio y sus es ados de
a amien o, aunque ha habido la endencia a adop a in e nacionalmen e el mé odo de designación
p opues o po la ASTM (Ame ican Socie y o Tes ing Ma e ials) en 1948, el cual queda esumido en
la abla 3.5.
P ime a pa e
Indica los dos
p incipales elemen os
de aleación
Consis e en dos le as
codi icadas que
ep esen an los dos
elemen os alean es
p incipales o denados
po o den dec ecien e de
po cen aje en la
aleación (o al abé ico si
los po cen ajes son
iguales)
A: Aluminio
B: Bismu o
C: Cob e
D: Calcio
E: Tie as Ra as
F: Hie o
G: Magnesio
H: To io
K: Ci conio
L: Li io
M: Manganeso
N: Níquel
P: Plomo
Q: Pla a
R: C omo
S: Silicio
T: Es año
W: I io
Y: An imonio
Z: Zinc
Segunda Pa e
Indica la can idad de los
dos elemen os
p incipales de aleación
Consis e en dos
núme os
co espondien es a los
po cen ajes edondeados
de los dos elemen os
alean es p incipales y
o denados en el mismo
o den que las
designaciones de la
aleación en la p ime a
pa e
Todos los núme os
Te ce a Pa e
Dis ingue en e las
aleaciones di e en es
con iguales po cen ajes
de los elemen os
p incipales de aleación
Consis e en una le a del
al abe o asignada en el
o den en que las
composiciones se han
ido no malizando
Todas las le as del
al abe o excep o la I y la
O
Cua a Pa e
Indica las condiciones
de ab icación y en a
( ecocido, en ejecido,
…)
Consis e en una le a
seguida de uno o dos
núme os (se sepa a de la
e ce a pa e de la
designación po medio
de un guión)
F: Sin a amien o
O: Recocido
H10 y H11: lige amen e
endu ecidos po
de o mación
H23, H24 y H26:
Endu ecido po
de o mación y
pa cialmen e ecocido
T4: T a amien o é mico
de solubilización
T5: Sólo en ejecido
a i icialmen e
T6: Solubilización y
en ejecido
a i icialmen e
T8: Solubilización,
abajado en ío y
en ejecido
a i icialmen e
Tabla 3.5 Tabla con las no ma i as ASTM pa a la designación de las aleaciones de magnesio
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100 Aleaciones lige as
En es e sis ema, la p ime a pa e co esponde a las dos p ime as le as, que indican los p incipales
elemen os alean es de acue do con el código especi icado en la abla 3.5. La p ime a de ellas es la que
designa al elemen o alean e p esen e en mayo can idad, y en caso de que ambos elemen os se hallen
en la misma can idad, se designan po o den al abé ico, según la le a del código que les es asignada.
La segunda pa e consis e en que las dos (o una) le as son seguidas po núme os, que ep esen an las
composiciones nominales en % en peso de esos p incipales elemen os alean es, edondeados al
núme o en e o más ce cano. La limi ación del sis ema es que la in o mación que hace e e encia a
o os elemen os alean es que se añaden in encionadamen e a la aleación no queda e lejada en la
designación, po lo que el sis ema se ha de modi ica con ese come ido.
La e ce a pa e co esponde a cie as le as A, B, C, e c., que se e ie en a a iaciones en la
composición den o de los angos especi icados, y la X indica que la aleación es expe imen al.
La cua a y úl ima pa e hace e e encia a las condiciones de a amien o é mico o de a amien o de
de o mación y endu ecimien o. Los a amien os más habi ualmen e e e idos son el T5 (aleaciones
en ejecidas a i icialmen e después del moldeo), el T6 (aleaciones solubilizadas, empladas y
en ejecidas a i icialmen e) y T7 (aleaciones solubilizadas y es abilizadas).
3.5 Aleaciones de moldeo sin ci conio
3.5.1 Aleaciones basadas en el sis ema magnesio-aluminio
El sis ema Mg-Al ha sido el más empleado de las aleaciones de moldeo de magnesio desde que se
in oduje on es e ipo de ma e iales en Alemania du an e la 1ª Gue a Mundial. La mayo ía de las
aleaciones con ienen un 8-9% de aluminio (la máxima solubilidad es del 12,7 % a 437°C, bajando al
2 % a empe a u a ambien e). También con ienen pequeñas can idades de zinc, ya que mejo a las
p opiedades a acción, y manganeso (0,3%), que inc emen a la esis encia a la co osión. La p esencia
de aluminio hace que sea necesa io el a ino de g ano de las aleaciones po sob ecalen amien o o
inoculación.
En la igu a 3.8 se mues a una pa e del diag ama de ases Mg–Al jun o con un esumen de los
e ec os de la composición y a amien o é mico sob e las p opiedades a acción de una aleación
simila a la AZ80A. La abla 3.6 ecoge da os ace ca de o as p opiedades.
T as el moldeo, la ase β(Mg17Al12) se o ma al ededo de los bo des de g ano y p e alece más en el
ma e ial en iado len amen e en a ena o en coquilla. Un ecocido a una empe a u a al ededo de 420-
430°C p o oca la edisolución de pa e o oda la ase βque odea los g anos, lo que debe ía da luga a
un endu ecimien o po solución sólida, al se la aleación emplada y en ejecida a i icialmen e. El
endu ecimien o que se espe a po solución sólida en los a amien os é micos se ía impo an e, debido
a que la solubilidad del aluminio aumen a desde un 2% en peso a empe a u a ambien e has a un 12,7%
a 437°C. Sin emba go, debido a que en las soluciones sólidas sob esa u adas de las aleaciones de
Mg–Al se o ma di ec amen e el p ecipi ado es able β, que se dispe sa po oda la aleación, sin
apa ición de zonas GP o p ecipi ados in e medios (Tabla 3.4), la espues a an e un en ejecimien o es
ela i amen e pob e. Debido a es a pob e espues a al en ejecimien o, las aleaciones de es e ipo se
emplean en condiciones después del moldeo con o sin ecocido pos e io .
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3 Magnesio 101
P opiedades Mecánicas
Lím. El. Res. T ac. El.
0,2% [MPa] [%]
Designación Aleación [% en peso] [MPa] Ca ac e ís icas
AZ63-F 75 180 4 Buena esis encia y duc ilidad
AZ63-T6 6Al-3Zn-0,3Mn 110 230 3 a empe a u a ambien e.
AZ81-F 8Al-0,5Zn-0,3Mn 80 140 3 Moldeo de piezas enaces y
AZ81-T4 80 220 5 lige a esis encia mecánica.
AZ91-F 95 135 2 Aleaciones pa a aplicaciones
AZ91-T4 9,5Al-0,5Zn-0,3Mn 80 230 4 gene ales en moldeo en
AZ91-T6 120 200 3 a ena y en coquilla.
AM50-F 5Al-0,3Mn 125 200 7 Fundición inyec ada.
AM20-F Al-0,5Mn 105 135 10 Buena duc ilidad y esis encia
al impac o.
AS41-F 4Al-1Si -0,3Mn 135 225 4,5 Buena esis encia a la luencia
has a 150°C.
AS21-F 2Al-1Si -0,4Mn 110 170 4 Como la AS41.
Buena esis encia mecánica y
ZK51-T5 4,5Zn-0,7Z 140 235 5 duc ilidad a empe a u a ambien e
pa a piezas moldeadas en a ena.
ZK61-T5 6Zn-0,7Z 175 275 5 Como la ZK51.
Fundición pa a al a p esión,
ZC63-T6 6Zn-3Cu-0,5Mn 145 240 5 buena esis encia mecánica a al as
empe a u as y soldabilidad.
HK31-T6 3,2Th -0,7Z 90 185 4 Moldeo en a ena, soldable y
esis encia a la luencia has a 350°C.
HZ32-T5 3,2Th 2,2Zn-0,7Z 90 185 4 Como la HK31.
QE22-T6 2,5Ag-2,5Nd-0,7Z 185 240 2 Al a p esión, soldable, lími e
elás ico ele ado has a 250°C.
Al a p esión, soldable, lími e
QH21-T6 2,5Ag-1Th-1Nd-0,7Z 185 240 2 elás ico ele ado y al a esis encia
a la luencia has a 300°C.
Al a esis encia mecánica a
WE54-T6 5,1Y-3,25Nd-0,5Z 200 285 4 empe a u a ambien e y al as
empe a u as, buena esis encia
a la co osión, soldable.
WE43-T6 4Y-3,25Nd-0,5Z 190 250 7 Como la WE54.
Tabla 3.6 Composición nominal y p opiedades mecánicas de aleaciones de magnesio pa a el moldeo.
(Lím. El.: Lími e elás ico; Res. T ac.: Resis encia a la acción; El.: Elongación)
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102 Aleaciones lige as
La aleación AZ91C (Mg - 9Al – 0,7Zn – 0,2Mn) es la más empleada de las aleaciones de magnesio.
La adición de zinc a las aleaciones Mg–Al gene a un endu ecimien o, aunque la can idad de es e
elemen o se limi a debido a que p o oca un inc emen o en la suscep ibilidad a la o u a en calien e
du an e la solidi icación. La p esencia de impu ezas como Fe o Ni en es e ipo de aleaciones a ec a
nega i amen e a su esis encia a la co osión, po lo que se han de limi a es ic amen e las can idades
de es os elemen os. Las aleaciones de mayo pu eza, como AZ91D (máx. 0,004 % Fe, máx.
0,001%Ni y máx. 0,015%Cu), p esen an una elocidad de co osión en niebla salina has a 100 eces
meno que las AZ91C, de modo que pueden se compa ables a las de moldeo de aluminio. O as
aleaciones comúnmen e u ilizadas son la AZ81 y la AZ83.
La necesidad de mejo a de cie as p opiedades ha es imulado el desa ollo de nue as aleaciones pa a
moldeo. En aplicaciones donde es necesa ia una duc ilidad y enacidad de ac u a supe io es (llan as,
olan es y es uc u a de asien os en au omó iles) se dispone de se ies de aleaciones de al a pu eza con
bajo con enido en aluminio, como son AM60, AM50 y AM20. La mejo a en las p opiedades se debe
a la educción de ase βal ededo de los g anos.
Las aleaciones de las se ies AZ y AM son suscep ibles a la mic opo osidad, pe o po o a pa e
p esen an buenas p opiedades en cuan o a acilidad de moldeo y esis encia a la co osión. Resul an
adecuadas pa a empe a u as de abajo de has a 110 – 120°C, ya que po encima de és as la elocidad
Fig. 3.8 Relación en e la composición de las aleaciones de Mg-Al con sus p opiedades mecánicas.
P: Líimi e elás ico al 0,2 %; U: Resis encia mecánica; E: elongación
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3 Magnesio 103
de luencia esul a inacep able, es o es así debido a que el p incipal mecanismo de luencia en las
aleaciones de magnesio es el deslizamien o del bo de de g ano, y la ase Mg17Al12 no e i a el
desa ollo de es e mecanismo a empe a u as no muy ele adas.
La adición de un 1% de calcio mejo a la esis encia a la luencia, pe o puede hace las p opensas a la
apa ición de g ie as de solidi icación. O a o ma de mejo a el compo amien o a luencia es
educiendo el con enido de aluminio y añadiendo silicio, ya que el silicio se combina con el magnesio
pa a o ma inas y du as pa ículas de Mg2Si en los bo des de g ano. Dos aleaciones de es e ipo, la
AS41 y la AS21, ienen mejo es p opiedades que la AZ91 a empe a u as po encima de los 130°C.
Las p opiedades de luencia de las aleaciones Mg-Al-Si aún no mejo an a las de las aleaciones de
aluminio pa a moldeo en coquilla, y úl imamen e la a ención se ha cen ado en las aleaciones de Mg-
Al con adiciones de elemen os de ie as a as (TR), añadidos en su o ma na u al de mezcla de
me ales icos en ce io (no malmen e 55%Ce–20%La–15%Nd–5%P ). Es as aleaciones son sólo
álidas pa a moldeo en coquilla, po que un en iamien o más len o da ía luga a la o mación de
pa ículas g uesas de compues os de aluminio y ie as a as del ipo Al2TR. El único p oblema que
p esen an es el ele ado cos e que supone el empleo de la mezcla de ie as a as, que esul an a ias
eces más ca as que el mismo peso de silicio.
Las aleaciones de Mg-Al pueden p esen a mic ocon acciones, po lo que debe ene se especial
cuidado pa a alcanza la calidad deseada. Es más, ya que la po osidad asociada iende a o ien a se
pe pendicula men e a la supe icie de la pieza, las piezas moldeadas no pueden se accionadas
ue emen e. Se han desa ollado écnicas de imp egnación, pe o sólo sellan la po osidad en la egión
de la subsupe icie y se necesi an g an can idad de e apas pa a log a el llenado comple o.
O a des en aja es que las aleaciones en ejecidas son suscep ibles de su i co osión bajo ensiones
si sopo an ni eles de ensión supe io es al 50% del lími e elás ico.
Recien emen e se ha demos ado que las aleaciones con al o con enido en zinc poseen ca ac e ís icas
muy a ac i as pa a el moldeo en coquilla, has a el pun o que la aleación AZ88 (Mg-8Al-8Zn) pa ece
ene su icien e luidez como pa a pode se inyec ada. El ango de aplicación de es as aleaciones de
moldeo se ap ecia en la igu a 3.9.
Fig. 3.9 Rango de aplicación de las aleaciones Mg-Al-Zn de moldeo
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104 Aleaciones lige as
3.5.2 Aleaciones del sis ema magnesio-zinc
Las aleaciones bina ias de Mg-Zn pueden a a se po en ejecimien o, ya que al con a io que con las
Mg-Al, se o man zonas GP cohe en es y p ecipi ados in e me álicos semicohe en es (Tabla 3.4). Sin
emba go, a es as aleaciones no se les puede educi el amaño de g ano y pueden p esen a
mic opo osidad. Po odo ello no se moldean piezas de es as aleaciones bina ias.
En in es igaciones ecien es se ha demos ado que la adición de cob e, pa a ob ene aleaciones
e na ias Mg-Zn-Cu, mejo a signi ica i amen e la duc ilidad e induce una buena espues a po
en ejecimien o. Es as aleaciones p esen an p opiedades mecánicas simila es a las de la aleación
AZ91 (lími e elás ico 130-160 MPa, esis encia a acción 215-260 MPa y duc ilidad 3-8%), pe o
además es as p opiedades son más ep oducibles y aumen a la es abilidad a al a empe a u a.
Aleaciones ípicas de moldeo en a ena son la ZC63 o la ZCM630 (Mg-6Zn-3Cu-0,5 Mn). Se ha
descubie o que la adición p og esi a de cob e en las aleaciones Mg-Zn ele a la empe a u a del
eu éc ico, lo que es impo an e, ya que pe mi e el empleo de empe a u as más ele adas en el
a amien o de solución, asegu ando de es e modo la máxima solubilidad en e el zinc y el cob e.
El manganeso se añade debido a que se ha obse ado que es abiliza la espues a al en ejecimien o y
educe la elocidad de sob een ejecimien o.
Un g an núme o de aleaciones de Mg-Zn-Cu han sido moldeadas en a ena, en coquilla (inyec adas a
p esión o moldeadas po g a edad) o u ilizando écnicas p ecisas de moldeo. Todas ellas han
con i mado las buenas p opiedades de moldeo de la aleación, p incipalmen e po la ausencia de
mic ocon acción que pe mi e el moldeo po p esión sin necesidad de imp egnación. Las piezas
moldeadas pueden solda se empleando la écnica es ánda ungs eno-gas ine e. Con odo es o, es as
aleaciones pa ecen o ece mejo as impo an es sob e las adicionales Mg-Al-Zn pa a piezas
moldeadas de al a esis encia con eque imien os c í icos en se icio. En conc e o, se piensa que
pueden ene un amplio campo de aplicación en la indus ia au omo ilís ica.
3.6 Aleaciones de moldeo con ci conio
La máxima solubilidad del ci conio en el magnesio undido es del 0,6% y, debido a que las aleaciones
bina ias Mg-Z no son su icien emen e esis en es pa a aplicaciones come ciales, es necesa ia la
adición de o os elemen os de aleación. La elección de es os elemen os se basa en es ac o es
p incipales:
— la compa ibilidad con el ci conio;
— las ca ac e ís icas de usión; y
— p opiedades deseadas pa a la aleación.
En cuan o a es a úl ima, el p incipal obje i o es consegui una mejo a en las p opiedades a acción,
incluyendo mayo es elaciones en e lími e elás ico y esis encia a luencia. Es o ha sido así
a endiendo a los eque imien os de la indus ia ae ospacial.
La abla 3.6 esume las p opiedades mecánicas de las aleaciones más comunes.
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3 Magnesio 105
3.6.1 Aleaciones Mg-Zn-Z
La capacidad del ci conio pa a educi el amaño de g ano de las aleaciones Mg-Zn con Z lle ó a la
in oducción de aleaciones como la ZK51 y, de esis encia mejo ada, la ZK61; las cuales se u ilizan
en es ado de e enido T5 y T6 espec i amen e. Sin emba go, el hecho de que es as aleaciones sean
suscep ibles de mic opo osidad y no soldables ha limi ado signi ica i amen e su aplicación p ác ica.
3.6.2 Aleaciones Mg-Tie as Ra as-Zn-Z
El magnesio o ma soluciones sólidas con g an can idad de elemen os de ie as a as (TR), y las
zonas icas en magnesio p esen an la o mación de un eu éc ico. Se puede deci lo mismo de las
aleaciones con adiciones de mezcla de me ales basados en el ce io o el neodimio. En consecuencia,
las aleaciones ienen buenas p opiedades en gene al y pa a el moldeo, ya que la p esencia de
eu éc icos de pun o de usión ela i amen e bajo o mando edes odeando los g anos iende a
elimina la mic opo osidad.
El en ejecimien o p o oca la p ecipi ación den o de los g anos, y la buena esis encia a luencia que
mues an se a ibuye, po un lado, al e ec o de endu ecimien o de es os p ecipi ados, y po o o, a la
p esencia de ase en los bo des de g ano que educen el deslizamien o de los mismos.
Las buenas p opiedades de las aleaciones Mg-TR se acen úan añadiendo ci conio pa a a ina el
amaño de g ano, y además podemos inc emen a la esis encia aún más si el zinc es á ambién
p esen e. Una aleación comúnmen e empleada es la ZE41 (Mg-4,2Zn–1,3Ce–0,6Z ) que desa olla
una esis encia mode ada has a 150°C cuando se le aplica el a amien o de en ejecimien o T5. Una
aplicación de es a aleación ha sido en las cajas de ansmisión de los helicóp e os. Con la aleación
EZ33 (Mg-3TR–2,5Zn-0,6Z ) se han conseguido mejo es p opiedades en cuan o al compo amien o a
acción, jun o con una buena esis encia a la luencia a empe a u as de has a 250°C.
Cab ia espe a un inc emen o en las p opiedades mecánicas aún mayo con la adición de can idades
supe io es de Zn; sin emba go, en ese caso se o ma masi amen e una ase en los bo des de g ano
con eniendo zinc y ie as a as que agiliza de o ma muy acusada a la aleación y, además, baja la
línea sol us, lo que di icul a la solubilización p e ia al en ejecimien o. Sin emba go, a inales de los
se en a se demos ó que se podía disocia dicha ase g acias a un a amien o de calen amien o
p olongado en a mós e a de hid ógeno, lo que hacía que el hid ógeno se combinase con las ie as
a as, o mando hid u os, acili ando la disolución del zinc. Una pos e io p ecipi ación p o oca
aumen o en la esis encia a la acción y libe a a la aleación de mic opo osidades, jun o con un al o
alo de elongación y buenas p opiedades a a iga, lo cual implica una magní ica combinación de
p opiedades. Es e a amien o se aplica sa is ac o iamen e, aunque de o ma limi ada, sob e la
aleación ZE63 pa a la indus ia ae onáu ica.
Los p ocesos de p ecipi ación en los sis emas Mg-TR oda ía no se han en endido comple amen e. El
papel del zinc espec o al endu ecimien o es incie o. Es p obable que se dé la o mación de
p ecipi ados independien es de Mg-Zn, a pesa de que pa e del zinc se combine con elemen os
de ie as a as en compues os que se o man en los bo des de g ano. El e ec o del ci conio es educi
el amaño de g ano.
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106 Aleaciones lige as
3.6.3 Aleaciones de Mg-Y
Un a ance ecien e ha consis ido en ap o echa la pa icula men e al a solubilidad del y io en
magnesio (máximo 12,5% en peso) y la capacidad de endu ecimien o po p ecipi ación de las
aleaciones Mg-Y. Se han p oducido se ies de Mg-Y-Nd-Z que combinan una ele ada esis encia a
empe a u a ambien e con una buena esis encia a la luencia has a empe a u as de 300°C. Al mismo
iempo, las aleaciones a adas é micamen e poseen una esis encia a la co osión supe io a las de
magnesio de ele ada empe a u a y simila a una g an pa e de las aleaciones de moldeo de aluminio
(Tabla 3.7).
Desde un pun o de is a p ác ico, el y io pu o es ca o; además, esul a di ícil alea el magnesio con él
po su ele ado pun o de usión (1500°C) y su g an a inidad po el oxígeno. Debido a es o, se ha is o
que una mezcla de me ales más ba a a, con una iqueza en y io del 75%, jun o con ie as a as
pesadas como gadolinio y e bio, pueden sus i ui al y io pu o. Los p ocedimien os de usión ambién
u ie on que cambia se siendo lle ados a cabo en la ac ualidad en a mós e a ine e de a gón con un
0,5% en olumen de SF6.
La combinación idónea de máximo endu ecimien o con una adecuada duc ilidad se ha log ado con
una aleación que con iene ap oximadamen e el 6% de y io y el 2% de neodimio, siendo la p ime a
aleación come cializada la WE54 (Mg-5,25Y-3,5TR(1,5-2Nd)-0,45Z ). T as el en ejecimien o T6,
las p opiedades a acción a empe a u a ambien e son 200 MPa de lími e elás ico, 275 MPa de
esis encia a la acción y ala gamien o del 4%, y p esen a mejo es p opiedades an e empe a u as
ele adas que las aleaciones de magnesio exis en es. Sin emba go, la exposición p olongada a
empe a u as de al ededo de 150°C lle an a una educción g adual de la duc ilidad a ni eles
inacep ables. Consecuen emen e se ha is o que una duc ilidad adecuada sólo se puede man ene con
una lige a educción en la esis encia global si el con enido en y io se educe y la can idad de
neodimio se aumen a. A pa i de es a conclusión se desa olló una composición al e na i a, que dio
luga a la aleación WE43 (Mg-4Y-2.25Nd-1TR pesados-0,4 min. Z ).
3.6.4 Aleaciones basadas en el sis ema Mg-Th
La adición de o io gene a en las aleaciones de magnesio un inc emen o en la esis encia a la luencia.
De es a mane a se pueden encon a ma e iales de undición y o jados que pueden abaja a
Pé dida de peso
Tipo de aleación Designación [mg x cm-2 x día-1]
WE54-T6 0,08-0,2
Aleaciones de magnesio pa a moldeo ZE41-T5, EZ33-T5 2-4
AZ91-T6 5-10
Aleaciones de aluminio pa a moldeo A356, A357 0,04-0,08
Tabla 3.7 Compa ación de la esis encia a la co osión de algunas aleaciones pa a moldeo de magnesio
y de aluminio as se sume gidas en agua de ma du an e 28 días
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3 Magnesio 107
empe a u as de has a 350°C (Fig. 3.10). Al igual que las ie as a as, el o io mejo a las p opiedades
de moldeo y, además, las aleaciones basadas en el sis ema Mg-Th ambién pueden se soldadas.
Las aleaciones e na ias Mg-Th-Z , como HK31A (Mg-3Th-0,7Z ), es án come cialmen e disponibles y
as la o ja p esen an una mic oes uc u a simila a las aleaciones Mg-TR-Z . No malmen e se les aplica
un a amien o de en ejecimien o T6 y las in es igaciones e ec uadas sob e la p ecipi ación sugie en la
exis encia de simili udes en e los p ocesos de en ejecimien o de ambas aleaciones (Tabla 3.4). Las
buenas p opiedades a luencia se a ibuyen a la p esencia de dispe siones inas de una ase como la que se
encuen a den o de los g anos, jun o con o a ase discon inua en bo des de g ano que con iene o io.
De nue o, pa alelamen e a las aleaciones basadas en el sis ema Mg-TR, las aleaciones que con ienen o io
se han desa ollado con adiciones de zinc como es el caso de HZ32A (Mg-3Th-2.2Zn-0.7Z ) y ZH62A
(Mg-5.7Zn-1,8Th-0,7Z ). La p esencia de zinc inc emen a aún más la esis encia a la luencia (Fig. 3.11),
lo que se a ibuye, al menos en pa e, a la p esencia de una ase acicula en los bo des de g ano.
Fig. 3.10 E ec o de la empe a u a sob e el lími e elás ico al 0,2 % en di e en es aleaciones
de magnesio moldeables
Fig. 3.11 Cu as de luencia a 315 oC pa a algunas aleaciones de moldeo Mg-Th-Z y Mg-Th-Zn-Z
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108 Aleaciones lige as
A pesa de que las aleaciones con adiciones de o io han encon ado aplicación en misiles y a iones,
su acep ación es á decayendo debido a conside aciones medioambien ales y se conside an
p ác icamen e obsole as. Po ejemplo, en Ingla e a, las aleaciones que con ienen an poco como un
2% de es e elemen o se clasi ican ac ualmen e como adiac i as, lo que hace que equie an
p ocedimien os de manejo especiales, inc emen ando po an o el cos e y la complejidad de
ab icación.
3.6.5 Aleaciones basadas en el sis ema Mg-Ag
La impo ancia de es e ipo de aleaciones nació al descub i se a inales de los 50 que las ela i amen e
pob es p opiedades a acción de la aleación Mg-TR-Z en ejecidas pueden inc emen a se mucho con
la adición de pla a. Las p opiedades a acción a empe a u a ambien e esul an simila es a las de las
aleaciones de al a esis encia Mg-Zn-Z , y las aleaciones expe imen ales p esen an mejo es
p opiedades en cuan o a moldeo y solubilidad. La sus i ución de la mezcla de me ales icos en ce io
po la ica en neodimio dio un mayo aumen o a la esis encia a la co osión, lo cual lle ó al
desa ollo de nue as composiciones pa a abaja a al a empe a u a.
La aleación más u ilizada ha sido la QE22 (Mg-2.5Ag-2TR(Nd)-0.7Z ), pa a la que el a amien o
é mico óp imo es el siguien e: a amien o de solución du an e 4-8 h a 525°C; emple en agua ía;
en ejecimien o du an e 8-16 h a 200°C. Es a aleación se ha empleado pa a a ias aplicaciones
ae ospaciales, como po ejemplo uedas del en de a e izaje, ca casas de cajas de cambio y cabezas
o o as pa a helicóp e os. Si es e ipo de aleaciones con iene menos del 2% de pla a, el p oceso de
p ecipi ación esul a simila al que se da en las aleaciones Mg-TR y conlle a a la o mación de
p ecipi ados Mg-Nd. Sin emba go, pa a con enidos mayo es de pla a, se han desc i o dos p ocesos de
p ecipi ación di e en es, aunque ambos conlle an la o mación inal de una ase de equilib io
compues a, p obablemen e po Mg12Nd2Ag (Tabla 3.4).
La supe io idad en cuan o a p opiedades a acción sob e la mayo ía de las aleaciones de magnesio se
man ienen has a 250°C (Fig. 3.10), aunque sólo se las conside a esis en es a luencia has a los 200°C.
El con inuo desa ollo de la indus ia ae ospacial implica la necesidad de que los ma e iales u ilizados
esis an mayo es empe a u as de ope ación, pa icula men e en mo o es de u bina de gas, po lo que
las in es igaciones se han cen ado di ec amen e en ex ende la es abilidad a empe a u as ele adas
de la aleación QE22. Se in es iga on los e ec os de la adición de o io y se desa olló una nue a
aleación, la QH21 (Mg-2.5Ag-1Th-1TR(Nd)-0,7 Z ), en la que pa e de los alean es TR(Nd) de
la aleación QE22 ue on sus i uidos po dicho elemen o. La mejo a de las p opiedades a empe a u as
ele adas se log an po que el p ecipi ado que se o ma en el en ejecimien o es más ino y p esen a una
elocidad de eng osamien o meno . Es as mejo as han sido ya supe adas po las aleaciones desc i as
an e io men e que con ienen y io, lo cual, unido a los p oblemas medioambien ales po la u ilización
del o io, han lle ado a que ambién es é p ác icamen e obsole a la aleación desc i a.
3.7 Aleaciones pa a la con o mación po de o mación plás ica
La es uc u a c is alina hexagonal del magnesio es ablece limi aciones en cuan o a la can idad de
de o mación ole ada po la aleación, especialmen e a bajas empe a u as. A empe a u a ambien e la
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3 Magnesio 115
Po úl imo, las aleaciones de magnesio ambién son suscep ibles de se moldeadas po moldeo
ixo ópico, que da la opo unidad de p oduci p oduc os de calidad y g ano ino a p ecios in e io es a
los del moldeo po inyección. Una écnica muy p ome edo a consis e en calen a la ca ga g anula a
20°C po debajo de la empe a u a de usión e inyec a la pas a esul an e en el molde po medio de
un g an pis ón oscado gi a o io, ipo husillo. Los ensayos lle ados a cabo con la aleación AZ91 han
pues o de mani ies o que, a pesa de que las p opiedades a acción han a iado lige amen e, la
enacidad a la ac u a ha mejo ado signi ica i amen e.
3.8.2 Con o mación po de o mación plás ica
Las aleaciones de magnesio, como o os me ales con es uc u a c is alina hexagonal, son mucho más
abajables a empe a u as ele adas que a empe a u a ambien e. Po es o, las aleaciones de magnesio
se con o man habi ualmen e a al as empe a u as y la con o mación en ío se emplea únicamen e
pa a de o maciones sua es con adios amplios.
Los mé odos y equipos empleados pa a la con o mación de las aleaciones de magnesio son los
mismos que los comúnmen e empleados en la con o mación de aleaciones de o os me ales, excep o
en lo elacionado a las he amien as y écnicas necesa ias cuando la con o mación es en calien e.
El abajado de los me ales a al a empe a u a iene cie as en ajas espec o al abajo en ío. A las
piezas de magnesio se les da o ma no malmen e a al as empe a u as en una sola ope ación, sin
necesidad de epe i ni ecocidos ni nue as con o maciones y, po lo an o, educiendo el iempo
empleado pa a ab ica la pieza. Además se elimina la necesidad de equipamien o ma icial pa a
e apas adicionales.
El endu ecimien o de moldes y ma ices es innecesa io pa a la mayo ía de los ipos de con o mación.
Las piezas con o madas en calien e se pueden ob ene con ole ancias dimensionales más es ic as
que las con o madas en ío po que expe imen an meno ecupe ación. En la abla 3.9 se mues an
empe a u as máximas de con o mación ecomendadas pa a la con o mación po de o mación
plás ica de aleaciones de magnesio.
Aleación Tempe a u a [oC] Tiempo [h]
AZ61A-F 288 1
AZ31B-F 288 1
M1A-F 371 1
AZ80A-F 288 0,5
AZ80A-T5 193 1
ZK60A-F 288 0,5
ZK60A-T5 204 0,5
Tabla 3.9 Tempe a u as y iempos máximas pa a el magnesio ex uído pa a que el ma e ial
no su a e ec os ad e sos en sus p opiedades mecánicas
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116 Aleaciones lige as
3.8.2.1. Ex usión
Las empe a u as de abajo es án comp endidas en e los 300 y los 430°C, pa a las cuales odas las
aleaciones son plás icas y poseen una g an capacidad de de o mación, siendo la elocidad de
ex usión in luida po la composición de la aleación, el a amien o a inado , po si ha su ido una
homogeneización p e ia, y inalmen e po la elocidad de ex usión. Es as elocidades se si úan en e
los 1,2 m/min a los 300 m/min. Pa a las aleaciones de ci conio, la elocidad puede aumen a al doble,
siemp e que se a e la undición con unden es que eliminen el manganeso. Asimismo, la elocidad
de ex usión se puede duplica cuando se elimina po comple o el hid ógeno que suele queda en el
baño.
Las aleaciones de magnesio se pueden ex ui como ba as, y una se ie di e sa de pe iles, ubos y
o mas, así como una amplia gama de o mas especiales. La ex usión se elige como mé odo de
con o mación cuando:
— pequeñas pa es ex uidas o una combinación de pa es ex uidas y placas se pueden ensambla
pa a ob ene el p oduc o inal;
— las o mas deseadas son demasiado ca as si se con o man po moldeo y mecanización;
— piezas que han sido co adas de pe iles y ba as ex uidas pueden emplaza piezas moldeadas o
o jadas.
El p oceso de ex usión o ece una se ie de posibilidades de diseño que no con emplan o os sis emas
de p oducción. En e ellos es a ían la con o mación de ángulos en an es, ubo de diáme o g ande y
pa ed ina, y la casi ausencia de es icciones espec o al espeso de la sección. P obablemen e, el
ac o más impo an e pa a decidi que una de e minada pieza se con o me po ex usión es cuando se
equie a buena sime ía de la misma, sob e odo si es en ambos ejes.
No malmen e la elación óp ima en e el g oso y la anchu a pa a la ex usión en magnesio es meno
de 20. Se pueden ealiza abajos con elaciones supe io es, pe o en sac i icio de las ole ancias
exigidas al p oduc o. Cualquie a que sea la o ma que enga que ex ui se, es di ícil man ene las
ole ancias es echas en e secciones inas.
La ex usión po impac o se puede aplica al magnesio y sus aleaciones poco ca gadas cuando se
con o man pa es ubula es con o ma simé ica. Se emplea especialmen e cuando:
— no se puede con o ma la pieza po ningún o o mé odo, como pasa cuando se p ecisan pa edes
muy inas, pa edes inas con al a esis encia mecánica o que deben inco po a pe iles i egula es;
— se equie en al as elocidades de p oducción, caso en el que las pé didas po mecanizado son
excesi as si las piezas se ab ican po o os medios; la esis encia mecánica eque ida no se puede
consegui en moldeo po inyección, donde el núme o de ope aciones de ab icación se puede
educi si se u iliza la ex usión po impac o; y/o se p ecisan muy buenas ole ancias.
3.8.2.2 Fo ja
En las ope aciones de o ja de las aleaciones de magnesio, la empe a u a y la elocidad de de o mación
son los ac o es que de e minan, pa a una aleación y ex u a dadas, la p esión especí ica necesa ia pa a
la de o mación. Las empe a u as de abajo son, como en el caso de la ex usión, en e 300-430°C.
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3 Magnesio 117
Con las aleaciones con ci conio se ob ienen p opiedades mecánicas ele adas y egula es (se o jan
más ácilmen e) debido a la ina ex u a de solidi icación que p esen an.
El u illaje empleado se debe calen a a 200°C, ap oximadamen e, y se debe lub ica po pul e ización
de que oseno con g a i o en suspensión.
La o ja del magnesio puede p oduci la misma a iedad de o mas y amaños que en el caso de los
o os me ales. El amaño máximo se e limi ado p incipalmen e po el amaño del equipamien o del
que se dispone. Las ole ancias se pueden man ene den o de los angos conseguidos pa a los o os
me ales, pudiendo a ia de alguna mane a con el amaño y el diseño de la pieza o jada.
De en e odos los mé odos de con o mación, la o ja es la que puede p oduci piezas de aleaciones de
magnesio con la mejo combinación de p opiedades mecánicas. Se emplea cuando se desea combina
poco peso con igidez y al a esis encia mecánica. A eces la o ja de magnesio se emplea más
a endiendo a ac o es como su es anqueidad bajo p esión, su mecanizabilidad y su ausencia de
alabeamien o, que a su excelen e esis encia especí ica.
La o ja ambién se emplea cuando se p oducen una can idad de piezas su icien es como pa a amo iza
los cos es de la ma iz, así como pa a la con o mación de piezas que equie an al a esis encia y
duc ilidad o mayo uni o midad y mejo abso ción de ib aciones que las piezas moldeadas.
La acilidad con la que el magnesio puede se abajado educe signi ica i amen e el núme o de
ope aciones de o jado necesa ias pa a ab ica la pieza inal. El diseño de la ma iz y el lujo de
me al esul an e causan a iaciones en las p opiedades a acción en zonas di e en es de las piezas
o jadas de g an amaño.
3.8.2.3 Laminación y es i ado
Los p oduc os de aleaciones de magnesio laminados incluyen chapas, placas, cí culos, placas de
es ampación, e c., y se suminis an en una g an a iedad de amaños no malizados y no no malizados.
Pa a el empleo de chapa de magnesio, la posibilidad de inc emen a la sección sin penaliza el peso es
de pa icula in e és en los diseños que con emplan es e ipo de p oduc o con o mado po de o mación
plás ica. El empleo de es as secciones g uesas posibili a la igidez necesa ia de la es uc u a sin la
necesidad de u iliza uniones cos osas a pa i de esal es u o os ipos de e ue zos simila es.
Los p oduc os de aleaciones de magnesio laminados pueden se abajados po medio de la mayo ía
de mé odos con encionales. Cuando la con o mación es in ensa, se ecomienda la ab icación de
chapa en el es ado de ecocido. Sin emba go, ambién se pude con o ma chapa pa cialmen e ecocida
con educciones conside ables.
Debido a que el calen amien o in luye signi ica i amen e en las p opiedades del magnesio laminado
en du o, las p opiedades del me al después de su exposición a al as empe a u as deben ene se en
cuen a pa a la con o mación. La igu a 3.12 mues a cómo al aumen a el iempo de exposición a una
de e minada empe a u a, o al a ia la empe a u a pa a un mismo iempo de exposición, a ía la
esis encia a la acción de la aleación AZ31B-H24. Es o implica que debe se muy igu oso el con ol
de es os dos ac o es.
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118 Aleaciones lige as
Tan o el magnesio en chapa como el magnesio ex uido puede se es i ado, no siendo in luyen es en
las écnicas empleadas los a amien os p e ios que p esen en.
La chapa se calien a habi ualmen e a 160-290°C y se es i a len amen e has a consegui el con o no
deseado. La chapa ecocida puede se es i ada a empe a u a ambien e has a una educción lími e. Sin
emba go, la con o mabilidad de cualquie a de los es ados de a amien o en que se p esen en las
dis in as aleaciones es mucho mayo si se abaja a empe a u as más al as que la ambien e.
El po cen aje ela i o de es i ado (P) se exp esa como:
P = ((L-S)/S )* 100
donde L es la longi ud de es i ado más la ga en la pieza y S es la longi ud compa ablemen e más co a
que sea pa alela a L. Se asume que L y S son semejan es an es del es i ado.
La con o mación po es i ado en calien e iene una ecupe ación elás ica mínima. Es a pequeña
ecupe ación se con ola añadiendo un 1 % del o al de la de o mación. El con ol de la ecupe ación
y el con o no son buenos pa a adios de cu a u a posi i os del con o no has a los 6 m.
A eces, el a ugamien o es un p oblema en la con o mación po es i ado de chapa, pa icula men e
cuando se ab ican piezas de baja cu a u a. La mejo mane a de con ola el enómeno es
cons uyendo en las ma ices los e enedo es adecuados.
Las ma ices se pueden ab ica de una g an a iedad de ma e iales, en e los cuales se encuen an las
aleaciones de magnesio, las de aluminio, las de zinc, la undición y el ace o. El con ol del
calen amien o es muy impo an e y un co ec o con ol de las unidades de calen amien o a o ece á la
adecuada y homogénea dis ibución de calo . Además de calen ado es de esis encias eléc icas,
ambién se emplean unidades de calen amien o po adiación in a oja. Es impo an e que el
Fig. 3.12 E ec o del iempo de exposición a empe a u a ele ada en la esis encia mecánica
a empe a u a ambien e de la aleación AZ31B-H24
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3 Magnesio 119
calen amien o sea su icien e como pa a induci el lujo plás ico; si no es así, se puede causa una
excesi a elongación de la pieza y su o u a. La empe a u a de la ma iz a ia á en unción del
ma e ial a con o ma .
3.8.2.4 Embu ición y doblado
Las aleaciones de magnesio se pueden embu i has a una educción máxima del 15-25 % en
condiciones de ecocido. La embu ibilidad o po cen aje de educción en diáme o de lingo e se
calcula a a és de la ó mula:
Po cen aje de educción = ((D-d)/D)x100
donde D es el diáme o del lingo e an es de la embu ición y d el diáme o del punzón.
Las piezas que se embu en en ío, después de su embu ición, deben se elajadas de ensiones con un
calen amien o a 150°C du an e 1 h con el obje i o de e i a su o u a, ya que si no acumula ían
muchas ensiones esiduales.
Pa a las ope aciones de embu ición se emplean an o las p ensas mecánicas como las hid áulicas,
aunque son es as úl imas las que más se u ilizan, debido a que pueden abaja a elocidades más
bajas y más uni o mes, po lo que cuando se p e ende ealiza embu iciones complicadas, se consigue
un mejo con ol del p oceso.
Se ha desa ollado mucho la écnica de la embu ición en calien e de chapa de aleaciones de magnesio,
ya que, a a és de ella, se puede comple a la ope ación de embu ición en una sola e apa. Al calen a
las aleaciones de magnesio se inc emen a su capacidad de embu ición, de al mane a que la mayo ía
de las piezas se pueden con o ma en una sola embu ición. Po ejemplo, la educción que se puede
alcanza con la embu ición en calien e pa a una aleación del ipo AZ31B se duplica al aumen a la
empe a u a de la aleación has a 230°C, siendo posible y habi ual ealiza sob e la aleación AZ31B en
es ado de ecocido embu iciones en calien e y en una sola pasada en las que se pueden alcanza
alo es de educción de has a el 68 % (Fig. 3.13). Todo es o es posible ya que el magnesio aumen a
mucho más que o os me ales su capacidad de embu ición al se calen ado. Se pueden llega a embu i
algunas aleaciones has a empe a u as de 300-350°C.
En la igu a 3.13 ambién se puede ap ecia que la educción ambién es unción de la elocidad de
embu ición pa a una empe a u a dada.
La selección del ma e ial pa a el u illaje de embu ición es á de e minada p incipalmen e po la
se e idad de la ope ación y po el núme o de piezas que se deben p oduci . Pa a la mayo ía de las
aplicaciones, ace o bajos en ca bono sin endu ece y undiciones son su icien es. Sin emba go, se
seleccionan ace os de he amien a endu ecidos pa a ealiza p oducciones de 10.000 piezas o más,
pa a ob ene supe icies muy sua es o pa a consegui ole ancias ajus adas. En el caso de la
embu ición a empe a u a ambien e, habi ualmen e se emplean ace os que se calen a án con el
obje i o de abaja en condiciones de máxima du eza. Sin emba go, cuando la embu ición se lle a a
cabo a al a empe a u a, se debe ene muy en cuen a la empe a u a máxima a la que se e á some ido
el ma e ial de la es ampa y los pisado es. En es e caso, es os ma e iales deben si ua se lige amen e
po encima de la empe a u a máxima de abajo, aunque se pie da un poco de du eza.
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120 Aleaciones lige as
También deben conside a se las ole ancias dimensionales del punzón y la es ampa, ya que pueden in lui
sob e el amaño de la pieza. Po ejemplo, las aleaciones de magnesio, de aluminio y de zinc se emplean
en el diseño de punzones pa a minimiza la di e encia en la expansión é mica en e el magnesio y el
punzón. Sin emba go, si se emplean punzones de ace o o undición se deben ene en cuen a las
ole ancias dimensionales debidas a las g andes di e encias en los coe icien es de expansión é mica.
El doblado se puede ealiza a empe a u as ele adas de 280-350°C, lo cual implica que se debe
calen a an o el u illaje como la chapa. Es impo an e e i a con sumo cuidado la inclusión de
impu ezas, especialmen e las me álicas, sob e las supe icies de o madas, ya que en caso con a io,
con pos e io idad, se pueden p oduci co osiones se e as.
3.8.3 Uniones: soldadu a, emachado, encolado
El magnesio y sus aleaciones, an o las de moldeo como las de con o mación po de o mación
plás ica, pueden solda se con acilidad po medio de soldadu a con a co de ungs eno y gas p o ec o ,
po elec odo consumible o po soldadu a de pun os po esis encia eléc ica. La baja capacidad
calo í ica y calo de usión del magnesio implica que los apo es ene gé icos son bajos y la elocidad
de soldadu a ele ada.
En gene al, son adecuadas las a illas de apo e de la misma composición que el me al base, aunque
ambién se pueden emplea de más aleadas, con meno pun o de usión y ango de en iamien o más
amplio, pa a minimiza el ag ie amien o.
Las uniones de soldadu a a ope o en ángulo son las p e e ibles pa a el caso del magnesio, ya que son
las más áciles de ealiza po a co y dan esul ados más consis en es que los o os ipos de unión.
Las uniones po soldadu a po a co en chapa y placa de aleaciones de magnesio ecocidas ienen
esis encias mecánicas a empe a u a ambien e de menos del 10 %, más bajas que las del me al base, lo
Fig. 3.13 E ec o de la empe a u a en la embu ibilidad de una placa
de AZ318 de 1,63 mm de espeso
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3 Magnesio 121
que signi ica un 90% de endimien o. Sin emba go, pa a el ma e ial laminado en du o el endimien o
baja a un 60-85 %. Es as e iciencias de la unión se en a ec adas ambién po la empe a u a en
se icio, c eciendo al aumen a la empe a u a.
Las piezas moldeadas a menudo son p ecalen adas a 250-300°C pa a educi el ag ie amien o de la
soldadu a en el momen o del en iamien o.
La soldadu a po a co p o oca co osión bajo ensiones en algunas aleaciones de magnesio,
especialmen e las aluminio-zinc y aquellas que con ienen más de un 1 % en peso de aluminio. Po
es e mo i o se deben elaja las ensiones que quedan en la unión a a és de un a amien o de
calen amien o (150-300°C) y en iamien o en ai e. Los o os ipos de aleaciones de magnesio, las que
con ienen manganeso, ie as a as, o io, zinc o ci conio, no son sensibles a la co osión bajo
ensiones, y po lo an o no es necesa io ealiza les la elajación de ensiones en la soldadu a.
La soldadu a po pun os en magnesio iene buenas p opiedades mecánicas es á icas, pe o su
esis encia a la a iga es más baja que pa a uniones po emachado o encolado. La soldadu a po
pun os se emplea habi ualmen e pa a aplicaciones de bajo solici ación mecánica y no es á
ecomendada cuando las uniones es án some idas a ib aciones. Los co dones de soldadu a, ya sean
con inuos o discon inuos, ienen p opiedades mecánicas compa ables a las de los pun os.
Pa a el emachado del magnesio y sus aleaciones se emplean las mismas écnicas que pa a hace lo en
o os me ales, an o pa a el pe o ado como pa a el a ellanado del ma e ial. Gene almen e se u ilizan
emaches de aluminio pa a e i a los p oblemas de co osión gal ánica; de hecho, si se emplean los
emaches de aluminio, no es necesa io ningún ipo de p o ección adicional. Pa a la colocación de los
emaches se emplea no malmen e la p ensa de ma illo.
El encolado de las aleaciones de magnesio se ha con e ido en una écnica de ab icación impo an e,
aunque limi ada casi exclusi amen e a las uniones po solapamien o. El encolado con ie e la mejo
esis encia a la a iga de odos los ipos de uniones po solapamien o. La p obabilidad de o u a po
concen ación de ensiones es mínima, pe mi iendo mayo e icacia que el emachado en la unión de
ma e iales muy inos y/o con la supe icie sua e. Las colas u ilizadas son de a ios ipos, ales como
enólicas, epoxy, e moendu ecibles, e c.
3.8.4 Mecanización
El magnesio y sus aleaciones son los ma e iales con mayo acilidad de mecanización, lo que
signi ica g an p o undidad de co e, al a elocidad de abajo, bajo desgas e de he amien a y bajo
consumo de po encia po pa e del equipamien o (Tabla 3.10). Es o lle a a que a eces se seleccione
el ma e ial a endiendo más a es a p opiedad que a su lige eza. Sin emb ago, debido a que odas las
aleaciones de magnesio, sin dis inción, se mecanizan con la misma acilidad, a amen e se selecciona
una de e minada aleación de magnesio en luga de o a a endiendo únicamen e a su capacidad de
mecanización.
El magnesio suele se mecanizado en seco (pe mi e la ecupe ación de la i u a pa a su e usión); no
obs an e, en los casos en que se equie e elocidades de abajo muy ele adas y exis e el iesgo
de ignición, es necesa io el empleo de un e ige an e, que suelen se acei es mine ales de al o pun o
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122 Aleaciones lige as
de usión y neu os, ya que los basados en agua pueden eacciona químicamen e con la pieza. Las
he amien as de co e expe imen an una buena ida si se man ienen los ángulos de incidencia de
a aque muy agudos (habi ualmen e un mínimo de 7°). Las he amien as agudas ambién minimizan el
iesgo de que a dan po el calen amien o su ido debido a la icción.
Una ca ac e ís ica des acada del mecanizado de las aleaciones de magnesio es su capacidad pa a
adqui i acabados ex emadamen e inos. A menudo se hace innecesa io un ec i icado y pulido inal
del magnesio pa a ob ene una supe icie sua e, an o a bajas como a al as elocidades, incluso sin el
uso de luidos de co e.
En las piezas de magnesio las dis o siones du an e el mecanizado son muy poco p obables y, si se
dan, se suelen a ibui a un calen amien o excesi o o a una inap opiada ijación de la pieza.
Las aleaciones de magnesio se pueden mecaniza po a aque químico con 5% H2SO4o con soluciones
diluidas de HNO3o HCl, u ilizándose es as écnicas p incipalmen e en la indus ia de la imp esión.
3.8.5 P o ección con a la co osión
P o ege la supe icie del magnesio y sus aleaciones con a la co osión es una p ác ica habi ual. Es a
p o ección es esencial cuando se p oduce un con ac o con o o me al es uc u al, ya que es e hecho
puede lle a a una se e a co osión gal ánica. Algunos mé odos de los más empleados son:
— Anodización luo ada. Es e mé odo consis e en una anodización con co ien e al e na has a 120 V
en un baño con un 25 % de bi luo u o amónico que elimina de la supe icie las impu ezas y
p oduce una capa ina y de colo blanco pe lado de MgF2.
— T a amien os químicos. Las piezas son sume gidas en soluciones c omadas que limpian y pasi an
la supe icie has a que se o ma una capa de Mg(OH)2y un compues o c omado. Es as capas
con ie en una p o ección limi ada, pe o si en de base pa a que se consiga un buen a amien o
pos e io con ecub imien os o gánicos.
— Anodización elec olí ica. En cie os a amien os pa en ados po la indus ia se deposi a un
ecub imien o de ipo ce ámico, que es du o y que, además de p o ege con a la co osión, mejo a
la esis encia a la ab asión. Es as capas son muy po osas y no p o egen a no se que se sellen. Pa a
Me al Po encia ela i a
Aleación de Magnesio 1,0
Aleación de Aluminio 1,8
La ón 2,3
Fundición de hie o 3,5
Ace o bajo en ca bono 6,3
Aleación de Níquel 10,0
Tabla 3.10 Po encia compa a i a necesa ia pa a mecaniza un mismo olumen
de ma e ial en di e en es ma e iales me álicos
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3 Magnesio 123
—el sellado se sume gen en soluciones calien es diluidas de dic oma o sódico y bi luo u o amónico,
seguido de un secado.
— Un mé odo que o ece mejo es esul ados consis e en la imp egnación con una esina epoxy que
polime iza a al a empe a u a. Las capas anódicas selladas con esina o ecen muy buena
esis encia an o a la co osión como a la ab asión, y si además se ec i ican, se pueden emplea
como supe icies de icción.
— Sellado con esinas epoxy. La pieza se calien a a 200-220°C pa a elimina la humedad, se en ía a
60°C y se sume ge en la solución de la esina. Después de saca la de la solución, se limpia y se
seca al ai e pa a e apo a los disol en es y inalmen e se coloca en el ho no a 200-220°C pa a
polime iza la esina. Pa a aumen a el g oso del ecub imien o se pude epe i el a amien o una
o dos eces más.
— Acabados con pin u as. Las supe icies se deben p epa a con los mé odos expues os
an e io men e, después de lo cual se aplica una capa de pin u a de buena calidad.
— Esmal ado í eo. Es e ipo de a amien os puede se aplicado en aleaciones que no ienen la
empe a u a de solidus demasiado baja. La supe icie se ha de p epa a sume giéndola en una
solución c omada an es de aplica el id io.
— Elec odeposición. An es de la deposición de c omo, níquel u o os me ales, se deben segui
cie as e apas de limpieza supe icial y aplicación de p e a amien os.
3.9 Aplicaciones del magnesio
El magnesio y sus aleaciones se u ilizan en una amplia gama de aplicaciones es uc u ales y no
es uc u ales.
Las aplicaciones indus iales incluyen la au omoción, de ipo indus ial, de manejo y anspo e de
ma e iales, come ciales y de equipamien o ae ospacial.
Las aplicaciones en el campo de la au omoción incluyen ab azade as de sopo e pa a los pedales del
eno y el emb ague y la caja de la ansmisión manual, en e o as. La au omoción es una de las á eas
de aplicación en que más se es án olcando úl imamen e los p oduc o es de magnesio. En la indus ia
de la maquina ia, como po ejemplo pa a máquinas ex iles o de imp esión, las aleaciones de
magnesio se emplean pa a ab ica pa es que deben abaja a al as elocidades, po lo que deben se
lige as pa a minimiza las ue zas ine ciales. En el caso del manejo y anspo e de ma e iales, son
casos ípicos la ab icación de pla a o mas de emba que, palas pa a g ano y anspo ado es po
g a edad. Las aplicaciones come ciales incluyen he amien as de mano, equipajes, escale as, cajas de
o denado es y ca casas de elé onos mó iles. En es as dos úl imas aplicaciones se ap o echa la
lige eza del magnesio y su habilidad pa a se colado pa a ob ene pa edes muy inas, así como po su
capacidad de aislamien o elec omagné ico. Las aleaciones de magnesio son muy aliosas pa a las
aplicaciones ae ospaciales po que son muy lige as, ienen buena esis encia mecánica y buena igidez
an o a empe a u a ambien e como a empe a u as ele adas; a pesa de ello, en las dos úl imas
décadas ha decaído el consumo de las aleaciones de magnesio en es a á ea indus ial.
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124 Aleaciones lige as
El magnesio se emplea ambién en di e sas aplicaciones no es uc u ales. Se emplea como elemen o
alean e en aleaciones de aluminio, de zinc, de plomo y de o os me ales no é eos. También se u iliza
como desoxigenan e y desul u an e en la ab icación de aleaciones de níquel y cob e, y como agen e
educ o en la ob ención de be ilio, i anio, ci conio, ha nio y u anio. O a aplicación no es uc u al
muy impo an e del magnesio es su u ilización en los eac i os de G igna d pa a química o gánica.
Como pol o, el magnesio se emplea en la indus ia pi o écnica, an o en su es ado pu o como aleado,
has a con un 30% o más de aluminio. La posición ela i a del magnesio den o de la escala
elec omo iz pe mi e que sea empleado como p o ec o ca ódico de o os me ales cuando se p e ende
p e eni los de la co osión, y ambién como ma e ial pa a la cons ucción de pilas secas y ba e ías
eca gables. En las undiciones de hie o g is se usa el magnesio y las aleaciones que con ienen
magnesio como agen es que se in oducen en la cucha a jus o an es de la colada. El magnesio p o oca
que las pa ículas de g a i o de la undición se hagan nodula es lo que mejo a de o ma signi ica i a la
enacidad y la duc ilidad del hie o undido. El magnesio ambién se emplea pa a el o og abado
debido a su ápida pe o muy con olable espues a al a aque químico y a su lige eza.
Al analiza los da os de magnesio en el mundo occiden al en 1991, se ap ecia que más de la mi ad del
consumo ue como elemen o alean e en las aleaciones de aluminio. Asimismo, más de un 18 % se
empleó pa a desul u a el ace o y p oduci undición nodula . Del es o, sólo un 18 % del o al ue
pa a la p oducción de elemen os es uc u ales, de en e los cuales los moldeados po inyección son los
p edominan es.
Po á eas come ciales es impo an e des aca la educción de consumo en el campo de la ae onáu ica
y de la ab icación de misiles, mien as que el me cado pa a el magnesio se amplía en el sec o del
anspo e e es e.
3.10 Re e encias
11. R.S. Busk, Magnesium P oduc s Design, New Yo k, Ma cel Dekke , 1987.
12. E.F. Emley, P inciples o Magnesium Technology, London, Pe gamon P ess, 1966.
13. S.C. E ikson, “Pu e Me al: Magnesium”, en Me als Handbook 10 h Edn Vol II: P ope ies and
Selec ion: Non e ous Alloys and Special-Pu pose Ma e ials, Ohio, Ame ican Socie y o Me als,
Me als Pa k, 1990. p. 1132.
14. S.J. Fle che , “Magnesium and i s Applica ions”, Found y, 95, 1973, p. 13.
15. S. Housh, B. Mikucki and A. S e enson, “Selec ion and Applica ion o Magnesium and
Magnesium alloys”, en Me als Handbook 10 h Edn Vol II: P ope ies and Selec ion: Non e ous
Alloys and Special-Pu pose Ma e ials, Ohio, Ame ican Socie y o Me als, Me als Pa k, 1990.
p. 455.
16. S. Housh, B. Mikucki and A. S e enson, “P ope ies o Magnesium Alloys”, en Me als
Handbook 10 h Edn Vol II: P ope ies and Selec ion: Non e ous Alloys and Special-Pu pose
Ma e ials, Ohio, Ame ican Socie y o Me als, Me als Pa k, 1990. p. 476.
17. W. Hume-Ro he y and G.V. Rayno , The S uc u e o Me als and Alloys, London, The Ins i u e
o Me als, 1956.
18. A.A. Nayeb-Hashemi and J.B. Cla k, Phase Diag ams o Bina y Magnesium Alloys, Me als Pa k,
OH, ASM In e na ional, 1988.
19. I.J. Polmea , Lig h Alloys: Me allu gy o he Lig h Alloys, London, Edwa d A nold, 1995.
10. I.J. Polmea , “Magnesium Alloys and Applica ions”, Ma e . Sci. and Tech., 10, 1994, p. 1.
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
4 Nue os ma e iales lige os y sus p ocesos 131
El p oceso XDTM e i a el p oblema de mojabilidad de las pa ículas c eándolas in si u median e la
in oducción de compues os en la ma iz undida que, po eacción exo é mica, o men las pa ículas
de e ue zo, gene almen e monoc is ales.
En odos los p ocesos p esen ados es di ícil es ablece el cos e asociado, si bien se si úa en o no a los
100$/kg.
4.1.4 Sólidos me álicos celula es
En los úl imos años se han empezado a come cializa sólidos celula es me álicos de aluminio, i anio
y sus aleaciones en can idades ap eciables. Es o ha sido posible po el desa ollo de nue os mé odos
de p oducción, que han pe mi ido una educción sus ancial de cos es de p oducción, así como al
in e és c ecien e en es uc u as de bajo peso capaces de abso be g an can idad de ene gía. Los
p incipales ipos de sólidos celula es me álicos exis en es son los siguien es:
— Núcleos al eola es de ipo nido de abeja (hexagonales).
— Núcleos celula es (aluminio undido con agen es químicos o mado es de gases).
— Espumas me álicas.
De és os, los más impo an es son los sándwich con núcleo de panel de abeja, que son de uso común
en aplicaciones donde un peso educido sea undamen al, y las espumas me álicas, de ecien e
desa ollo.
Los paneles de nido de abeja se pueden ab ica con la mayo ía de ma e iales lige os, como el
aluminio, y el i anio, y ambién con o os ma e iales, como el ace o inoxidable, el molibdeno o el
cobal o. Tomando como ejemplo el uso de aleaciones de aluminio, se han conseguido ma e iales con
esis encia a la ensión supe io a los 300 MPa, y con un espeso de 20-120 mic óme os en las
pa edes que con o man el panel.
Las espumas me álicas son el desa ollo más ecien e de es a amilia de ma e iales. P esen an una
buena esis encia a la co osión, una baja conduc i idad é mica y una buena eciclabilidad. Es as
p opiedades, jun o a una mayo uni o midad mic oes uc u al en p oducción, hacen de es os
ma e iales una excelen e opción como núcleo de paneles sándwich en luga de la es uc u a de nido
de abeja, y ambién como aislan e é mico, sono o y en aplicaciones de abso ción de ene gía.
Fig. 4.2 Sis ema de deposición po sp ay (Adap ado de Lloyd D.J. 1994)
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.

132 Aleaciones lige as
Ac ualmen e hay dos mé odos impo an es de ab icación de espumas: po un p oceso de moldeo,
usión y ex acción median e banda anspo ado as, de la Hyd o Aluminium, y po p oceso de
me alu gia de pol os, desa ollado po el F aunho e Ins i u e o Applied Ma e ials Resea ch.
Ambos p ocesos p oducen espuma de aluminio y de aleaciones de aluminio con p opiedades
azonablemen e homogéneas y en can idades come ciales.
Las densidades de las espumas son bas an e bajas, del o den de 0,3 g/cm3. El lími e elás ico ambién
es bas an e bajo, del o den de los 5 MPa, si bien la capacidad de abso ción de ene gía es impo an e.
4.1.5 Aplicaciones
Los MMC son ma e iales muy a ac i os pa a aplicaciones donde el con ol de la ca ga é mica y de
sonido y ib aciones sea impo an e, así como en aplicaciones donde la esis encia al desgas e sea
impo an e. Los MMC se emplean pa a ab ica eng anajes, elemen os de ansmisión de ue za de
baja ine cia, sis emas elec ónicos y di e sos elemen os de la indus ia ae ospacial, donde el peso es
un ac o esencial.
En e las aplicaciones es uc u ales de los panales de nido de abeja y de espumas me álicas, des aca el
sec o ae onáu ico, donde se u iliza en la es uc u a, mampa as, paneles, suelos, pue as, como elemen o
de insono ización, e c. También es empleado en el anspo e e es e y ma í imo, así como en
cons ucción, como elemen o de mampa as y como aislan e. O a aplicación muy ex endida es en el
campo depo i o, como base de cons ucción de esquíes, aque as, ca enados de ehículos de compe ición,
y cualquie aplicación donde la elación esis encia-peso supe e las conside aciones económicas.
4.2 Compues os: aluminu os de i anio
En e los nue os ma e iales lige os, un campo al que se es á dedicando mucha a ención son las
aleaciones capaces de abaja a al as empe a u as. Como se explica en el capí ulo 5, las aleaciones
con encionales de i anio no pueden esis i exposiciones p olongadas a la a mós e a a empe a u as
supe io es a los 600°C, p incipalmen e debido a la oxidación supe icial, que p oduce
desconchamien os y agilidad in e na. Exis en, sin emba go, compues os in e me álicos o denados de
Fig. 4.3 Elemen os de un sándwich de panel de abeja (Adap ado de Smi h W.F (1998), p. 678)
ca as de laminación
ca as de laminación
adhesi os
panel
panel
sandwich
ab icado
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
4 Nue os ma e iales lige os y sus p ocesos 133
aluminio- i anio que p esen an un núme o de p opiedades que los hacen a ac i os pa a se usados en
componen es equie an abaja a al as empe a u as. Con ienen su icien e can idad de aluminio pa a
o ma capas de alúmina (Al2O3) en ambien es oxidan es, ienen densidades bajas, pun os de usión
ela i amen e ele ados y excelen es p opiedades de esis encia a al a empe a u a.
El diag ama de ases Ti-Al se mues a en la igu a 4.4. Los aluminu os de i anio de in e és son el
Ti3Al (al a2), el TiAl (gamma), y el es equiomé ico TiAl3(Tabla 4.3). Aunque exis en o as
composiciones de aluminu os, el g ado de o denamien o a ómico que p esen an dec ece con o me la
composición se dis ancia de las p opo ciones es equiomé icas.
Las en ajas inmedia as pa a es os aluminu os son su ele ado módulo elás ico y su baja densidad con
elación a las supe aleaciones de níquel, ma e ial de uso habi ual en la ab icación de álabes de u bina.
Y aún más impo an e; como se ha comen ado, la esis encia a la oxidación de los aluminu os mejo a
con el con enido en aluminio. Las es uc u as c is alinas o denadas de los compues os ambién p esen an
una esis encia mejo ada a la luencia en calien e, ya que la ed c is alina di icul a el mo imien o de las
dislocaciones y la di usión a ómica a al as empe a u as. El incon enien e que p esen an es as
p opiedades es una baja duc ilidad a bajas empe a u as, lo que ha di icul ado su in oducción come cial.
Fig. 4.4 Diag ama de ases Ti-Al (Adap ado de Smi h W.F (1998), p. 324)
TcO denamien o Pun o de usión Módulo de Young
Aleación Es uc u a [°C] [°C] Densidad [GPa]
Ti3Al D019 (hcp) 1.100 1.600 4,3 145
TiAl L10( e agonal) 1.460 1.460 3,91 176
TiAl3D022 ( e agonal) 1.350 1.350 3,4 200
(Adap ado de Ma e ials p ope ies handbook o i anium alloys, 1994)
Tabla 4.3 P opiedades ísicas de los aluminu os de i anio
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
134 Aleaciones lige as
4.2.1 Ti3Al (al a2)
Es el aluminu o más es udiado. P esen a un g an inc emen o en la a io esis encia-peso espec o a las
aleaciones con encionales de i anio. El Ti3Al p esen a una es uc u a hexagonal o denada que
con iene es sis emas independien es de deslizamien o (planos basal, p ismá ico y pi amidal), si bien,
a di e encia de la mayo ía de la mayo ía de me ales con malla hexagonal, no iene de o mación po
maclado, y la insu iciencia de sis emas de deslizamien o que p esen a gene a una baja duc ilidad a
empe a u a ambien e.
Es e aluminu o es es able pa a un ango de composiciones de aluminio del 22 al 39a %, y man iene su
es abilidad has a empe a u as supe io es a los 1100°C. Tan o la mic oes uc u a como las
p opiedades mecánicas del Ti3Al siguen el compo amien o de las aleaciones con encionales de
i anio. Se puede p ocesa e momecánicamen e en ase be a, así como empla y añadi alean es pa a
mejo a sus p opiedades.
4.2.2 TiAl (gamma)
El desa ollo del TiAl es más ecien e que el del Ti3Al, debido a su in e io duc ilidad a empe a u a
ambien e. La esis encia a acción es ambién in e io . Sin emba go, su meno densidad, combinada
con alo es más ele ados del módulo elás ico, esis encia a la oxidación, es abilidad é mica y la
plas icidad que p esen a a al as empe a u as lo hacen muy in e esan e.
El TiAl iene una es uc u a e agonal, con composiciones de aluminio en e 49 y 66 a %. El
compues o man iene su o denamien o has a su pun o de usión a 1460°C. Al igual que el TiAl, su
duc ilidad es baja, pe o a ele adas empe a u as p esen a plas icidad po maclado.
Fig. 4.5 Es uc u a c is alina del Ti3Al
(Adap ado de Ma e ials p ope ies handbook o i anium alloys, 1994)
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
4 Nue os ma e iales lige os y sus p ocesos 135
La aleación TiAl p esen a su mayo in e és cuando es aleada con algún elemen o de ansición (has a
un 10a %) como el V, C , Mn, que mejo an la duc ilidad, o el Nb, Mo y W, que mejo an la esis encia
a la oxidación.
El TiAl ambién puede se modi icado po a amien o e momecánico como o as aleaciones de
i anio. La es uc u a más común es lamina , pe o puede se p ocesado has a ob ene una mo ología
equiaxial o dúplex, con ase gamma y al a2. La más empleada es la mo ología lamina ina, ya que
se conside a p opo ciona el mejo balance de p opiedades.
Es a aleación ambién p esen a algunos incon enien es, como su ele ada suscep ibilidad a la
seg egación du an e la solidi icación ( éase el diag ama de ases) y el especial cuidado que se debe
ene al ealiza a amien os é micos.
4.2.3 TiAl3
Es e compues o, con una es uc u a c is alina e agonal, p esen a el mayo módulo elás ico especí ico
y esis encia a la oxidación de odos los aluminu os de i anio, como se mues a en la abla 4.3.
Aunque p esen a una cie a agilidad a empe a u a ambien e po su al a de planos de deslizamien o,
a ele adas empe a u as es dúc il a comp esión. Se in en a aumen a la duc ilidad del compues o pa a
mejo a sus p opiedades median e el paso a una es uc u a cúbica, pe o las aleaciones ob enidas has a
la echa siguen siendo ágiles.
4.2.4 Mé odos de p ocesado
La usión y el colado de los aluminu os de i anio p esen an cie as di icul ades, ya que las ensiones
inducidas é micamen e son muy impo an es y pod ían da luga a ac u as en los lingo es. Po ello,
el p ocesado de los lingo es equie e empe a u as más ele adas que las usuales pa a las aleaciones de
γTiAl: Es uc u a c is alina
Fig. 4.6 Es uc u a c is alina del TiAl
(Adap ado de Ma e ials p ope ies handbook o i anium alloys, 1994)
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
136 Aleaciones lige as
i anio. Po ello, la p oducción de piezas hechas de aluminu os di ec amen e po colado o po
pul ime alu gia es muy a ac i a. O os p ocesos que es án siendo es udiados son la p oducción de
aluminu o, en pol o po solidi icación ápida, así como el inc emen o de la esis encia mecánica a
ele adas empe a u as median e la inco po ación de pa ículas de e ue zo, con i iendo la aleación
en un MMC.
Las aleaciones disponibles de o ma come cial en la ac ualidad son básicamen e aleaciones TiAl.
Es as aleaciones pe mi en se p ocesadas y a adas é micamen e, ya que su mic oes uc u a puede
se mono ásica gamma o bien bi ásica gamma+al a2. Con un p ocesado e momecánico ap opiado la
mo ología de las ases se puede ajus a pa a p oduci mo ologías lamela es, equiaxiales, o bien
dúplex (mezcla de ambas).
La es uc u a lamela pe mi e a ina la mic oes uc u a, mejo a la duc ilidad y educi la escala de
mic oes uc u a median e ec is alización de los g anos gamma. Se consigue una duc ilidad óp ima
con un 10 ol% de ase al a2.
La mo ología de la mic oes uc u a a ía de o ma conside able según la composición, empe a u as
de a amien o é mico, iempo, elocidad de en iamien o y la empe a u a de es abilización. El
amaño de g ano disminuye con el con enido de aluminio y con la adición de anadio, manganeso y
c omo.
4.2.5 Aplicaciones
Las aplicaciones po enciales de es os ma e iales se cen an en la indus ia ae ospacial, ya que se
pueden log a aho os impo an es de peso al eemplaza componen es ab icados con supe aleaciones
de níquel po piezas monobloque hechas de aluminu os. Sin emba go, queda pendien e de e mina de
o ma cla a su compo amien o a ac u a an es de gene aliza su uso, en es as aplicaciones y en o as,
como ma e ial es uc u al en u u os a iones hipe sónicos.
En la ac ualidad su uso es á limi ado a aplicaciones no c í icas, como elemen os de mo o de
au omó il o o o es de u binas. Su uso ambién pod ía ex ende se a la ab icación de ál ulas de
mo o es po su e ec o en la educción del consumo si los cos es de p oducción se pudie an educi .
4.3 Aleaciones nano ásicas
A mediados de siglo se dedujo, a pa i de conside aciones eó icas, que la educción del amaño de g ano
de un ma e ial a alo es nanomé icos implicaba impo an es cambios en las p opiedades del ma e ial. En
un es ado nanoc is alino un sólido con iene al can idad de de ec os que la dis ancia en e ellos es del
o den de las dis ancias in e a ómicas, po lo que una impo an e acción de á omos es adyacen e a un
de ec o. Es e compo amien o di e encia al es ado nano ásico del es ado habi ual de los ma e iales, así
como del es ado amo o. La in es igación sis emá ica a g an escala en ma e iales nanoc is alinos sólo
comenzó hacia 1990, a pesa de que las p emisas básicas es aban ijadas desde los años se en a.
Ac ualmen e, el nomb e de ma e iales nano ásicos se u iliza pa a desc ibi los ma e iales cuyo amaño
de g ano es an pequeño que un olumen signi ica i o de su mic oes uc u a es á o mado po
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.

4 Nue os ma e iales lige os y sus p ocesos 137
in e aces. Po ejemplo, en una es uc u a con g anos de 10 nm, el olumen ocupado po las
es uc u as de bo de de g ano puede llega a supe a el 30%. Es o p oduce una densidad de de ec os
ex emadamen e al a en el ma e ial, como se obse a en la igu a 4.7.
Un ma e ial nano ásico puede se desc i o como un compues o que con iene una mezcla de egiones
c is alinas y amo as, al y como se obse a en la igu a 4.7. Como consecuencia, las p opiedades
ca ac e ís icas del ma e ial son modi icadas, mejo ando gene almen e las p opiedades ísicas o
mecánicas.
La exis encia de ma e iales nano ásicos se debe al desa ollo de nue as écnicas de p ocesado, como
el aleado mecánico, la c is alización con olada de un p ecu so amo o, los mé odos sol-gel, la
consolidación de pol os amo os o el PVD. Po desg acia, su p oducción ha sido muy educida has a
aho a, lo que los educe al es adio de ma e ial expe imen al.
Sin emba go, las expec a i as pa a es os ma e iales son muy impo an es. Se espe a que los ma e iales
nano ásicos se án suscep ibles a la luencia a al as empe a u as debido al deslizamien o de los bo des
de g ano, lo que se ía una ca ac e ís ica muy deseable. O a ca ac e ís ica que se ía complemen a ia
es la capacidad de sopo a de o mación supe plás ica al mismo iempo que la mic oes uc u a
pe manece es able a las empe a u as ap opiadas. Es as p opiedades han sido obse adas en
aleaciones nano ásicas de aluminio p oducidas po aleado mecánico y po consolidación ápida de
pol os amo os. También se obse ó un ele ado inc emen o en la elocidad de de o mación a la que
apa ecía la supe plas icidad, lo que ab e el camino pa a aplicaciones en las que se equie a
supe plas icidad en condiciones de impac o.
Se han p oducido pequeñas can idades de i anio nano ásico, así como de TiCu y de aluminu os de
i anio po aleado mecánico. En es os casos, las p opiedades mecánicas de los ma e iales nano ásicos
supe an a las de los mismos ma e iales en condiciones no males, llegando incluso a dobla la du eza a
empe a u a ambien e en el caso del TiAl.
Fig. 4.7 Es uc u a de un ma e ial nanoc is alino (Adap ado de Polmea I.J. (1995) p.344)
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
138 Aleaciones lige as
4.4 P ocesos de solidi icación ápida
Los p ocesos de solidi icación ápida (RSP, apid solidi ica ion p ocessing) es án ecibiendo mucha
a ención como medio pa a p oduci a iedades comple amen e nue as de aleaciones con p opiedades
mecánicas y de esis encia a la co osión supe io es a las que se pueden ob ene con las écnicas
me alú gicas con encionales.
El RSP se basa en un en iamien o ex emadamen e ápido de una aleación undida pa a p oduci
pol o o pa ículas sólidas. El pun o cla e del p oceso y su p incipal di icul ad es la elocidad de
en iamien o, que debe se supe io a 104°C/s. Pa a consegui es as elocidades de en iamien o se han
desa ollado a ios mé odos, en e los que se des acan el en iamien o po inyección a al a elocidad
en un cho o de gas y el en iamien o y p oyección de pa ículas desde un disco de cob e e ige ado.
El p oceso más usado pa a p oduci pol os po RSP es la a omización po gas. El mé odo consis e en
inyec a la aleación undida en una co ien e de gas a al a elocidad, como ni ógeno o a gón.
Median e un adecuado diseño de la cáma a de inyección se consigue p oduci pa ículas muy inas,
ap oximadamen e es é icas y con diáme os en e 10 y 50 mic óme os. La elocidad de en iamien o
es mayo cuan o meno es el amaño de las pa ículas, y puede llega a elocidades de 105°C/s.
En el caso del mé odo de en iamien o po disco, el me al undido pasa a a és de un o i icio a la
supe icie de un ambo de cob e in e namen e e ige ado po agua. Dicho ambo gi a a al as
elocidades, lo que p oduce la expulsión del me al solidi icado en o ma de banda ( igu a 4.8). La
banda de me al ob enida es pos e io men e i u ada y pul e izada pa a con o ma piezas po
pul ime alu gia. Las elocidades de en iamien o ob enidas po es e mé odo son del o den de 106°C/s
o supe io es.
En e las aplicaciones del RSP des aca la posibilidad que o ece de ab ica aleaciones con lími es de
solubilidad sólida mucho más ele ados que los alo es con encionales. Po ejemplo, en el caso del
aluminio se han conseguido inc emen os en la solubilidad lími e de un o den de magni ud. Es o
pe mi e p epa a soluciones sólidas de aluminio supe sa u adas que pueden llega a compe i con las
aleaciones de i anio en aplicaciones a al as empe a u as, como se mues a en la igu a 4.9.
Fig. 4.8 RSP po en iamien o en disco. a) In oducción del me al undido;
b) condiciones de solidi icación es able pa a colada plana (Adap ado de Polmea I.J. (1995))
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
4 Nue os ma e iales lige os y sus p ocesos 139
O a de las p opiedades del RSP es la posibilidad de ob ene amaños de g ano es ables de 1
mic óme o o in e io , que puede se man enido du an e el p ocesado pos e io debido a la p esencia
de pa ículas de segunda ase en los lími es de g ano. Además de es a es abilidad, su amaño asegu a
una ele ada homogeneidad química, lo que mejo a la esis encia a la co osión.
En e las aleaciones ob enidas po RSP des acan las aleaciones de aluminio, aleaciones de magnesio y
aleaciones de i anio. El cos e de la p oducción de aleaciones po RSP se si úa en el o den de 50-100$
según el ipo de aleación. Es os cos es an ele ados educen el campo de aplicaciones de es os
ma e iales a sec o es donde las p opiedades del ma e ial sean mucho más impo an es que su p ecio.
4.4.1 Aplicaciones
La a omización po gas se u iliza en aplicaciones de al a ecnología. Po ejemplo, el lanzamien o de la
Lanzade a Espacial consume 160.000 kg. de aluminio a omizado en los cohe es de combus ible sólido.
O as aplicaciones se cen an ambién en componen es de la indus ia ae ospacial, como elemen os de
comp eso es y u binas, piezas o jadas pa a enes de a e izaje, e c.
4.5 Aleaciones amo as
Gene almen e, los me ales y sus aleaciones p esen an es uc u as c is alinas o denadas. Sin emba go,
exis en mé odos de p ocesado que pe mi en ob ene aleaciones con es uc u as a ómicas amo as
median e en iamien o b usco a pa i del ma e ial líquido, como el mé odo del en iamien o po disco
desc i o en el apa ado an e io .
Los ma e iales suscep ibles de es e a amien o deben cumpli di e sos equisi os, de los cuales el
p incipal es que los componen es de la aleación posean una ele ada en alpía nega i a de mezcla,
como p esen an algunas aleaciones de aluminio y magnesio con ie as a as.
Fig. 4.9 P opiedades de a ias aleaciones RSP compa adas con aleaciones de i anio
(Adap ado de Polmea I.J. (1995) p. 334)
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
140 Aleaciones lige as
La p esencia de una ase amo a en las aleaciones de aluminio en coexis encia con una ase c is alina
ue obse ada inicialmen e en sis emas bina ios con inco po ación de me ales de ansición y
p ocesados po RSP. La o mación de una aleación comple amen e amo a ue conseguida con una
aleación del sis ema Al-Fe-B. Si bien las aleaciones amo as que se ob u ie on inicialmen e e an muy
ágiles, o as aleaciones ob enidas con pos e io idad poseen unas buenas p opiedades mecánicas, con
alo es de esis encia a o u a supe io es a 1000MPa, como se mues a en la abla 4.4. Los alo es de
du eza y de módulo elás ico son ambién supe io es en el caso de las aleaciones amo as.
La p epa ación de aleaciones amo as en masa se ealiza median e ex usión o bien pul ime alu gia.
El p oblema que p esen an las aleaciones amo as a su p ocesado es que ans o man a ase c is alina
a empe a u as de 250-300°C, lo que di icul a su p ocesado, si bien algunas aleaciones amo as
mejo an sus p opiedades mecánicas median e ec is alización pa cial y o mación de p ecipi ados.
Además de las aleaciones amo as ya indicadas de aluminio y i anio, se han ob enido aleaciones
amo as de magnesio, gene almen e con la inco po ación de ie as a as y elemen os de ansición.
Es as aleaciones, como la Mg-Li-La, p esen an unas p opiedades mecánicas que llegan a dobla los
alo es máximos ob enidos con las aleaciones con encionales de magnesio, si bien su capacidad pa a
sopo a la de o mación plás ica es muy educida. Po el con a io, su es abilidad é mica es ele ada,
con empe a u as de c is alización supe io es a 300°C, y con posibilidad de man ene la ase amo a
pa a elocidades de en iamien o de 102°C/s, mucho más len as que las eque idas pa a las aleaciones
de aluminio. Es o ha pe mi ido ob ene aleaciones amo as de magnesio en o ma másica, po colado
en molde de cob e.
Se han log ado ob ene muchas aleaciones amo as de aluminio, i anio y magnesio con excelen es
p opiedades. Sin emba go, las aplicaciones p ác icas de dichas aleaciones amo as aún ienen que se
explo adas, gene almen e debido a su ele ado cos e de ob ención.
4.6 Sín esis po combus ión
4.6.1 In oducción
La sín esis po combus ión (SC) es un p oceso no edoso y a ac i o que pe mi e la sín esis de una
amplia a iedad de compues os y aleaciones, especialmen e compues os in e me álicos, ca bu os,
Aleación Du eza Lími e elás ico Densidad Temp. c is alización
(a %) [DPN] [MPa] [g/cm3] [°C]
Ti-15Si 510 1.960 4,1 429
Ti-20Co-10Si 570 2.105 5,0 495
Ti-20Fe-10Si 580 2.150 4,8 549
Ti-35Be-5Si 805 2.490 3,9 462
(Adap ado de Ma e ials p ope ies handbook o i anium alloys, 1994).
Tabla 4.4 P opiedades mecánicas de algunas aleaciones amo as de i anio,
compa adas con la aleación Ti6Al4V
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148 Aleaciones lige as
5.1.1.1 T a amien o é mico de disolución
En es e a amien o los á omos de solu o se disuel en pa a o ma una solución sólida mono ásica.
Conside ando una aleación de composición C0, el a amien o consis e en calen a la aleación a una
empe a u a T0den o del campo de ase α, y man ene dicha empe a u a has a que oda la ase β
p esen e se disuel a, de modo que el esul ado sea únicamen e ase αde composición C0. A
con inuación, se en ía b uscamen e o se empla a empe a u a T1(que puede se la empe a u a
ambien e), de modo que se congela la es uc u a mono ásica y se di icul a la di usión impidiendo la
o mación de la ase β. En es e es ado, en que la solución sólida αse encuen a sob esa u ada con
á omos de B, es amos en una si uación de no equilib io y la aleación es ela i amen e blanda y poco
esis en e.
5.1.1.2 T a amien o é mico de p ecipi ación
Es e a amien o consis e en calen a la solución sólida sob esa u ada ob enida as el p oceso an e io
a una empe a u a in e media T2den o de la egión bi ásica, de modo que aho a la di usión queda
a o ecida. La ase βcomienza a o ma se como pa ículas de composición CB inamen e dispe sas,
p oceso que se denomina en ejecimien o a i icial. Después de pe manece el iempo adecuado a esa
empe a u a la aleación se en ia de nue o a empe a u a ambien e a una elocidad que gene almen e
no iene impo ancia.
Es e p oceso ambién pod ía lle a se a cabo a empe a u a ambien e, con el consiguien e inc emen o
en la du ación del mismo ya que a esa empe a u a la elocidad de di usión es muy pequeña. En es e
caso, ecibe el nomb e de madu ación o en ejecimien o na u al.
Las pa ículas de ase βque se o man du an e el p oceso de en ejecimien o, es deci , los
p ecipi ados, ienen una es uc u a cambian e con el iempo que es la que ealmen e a ec a a las
Fig. 5.2
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.

5 P ác icas 149
p opiedades mecánicas de la aleación. El ca ác e de las pa ículas de ase βes el que de e mina la
esis encia y la du eza de la aleación, y que engamos p esen e una ase u o a de p ecipi ado depende
a su ez de la empe a u a de p ecipi ación T2y del iempo de en ejecimien o a esa empe a u a.
La o mación de pa ículas del p ecipi ado es able, cuya apa ición epe cu e en una caída b usca de
las p opiedades mecánicas, no se da ins an áneamen e, sino que es el paso inal de un p oceso en el
que los á omos del componen e que sob esa u a la ase α an ag upándose pa a da luga a sucesi as
ases ansi o ias ines ables que e olucionan con el iempo has a llega a la es uc u a de β.
La explicación de la exis encia de es as ases in e medias se basa en mo i os ene gé icos: la ene gía
necesa ia pa a la nucleación sucesi a de las ases ansi o ias es mucho meno que la necesa ia pa a
pasa di ec amen e a la ase inal, luego se á mas ácil y acele a á el p oceso i supe ando pequeñas
ba e as ene gé icas consecu i as, co espondien es a las ases de ansición has a llega a la ase
es able (de meno ene gía lib e), que alcanza la al a ba e a ene gé ica eque ida pa a su nucleación
di ec a.
Todo es o se ap ecia cla amen e en la igu a, siguien e que co esponde a una aleación aluminio-
cob e. En ella puede e se la e olución de los p ecipi ados con el iempo (zonas GP, θ”, θ’, θ) y
cómo la ene gía necesa ia pa a pasa de una ase ines able a o a an es de llega a la ase es able θes
mucho meno que la que se necesi a ia pa a la nucleación di ec a de és a.
Las secuencias de p ecipi ación y las ca ac e ís icas y núme o de ases ansi o ias que se o man
an es de alcanza se la es uc u a del p ecipi ado inal a ían de unas aleaciones a o as, y dependiendo
del ipo de p ecipi ado que p esen en (a empe a u a ambien e) end án una esis encia y du eza
de e minadas.
5.1.2 P ác ica: Aleación aluminio-cob e
El mecanismo de endu ecimien o más es udiado en las aleaciones de aluminio de al a esis encia
co esponde a la aleación aluminio-cob e, cuyo diag ama se ep esen a en la igu a adjun a.
La ase αes la disolución sólida sus i ucional de cob e en aluminio, mien as que el compues o
in e me álico CuAl2co esponde a la ase θ.
Fig. 5.3
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
150 Aleaciones lige as
5.1.3 P ocedimien o
1. Toma diez p obe as de una aleación aluminio-cob e con un con enido en cob e del 4% en peso.
2. Se lle an a a amien o é mico a una empe a u a de 500°C du an e 20 minu os.
3. Se ealiza un a amien o de emple en iándolas b uscamen e a empe a u a ambien e, excep o una
de ellas, que se en ía en el in e io del ho no.
4. En o o ho no, se ealizan a amien os é micos a 150, 250 y 350°C du an e 5, 10, 45 y 100
minu os. Cuando se consumen los iempos de a amien o é mico, las piezas se emplan en agua.
5. Se ealizan ensayos de du eza B inell pa a cada ma e ial, una ez se ha pulido el ma e ial a ado.
5.1.4 Resul ados
1. Rep esen a g á icamen e la e olución de la du eza en unción del iempo de en ejecimien o (ln )
pa a cada una de las empe a u as de a amien o.
2. Es ima pa a cada una de esas empe a u as de en ejecimien o el iempo de a amien o necesa io
pa a alcanza la máxima du eza de la aleación.
3. Indica que amo de la g á ica co esponde ía a la o mación del p ecipi ado es able θ.
5.1.5 Cues iones
1. ¿ Que e ec o iene la empe a u a de a amien o é mico pa a un cie o iempo en la du eza?
2. ¿Qué e ec o iene el iempo de a amien o é mico en la du eza del ma e ial cuando el a amien o
é mico se hace a una misma empe a u a?
3. ¿Cuáles son los e ec os del sob een ejecimien o?
4. ¿Qué di e encias hay en e la p obe a en iada en el ho no y las que han su ido los di e en es
p ocesos de en ejecimien o?.
Fig. 5.4
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
5 P ác icas 151
5.2 T a amien o é mico de la aleación TI6AL4V
En es a p ác ica se cen a en el es udio de la modi icación de la mic oes uc u a de la aleación
Ti6Al4V po medio de a amien os é micos.
5.2.1 In oducción
Una de las aleaciones de i anio más ex ensamen e usadas es la aleación Ti6Al4V, con un 6% de
aluminio y un 4% de anadio. Es a aleación es la más empleada po sus óp imas p opiedades de
esis encia, enacidad y esis encia a la co osión. Algunos usos ípicos de es a aleación son las
aplicaciones ae ospaciales, eac o es químicos a p esión, u binas de a ión, implan es qui ú gicos,
e c.
Es a aleación pe enece al ipo α+β( igu a 5.5), lo que pe mi e ealiza a amien os é micos de
modi icación de la mic oes uc u a. La ans o mación α+β→β iene luga a 950°C-1000°C, lo que
obliga a ealiza los a amien os é micos a ele adas empe a u as en acío o bien en a mós e a
ine e, pa a e i a la eacción del i anio con la a mós e a.
5.2.1.2 T a amien o é mico en ase β
Son a amien os é micos que se ealizan a unas empe a u as po encima de la β- ansus, pa a
alcanza la egión β, seguido de un en iamien o ela i amen e len o. El g ano de βque se ob iene
suele se g ueso, y se man iene así en el en iamien o pos e io . La mic oes uc u a que se ob iene, se
denomina de ipo “ces a” y es á o mada po placas de Widmans ä en de ase αempaque adas en una
ma iz de ase β. La can idad de cada una de las ases es á egida po la ley de la palanca.
La esis encia mecánica ob enida en los a amien os é micos en la egión de ase βes simila a la
que p opo ciona el a amien o en la egión α+βpe o p oduce una meno plas icidad debido al g an
amaño de los g anos ob enidos. El ecocido en βp oduce un lími e de a iga y una enacidad a la
ac u a más ele adas, debido a que la elocidad de p opagación de la g ie a es más len a a pesa de
Fig. 5.5 Diag ama de ase de la aleación TiAlV pa a di e en es composiciones de aluminio y anadio
© Los au o es, 2001; © Edicions UPC, 2001.
152 Aleaciones lige as
que la g ie a nuclee a un meno núme o de ciclos. El compo amien o a a iga a bajos ciclos de la
aleación ecocida en βes in e io .
5.2.1.3 T a amien o é mico de emple desde la ase β
Un en iamien o ápido p oduce la descomposición de la ase βpo una eacción ma ensí ica. La
es uc u a p esen e después del emple depende á de la empe a u a a la que se haya calen ado,
habiéndose supe ado o no la empe a u a β- ansus. Se pueden o ma dis in os ipos de ma ensi a,
que se designan como α' y α". Si se calien an po encima de la β- ansus y se empla, la es uc u a
ob enida es o almen e ma ensí ica, con una pequeña can idad de la ase βdebido a que la
empe a u a que ma ca el inal de la ans o mación ma ensí ica (M ) es á po debajo de la
empe a u a ambien e pa a es a aleación, y po an o no oda la ase βse hab á ans o mado en α’ a
25°C. Las p opo ciones de βy ma ensi a pueden deduci se a pa i del diag ama TTT.
La ma ensi a es más du a que la ase α, aunque la di e encia en du eza no es an acusada como en el
caso de los ace os. La emplabilidad de las aleaciones de i anio es baja, y el en iamien o debe
ealiza se muy ápidamen e.
La ma ensi a puede se some ida a un a amien o de madu ación y e enido, que consis e en un
calen amien o a T al as (unos 550°C pa a aleaciones de ipo α+β) en el que la ma ensi a o mada
su i á di e sas ans o maciones (p oceso al que se llama e enido) e igualmen e la ase β(p oceso
al que se llama madu ación).
5.2.1.4 T a amien o é mico en la egión α+β
La inalidad de es e a amien o es educi las ensiones o iginadas en p ocesos de moldeo, soldadu a,
de o mación (en ío o en calien e) o mecanizado, sin a ec a des a o ablemen e a la esis encia o
plas icidad y sin al e a la mic oes uc u a.
El a amien o se ealiza a empe a u as de unos 600 a 700°C pa a las aleaciones de ipo α+βdu an e
un iempo que puede oscila en e 1/4 de ho a a 4 ho as. La elocidad de en iamien o, aunque no es
c í ica, debe se lo su icien emen e len a como pa a no o igina nue as ensiones.
Si se ele a la empe a u a po encima de la indicada an e io men e pe o siemp e den o del campo de
ase α+βse puede p oduci ec is alización, lo que o igina á una mic oes uc u a homogénea de
pequeños g anos poliéd icos y equiaxiales en una ma iz de ase α+β. El ecocido de ec is alización
suele hace se en aleaciones de ipo α+βcalen ando unas 2 ho as a unos 700°C.
Al en ia len amen e se p oduce una ans o mación β→α+βcon una mo ología denominada
mill-annealed, cons i uida po g anos equiaxiales de ase a odeados po placas de Widmans ä en a
odeadas po ase βno ans o mada.
5.2.2 Mé odo expe imen al
El ma e ial usado en es a p ác ica es Ti6Al4V come cial. La aleación Ti6Al4V se p esen a en su
es ado o iginal en o ma de ba as cilínd icas que habían sido o jadas a 950°C y pos e io men e
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5 P ác icas 153
ecocidas a 700°C du an e dos ho as y en iadas al ai e. La composición química del ma e ial de
ecepción se mues a en la Tabla 1.
Se dispone de cua o p obe as, de las que es se an a a a é micamen e en la p ác ica. Todos los
a amien os é micos se ealizan en un ho no eléc ico ubula . El ango empe a u a alcanzado po el
ho no debe ía se de 20º a 1200º C como mínimo. En odos los casos se ecomienda usa ubos de
alúmina pa a la ealización de los a amien os, con un diáme o in e io del ubo de 20 mm. Se
in oducen las mues as en el ho no ubula a 1100°C du an e 20 minu os, pa a homogeneiza oda la
es uc u a de ase β. Pos e io men e se hacen los siguien es a amien os é micos:
1. Una p obe a sin a a con la es uc u a de pa ida (ma e ial o jado y ecocido)
2. O a que se ha in oducido en un ho no a 1100°C du an e 20 minu os y se en ia len amen e en el
in e io del ho no.
3. Una p obe a con emple en agua ( a amien o é mico en la egión β)
4. Una p obe a con en iamien o en el in e io del ho no has a 800°C y emple ( a amien o é mico
en la egión α+β)
A con inuación se desbas an las p obe as, se pulen y se a acan du an e 15 segundos con un eac i o
(HNO3: 10%, HF: 5%, H2O: 85%) pa a e ela la mic oes uc u a.
Es muy impo an e que el desbas e inicial sea p o undo (al menos 2 ó 3 mm pa a elimina la capa de
óxido, pues o que el oxígeno es un elemen o es abilizado de la ase α).
5.2.3 Resul ados
Se a a de iden i ica las mic oes uc u as ob enidas en las cua o p obe as y elaciona las con los
dis in os a amien os é micos ealizados median e obse ación en mic oscopio óp ico. Las
es uc u as que debe ían es a p esen es en las mues as se p esen an a con inuación.
La mic oes uc u a en ecepción es mill-annealed, como se mues a en la igu a 5.6. Es una es uc u a
o mada po g anos de ase α(zonas cla as) y un po cen aje a iable de g anos de ase β(zonas
oscu as). Es la mic oes uc u a que debe p esen a la p obe a sin a a (p obe a 1).
Composición
Ma e ial Al V Fe C O N H Ti
Ti6Al4V 6,0 4,0 0,14 0,01 0,15 0,010 0,0017 bal.
Ti6Al4V F136 5,5–6,5 3,5–4,5 0,25 0,08 0,13 0,05 0,012 bal.
Tabla 1 Composición química de la aleación obje o de es udio
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154 Aleaciones lige as
La segunda p obe a, in oducida en un ho no a 1100°C du an e 20 minu os y que se ha en iado
len amen e en el in e io del ho no, debe ía p esen a una es uc u a como la mos ada en la igu a
5.7, denominada Widmans ä en o de ces a po la o ma de los g anos. Son g anos g andes o mados
po subdominios en o ma de placas, donde se al e nan la ase αy la ase β.
En la e ce a p obe a, el emple en agua de la p obe a calen ada a 1100°C p oduce en el ma e ial un
a amien o é mico en la egión β, con la ob ención de una es uc u a ma ensí ica ( igu a 5.8). En
es a es uc u a des acan las agujas de ma ensi a c eadas du an e el emple. También cabe des aca el
g an amaño de los g anos del ma e ial.
Fig. 5.6 Ti6Al4V mill-annealed
Fig. 5.7 Es uc u a de Ti6Al4V Widmans ä en
Fig. 5.8 Ti6Al4V con es uc u a ma ensí ica
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5 P ác icas 155
Po úl imo, la cua a p obe a, En iada en el in e io del ho no has a 800°C y emplada su e un
a amien o é mico en la egión α+β. Es o p oduce una es uc u a dúplex, en la que se obse an
g anos de ase αno modi icados (zonas cla as) en una ma iz de g anos de ma ensi a debidos a la
descomposición de la ase β.
Fig. 5.9 Mic oes uc u a Ti6Al4V dúplex
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