Freank king

El aluminio y sus aleaciones / - 1 - Limusa - 335 páginas Ilustraciones, Tablas y Gráficas 24 cm x 16.5 cm

Incluye Referencias Bibliográficas

Prólogo del autor

Capítulo 1- Introducción y propiedades básicas del aluminio.

1.1 Propiedades del aluminio puro.

1.1.1 Propiedades físicas

13

15

19

.19

1.1.1.1 Color.

20

1.1.1.2 Densidad

20

1.1.1.3 Propiedades térmicas

22

1.1.1.4 Propiedades eléctricas

22

1.1.1.5 Propiedades ópticas

22

1.1.1.6. Propiedades magnéticas

24

1.1.1.7 Elasticidad.

24

1.1.1.8 Difusión

24

1.1.2. Propiedades químicas.

.25

1.1.2.1 Hidrógeno

27

1.1.2.2 Nitrógeno

28

1.1.3. Propiedades mecánicas

29

1.1.3.1 Esfuerzo de prueba y resistencia a la tensión

...........

1.1.3.2 El efecto de la temperatura sobre la resistencia

30

29

1.1.3.3 Resistencia a la fluencia

31

1.2 Normas del aluminio y sus aleaciones.

Referencias y bibliografia.

Capítulo 2 - El aluminio en la naturaleza y su extracción

...37

2.1 Aluminio en la naturaleza

2.2 El proceso Bayer........

2.3 El sistema Pechiney..........

2.4 Estructura de la alúmina

2.5 Criolita.

2.6 Baños

2.6.1 Energía necesaria...

2.6.2 Diseño y operación del baño.

2.7 Otros procesos de reducción posibles

.....

Referencias

CONTENIDO

40

45

45

49

53

54

.54

60

.61

Capítulo 3-Refinación del aluminio

63

3.1 Refinación electrolítica

64

3.2 Selección del electrólito....

68

3.3 Baños de cloruro-fluoruro

69

3.4 Energía necesaria

71

3.5 Aluminio de alta calidad obtenido mediante la técnica de fusión por zonas.

73

Referencias

78

Capítulo 4- Sistemas de aleaciones de aluminio

4.1 Generalidades

.79

79

4.1.1 Especificaciones normativas

79

4.1.2 Diagramas de equilibrio

80

4.2 Grupo 1XXX: aluminio con un mínimo de pureza del 99.00%

.81

4.3 Grupo 2XXX: aleaciones de aluminio con cobre

4.3.1 Aleaciones binarias de aluminio-cobre..

94

.94

4.3.2 Aleaciones ternarias de aluminio-cobre-magnesio

4.3.3 Efecto de otras adiciones aleables e impurezas menores en las aleaciones aluminio-cobre

4.3.3.1 Manganeso...

4.3.3.2 Níquel

103

4.3.3.3 Titanio

103

4.3.3.4 Circonio....

96

99

99

102

103

4.3.3.5 Cromo...

4.3.3.6 Plomo y bismuto

4.4. Grupo 3XXX: aleaciones de aluminio-manganeso..

4.4.1 Aleaciones binarias de aluminio-manganeso

105

105

105

106

4.4.2 Efecto de las impurezas

106

4.4.3 Aluminio-manganeso-silicio

107

4.4.4 Aluminio-manganeso-magnesio.

107

4.4.5 Aluminio-manganeso (~4%)

107

4.4.6 Productos de las aleaciones de aluminio-manganeso..

107

4.5 Grupo 4XXX: aleaciones de aluminio-silicio

4.5.1 Aleaciones binarias de aluminio-silicio

107

4.5.2 Efecto de otros elementos

108

4.5.3 Efecto del fierro

110

110

4.5.4 Aleaciones para fundición de aluminio-silicio

110

111

4.6 Grupo 5XXX: aleaciones de aluminio-magnesio

4.6.1 Aleaciones binarias de aluminio-magnesio

4.6.2 Precipitación en las aleaciones de aluminio-magnesio-silicio.

111

4.6.3 El efecto de la adición de cromo y manganeso

114

4.6.4 El efecto de las impurezas

114

4.6.5 El efecto del sodio

115

4.6.6 El efecto del berilio

115

4.6.7 El efecto del bismuto y del antimonio

.115

4.7 Grupo 6XXX: aleaciones de aluminio-magnesio-silicio.

116

4.7.1 Generalidades

116

4.7.2

Límites de solubilidad del sólido

118

4.7.3 La fase Mg,Si

119

4.7.4 Adición de un cuarto metal

120

4.7.5 Algunos usos de las aleaciones de aluminio-magnesio-silicio

121

4.8 Grupo 7XXX: Aleaciones de aluminio-zinc

121

4.8.1

Aleaciones binarias de aluminio-zinc

121

4.8.2 Aluminio-zinc-cobre.

122

4.8.3 Aluminio-zinc-magnesio.

125

4.8.3.1 Límites de solubilidad del sólido

126

4.8.3.2 Dificultades para alcanzar el equilibrio.

7

126

4.8.4 El efecto del fierro

128

4.8.5 El efecto del silicio

128

129

4.8.6 Endurecimiento de las aleaciones de aluminio-zinc-magnesio

129

4.8.7 Efecto de otros elementos

130

4.8.8 Aleaciones vaciadas de aluminio-zinc-cobre-magnesio

4.9 Grupo 8XXX: aleaciones de otros elementos,

131

4.9.1 Aluminio-fierro-silicio con menos de 99.00%

de aluminio

131

4.9.2 Aleación de aluminio-níquel-fierro

131

131

4.9.3 Aleaciones de aluminio-estaño

131

133

4.9.4 Aleaciones de aluminio-litio

Referencias y bibliografía.

Capítulo 5- Propiedades de las aleaciones de aluminio......135

5.1 Generalidades

5.1.1 Lingotes

135

...135

136

5.1.2 Vaciados

5.1.3 Productos de aleaciones forjadas de aluminio

.136

5.1.3.1 Aleaciones de endurecimiento por trabajo

137

5.1.3.2 Aleaciones tratables térmicamente.

137

5.2 Aleaciones para vaciados

137

5.2.1 Composición química de una aleación para vaciado

...

137

5.2.2 Designación de las aleaciones para vaciados

137

5.2.3 Propiedades comunes y características de las aleaciones para vaciado

138

5.2.3.1 Características de vaciado

138

5.2.3.2 Aleaciones para vaciado: propiedades generales

.....

140

5.2.4 Propiedades físicas de las aleaciones para vaciado

.....

142

5.2.4.1 Densidad

143

5.2.4.2 Dilatación

143

5.2.4.3 Conductividades térmica y eléctrica

143

5.2.4.4 Módulo de elasticidad

143

5.2.5. Propiedades mecánicas de las aleaciones para vaciado

143

5.3 Productos forjados

146

5.3.1 Designaciones de la aleación

146

5.3.2 Designaciones del revenido

147

5.3.2.1 Aleaciones de endurecimiento por trabajo.

147

5.3.2.2 Aleaciones tratables térmicamente.

149

5.3.3 Composición de las aleaciones forjadas.

150

152

5.3.4. Propiedades físicas de las aleaciones forjadas

154

5.3.4.1 Densidad

155

5.3.4.2 Conductividad térmica y eléctrica

156

5.3.4.3 Elasticidad

156

5.3.5 Propiedades mecánicas

156

5.3.5.1 Propiedades a la tensión

158

5.3.5.2 Compresión

158

5.3.5.3 Dureza

160

5.3.5.4 Resistencia de soporte.

160

5.3.5.5 Corte

161

5.3.5.6 Fatiga.

162

mecánicas 5.3.6 Efecto de la temperatura sobre las propiedades

162

5.3.6.1 Propiedades a temperaturas bajas

164

5.3.6.2 Propiedades a temperaturas elevadas

165

5.3.7 Tenacidad a la fractura

5.3.8 Resistencia estática a la fatiga o resistencia a la deformación plástica

167

5.4 Propiedades químicas

170

5.5 Corrosión

171

5.5.1 Generalidades

172

5.5.2 Ataque selectivo.

172

5.5.3 Ataque por picadura.

172

5.5.4 Corrosión bimetálica (galvánica)

172

173

5.5.5 Corrosión por fisuras.

173

5.5.6 Ataque por choque (erosión-corrosión)

173

5.5.7 Corrosión biológica

5.5.8 Corrosión con esfuerzo 173

5.6 Características de la corrosión de las aleaciones

173

5.6.1 Aluminio de 99.00% de pureza y mayor

175

5.6.2 Aleaciones de aluminio-cobre

175

5.6.3 Aleaciones de aluminio-manganeso

177

5.6.4 Aleaciones de aluminio-silicio.

178

5.6.5 Aleaciones de aluminio-magnesio

178

5.6.6 Aleaciones de aluminio-magnesio-silicio.

180

5.6.7 Aleaciones de aluminio-zinc

180

Referencias y bibliografía.

181

.183

Capítulo 6- Producción de formas semifabricadas.

6.1 Fusión

184

6.2 Aleaje

186

6.3 Refinación del grano

187

6.4 Muestreo para los análisis.

187

6.5 Desgasificación y limpieza.

188

6.6 Vaciados.

189

6.6.1 Vaciado en molde de arena

189

6.6.2 Vaciado en molde metálico por gravedad 6.6.3 Vaciado en molde metálico a presión

189

6.6.4 Vaciado en molde metálico a baja presión

191

190

6.6.5 Vaciado por succión

191

6.6.6 Vaciado por el método de la "cera perdida".

191

191

6.6.7 Moldeado en cascos

192

6.7 Vaciado para los productos forjados.

192

6.7.1 Vaciado por templado directo y enfriamiento brusco..

196

6.7.1.3 Pruebas no destructivas

196

6.7.2 Vaciado continuo

198

6.8 Homogeneización

200

6.9 Laminación

200

6.9.1 Preparación para la laminación en caliente

203

6.9.2 Planchas.

204

6.9.3 Laminación en frío

205

6.9.4 Hojas delgadas

206

6.10 Recocido y tratamiento térmico.

206

6.10.1 Recocido

209

6.10.2 Tratamiento térmico

6.10.2.1 Tratamiento térmico de la solución.

209

6.10.2.2 Tratamiento de precipitación

...209

6.11 Extrusión...

6.11.4 Estructuras de la extrusión

.211

6.11.1 Homogeneización para la extrusión

...213

6.11.2 Templado en la prensa

213

213

6.11.3 Tratamiento térmico de la solución

214

6.12 Tubos

...215

6.13 Alambres.

217

6.14 Forja

...217

Referencias y bibliografía

.218

Capítulo 7-Procesos de manufactura

.221

7.1 Doblado.........

..221

7.2 Conformación

.223

7.3 Estampado profundo y prensado.

225

7.3.1 Introducción

225

7.3.2 Velocidad de estirado

228

7.3.3 Lubricación

229

7.3.4 Planchado

229

7.4 Conformación con martinete

.229

7.5 Conformación por prensado con cojín de caucho

.230

7.6 Conformación por estiramiento

7.7 Conformación a mano..... 233

.231

233

7.8 Obtención de preformas y perforado

7.9 Operaciones complementarias

235

237

7.10 Procesos de unión.......

237

7.10.1 Juntas remachadas

239

7.10.2 Conexiones empernadas.

239

7.10.3 Adhesivos

239

7.10.4 Soldadura

240

7.10.4.2 Soldadura por arco eléctrico metálico

240

7.10.4.1 Soldadura a gas con oxiacetileno

240

7.10.4.3 Soldadura por arco eléctrico con un gas interte ....

244

7.10.4.4 Soldadura de alta energía

244

7.10.4.5 Soldadura por resistencia

245

7.10.4.6 Soldadura continua.

245

7.10.4.7 Soldadura a tope por resistencia.

247

7.10.7 Soldadura fuerte con bronce

7.10.5 Enlace por difusión....

247

7.10.6 Soldadura por fricción

247

7.10.8 Soldadura con metal de aporte de baja temperatura

.248

de fusión....

248

7.11 Maquinado

7.11.1 Torneado

.249

7.11.2 Roscado

249

7.11.3 Roscado con macho

11

249

7.11.4 Barrenado

7.11.5 Esmerilado.

249

249

7.11.6 Limado

249

250

7.11.7 Aserrado

250

7.12 Pulido

7.12.1 Abrilllantado de la superficie

250

7.12.1.1 Electropulido

.251

251

251

251

7.12.1.2 Pulido químico....

7.13 Anodización

7.13.1 Anodización con ácido sulfúrico

253

7.13.2 Anodización con ácido crómico

253

253

7.13.3 Anodización con ácido oxálico

7.13.4 Anodización con ácido fosfórico.

.253

7.14 Colorantes

254

7.15 Depósito electrolítico.

255

7.16 Pintura

Referencias y bibliografía..

.255

Capítulo 8 Factores económicos

8.1 Datos de producción y consumo

259

8.2 Estructura de la industria...

259

263

263

8.3 Producción de aluminio primario

264

8.3.1 Energía necesaria.

265

8.5 Productos semiterminados

268

8.4 Precio del aluminio primario

8.6 Determinación de los precios de los productos semiterminados

.269

8.6.1 Estados Unidos

269

270

8.6.2 Europa.........

Referencias y bibliografía.

271

Capítulo 9- Aplicaciones

273

9.1 Transporte terrestre

276

9.2 Ferrocarriles.

283

9.3 Aviación

284

9.4 Ingeniería en general

286

9.5 Agronomía

288

9.6 Ingeniería eléctrica

288

289

9.7 Ingeniería marina 9.8 Aplicaciones militares.

290

9.9 Construcción de viviendas

290

En poco más de un siglo el aluminio se ha transformado de casi una curiosidad química al metal que ocupa el segundo lugar mundial en lo que se refiere a su empleo. Davy informó de su existencia en los primeros años del siglo XIX. Su preparación se llevó a cabo por vez primera unos veinte años después; la extracción mediante reducción con sodio fundido se realizó comercialmente entre 1855 y 1890 y el proceso electrolítico moderno sólo se remonta a 1886. Desde entonces, se han extendido por todo el mundo la explotación de las menas de aluminio, la bauxita, la extracción de la alúmina de dicho mineral mediante un proceso químico, la fusión electrolítica del metal y los procesos para fabricarlo en diversas formas. Se cuenta con una gran variedad de aleaciones de aluminio que se usan en la actualidad para muchísimos propósitos que van desde la más delgada hoja metálica para envolver, incluyendo todos los usos en la industria de ingeniería, hasta las más complejas aplicaciones en aero-náutica, exploración espacial y electrónica.

La industria del aluminio se apoya en las actividades básicas de investigación y experimentación, las cuales abarcan una amplia escala tanto para ayudar en la producción del metal y sus aleaciones como para mantener su aplicación en casi todas las principales industrias.

El objetivo de este libro es el de proporcionar un informe claro y preciso del aluminio, de su actual posición tecnológica y su capacidad industrial, y el de conformar una fuente de fácil consulta. Está dirigido a los ingenieros interesados en la producción y el diseño, a los directivos de planificación para que amplíen el alcance de las materias primas y los productos y a los estudiantes y profesores de ingeniería, así como a los de metalurgia y ciencia de los materiales. El aluminio en la naturaleza y los procesos de su extracción se estudian junto con sus antecedentes económicos y tecnológicos. Se resumen los métodos de fabricación que se aplican al grupo de metales del aluminio.

Las aleaciones del aluminio se estudian en términos de sus diagramas de equilibrio y de tratamiento térmico dentro de los límites que van desde el propio metal con su baja resistencia a través de la gama de aleaciones, hasta llegar a las que son de ocho a diez veces más resistentes que el metal puro en su condición blanda.

Se espera que mediante las referencias y la bibliografía los lectores se sientan alentados a continuar después de esta introducción hasta llegar a las aplicaciones posibles, presentes y futuras, de las aleaciones ligeras del aluminio. Es otro tema de la serie The Industrial

Metals que se publica en inglés y sigue el mismo patrón general.

Nota: las unidades SI se utilizan en todo el texto y en el apéndice 5 se da una tabla de conversión a las unidades que se usan en el Reino Unido

9681843746