Características de la fundición de aleaciones de aluminio

10 de septiembre Características de la fundición de aleaciones de aluminio

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Características de la fundición de aleaciones de aluminio

La fundición de la mayoría de las aleaciones de aluminio no resulta difícil. Los componentes de aleación, a excepción del magnesio, el zinc y, en ocasiones, el cobre, se añaden en forma de ligaduras.
Por regla general, no se utilizan fundentes protectores en la fundición de pequeñas cantidades de aleaciones de fundición en hornos de crisol. Es imprescindible llevar a cabo el refinado para eliminar las inclusiones no metálicas y el hidrógeno disuelto. Las aleaciones más difíciles de fundir son las de aluminio y magnesio, así como las aleaciones multicomponentes resistentes al calor.

Al fundir aleaciones forjadas, se presta especial atención a la limpieza del horno para eliminar la escoria y a la recuperación de la fundición anterior.
Al cambiar a un tipo de aleación diferente, además de realizar fundiciones de transición, se limpian el horno y los mezcladores para eliminar los residuos de la aleación anterior.
La cantidad de metal destinado al lavado debe ser, como mínimo, una cuarta parte de la capacidad del horno.
La temperatura del metal durante el lavado se mantiene entre 40 y 50 °C por encima de la temperatura de fundición de la aleación antes del lavado.
Para acelerar la limpieza, el metal del horno se remueve intensamente durante 8-10 minutos.

Para el lavado se utiliza aluminio o se recuena. En los casos en que el metal del horno se haya fundido por completo, basta con realizar el lavado con fundentes. Las aleaciones de fusión se sumergen
Los materiales de carga se cargan en el siguiente orden: aluminio en lingotes, residuos voluminosos, material para refundición y ligaduras (metales puros).
Se permite introducir virutas secas y chatarra de pequeño tamaño en el metal líquido a una temperatura que no supere los 730 °C.
El cobre se introduce en la masa fundida a una temperatura de 740-750 °С, y el silicio, a 700-740 °С, mediante una campana.
El zinc se introduce antes que el magnesio, que suele añadirse antes de la descarga del metal. El sobrecalentamiento máximo permitido para las aleaciones de fundición es de 800-830 °C, y para las aleaciones forjadas, de 750-760 °C.
Cuando el aluminio se funde al aire, se oxida. Los principales agentes oxidantes son el oxígeno y el vapor de agua. En función de la temperatura y la presión de estos gases, así como de las condiciones cinéticas de la interacción, como resultado de la oxidación del aluminio se forman óxido de aluminio (Al₂O₃), así como Al₂O y AlO.
La probabilidad de formación aumenta al aumentar la temperatura y al disminuir la presión parcial de oxígeno en el sistema.
En condiciones normales de fusión, la fase termodinámicamente estable es la alúmina sólida γ-Al₂O₃, que no se disuelve en el aluminio ni forma compuestos fusibles con él. Al calentarse a 1200 °C, el γ-Al₂O₃ se recristaliza en α-Al₂O₃. A medida que avanza la oxidación, se forma una película de óxido densa y resistente, de entre 0,1 y 10 µm de espesor, sobre la superficie del aluminio sólido y líquido, dependiendo de la temperatura y del tiempo de exposición. Cuando se alcanza dicho espesor, la oxidación se detiene prácticamente, ya que la difusión del oxígeno a través de la película se ralentiza considerablemente.

El proceso de oxidación de las aleaciones de aluminio líquidas es muy complejo y no se ha estudiado lo suficiente. Los datos disponibles en la bibliografía muestran que la velocidad de oxidación de los componentes de la aleación depende de la presión de oxígeno, la presión de disociación de sus óxidos, la concentración de los componentes en la aleación, la velocidad de difusión de los átomos hacia los átomos de oxígeno, la interacción de los óxidos entre sí, etc. La cinética de oxidación viene determinada por la continuidad, la densidad y la resistencia de las películas de óxido. A una misma concentración, se oxidan los elementos más activos, en los que la formación de óxido se asocia a la mayor disminución del potencial isobárico-isotérmico.

La mayoría de los elementos de aleación (cobre, silicio, manganeso) no afectan de manera significativa a la oxidación del aluminio ni a las propiedades protectoras de la película de óxido, ya que presentan una relación VMem0 / mVMe ≥ 1. La película de óxido en las aleaciones binarias de aluminio con estos elementos a bajas concentraciones está compuesta por γ-Al₂O₃ puro. Cuando el contenido de estos elementos es significativo, se forman soluciones sólidas de óxidos de los elementos de aleación en γ-Al₂O₃ y las espinelas correspondientes.
Los metales alcalinos y alcalinotérreos (potasio, sodio, bario, litio, calcio, estroncio, magnesio), así como el zinc (0,05-0,1%), aumentan considerablemente la oxidación del aluminio. La razón de ello es la estructura suelta y porosa de los óxidos de estos elementos. En este caso, la película de óxido doble está enriquecida con óxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos. Para neutralizar los efectos nocivos del zinc, se introduce entre 0,1 y 1,15% de Mg en las fundiciones de aluminio.
Las aleaciones de aluminio con magnesio forman una película de óxido de composición variable. Con un bajo contenido en magnesio de 0,005% (en masa), la película de óxido presenta una estructura de γ-Al₂O₃ y es una solución sólida de MgO en γ-Al₂O₃; con un contenido de Mg de entre 0,01 y 1,0%, la película de óxido está formada por espinela (MgO * Al₂O₃) de composición variable y cristales de óxido de magnesio; con un contenido superior a 1,5% de Mg, la película de óxido está compuesta casi en su totalidad por óxido de magnesio.
El berilio y el lantano ralentizan la oxidación de las aleaciones de aluminio. La adición de 0,01% de berilio o lantano reduce la velocidad de oxidación de las aleaciones de Al-Mg hasta el nivel de oxidación del aluminio. El efecto protector de estos elementos se explica por la compactación de la película de óxido, al rellenar los poros formados con óxidos de berilio y lantano.
El flúor y los fluoruros gaseosos (SiF₄, BF₃, SF₆, etc.) reducen considerablemente la oxidabilidad del aluminio fundido.