TRATAMIENTO TERMICO ALEACIONES DE ALUMINIO

Tratamiento térmico de aleaciones de aluminio

Este tratamiento proporcionará al cable de aleación la combinación deseada de propiedades eléctricas y mecánicas. Estas propiedades pueden variar desde alta conductividad y resistencia a la tracción media hasta conductividad media y alta resistencia a la tracción, y la combinación resultante para una composición química y tamaño de alambre dados dependerá de la temperatura de envejecimiento y la duración del tiempo en el horno de envejecimiento.

El endurecimiento por precipitación o envejecimiento artificial produce una combinación de propiedades mecánicas y eléctricas que el material no tenía antes del tratamiento térmico. El alambre o cable hecho de una aleación tratable térmicamente ha pasado por endurecimiento por deformación debido al proceso de estirado, así como por endurecimiento por precipitación debido al tratamiento térmico. La combinación de trabajo en frío seguido de envejecimiento artificial es particularmente efectiva para producir altos niveles de resistencia en aleaciones tratables térmicamente.

Aleaciones tratables térmicamente pueden ser;

•         Series AA 1xxx
•       Series AA 3xxx
•       Series AA 4xxx
•       Series AA 5xxx
•       Series AA 6xxx
•       Series AA 7xxx (en parte)
•       Series AA 8xxx

Aleaciones endurecibles por deformación:

·         AA 1100, AA 1200, AA 1350 (también conocido como EC)

·         AA 5052, AA 5154, AA 5154A

·         AA 8030, conocido como NUAL® en Canadá, y como STABILOY® en EE. UU.

El procesamiento térmico está notablemente afectado por la historia termo-mecánica del alambre y cable que ha sido sometido previamente al procesamiento térmico.

1. Introducción

Las aleaciones de aluminio se pueden agrupar en dos categorías distintas: aleaciones endurecibles por deformación y aleaciones tratables térmicamente.

•       Las aleaciones endurecibles por deformación se fortalecen o endurecen mediante el trabajo en frío, por ejemplo, mediante estirado o laminado. El endurecimiento por deformación o trabajo en frío puede revertirse mediante el recocido, ya sea un recocido parcial o un recocido completo. El recocido devuelve el alambre o cable, en parte o completamente, a las propiedades mecánicas y eléctricas que tenía antes de que se aplicara el trabajo en frío. 

•       Las aleaciones tratables térmicamente se fortalecen o endurecen mediante el endurecimiento por precipitación o envejecimiento. Este tipo de endurecimiento puede revertirse mediante el tratamiento térmico a alta temperatura y posterior enfriamiento.

2. Envejecimiento artificial.

El envejecimiento artificial se lleva a cabo normalmente después de que se ha estirado el alambre AA 6101/6201 a su tamaño final, antes de que se fabrique el cable. Las aleaciones tratables térmicamente de la serie AA 6xxx son aleaciones de Al-Mg-Si, con una gama de composiciones químicas que pueden ser endurecidas por precipitación mediante envejecimiento artificial.

El endurecimiento se puede producir mediante procesos termo-mecánicos:

•      Tratamiento térmico de solución, que se realiza calentando el metal por encima de       520ºC o utilizando metal fundido como material de partida.
•      Enfriamiento, que se realiza a la salida del molino de laminado enfriando por               debajo     de 180ºC.
•       Envejecimiento natural, que ocurre en las primeras 24 horas después de que se              produce la varilla.
•       Trabajo en frío mediante el proceso de estirado.
•       Endurecimiento por precipitación mediante envejecimiento artificial a                           temperaturas   moderadamente altas (150º-165ºC para el templado T81 o 180-               200ºC para el  templado T83).

3. Propiedades de las aleaciones tratables térmicamente.

      El envejecimiento natural a temperatura ambiente ocurre antes o después de las                    operaciones listadas para el templado T4. Así, las aleaciones AA 6101 y 6201                     aumentan en resistencia en aproximadamente 15 a 25 MPa (2 a 3.5 ksi) durante las             primeras 24 horas después del laminado de la varilla. Este aumento en la resistencia se         debe a la formación de precipitados que contribuyen a la resistencia del material.

       Las aleaciones tratables térmicamente se clasifican según las designaciones de                     templado básico. Estas designaciones indican el tipo de tratamiento térmico que ha             recibido el material. Por ejemplo, el T se refiere a productos que han sido tratados                 térmicamente para producir templados estables, diferentes de F, O o H. Esto se aplica          a productos que han sido tratados térmicamente, con o sin endurecimiento                             suplementario por deformación, para producir templados estables. La letra T siempre          va seguida de uno o más dígitos.

4. Nomenclatura ASTM

Las subdivisiones del templado H indican endurecimiento por deformación. El primer dígito que sigue a la H indica la combinación específica de operaciones básicas, como sigue:

• H1: endurecido por deformación solamente. Se aplica a productos que son  endurecidos por deformación para obtener la resistencia deseada sin tratamiento térmico suplementario.
• H2: endurecido por deformación y luego tratado térmicamente. Esto implica que el material ha sido sometido a un tratamiento térmico adicional después del endurecimiento por deformación para mejorar aún más sus propiedades mecánicas.
• H3: endurecido por deformación y luego envejecido. Esto significa que el material ha sido endurecido por deformación y posteriormente sometido a un proceso de envejecimiento para aumentar su resistencia y estabilidad.

Las subdivisiones del templado T indican tratamientos térmicos específicos. Por ejemplo:

• T4: se refiere a productos que han sido sometidos a un tratamiento de solución térmica seguido de un enfriamiento rápido (quenching) y luego envejecimiento natural a temperatura ambiente. Este proceso mejora la resistencia y la ductilidad del material.
• T8: implica que el material ha sido tratado térmicamente mediante un tratamiento de solución seguido de un enfriamiento rápido y luego envejecido artificialmente a temperaturas moderadamente altas. Este tratamiento proporciona una mayor resistencia en comparación con el T4.

De esta forma, las aleaciones de aluminio se clasifican en grados H y T, que indican el tipo de tratamiento recibido:

• Grados H (Endurecimiento por Deformación): 

• H1X: Endurecimiento por deformación sin tratamiento térmico adicional.
• H12, H14, H16: Diferentes grados de endurecimiento que indican el nivel de trabajo en frío aplicado. Por ejemplo, H12 representa un nivel de endurecimiento moderado, mientras que H14 y H16 indican niveles más altos de endurecimiento.
• H19 y superiores: Representan aleaciones que han sido sometidas a un mayor trabajo en frío y, por lo tanto, tienen propiedades mecánicas mejoradas.

• Grados T (Tratamiento Térmico):
• T1: Aleación que ha sido enfriada de un estado de solución y no ha sido tratada térmicamente.
• T4: Tratamiento de solución seguido de enfriamiento rápido y envejecimiento natural.
• T6: Tratamiento de solución seguido de enfriamiento y envejecimiento artificial.
• T8: Incluye envejecimiento artificial a temperaturas moderadas.

Cada designación de templado cubre un rango de aproximadamente 35 MPa, y hay superposición entre los rangos, lo que es crucial para entender las propiedades mecánicas de las aleaciones.