TRATAMIENTOS TÉRMICOS PARA ALUMINIOS

"Afianzar los conocimientos en cuanto a tratamientos térmicos aplicados a los aluminios es una de las tareas que el sector metalmecánico nacional debe asumir con mucho rigor en la actualidad, no sólo por la desinformación que existe en este campo, sino porque es un tema complejo de vital importancia para ampliar los usos y vida útil de este material y contribuir así al desarrollo de la industria. "

En el sentido más amplio de la palabra, un tratamiento térmico se refiere a la modificación de las propiedades mecánicas y la estructura metalográfica de un metal, a partir de aumentos y descensos controlados de temperatura. En el caso de los aceros, dichos procesos son el pan diario de la industria; todos los días cientos de fabricantes realizan o subcontratan la aplicación de tratamientos térmicos para que sus piezas adquieran las propiedades requeridas.

En el caso del aluminio la historia es bien diferente, ya que, si bien es el segundo material más usado en la industria metalmecánica y la construcción, aún persiste un gran desconocimiento de este metal y sus características. 

que implica que hayan sido deformados en frío y las ventajas y limitaciones de usar tratamientos térmicos en este metal. Por esto, muchas veces los emplean en condiciones inadecuadas, los subutilizan o, peor, los estropean. Específicamente, la razón del desconocimiento de los tratamientos térmicos para aluminios en Colombia, puede deberse a que su aplicación es muy reciente (no más de 15 años); además, a la falta de información. 

Aunque los tratamientos térmicos para los aceros no son simples, para los aluminios son más complejos, no sólo porque la finalidad con la que se aplican es distinta –un temple en un material ferroso sirve para endurecer; mientras que, en el aluminio para estabilizar su estructura– sino porque los métodos, temperaturas y tiempos varían ostensiblemente. 

Por esta razón, es muy delicado contratar con cualquier empresa este tipo de procesos, pues el usuario puede perder su inversión. Básicamente, para fabricar (mecanizar) una pieza de aluminio que se comporte y resista las condiciones requeridas, es indispensable conocer e identificar exactamente con qué clase de procesos fue elaborado el material, entre éstos el tratamiento térmico que tiene. A su vez, es necesario saber el tipo aleación y los procesos de deformación a los cuales fue sometida la pieza, pues el conjunto de estos elementos establecen finalmente las propiedades finales del producto. 

En el aluminio y sus aleaciones el tratamiento térmico está íntimamente relacionado con la composición del material y los procesos de deformación. De hecho, para aumentar las tensiones internas, elevar la resistencia a la tensión y el esfuerzo de fluencia, el material debe recibir procesos combinados de temperatura y deformación física, junto a un reposo o maduración al medio ambiente o en ambientes artificiales. La diferencia entre cada tratamiento estriba en la secuencia y la combinación de dichos procesos.

LOS ALUMINIOS SEGÚN SU ESTADO 

La industria del aluminio utiliza un código de letras y números, establecido por la norma ANSI H35.1-1988, para indicar qué procesos físicos y térmicos han intervenido en la elaboración del material final. No sólo es importante percatarse del tipo de tratamiento térmico, también es vital establecer la deformación, pues la combinación de ambos es lo que se conoce como tratamiento final. 

El código inicia con cuatro dígitos que indican el tipo de aleación, posteriormente, viene una letra que identifica en qué estado se encuentra el material. 

La letra mayúscula F es para un aluminio en bruto, tal como sale del proceso de fabricación; un cero indica el recocido y la H significa que la pieza ha sufrido un proceso de deformación en frío, el cual se ha realizado desde fabricación. Después de la letra o el número cero se encuentran algunos dígitos que especifican el tipo y grado de deformación que pueden ser rolado, laminación, estirado y trefilado. Ejemplo aluminio 5086-H34. (Ver tabla: Clasificación de aluminios según su deformación previa).

 Esta información es relevante en la medida que el industrial debe adaptar sus procesos de manufactura con base en el conocimiento del aluminio, proceso de fabricación y tratamientos. Vale anotar que el acero también tiene el mismo fenómeno de deformación en frío, pero a diferencia del aluminio, no está clasificado o designado, es decir es inherente al proceso de fabricación. Además en el aluminio dichos procesos cambian la dureza y su resistencia mecánica.

TRATAMIENTOS TERMICOS

A diferencia de los aceros, los tratamientos térmicos en el aluminio, pueden incluir procesos de deformación, entre estos tratamientos está: el recocido, disolución, temple y envejecimiento o revenido. No obstante, no todos estos procesos pueden utilizarse en todos los tipos de aluminio, debido a que no responden a los tratamientos térmicos de endurecimiento. Por ejemplo, el recocido, aplica a todas las aleaciones de aluminio, mientras que la disolución y el temple sólo se pueden aplicar a algunas de estas aleaciones.

En este sentido, antes de explicar en qué consiste cada proceso, es importante aclarar que de las aleaciones de aluminio laminado, sólo las series 2xxx, 6xxx 7xxx y algunas 8xxx pueden ser tratadas térmicamente. En cuanto a las fundiciones, pueden ser tratadas las de la serie 2xx.x, 3xx. xm 7xx.x y algunas 8xx.x. 

La nomenclatura para cada tipo de tratamiento aplicado, se codifica también bajo ANSI H35.1-1988 mediante una T seguida de un número que indica las secuencias específicas del proceso.

Recocido (-0): es un proceso que, utilizando una temperatura y unos tiempos de enfriamiento controlados, permite reducir la dureza del aluminio y lo prepara para el proceso de disolución y posterior envejecimiento. Existen dos tipos de recocido: parcial y total, en el primero, el proceso se realiza a menor temperatura y el enfriamiento es más rápido, mientras que el recocido total requiere de un enfriamiento controlado en el horno. En ambos casos hay reducción de la dureza y de las propiedades mecánicas, pero en el proceso parcial, se eliminan tensiones y su efecto es menor en el material, que en el caso del recocido total. A un material recocido se le nombra o codifica con un (-0) al final del tipo de aleación, ejemplo: 7075 -0. (Ver gráfico a y b).

Disolución y temple (-w): Los procesos de disolución de una aleación de aluminio están estrechamente relacionados con el calentamiento y enfriamiento del material. En el caso del aluminio 2024-0, por ejemplo, en condición de recocido (-0), el primer paso es la disolución, que por lo regular se lleva a cabo en un horno de sales o de atmósfera a una temperatura de 495 ºC durante el tiempo necesario para que se diluyan los precipitados. Es importante mencionar que a diferencia del acero, cuyos precipitados son pequeños carburos contenidos en la misma estructura interna del material, los precipitados en un aluminio son partículas formadas a partir de los aleantes que éste contiene, los cuales se disuelven en el proceso de disolución. Es por esta razón que la disolución no se podría aplicar a los aceros, por lo menos no a todos, pues la estructura interna de ambos materiales es totalmente diferente. Una vez finalizado este procedimiento, se efectúa un “temple”, en el cual se enfría bruscamente la aleación en agua o en un quenchant (polímero a base de agua) a temperatura ambiente. La diferencia entre un medio u otro consiste en que el agua permite un enfriado más drástico pero puede llegar a deformar el material. El quenchant, por su parte, elimina la energía del material no tan drásticamente, pero si evita que el material se deforme. El uso de un medio de otro depende pues del tipo de aleación y geometría de la pieza. Vale anotar que el proceso de disolución y temple se designa mediante una -W. 

• Envejecimiento(-Tx): También conocido como revenido o maduración, es un proceso que puede ocurrir a temperatura ambiente (envejecimiento natural) o a temperaturas en el orden de los 120 ºC(envejecimiento artificial), en donde, de manera controlada, se produce la formación de precipitados, bien distribuidos y con morfología controlada. Este proceso es el encargado de dar la resistencia final y la dureza requerida. Para aumentar la dureza y la resistencia a la tensión, de la aleación 2024, por ejemplo, es necesario exponerla –luego de la disolución y posterior temple– a un proceso de envejecimiento natural, hasta el valor máximo posible, es decir a temperatura ambiente en un período de 96 horas; pasado este tiempo, la aleación pasa de condición 2024-W a 2024-T4. A diferencia de la aleación 20-24, aleaciones como la 7075 requieren de un envejecimiento artificial por lo que debe ingresar en un horno de atmósfera o de sales a una temperatura de 120 ºC por 24 horas para alcanzar la dureza y resistencia a la tensión máxima. Este último tratamiento cambia la condición del aluminio a 7075-T6. (Ver gráfico c y d).