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METALOGRAFÍA DEL ALUMINIO

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Transcript of METALOGRAFÍA DEL ALUMINIO

1809 - Humphrey Davy: Obtiene una aleación de hierro-aluminio.
1821 - Pierre Berthier: Descubre la bauxita.
1824 - Hans Christian Oersted: Obtiene los primeros glóbulos de aluminio.
1827 - Friedrich Wöhler: Produce polvo de aluminio.
1854 - Henry Sainte-Claire Deville: Obtiene el primer lingote de aluminio.
1886 - Paul Héroult y Martin Hall: Descubren a la vez el proceso de la electrólisis de la alúmina disuelta en criolita.
1889 - Karl Bayer: Obtención de alúmina por ataque a bauxita mediante sosa caustica

PROPIEDADES QUÍMICAS

PROPIEDADES
FÍSICAS
HISTORIA
PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ALUMINIO PRIMARIO
Proceso de producción de aluminio secundario

FASES DE VIDA
Las aleaciones pueden ser primarias o secundarias:

Primaria
--> Aleación que utiliza material virgen
Secundaria
--> Utiliza materiales reciclados, se considera como secundaria.

Actualmente más del 80% de aluminio procesado para aplicaciones automotrices es utilizado de aleaciones secundarias.


CLASIFICACIÓN
ALEACIONES PARA FORJA

Las aleaciones para forja se conforman por deformación plástica y tienen composiciones y microestructuras significativamente diferentes a las utilizadas en molde. Estas diferencias en las composiciones reflejan las diferentes necesidades de los dos procesos de fabricación.

ALEACIONES
Las aleaciones de aluminio-->> mejorar la dureza y resistencia del aluminio, que es en estado puro un metal muy blando.

OBTENCIÓN DEL ALUMNIO
ALEACIONES DE ALUMINIO
METALOGRAFIA DEL ALUMINIO
CURSO:
INGENIERIA DE MATERIALES
PROFESOR:
ROLANDO AGUERO
EQUIPO:

• LOPEZ ZAMUDIO LIZETH KENDY
• PAYAC KEVIN
• SUCSO TINEO ABEL

Elevada conductividad térmica y eléctrica, y su gran ligereza.
Densidad de 2,7 g/cm3, aproximadamente un tercio de la del acero (7,83 g/cm3), permitirá la construcción de elementos estructurales más ligeros al disminuir la masa total.

El aluminio-->es un metal químicamente activo
(Se oxida rápido debido a la afinidad del oxígeno con el aluminio)
La capa de óxido en la superficie ( Ésta actúa como un escudo, ya que es muy dura y compacta, evitando de esta forma la progresión de la oxidación hacia el interior)
Tal es la capacidad de protección de esta capa de alúmina (Al2O3), que se han desarrollado sistemas de protección -anodizados- basados en una oxidación controlada de piezas de aluminio con objeto de obtener mayores espesores de óxido y más compactos, para aumentar su resistencia a la intemperie.
 

 


 
Los ácidos clorhídricos, fluorhídricos y sulfúricos concentrados pueden atacar fácilmente al aluminio y a sus aleaciones, mientras que las soluciones de ácido nítrico, amoniaco y la mayoría de ácidos orgánicos, los atacan ligeramente. La resistencia química del aluminio depende de la composición química y concentración de la solución, así como de la pureza del metal. Por ejemplo, en ácido nítrico el aluminio de pureza 99,99% es mucho más resistente al ataque que el aluminio de pureza 99,5%.
 


PROPIEDADES
PROPIEDADES MECÁNICAS
ANÁLISIS METALOGRÁFICO
IDENTIFICACIÓN DE FASES
Después de una examinación previa de la muestra pulida para determinar los colores naturales de las fases.
fases con diversas morfologías y resultados de microestructuras, que pueden ir desde una monofásica simple (solución sólida), hasta estructuras de diversas morfologías polifásicas.
La aparición de estas diversas morfologías:
--Composición química de la aleación, del mecanismo de aparición de fases (solubilidad, eutéctica, compuesto químico), del mecanismo de solidificación y/o posteriormente, en estado sólido, del tratamiento térmico.

ANÁLISIS METALOGRÁFICO
Reactivos para la examinación microscópica en las aleaciones de aluminio
ESTUDIO METALOGRAFICO

• Constituyentes de formas redondeadas y placas irregulares)
• Constituyentes del tipo chinescas
• Constituyente de formas alargadas (blades)

ESTUDIO METALOGRÁFICO DE LA ALEACIÓN 384.2
Como todo material reciclado, una aleación secundaria tendrá impurezas difíciles de controlar que alterarán las propiedades mecánicas de la pieza.
Extracción de bauxita
La bauxita se refina para obtener óxido de aluminio (alúmina) y luego a través de un proceso electrolítico ser reducida a aluminio metálico.

Producción de alúmina
Esto es realizado a través del uso del proceso químico Bayer en las refinerías de alúmina. El óxido de aluminio es separado de las otras sustancias de la bauxita mediante solución de soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura. La mezcla obtenida, contiene una solución de aluminato de sodio y partículas insolubles de bauxita (como son hierro, silicio y titanio), es filtrada para remover todas las partículas, estos residuos caen al fondo del tanque y se retiran. Se les conoce coloquialmente como barro rojo.
Electrólisis de aluminio
Durante la electrólisis el carbono del ánodo reacciona con el oxígeno de la alúmina y, en una reacción secundaria, se produce aluminio metálico con la formación de dióxido de carbono:
Al2O3 + 3C → 4 Al + 3 CO2

El Aluminio hace una contribución importante y única para apoyar el reciclaje de productos en el futuro y en beneficio de la sociedad en su conjunto.

ALEACIONES PARA FUNDICIÓN
En las aleaciones para moldeo o fundición debe predominar, fundamentalmente, la exigencia de que las propiedades de la colada sean aprovechables. Por esta razón se diferencian mucho en su composición estas aleaciones de las de forja.

Preparación Metalográfica del Aluminio: Parte Experimental
a) Microestructura característica

Lo más característico o típico de esta aleación es la matriz dendrítica, constituida por solución sólida de silicio en aluminio. Como fases dispersas se observa una red interdendrítica de silicio; partículas irregulares redondeadas, constituyentes que reciben el nombre de fases de tipo chinescas y, fases con forma de agujas, que se conocen como blades.

b) Constituyentes de formas redondeadas o placas irregulares

En esta aleación hay un constituyente de fácil identificación, para cuyo reconocimiento no es imprescindible el ataque químico, este compuesto es el Al2Cu. A continuación, se va describir dicha fase, primero se muestra la fase sin ataque y luego la respuesta de la fase frente a los reactivos de ataque (ácido fluorhídrico y ácido nítrico)

c) Sin ataque

Es el constituyente más conocido de la aleación. Su morfología es de partículas irregulares redondeadas de un color rosado pálido

LA ALEACIÓN 319.2
Recomendaciones:

1) El aumento de temperatura que se produce al momento desbaste, exige, como es sabido el uso de un medio refrigerante, en el caso del aluminio se recomienda usar como lubricante glicerina.

2) Para el aluminio y sus aleaciones es necesario que el pulido final sea llevado hasta óxido de magnesio y no hasta el paño de 1 µm, como es en el caso de otros metales, porque después del paño de 1 µm, en el aluminio aún hay rayas visibles.

3) El óxido de magnesio, hay que mantenerlo en un recipiente hermético y lejos de la humedad, si no se hace esto, se van a formar grumos que dificultan, o incluso impiden, su absorción en el paño de pulido.


4) La conservación y limpieza del paño de pulido con óxido de magnesio, es sumamente importante, ya que si se deja al aire libre, se va a secar el óxido de magnesio en el paño y la superficie de este se va a endurar. Lo que se recomienda es, lavar el paño con agua destilada para eliminar todos los residuos de óxido de magnesio, y luego dejarlo en un recipiente hermético.

5) En la preparación metalográfica es importante la presión y tiempo de desbaste, es por eso, que se debe hacer el desbaste con paradas intermedias, para así ir observando que las rayas hechas no sean profundas y gruesas. Para la preparación del aluminio es muy importante ésto, porque si se llega a hacer una raya muy gruesa y profunda, se tiene que volver a empezar desde la lija #180.
6) No olvidar que el enjuague de la muestra se hace con agua destilada o desionizada. Si se usa agua del caño, los microbios y las sales que contiene ésta, causan dureza, y son culpables de las manchas al secado.


Peculiaridades del ataque:

7) Es recomendable para efectuar el ataque químico que, primero se ataque por el tiempo mínimo que se muestra en las tablas, y luego, si es necesario, ir incrementando el tiempo de ataque, para así evitar el sobreataque.

8) En el ataque químico para reveler la microestructura, otro punto importante es la preparación y conservación del reactivo de ataque, ya que si no se conserva en el envase adecuado éste pierde sus propiedades y no se conseguiría observar la microestructura de la aleación.

9) Los ácidos fluorhídrico, fosfórico y reactivo de Keller hay que conservarlos en envases o recipientes de plástico color oscuro, y el ácido nítrico, en recipiente de vidrio oscuro.


10) La eficacia de cada reactivo, va a depender de que se haya conservado en el envase adecuado y en el ambiente adecuado, y además que se utilice de acuerdo a lo indicado en las tablas de ataque, porque la temperatura, tiempo y forma de aplicación, van a depender del material que se esté estudiando.
11) Para las aleaciones de aluminio, la temperatura adecuada de cada reactivo de ataque son: ácido fluorhídrico y reactivo de Keller a temperatura ambiente 20-25 °C, ácido fosfórico a 50 °C, y ácido nítrico a 70 °C.
12) Se recomienda para la preparación de los reactivos químicos, hacerlo en un laboratorio que cuente con campana extractora de vapores y con los accesorios de protección, ya que los ácidos utilizados son muy peligrosos.

www.proambientalperu.com. (Página WEB de Pro Ambiental – Perú S.A.C)
Química Industrial Inorgánica (Página WEB de Slideshare. net)
Aluminium: Properties and Physical Metallurgy. American Society for Metals.
Editado por John E. Hatch (2005).
www.minem.gob.pe. (Página WEB Ministerio de Energía y Minas).

chinescas
ataque con HF
SIN ATAQUE
CON ATAQUE Al2Cu
aleación sin ataque
con ataque
con ataque HF
´'
a.
MICROESTRUCTURA CARACTERÍSTICA
Matriz dendrítica, constituida por solución sólida de silicio en aluminio fases dispersas se observa una red interdendrítica de silicio
partículas irregulares redondeadas constituyentes que reciben el nombre de fases de tipo chinescas y, fases con forma de agujas, que se conocen como blades.

CON ATAQUE HF
ATAQUE CON HF
Tipo chinescas o formas esqueléticas
Microestructura
Grandes partículas de silicio primario (B y C) de forma angular y compleja, silicio eutéctico (G) que aparece en forma de agujas finas, en una matriz de solución sólida base aluminio (A) y (A’), partículas irregulares redondeadas, fases de tipo chinescas (D y E), fases alargadas (blades) (F).
B. CONSTITUYENTE DE FORMAS REDONDEADAS O PLACAS IRREGULARES


C. SIN ATAQUE
Hay un constituyente de fácil identificación
este compuesto es el Al2Cu

Su morfología es de partículas irregulares redondeadas de un color rosado pálido
Partículas de Al2Cu, sin ataque químico
Ataque por 40 segundos; los precipitados de Al2Cu han perdido su color rosado y se han puesto de un color gris claro
Ataque por 30 segundos; los precipitados de Al2Cu se han delineado y resaltado su color rosado
Ataque con HNO3 durante 60 segundos a 70°C

Existen otros constituyentes de tipo chinescos y de formas esqueléticas, que no tienen en su composición hierro y/o manganeso y son las siguientes: Si, Mg2Si, Al3Ni.

Las fases, del tipo chinescas con composición de hierro y manganeso son: α-Al(FeMnSi), Al8Mg3FeSi2, Al5SiFe, Al7Cu2Fe.
Fases chinescas sin ataque
CONSTITUYENTES DEL TIPO CHINECAS
Ataque por 40 segundos
Mg--> fase Al8Mg3FeSi2, denotada como fase-π, bajas cantidades de magnesio 0.1-0.4%, se dice que la fase-π, la cual tiene forma chinesca (cuando es eutéctico), aparece con morfología de bloque o partículas de formas irregulares (cuando es primario)
intermetálico primario Al8Mg3FeSi2.

Con el primer ataque de 30 segundos, las fases chinescas se pintan de color marrón y con 10 segundos más de ataque, el color marrón se ve intensificado
Aleación 319.2
Aleación 384.2.
SIN ATAQUE
Granos poliédricos no han cambio de color con el ataque químico, por lo que se puede confirmar que se trata de silicio primario (A), (B) y (C)
ATAQUE CON HF
ATAQUE CON H3PO4
inmersión durante 2 minutos a 50 °C. Con este tiempo no se logra tener un buen ataque, vemos que las partículas poliédricas (A), al igual que con el ataque de ácido fluorhídrico, no sufren cambio, es decir no son atacadas
Sin ataques
Ataque HF
muestra constituyentes de color marrón claro (B) y de color gris metálico claro delineados (A).
ATAQUE DURANTE 30 S


Ataque con H3PO4

Ataque durante 2 minutos a 50 °C
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