1. Introducción
El tratamiento térmico transforma las piezas fundidas de aluminio a partir de su estado original., Componentes de propiedades variables en piezas diseñadas con precisión que cumplen con los exigentes requisitos de las aplicaciones..
Controlando cuidadosamente la temperatura, Remoje de tiempos, y tasas de enfriamiento, Las fundiciones y los metalúrgicos pueden adaptar las propiedades mecánicas.,
como la resistencia a la tracción, dureza, ductilidad, y resistencia a la fatiga, al mismo tiempo que mejora las características de desgaste, maquinabilidad, y estabilidad dimensional.
Este artículo profundiza en los fundamentos, procesos, y mejores prácticas de tratamiento térmico de piezas fundidas de aluminio..
Nuestro objetivo es ofrecer un profesional, autorizado, y guía completa para ingenieros, metalurgistas, y profesionales de calidad que buscan optimizar los componentes de fundición de aluminio en términos de rendimiento y costo..
2. ¿Por qué tratar térmicamente las piezas fundidas de aluminio??
El objetivo del tratamiento térmico es:
- Mayor resistencia a la tracción y dureza.
- Ductilidad mejorada y resistencia a la fatiga
- Maquinabilidad mejorada y resistencia al desgaste
- Estabilidad dimensional y alivio de tensiones residuales
- Propiedades a medida para las condiciones de servicio
- Consistencia y garantía de calidad
3. Aleaciones de fundición de aluminio comunes
Las aleaciones de fundición de aluminio suelen dividirse en dos categorías principales.:
- Fundición de arena / Moho permanente (moldeo por gravedad) aleaciones
- Fundición aleaciones (fundido)
Son designados por un número de cuatro dígitos (P.EJ., A356, A319, A380) y caer en cualquiera de los dos 2xx, 3xx, 4xx, o 7xx series dependiendo de los elementos primarios de aleación.
Mesa: Descripción general de las aleaciones de fundición de aluminio comunes
| Aleación | Elementos de aleación primarios | Proceso de fundición | Propiedades clave | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|---|---|
| A356 | Silicio, Magnesio | Arena / Moho permanente | Alta fuerza, buena resistencia a la corrosión, soldable | Aeroespacial, ruedas automotrices, partes marinas |
| A319 | Silicio, Cobre | Arena / Moho permanente | Buena maquinabilidad, fuerza moderada, buena capacidad | Bloques de motor, cacerolas de aceite, casos de transmisión |
| A206 | Cobre | Moho permanente | Muy alta fuerza, baja ductilidad, tratable térmico | Accesorios para aviones, partes estructurales |
| A380 | Silicio, Cobre, Hierro | Fundición a presión de alta presión | Excelente capacidad de fundición, buena fuerza, bajo costo | Alojamiento, corchetes, Electrónica de consumo |
| ADC12 | Silicio, Cobre, Hierro | Fundición a presión de alta presión | Buena fluidez, resistencia al desgaste, estabilidad dimensional | Automotor, electrónica, pequeños electrodomésticos |
| Alsi9cu3 | Silicio, Cobre | Fundición a presión de alta presión | Equivalente europeo del A380; versátil y de uso común | Carcasas de la caja de cambios automotriz, cubiertas del motor |
| 443.0 | Silicio, Magnesio | Arena / Moho permanente | Alta resistencia a la corrosión, fuerza moderada | Aplicaciones marinas, zapatillas, válvulas |
| 535.0 | Magnesio | Arena / Moho permanente | Excelente resistencia a la corrosión, soldable | Hardware marino, componentes arquitectónicos |
4. ¿Qué tipos de tratamientos térmicos están disponibles para las piezas fundidas de aluminio??
El proceso de tratamiento térmico para piezas fundidas de aluminio varía según la composición de la aleación., tipo de fundición, y propiedades mecánicas deseadas.
Se emplean hornos especializados y métodos de enfriamiento cuidadosamente controlados para garantizar la estabilidad dimensional y evitar grietas durante el tratamiento.. A continuación se detallan los tipos comunes de tratamiento térmico aplicados a las piezas fundidas de aluminio.:
TF (Totalmente tratado térmicamente)
El propósito del tratamiento TF es aumentar significativamente la dureza y resistencia de las piezas fundidas de aluminio..
El proceso implica calentar la fundición a alrededor de 515-535°C durante 4 a 12 horas para disolver elementos de aleación en una solución sólida.
Luego se enfría rápidamente en agua tibia para evitar que se agriete., seguido de envejecimiento a 150-160°C durante 4 a 16 horas.
Este tratamiento casi duplica la dureza de la fundición original.. TF se usa comúnmente cuando se requiere alta resistencia y durabilidad., como en componentes estructurales.
Su ventaja radica en la mejora sustancial de las propiedades mecánicas manteniendo la integridad de la fundición..
Condición de tuberculosis (T4)
Este tratamiento térmico tiene como objetivo mejorar la ductilidad y la resistencia moderada..
Las piezas fundidas se calientan justo por debajo de su punto de fusión hasta que los elementos de aleación entran en una solución sólida., luego se enfría en agua, agua hirviendo, o solución de polímero.
El medio de enfriamiento se selecciona para equilibrar las propiedades mecánicas., reducir la distorsión, y minimizar el estrés interno.
TB es adecuado para piezas que requieren buena formabilidad y soldabilidad..
La ventaja es la preservación de la ductilidad y la resistencia razonable., lo que facilita otros procesos de fabricación.
TB7 (Solución tratada y estabilizada)
Diseñado para producir piezas fundidas con maleabilidad mejorada., este tratamiento es similar al TF pero con el envejecimiento realizado a una temperatura más alta de 240-270 ° C para 2 a 4 horas.
Esto da como resultado piezas fundidas ligeramente más blandas en comparación con TF., haciendo que sea más fácil trabajar con ellos en aplicaciones donde se necesita cierta flexibilidad.
Se utiliza en componentes que requieren mejor estabilidad térmica y dureza..
EL (Endurecimiento por edad)
El tratamiento térmico TE acelera el proceso de envejecimiento natural calentando las piezas fundidas a 150-170 °C durante 4 a 12 horas sin apagar.
Esto es particularmente útil para piezas fundidas complejas o con características finas que podrían dañarse con un enfriamiento rápido..
El proceso mejora la dureza y la estabilidad sin riesgo de distorsión.. Se prefiere TE para piezas delicadas donde la retención de la forma es crítica.
T5 (Envejecimiento de las precipitaciones)
Este proceso de envejecimiento artificial estabiliza las piezas fundidas calentándolas a temperaturas relativamente bajas. (150–200 ° C) para 2 a 24 horas.
T5 mejora la maquinabilidad y la estabilidad dimensional y generalmente se aplica a piezas de fundición donde la dureza controlada y el acabado superficial son importantes..
La ventaja son las propiedades mecánicas mejoradas con un impacto térmico mínimo en la pieza fundida..
T6 temperamento
El tratamiento T6 se utiliza para lograr alta resistencia y dureza..
La pieza fundida se trata con una solución a aproximadamente 538°C durante aproximadamente 12 horas, rápidamente apagado en agua o glicol a 66-100°C, luego envejecido artificialmente a 154°C durante 3 a 5 horas.
A menudo, un paso de enderezamiento sigue al enfriamiento para garantizar la precisión dimensional.
T6 se aplica ampliamente en el sector aeroespacial., automotor, y defensa para piezas estructurales que necesitan un excelente rendimiento mecánico.
Su principal ventaja es maximizar la resistencia y minimizar la deformación bajo carga..
TF7 (T7 o T71: tratado con solución y estabilizado)
Este tratamiento mejora la estabilidad mecánica a alta temperatura al tratar con solución las piezas fundidas y estabilizarlas a 200-250 °C..
Si bien ofrece un límite elástico y de tracción ligeramente menor que el T6, TF7 mejora la resistencia térmica y la estabilidad dimensional.
Es ideal para componentes expuestos a temperaturas elevadas o estrés a largo plazo..
Alivio de tensiones y recocido (Condición TS)
Tratamiento térmico para aliviar el estrés., realizado a 200-250°C, Reduce las tensiones residuales que pueden causar deformaciones o grietas..
Recocido, hecho a 300–400°C, Suaviza las piezas fundidas para facilitar el mecanizado o la formación..
Estos tratamientos se utilizan normalmente para piezas fundidas gruesas o complejas que requieren operaciones mecánicas adicionales.. Su ventaja es una mayor estabilidad dimensional y una mayor trabajabilidad..
Enfriamiento de polímeros
en lugar de agua, Las soluciones de polímeros se utilizan para templar las piezas fundidas a un ritmo más lento..
Esto reduce las tensiones internas y la distorsión., lo que lo hace adecuado para piezas fundidas complejas o de paredes delgadas que requieren menos dureza pero alta precisión dimensional.
El enfriamiento con polímeros ofrece un método de enfriamiento más suave para proteger geometrías delicadas.
Tabla de tipos comunes de tratamiento térmico para piezas fundidas de aluminio
| Tratamiento térmico | Objetivo | Proceso | Solicitud | Ventajas |
|---|---|---|---|---|
| T6 (Solución + Envejecimiento artificial) | Maximizar la fuerza y la dureza | Tratamiento térmico de la solución (~530°C) → Enfriamiento rápido → Envejecimiento artificial a 150–180°C | Piezas automotrices, estructuras aeroespaciales, fundiciones industriales de alta resistencia | Excelentes propiedades mecánicas, alta fuerza, buena resistencia a la corrosión |
| T5 (Envejecimiento directo) | Endurecimiento rápido con bajo costo. | Moldeado y luego envejecido artificialmente a 160-200°C sin tratamiento con solución | fundiciones a presión (P.EJ., A380, ADC12) | Económico, proceso sencillo, mejora la dureza de la superficie |
T4 (Envejecimiento natural) |
Mantener ductilidad y resistencia moderada. | Tratamiento térmico de solución → Enfriamiento → Envejecimiento natural a temperatura ambiente para 96+ horas | Piezas soldadas o formadas | Buena ductilidad, adecuado para formar y soldar |
| T7 (En exceso) | Mejorar la estabilidad térmica y dimensional. | Tratamiento de solución → Envejecimiento a 190–220 °C durante un tiempo prolongado | Piezas aeroespaciales de alta temperatura, componentes de precisión | Resistencia a la fluencia mejorada, estabilidad dimensional |
Oh temperamento (Recocido) |
Aliviar el estrés, ablandar el material | Calentar a 300–400°C → Mantener durante varias horas → Enfriamiento lento | Piezas fundidas de paredes gruesas, componentes reparados por soldadura, piezas para mecanizar | Maquinabilidad mejorada, estructura blanda, Dustitud mejorada |
| Homogeneización | Reducir la segregación, mejorar la microestructura | Remojo prolongado a ~500°C durante 12 a 24 horas → Enfriamiento controlado | Lingotes de fundición grandes, palanquillas para mecanizar | Consistencia mejorada, mejores propiedades mecánicas |
| Alivio del estrés | Reducir la tensión interna y la deformación. | Calentar a 250–300°C → Mantener durante varias horas → Enfriar por aire | Piezas de precisión, componentes después del mecanizado o soldadura | Mejora la estabilidad dimensional, reduce el riesgo de agrietamiento |
5. Recetas de tratamiento térmico para aleaciones específicas
A356/356.0: Proceso T6 estándar
- Solucionar: 540–560°C, 6 H (25 sección mm).
- Aplacar: Agua (~20 °C) con leve agitación.
- Envejecimiento (T6): 160–165°C, 6 H; aire frío al ambiente.
- T7 opcional: 180 ° C, 10 H; aire fresco.
A380/A383: Aplicaciones T4 y T5
- T4 (Envejecimiento natural): Enfriar de 505 a 525 °C; mantener de 18 a 24 h; fuerza limitada (~UTS 200 MPA) con buena ductilidad (4–6%).
- T5: Envejecimiento artificial directo en 160 °C durante 4 a 6 h; resultados ~UTS 210–230 MPa, alargamiento 3–4%.
319/319.0: SHT y envejecimiento para HPDC
- Sht: 505–525 °C durante 4 a 6 h (10–Secciones de 20 mm).
- Aplacar: Polímero (10% PÁGINA) para reducir la distorsión.
- Edad (T6): 160–170 °C durante 8–10 h; produce UTS ~260 MPa, alargamiento ~4–5%.
A413: Piezas fundidas de alta resistencia
- Sht: 540–560 °C durante 8–10 h (secciones gruesas 50–100 mm).
- Aplacar: Agua + inhibidor de corrosión; apuntar a 400 °C/s de refrigeración.
- Edad (T6): 160–170°C, 10 H; UTS ~270–310 MPa, alargamiento ~3–4%.
- Exceso (T7): 180–200 ° C, 10–12 horas; UTS ~260–290 MPa, alargamiento ~5–6%.
6061 (Variantes de reparto) y aleaciones especiales
- 6061‐Elenco SHT: 530–550 °C durante 4 a 6 h (12–Secciones de 25 mm).
- Aplacar: Agua o polímero (ambos aceptables para distorsión moderada).
- Edad (T6): 160 ° C, 8 H; rendimientos ~UTS 240–270 MPa, alargamiento ~8–10%.
- 6063-Elenco: SHT similares, T5 suele ser suficiente para UTS 165–200 MPa, pero T6 produce UTS ~210 MPa.
6. Correlaciones de propiedades mecánicas
Resistencia a la tracción, Fuerza de rendimiento, y postratamiento de elongación
- A356 T6: UTS 240–280 MPa; YS 200–240 MPa; Alargamiento 6–8%.
- A380 T5: UTS 210–230 MPa; YS 160–180 MPa; Alargamiento 3–4%.
- 319 T6: UTS 260–280 MPa; YS 210–230 MPa; Alargamiento 4–5%.
- A413T6: UTS 270–310 MPa; YS 220–260 MPa; Alargamiento 3–4%.
Cambios de dureza a través de etapas de tratamiento térmico
- A356: As-cast ~70 HB; después de SHT ~60 HB; T6 ~80–85 HB; T7 ~75–80 HB.
- 319: As-cast ~75 HB; T5 ~85 HB; T6 ~90–95 HB.
- A413: As-cast ~80 HB; T6 ~95–105 HB; T7 ~90–100 HB.
Rendimiento ante la fatiga y tasas de crecimiento de grietas
- A356 T6: Límite de resistencia ~70 MPa; T0 ~50MPa.
- 319 T6: ~ 75 MPa; Mejor resistencia a la fatiga a altas temperaturas debido a precipitados más finos ricos en Cu..
- Impacto del estrés residual: El alivio adecuado del estrés puede aumentar la vida fatigada entre un 20% y un 30%.
Resistencia a la fluencia en aplicaciones de fundición a alta temperatura
- A356 T7 envejecido: Mantiene ~85% de la resistencia a temperatura ambiente en 150 ° C; aceptable para soportes de motor.
- A413: T7 retiene ~80% en 200 ° C; recomendado para carcasas de transmisión bajo cargas sostenidas.
7. Aplicaciones de las fundiciones de aluminio
Industria automotriz
- Bloques de motor (A356 T6): demostrado 20% reducción de peso frente a. hierro fundido; el tratamiento térmico produce UTS ~260 MPa, permitiendo presiones de cilindro más altas.
- Cabezales de cilindro (319 T6): El tratamiento T6 elimina las fallas por fatiga relacionadas con la porosidad; Las ejecuciones repetidas a través de la línea producen un rendimiento consistente con <1% chatarra debido al craqueo por enfriamiento.
Componentes aeroespaciales
- Impulsores de turbina (6061 T6): A través de SHT riguroso y envejecimiento, lograr vida de fatiga >10⁷ ciclos bajo 200 estrés MPa; El postratamiento de CMM confirma el agotamiento <0.01 mm.
- Bloques de tren de aterrizaje (A356 T7): Sobrepasado para la estabilidad, retener 75% de fuerza en 120 ° C; sin grietas en servicio 15,000 ciclos en evaluación.
Maquinaria industrial
- Alza de bombas (A413T6): T6 asegura UTS >280 MPA, reduciendo el espesor de la pared mediante 20% VS. diseños como fundición; Los conductos de lubricación permanecen dentro de ±0,05 mm después del enfriamiento..
- Cuerpos de válvula (A380 T5): Alcance UTS ~220 MPa, alargamiento ~4%; alivio del estrés en 300 °C elimina 80% de distorsión del molde, reduciendo el tiempo de mecanizado mediante 30%.
Electrónica de consumo y disipadores de calor
- Disipadores de calor (6061 T6): Rendimiento UTS ~250 MPa y conductividad térmica ~180 W/m·K; extruido y luego tratado térmicamente para un rendimiento óptimo en módulos LED de alta potencia.
- Chasis portátil (A356 T6): T6 garantiza rigidez estructural bajo cargas mecánicas; deformación mínima (<0.2 mm de ancho 200 mm de luz) Preserva el ajuste y el acabado del panel..
8. Conclusión
Tratamiento térmico de aluminio Los castings no son una propuesta única para todos..
Al comprender los fundamentos metalúrgicos: solucionar, temple, y envejecimiento: los metalúrgicos pueden diseñar ciclos que optimicen las propiedades de aleaciones específicas (6061, 7075, 356, etc.) y parte geometrías.
Mediante un control cuidadoso de las temperaturas del horno., medios de extinción, y perfiles de envejecimiento, Las piezas fundidas se transforman en componentes de alto rendimiento adecuados para largueros aeroespaciales., hardware marino, ensamblajes automotrices, y gabinetes electrónicos de precisión.
Al final, El éxito del tratamiento térmico depende de:
- Selección de aleación y quimica
- Control preciso del proceso (temperatura, tiempo, tasa de enfriamiento)
- Inspección posterior al tratamiento (NDT, prueba mecánica, controles dimensionales)
- Opciones de temperamento basadas en la aplicación (T6 para fuerza, T7 para estabilidad, TS para aliviar el estrés)
Siguiendo estos principios y aprovechando la tecnología y metrologías avanzadas de hornos, Los fabricantes se aseguran de que las piezas fundidas de aluminio no sólo cumplan sino superen los requisitos mecánicos., durabilidad, y estándares de confiabilidad de las industrias modernas.
