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ALUMINIO - Definición - Significado

El aluminio es un metal cuyo aprovechamiento en el campo de las construcciones mecánicas es relativamente reciente (1888-1890). Las principales cualidades de este metal son: ligereza (1/3 respecto al acero), mejor fusibilidad, buenas características para su mecanizado en máquinas herramientas y óptima capacidad de disipación de calor (aproximadamente, 3,5 veces superior a la del acero).

En el automóvil se emplea tanto para la construcción del motor como para la de la carrocería. Por lo regular se emplea para la construcción de culatas, pistones, carburadores, cajas de cambio, mordazas de frenos, colectores de admisión y, en la carrocería, para piezas de acabado, como perfiles, elementos de las ventanas, manivelas y parachoques.

Motor, radiografía

Es habitual que elementos de la mecánica se realicen en aluminio

En un coche mediano, como, por ejemplo, el Fiat 128, se emplean 14,5 kg de aleaciones de aluminio para los órganos mecánicos, mientras que para la carrocería se emplean otros 10 kg. Por tanto, en conjunto se emplean 24,5 kg, que equivalen al 3 % del peso del coche en orden de marcha. En otros coches con mayor empleo de aluminio, como el Dyna Panhard (presentado en 1946), se alcanzan porcentajes superiores al 5 %.

El aluminio se encuentra en muchos minerales, en especial silicatos, pero por lo general se extrae de un óxido hidratado denominado bauxita (Al2O3nH2O). Los procesos de extracción se dividen en dos partes: en la primera se proceden a la preparación de alúmina pura (óxido anhidro) y en la segunda se obtiene, por electrólisis en un baño de fluoruros fundidos, el metal puro.

El metal así obtenido no puede emplearse como material de construcción, ya que sus propiedades mecánicas no son muy buenas. En estado puro, sus principales características son: peso especifico, 2,7 g/cm3; módulo de elasticidad, 6.000 kg/mm2; temperatura de fusión, 685 °C; conductividad eléctrica, buena; conductibilidad térmica, elevada, y resistencia a los agentes atmosféricos, buena, ya que se recubre de una capa superficial de óxido que protege al metal de ataques posteriores. La carga de rotura es más bien baja y varía según los tratamientos a que se somete el metal: en cualquier caso no supera los 25 kg/mm2 en estado laminado o trefilado crudo, mientras que su límite de fluencia varía fintre 10 y 20 kg/mm2.

En cambio, las aleaciones de aluminio pueden alcanzar resistencias mucho mayores y, además, pueden mejorarse de modo considerable sus características mediante tratamientos térmicos adecuados. En el campo de las construcciones automovilísticas, puede decirse que, en general, para cualquier tipo de aplicación, se aprovecha alguna propiedad característica de estas aleaciones, aumentada por medio de tratamientos adecuados.

Las aleaciones se clasifican según el método de elaboración a que van destinadas: de fundición o para producción en coladas, de tipo templable o no templable, destinadas a la elaboración plástica en caliente o en frío, que, a su vez, también pueden ser templables o no templables. Entre las aleaciones para fundición existen, además, los tipos adecuados para fusión por gravedad (en arena o coqui-lla) y los tipos para fusión a presión. Las aleaciones del aluminio más comunes en el campo del automóvil son:

Aleaciones con silicio. El silicio hace la aleación más fluida, facilitando el proceso de fusión de piezas de forma complicada, como las culatas y los bloques. Además, reduce el coeficiente de dilatación térmica y, por tanto, aparece siempre con porcentajes altos (10 %) en las aleaciones para pistones. Proporciones demasiado elevadas de silicio empeoran la facilidad de mecanizado en las máquinas herramientas. Denominaciones comerciales: Termafond S 10 y Silumin.

Aleaciones con cobre. Pueden contener proporciones de cobre de hasta un 12 %. Con pequeños porcentajes se obtiene un aumento considerable de la dureza. Aumentando dicha proporción, la aleación se vuelve demasiado frágil y su colabilidad empeora. El cobre le confiere una resistencia mecánica óptima y, por tanto, también él aparece en las aleaciones para pistones y mordazas de frenos. Denominaciones comerciales: Termafond, Dural 142 y Duralite.

Aleaciones con silicio-magnesio. En estas aleaciones precipita un compuesto químico de magnesio y silicio que confiere dureza y características mecánicas buenas, sobre todo en presencia de níquel y manganeso. Poseen una elevada resistencia a la corrosión y permiten construir elementos de acabado gracias a la posibilidad de anodizado y pulido mecánico. Denominación comercial: Peraluman 25.

Aleaciones con cobre-silicio-magnesio-manganeso. Contienen magnesio entre un 0,4 y un 1,3 %, silicio hasta un 1 %, cobre entre un 3 y un 5 % y manganeso hasta un 1 %. Después del temple y envejecimiento a temperatura ambiente durante 5-6 días, su resistencia a la tracción pasa de 20 a 40 ó 50 kg/mm2 y su alargamiento a un 12-20 %. Se emplean para piezas muy solicitadas (bielas y cubos de frenos). Denominación comercial: Avional 24-14.

Aleaciones con cobre-cinc-magnesio. Son las aleaciones ligeras con las características mecánicas más elevadas. Después del temple y envejecimiento, su resistencia a la tracción puede alcanzar los 70 kg/mm2 y su alargamiento del 5 al 10 %. Son aleaciones típicas para mecanizado plástico, con facilidad de trabajo en máquinas herramientas y una resistencia a la corrosión reducida. Se emplean para bielas y piezas mecánicas sometidas a grandes tensiones. Denominaciones comerciales: Ergal 55 y Ergal 65.

Como ya se ha indicado, algunas aleaciones de aluminio pueden someterse a ciclos de tratamiento térmico que sirven para aumentar algunas de sus características. Si se desea alcanzar un equilibrio total de la estructura, destruir los endurecimientos, eliminar tensiones internas y dar al material una buena Plasticidad, se somete la aleación, durante algunas horas, a temperaturas de unos 400 °C y luego se le enfría lentamente hasta 200 °C, aproximadamente. Este ciclo se denomina recocido, y las temperaturas pueden variar entre ciertos límites según cual fuere la aleación en cuestión. Para mejorar las características de estas aleaciones se efectúan ciclos de bonificación, consistentes en un temple seguido de un envejecimiento natural o artificial. Primeramente, la aleación se calienta hasta una temperatura algo inferior a la de fusión y se mantiene a dicha temperatura hasta que se obtiene la disolución completa de los compuestos que forma el aluminio con los elementos aleados. El temple bloquea en la disolución estos compuestos y origina una disolución sobresaturada (temple de disolución) que no es estable y tiende a expulsar estos compuestos. El posterior envejecimiento, natural o artificial (entre 100 y 200 °C) favorece la precipitación de los compuestos en dispersión muy fina que permite mejorar las características mecánicas de la aleación.

Los métodos de elaboración del aluminio colado que más se emplean en la industria del automóvil son: la fusión a presión, la colada en coquilla y, más raramente, la colada en arena. Para el trabajo plástico del aluminio suelen emplearse la extrusión y la estampación en frío y en caliente.

La fusión a presión permite un ritmo de producción elevado, consiente reducir de manera notable el peso de las piezas y alcanzar buenos grados de acabado con ahorros de tiempo importantes respecto al mecanizado. La fusión a presión se emplea para las piezas que no están excesivamente solicitadas o para las que no podrían obtenerse por colada. De este modo se fabrican, por ejemplo, las tapas y los soportes de la distribución, los cuerpos de las bombas de agua y aceite, los tapones de salida o entrada de agua, las tapas delanteras de estanquidad de aceite del motor, la caja del cambio, la caja de dirección, el cárter de aceite y el diferencial.

La colada en coquilla y en arena por gravedad se emplea para las piezas solicitadas mecánica y térmicamente, como culatas, cilindros, pistones, conductos de admisión, mordazas de los frenos de disco, etc. Los progresos realizados con la introducción de máquinas automáticas para la operación de colada permiten alcanzar costos y ritmos de producción que hacen posible la introducción del aluminio incluso en coches económicos.

Es especialmente interesante la realización del motor de Chevrolet Vega (1970), de la General Motors, en el que, por primera vez en un modelo de gran serie, se construyó un bloque único sin las camisas de los cilindros, tal como se hace comúnmente. La aleación empleada posee 17 % de silicio, 4,5 % de cobre, 1 % de hierro y 0,5 % de magnesio. Las camisas se fabrican con un procedimiento electrolítico que extrae el material superficial, dejando al descubierto las capas inferiores, constituidas por compuestos de silicio de elevada dureza y resistencia al desgaste. Además, los pistones se recubren superficialmente con capas de cinc, cobre, acero y estaño mediante un procedimiento galvánico. El revestimiento de estaño, además de protegerlos contra la corrosión durante el almacenamiento, disminuye los rozamientos durante la fase de rodaje. Después del rodaje aparece sobre la superficie del pistón una película de acero, que asegura el deslizamiento correcto entre la camisa y el pistón, sin fenómenos de agarrotamiento y desgaste.

En cuanto a las piezas fabricadas por procedimientos plásticos, el método más empleado es el de la extrusión. Por extrusión y, eventualmente, por laminado posterior, se obtienen muchas piezas de acabado de la carrocería, como montantes centrales de las puertas, perfiles de acabado de las ventanas, bastidores de contorno de las ventanas de los coches de lujo, perfiles exteriores, etc. En cambio, la estampación se emplea en ciertos casos para la construcción de bielas y de pistones sometidos a solicitaciones térmicas y mecánicas especialmente elevadas. En frío suelen estamparse adornos de acabado, emblemas, calandras, tapacubos, viseras de los faros, etc.

El aluminio puede someterse a diversos tratamientos galvánicos, químicos o mecánicos para mejorar su estética o garantizar su inalterabilidad: anodizado, abrillantado, chorro de arena, etc., según su empleo posterior. El anodizado galvánico hace el aluminio inalterable frente a los agentes atmosféricos; el abrillantado mediante abrasión con partículas metálicas lo vuelve brillante como una superficie cromada, y el chorro de arena le da un aspecto limpio, opaco y uniforme.

El empleo del aluminio en las construcciones automovilísticas está aumentando en relación con su utilización en los motores y en los órganos mecánicos, mientras que, en el caso de adornos y accesorios diversos, las materias plásticas lo están substituyendo gradualmente. A título de ejemplo, baste recordar que no hace muchos años se construyeron carrocerías de aluminio para coches deportivos, las cuales pronto fueron abandonadas en favor de las resinas de poliéster reforzadas con fibras de vidrio.

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