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ENSAYO METALOGRAFICO DE ALUMINIO 6061

Andrés Estrada Arrieta y Ricardo Barceló Universidad Autónoma del Caribe, Programa de Ingeniería Barranquilla, Colombia [email protected], [email protected]

RESUMEN En el presente informe se hablará sobre el aluminio 6061-T6, donde corresponde a la serie 6xxx; En estas aleaciones se usan como elementos aleantes el Mg y el Si en proporciones adecuadas para que se forme el Mg2Si. Esto hace que esta aleación sea tratable térmicamente. Estas aleaciones son menos resistentes que el resto de aleaciones, en cambio tienen formalidad, soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosión. Estas aleaciones pueden moderarse por un tratamiento térmico T4 (tratada por solución térmicamente y envejecida naturalmente hasta alcanzar una condición estable) y endurecido por una serie de acciones que completen el tratamiento térmico T6 (tratada por solución térmicamente y envejecida artificialmente). ABSTRACT This report will discuss aluminium 6061-T6, which corresponds to the 6XXX series; In these alloys, the Mg and Si are used as alloying elements in suitable proportions for the formation of the Mg2Si. This makes this alloy thermally treatable. These alloys are less resistant than the other alloys, instead they have formality, weldability, machinability and corrosion resistance. These alloys can be moderated by a T4 heat treatment (Treated by solution thermally and aged naturally until reaching a stable condition) and hardened by a series of actions that complete the thermal treatment T6 (treated by solution thermally and aged artificially).

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1. Introducción El aluminio 6061 es una aleación de aluminio endurecido que contiene como principales elementos aluminio, magnesio y silicio. Originalmente denominado "aleación 61S" fue desarrollada en 1935. Tiene buenas propiedades mecánicas y para su uso en soldaduras. Es una de las aleaciones de aluminio más comunes para uso general. Se emplea comúnmente en formas pre templadas como el 6061-O y las templadas como el 6061-T6 y 6061-T651.

formar una sola fase al calentarse por encima de la línea de solvus y luego pasar a una región bifásica al enfriarse.

2. Marco Teórico El aluminio 6061 corresponde a la serie 6xxx; En estas aleaciones se usan como elementos aleantes el Mg y el Si en proporciones adecuadas para que se forme el Mg2Si. Esto hace que esta aleación sea tratable térmicamente. Estas aleaciones son menos resistentes que el resto de aleaciones, en cambio tienen formalidad, soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosión. Estas aleaciones pueden moderarse por un tratamiento térmico T4 (tratada por solución térmicamente y envejecida naturalmente hasta alcanzar una condición estable) y endurecido por una serie de acciones que completen el tratamiento térmico T6 (tratada por solución térmicamente y envejecida artificialmente). Tratamientos térmicos en aleaciones de aluminio El endurecimiento por precipitación involucra la formación de partículas finas (precipitados) que bloquean el movimiento de las dislocaciones y hacen más resistente al metal. Es el único tratamiento térmico en las aleaciones de aluminio. Para que un sistema de aleación sea capaz de experimentar el endurecimiento por precipitación, el diagrama de fases debe mostrar en el estado sólido una solubilidad decreciente a medida que la temperatura disminuya, esto es, la aleación debe

Figura 1. Diagrama de equilibrio aluminio-Mg2Si 

Tratamiento térmico de solubilización

Para obtener beneficio de la reacción de endurecimiento por precipitación es necesario producir una solución sólida. La aleación se calienta a una temperatura arriba de la solidus y se mantiene el tiempo requerido para obtener una solución sólida homogénea, la cual está en función de la microestructura antes del tratamiento. La temperatura límite para el tratamiento de solución para las aleaciones Al-Mg-Si están en el rango de 515 a 540 ° C (960 a 1000°F), el tiempo requerido varía dependiendo las dimensiones de la pieza. 

Enfriamiento rápido

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El enfriamiento rápido es el paso más crítico en la secuencia de operación del tratamiento térmico, su objetivo es preservar la solución sólida formada en el tratamiento térmico de solución. Un enfriamiento rápido a baja temperatura, usualmente cercana a la temperatura ambiente, se aplica para retener los átomos del soluto en solución y mantener cierto número de sitios vacantes para promover la difusión. El rango de temperatura sobre la cual las aleaciones exhiben la máxima sensibilidad de enfriamiento es de 290 a 400◦C Durante el enfriamiento rápido, ocurren cambios dimensionales produciendo esfuerzos internos, distorsión o alabeo particularmente en piezas delgadas o partes que contienen variación de espesores, por lo que se tiene que disminuir la velocidad de enfriamiento sacrificando un poco la resistencia. 

Tratamiento por precipitación o envejecido

El requerimiento general para el endurecimiento por precipitación de una solución sólida sobresaturada emplea la formación de precipitados finos dispersos durante el tratamiento, este tercer paso se llama envejecido, y es donde se logra la resistencia y dureza de la aleación, cuando se realiza a temperatura ambiente se usa el término de envejecido natural, y a alta temperatura envejecido artificial. Los compuestos intermetálicos: Un compuesto intermetálico es la combinación que resulta de mezclas homogéneas de dos o más metales fundidos. En el caso de una aleación binaria, por ejemplo, un compuesto intermetálico es una fase intermedia entre sus dos elementos constituyentes, con diferente estructura a la de ellos, por lo que también posee diferentes características, a la vez que mantiene propiedades de simetría o de orden.

Los compuestos intermetálicos difieren notablemente de las denominadas aleaciones "convencionales" ya que estas últimas consisten básicamente en una solución sólida de dos o más elementos metálicos y, al no tener una fórmula química concreta, se expresan, generalmente, como una mezcla de fases, mediante porcentaje de sus elementos constituyentes. Si bien se atribuye al químico alemán Kart Karsten la primera identificación de un compuesto intermetálico (en 1839), fueron el metalúrgico ruso N. S. Kurnakov y su contemporáneo, el metalúrgico alemán Tammann, quienes consiguieron los mayores logros en la comprensión, el estudio y el desarrollo formal de estos compuestos. Ensayo a la dureza Vickers. Es el que se emplea para determinar la dureza de un material mediante la penetración en él de un diamante de forma piramidal. Se emplea fundamentalmente en los ensayos de materiales de gran dureza y de las piezas con secciones muy pequeñas, o en capas muy finas exteriores como son: las nitrurada, cementadas, etc.

3. Metodología experimental Para esta experiencia, como se mencionó anteriormente, utilizamos una probeta de Aluminio 6061, el cual analizaremos. Primero que todo se realizó el debido corte a una pieza de Aluminio 6061

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Figura 2. Muestra de Aluminio AA6061

En donde luego se realiza la preparación metalográfica bajo la norma ASTM, donde primero se realizó el debido corte en la que se hizo en la cortadora metalográfica

Figura 4. Resinas Poliméricas

Este montaje en frio en lo que se realiza ambiente

Figura 5. Montaje en frio con resinas poliméricas

Luego se deja la probeta y se deja unos 20 min para así poder obtener nuestra probeta para proceder a realizar el desbaste Figura 3. Cortadora metalográfica.

Después de haber realizo el paso mencionado, se obtuvieron 3 cortes, el cuales eran: Longitudinal, Normal y Transversal. El paso siguiente a realizar seria el montaje, el cual se hizo en frio donde se hace el uso de resinas poliméricas

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Figura 6. Probeta de Aluminio 6061

Como fue mencionado anteriormente se procedió hacer el desbaste utilizando las diferentes lijas, desde la gruesa que va desde 80, 100, 120, 240, 320, 400, 600 ,800, y pasa a la fina que continua desde 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 2500. Para luego colocar nuestra probeta en la pulidora metalográfica

Figura 8. Paños para pulido.

Luego se procedió a realizar lo que sería el ataque químico así para poder observar en el microscopio, la cual lo rige la norma ASTM E407, donde la solución fue hecha con Ácido Fluorhídrico como principal, Ácido Clorhídrico, Ácido Nítrico y Agua, el ataque 3 el cual es mencionado los ácidos es para los Aluminio que son serie 6xxxx entre otros.

Figura 7. Pulidora metalográfica.

Para poder darle un acabado espejo a la probeta, colocamos un paño en la pulidora y agregamos alúmina(Al2O3). Figura 9. Ácido Fluorhídrico que se usó como principal

En el análisis del microscopio se tomaron fotos de 50x-1000x.

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Figura

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Microscopio

4. Resultados y discusión Obtención de Imágenes

Figura 12 Aluminio 6061 a 100x

Corte Longitudinal

Figura 13 Aluminio 6061 a 200x

Figura 11 Aluminio 6061 a 50x

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Figura 14 Aluminio 6061 a 500x

Figura 16 Aluminio 6061 a 50x

Figura 17 Aluminio 6061 a 100x Figura 15 Aluminio 6061 a 1000x

Corte Transversal

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Figura 18 Aluminio 6061 a 200x

Figura 20 Aluminio 6061 a 1000x

Corte Normal

Figura 19 Aluminio 6061 a 500x

Figura 21 Aluminio 6061 a 50x

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Figura 22 Aluminio 6061 a 100x

Figura 24 Aluminio 6061 a 500x

Figura 23 Aluminio 6061 a 200x

Figura 25 Aluminio 6061 a 1000x

Luego identificamos de que aluminio se podría tratar o si este se encuentra sometido a un tratamiento térmico y para poder saber aquellos compuestos intermetálicos. Para esto realizamos una comparación con lo que sería una probeta que no ha sido sometida a ningún tratamiento térmico:

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Figura 26 Aluminio 6061 a 500x [Sin tratamiento] "Metallographic Specimen Preparation for 6061 Aluminium Alloy", Metallographic.com, 2017

Figura 28 Aluminio 6061 a 50x [metida a un proceso de solubilización, temple y envejecimiento.] P. DUJARDIN, "ESTUDIO METALOGRÁFICO DE ALEACIONES DE HIERRO Y DE ALUMINIO", 2017

En etas observamos claramente los precipitados de Mg2Si, y se observa similitud a nuestros resultados, pero se encuentran unas manchas en las cuales no se sabe, puesto a que en el informe de que extrajo no especifican.

Figura 26 Aluminio 6061 a 500x Transversal [Sin tratamiento] Tomado de "Análisis y caracterización de la soldabilidad del aluminio estructural AA6061 y AA606"

Al comparar nuestra foto de nuestras probetas (Figura 19) con la que no ha sido sometida a ningún tratamiento térmico, vemos que los granos son diferentes puestos a que se observan granos más redondos y límites de granos definidos. Entonces descartamos la posibilidad de que nuestra probeta no haya sido sometida a un tratamiento térmico. Luego comparamos nuestra micrografía con lo que sería una de Aluminio 6061-T6, al cual es sometido a tratamiento térmico

Desde este punto podemos decir que nuestra probeta fue sometida a un tratamiento térmico, del cual podría tratarse de Solubilización, enfriamiento rápido o temple y envejecido.

Figura 29 Aluminio 6061 a 500x [metida a un proceso de solubilización, temple y envejecimiento.] P. DUJARDIN,

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE LABORATORIA DE METALOGRAFIA FACULTAD DE INGENIERÍA "ESTUDIO METALOGRÁFICO DE ALEACIONES DE HIERRO Y DE ALUMINIO", 2017

En las imagenes se observa la distribución de los constituyentes y la pérdida de delineación clara del grano causada por la precipitación de Mg2Si del envejecimiento artificial.

♦cobre= 2xxx ♦manganeso= 3xxx

ENSAYO DUREZA.

♦silicio= 4xxx

Normal 10𝐾𝑔 1𝐻𝑉 = 1.8544 ∗ = 33.74𝐻𝑉 0.74132 2𝐻𝑉 = 1.8544 ∗

sistema el aluminio de 99.00 % o más, es señalado como una aleación número 1xxx. en cambio, otras aleaciones de aluminio son agrupadas por el mayor elemento de aleación:

10𝐾𝑔 = 25.33𝐻𝑉 0.85552

Promedio= 29.53HV Longitudinal 1𝐻𝑉 = 1.8544 ∗

10𝐾𝑔 = 47.12𝐻𝑉 0.62732

2𝐻𝑉 = 1.8544 ∗

10𝐾𝑔 = 32.02𝐻𝑉 0.76102

Promedio= 39.57HV

Transversal 10𝐾𝑔 = 48.60𝐻𝑉 0.61772 10𝐾𝑔 2𝐻𝑉 = 1.8544 ∗ = 59.85𝐻𝑉 0.55662 Promedio= 39.57HV 1𝐻𝑉 = 1.8544 ∗

♦magnesio= 5xxx ♦magnesio y silicio= 6xxx ♦zinc= 7xxx ♦otros elementos 8xxx y serie no usada 9xxxEl segundo digito en el número de aleación indica los límites de impureza, si el digito es cero no contiene impurezas, si el valor es de una nueve indica un control especial de una o más impurezas. los últimos dos dígitos en la serie 1xxx expresan el valor en décimas y centésimasdel porcentaje de aluminio. (ejemplo: a leación 1060 =99.60 % dealuminio). En las series dos hasta nueve lo segundos dos dígitos no tienen ningún significado en especial, solo sirven para identificar las diferentes aleaciones de aluminio en el grupo.

ALUMINIO 6061-T6

Luego de haber determinado sobre nuestra probeta hablaremos sobre el aluminio 6061-T6 Para la designación del Aluminio Designación para los grupos de aleaciones de aluminio Se diseño un sistema numérico de cuatro dígitos para formar lasaleaciones de aluminio en este

Es una aleación de aluminio endurecido que contiene como principales elementos aluminio, P á g i n a 11 | 13

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magnesio y silicio. Originalmente denominado "aleación 61S" fue desarrollada en 1935. Tiene buenas propiedades mecánicas para su uso en soldaduras. Es una de las aleaciones más comunes de aluminio para uso general, especialmente estructuras de alta resistencia que requieran un buen comportamiento frente a la corrosión, camiones, barcos, vehículos ferroviarios, mobiliario y tuberías. El aluminio 6061 – T6 tiene como principales propiedades mecánicas las siguientes: •Resistencia a la Tensión: 45,000 psi •Resistencia a la Elongación: 40,000 psi •Elongación % en 2”: 10 •Dureza: 95 Brinell •Conductividad térmica cuatro veces mayor a la del acero

Tratamiento Térmico T6 Tratado térmicamente por solución y envejecida artificialmente, el cual se realiza a temperatura de 520-530 ºC este tratamiento ayuda a la reducción de porosidad y a la mejora de la microestructura.

5. Conclusión Al comparar visualmente entre las imágenes de aluminios 6061, sin tratamiento y 6061–T6; los resultados fueron: Que determinamos que la estructura de nuestro aluminio es similar a la de un aluminio 6061-T6 debido a la orientación que presentan los granos precipitados y que esta muestra menor número de límites de grano de los que se presentan en otros aluminios, tal como puede ser el 6061-T4.

•No necesita tratamientos superficiales

Además de presentar precipitados de tamaños mayores que es lo que ocurre al tratar el aluminio 6061, esto es debido al tratamiento térmico al cual se somete, en este caso sería la distribución típica de los constituyentes y la pérdida de delineación clara del grano causada por la precipitación de Mg2Si del envejecimiento artificial.

•Alta resistencia a la corrosión y al desgaste

REFERENCIAS

•Más ligero que el acero

Nañez Rodriguez, "comportamiento de una aleación de aluminio tratada térmicamente bajo carga de compresión", 2017. http://eprints.uanl.mx/7153/1/1080080855.PDF.

•Excelente maquinabilidad •Buena estabilidad, superficial

con

excelente

acabado

•Altas propiedades mecánicas

•Soldable •Densidad de 2,7 g/cc Dúctil Ligero, con gran resistencia y excelentes c aracterísticas de acabado, elaluminio 6061-T6 es ideal para la elaboración de piezas maquinadas con calidad de excelencia y para trabajos que requieran buen acabado superficial.

"Metallographic Specimen Preparation for 6061 Aluminium Alloy", Metallographic.com, 2017.

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http://www.metallographic.com/Procedures/6061 -Aluminum.html. P. DUJARDIN, "ESTUDIO METALOGRÁFICO DE ALEACIONES DE HIERRO Y DE ALUMINIO", 2017https://academicae.unavarra.es/handle/2454/15089.

J. Sandoval Asimbaya, "Análisis y caracterización de la soldabilidad del aluminio estructural AA6061 y AA606", escuela politécnica nacional, 2015. http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1101 2/1/CD-6360.pdf. https://es.scribd.com/doc/15574856/TrabajoFinal-Aluminio-6061-Copy http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/104 95/5789/1/EchavarriaAlejandro_2012_metalurgia aleacionesaluminio.pdf http://revistademetalurgia.revistas.csic.es/index.p hp/revistademetalurgia/article/view/1370/1503 http://revistademetalurgia.revistas.csic.es/index.p hp/revistademetalurgia/article/viewFile/585/595

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