Los retos metalográficos asociados con el aluminio y sus aleaciones varían considerablemente en función de la pureza del metal. Aquí aprenderá a preparar de manera rápida y eficiente cualquier producto de aluminio para el examen metalográfico.
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Fig. 1: Aleación de aluminio 2024, para fundición, que muestra precipitación eutéctica en los límites del grano, sin ataque químico, 200x
Fig. 2: Como en la Fig. 1, homogeneizado, sin ataque químico, 200x
Fig. 3: Como en la Fig. 2, laminado en caliente, sin ataque químico, 200x
Aleaciones de aluminio de fundición
Las piezas de aluminio de fundición se alean principalmente para mejorar las propiedades mecánicas del metal y se diferencian en función de sus principales elementos de aleación, es decir, el silicio, el magnesio y el cobre. Los contenidos de la aleación que exceden la saturación de la solución sólida se precipitan como metal puro, como por ejemplo el silicio, o como fases eutécticas e intermetálicas.
El silicio incrementa la colabilidad del aluminio. En la aleaciones eutécticas, como el AlSi12, se añaden pequeñas cantidades de sodio antes de la colada para refinar el eutéctico. En este proceso de refinamiento, en vez de precipitar como agujas o placas toscas (Fig. 4), el silicio forma un eutéctico muy fino con una solución sólida α (Fig. 5). El efecto del endurecimiento en estas aleaciones es muy bajo y, por lo tanto, se les añade magnesio para que puedan endurecer por envejecimiento.
Las aleaciones de fundición con propiedades específicas se usan en varios grupos de productos, incluida la fabricación de pistones, cojinetes de deslizamiento, piezas para ingeniería mecánica, cabezales de cilindros y zapatas de freno.
| Algunas de las aleaciones de fundición más importantes y sus propiedades | |
| AlSi10Mg | Endurecido por envejecimiento. Resistente a las vibraciones y la corrosión |
| AlSi5Cu1 | Endurecido por envejecimiento. Buena colabilidad para soldaduras y láminas delgadas |
| AlMg3 | Resistente al agua marina |
| AlSi25+ CuNi | Endurecido por envejecimiento. Aleación especial para pistones; resistente al desgate gracias a su alto contenido de Si |
| AlMgSiPb | Apto para la mecanización |
| AlSi9Cu3 | Aleación universal maleable y la aleación más importante para procesos de fundición a presión |
Fig. 4: Fundición de aluminio-silicio, sin refinar, 500x
Fig. 5: Fundición de aluminio-silicio, refinado, 500x
La metalografía del aluminio se usa en procesos de control de calidad para determinar el tamaño del grano y los defectos en la microestructura de muestras pulidas y sometidas a ataque químico. Asimismo, suelen también comprobarse las muestras para detectar cualquier posible impureza, como óxidos o aluminuros de circonio.
El aluminio para aleaciones de fundición se evalúa con relación a la forma, la distribución de fases y la posible porosidad. En materiales forjados, se investigan los defectos del proceso de laminación y extrusión y se miden los grosores de la placa.
Fig. 6: Óxido en la superficie de un proceso de fundición a presión de aluminio, 50x
| Visión general de los retos metalográficos y sus soluciones | |
| Reto: | Solución: |
| El aluminio puro es muy suave y propenso a la deformación mecánica y los arañazos. | Esmerilado plano con papel o lámina de carburo de silicio (SiC) lo más fina posible |
| El carburo de silicio y las partículas de diamantes pueden presionarse sobre la superficie de la muestra. | El pulido de diamante y/o el pulido final deben ser lo suficientemente duraderos como para eliminar todas las partículas incrustadas. |
| Las aleaciones forjadas severamente trabajadas y deformadas son difíciles de contrastar, lo que dificulta la interpretación de la estructura. | - Pulido final con suspensión de sílice coloidal - Anodización con reagente de Barker |
Siga leyendo para consultar una descripción detallada del método de preparación del aluminio y sus aleaciones para realizar un análisis metalográfico rápido y preciso.
Fig.7: Partículas de diamante incrustadas en aluminio puro tras un pulido con 3 μm, 200x
*De manera alternativa, MD-Dac
* Para evitar arañazos toscos, el papel o la lámina de carburo de silicio (SiC) puede frotarse con cera antes de realizar el esmerilado.
** De manera alternativa, MD-Dac
* Para evitar arañazos toscos, el papel o la lámina de carburo de silicio (SiC) puede frotarse con cera antes de realizar el esmerilado.'
Fig. 9: Fundición de aluminio-silicio; después de un pulido con diamante de 3 μm todavía hay pequeños arañazos visibles, 200x.
Fig.10: Estructura como en la Fig. 9, pero pulida fina con una suspensión OP-U. La matriz está bien pulida y el eutéctico tiene un mayor contraste, 200x
Fig.11: Fundición de aluminio-silicio pulida durante demasiado tiempo con una suspensión OP-S; las precipitaciones de silicio destacan en relieve, 100x.
La anodización de la muestra con un reagente de Barker después del pulido creará un contraste de color especialmente adecuado para la evaluación del tamaño del grano. Para obtener el efecto de color, vea la muestra bajo una luz polarizada con una lámina tintada sensible de λ1⁄4.
Fig.12: Las áreas del grano anodizadas de planchas chapadas son claramente visibles y adecuadas para un análisis de imágenes automático, bajo luz polarizada con lámina de λ1⁄4, 100x.
Fig.13: Pieza de aluminio presionado; tras un macroataque químico, se revelan las precipitaciones primaria y heterogénea.
Cuando se trabaje con productos químicos, se deberán respetar siempre todas las precauciones estándar de seguridad.
| Macroataque químico | |
| Para aluminio puro | 90 ml de agua |
| 15 ml de ácido clorhídrico | |
| 10 ml de ácido fluorhídrico | |
| Ataque químico profundo para revelar la estructura dendrítica primaria | |
| 100 ml de agua | |
| 10-25 g de hidróxido de sodio | |
| Microataque químico | |
| Reagente de Flick: ataque químico en el límite del grano para la mayoría de tipos de aluminios y aleaciones | |
| 90-100 ml de agua | |
| 0,1-10 ml de ácido fluorhídrico | |
| Reagente de Dix y Keller: ataque químico del área del grano para aleaciones de Al con cobre, aunque también es adecuado para aluminio puro | |
| 190 ml de agua | |
| 5 ml de ácido nítrico | |
| 10 ml de ácido clorhídrico | |
| 2 ml de ácido fluorhídrico | |
| Reactivos de color: | Solución de ácido molíbdico según Klemm o Weck |
Fig.15: Aleación experimental de aluminio con 6 % de Si y 10 % de Cu, sin ataque químico
Fig.16: Como en la Fig.15 pero con ataque químico de 30 segundos con 1 g de ácido molíbdico en 200 ml de agua + 6 g de cloruro amónico. El silicio es de color azul oscuro y se distingue claramente del CuAl2, que es de tono grisáceo.
Todas las imágenes son de Xiuping Jiang, gerente de aplicación y laboratorio, China.
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