Aluminio para fundición: Guía completa

La fundición es uno de los procesos de trabajo del metal más antiguos y versátiles que permiten a los fabricantes producir formas complejas de la máxima precisión. Debido a las excelentes propiedades del aluminio para fundición, como su ligereza, resistencia a la corrosión y alta conductividad térmica, entre los diversos metales utilizados en fundición, el aluminio para fundición es especial. Este artículo trata sobre el uso del aluminio para fundición, sus ventajas, tipos, aplicaciones y técnicas. Algunos de los metales más utilizados en la fundición se deben principalmente a las propiedades de peso de aluminio, excelente resistencia a la corrosión y alta conductividad térmica. Para conseguir la forma deseada, el aluminio se funde y se vierte o inyecta en un molde para su fundición. Existen varios métodos principales de fundición, como la fundición en arena, la fundición a presión, la fundición a la cera perdida y la fundición en molde permanente, en función de los requisitos de la aplicación. La decisión del método de fundición se basará en el tamaño de los componentes, la precisión requerida, las propiedades mecánicas y el volumen de producción.

La selección de la composición de la aleación de fundición de aluminio es una de las decisiones más críticas en la producción de piezas de fundición de aluminio. Entre las aleaciones de fundición de aluminio más comunes están la A356, la 319 y la 380, así como la 7075, que pueden proporcionar distinta resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión para diversas aplicaciones. El control de la temperatura, la aplicación de presión, los índices de enfriamiento y la mitigación de defectos también influyen en gran medida en la producción de piezas de fundición de aluminio de alta calidad con pocos defectos de porosidad o contracción. Los recientes avances en tecnología de fundición, como la fundición asistida por vacío, el procesamiento de metales semisólidos y la impresión 3D de moldes, han creado grandes mejoras en términos de precisión, eficiencia y sostenibilidad de la fundición de aluminio. Además, las industrias se están centrando cada vez más en el reciclaje del aluminio para reducir el impacto medioambiental manteniendo los mismos niveles de rendimiento.

Se explora la guía más completa sobre el aluminio para fundición, que abarca factores clave como la temperatura, el control de la presión, las propiedades mecánicas y químicas, la prevención de defectos y la selección de aleaciones. El conocimiento de estos aspectos permite a ingenieros y fabricantes realizar un proceso productivo de fundición de aluminio, obtener productos de mejor calidad y obtener una mayor eficacia de la producción.

¿Por qué utilizar aluminio para fundición?

Las excelentes propiedades del aluminio justifican su uso en la industria de la fundición, por lo que es un metal adecuado para los fabricantes de diversos sectores. Estas son algunas de las principales razones para optar por la fundición de aluminio.

1. Ligero pero resistente: Como es de esperar, el aluminio es muy ligero en comparación con otros metales, y esto lo hace ideal para ser utilizado en industrias donde la reducción de peso es importante a la hora de construir vehículos o aviones.

2. El aluminio ofrece una excelente resistencia a la corrosión: Las piezas de fundición se benefician de la capa de óxido natural, que constituye una barrera contra la oxidación y contribuye a prolongar la vida útil de la pieza.

3. Alta conductividad térmica y eléctrica:  Esto hace que el aluminio sea muy adecuado para su uso en intercambiadores de calor, carcasas electrónicas y componentes de motores.

4. Fundiciones de aluminio - Gran maquinabilidad: El aluminio fundido puede mecanizarse, pulirse y acabarse fácilmente para una aplicación de alta precisión.

5. Menos caro:  El aluminio es mucho más barato que la mayoría de los metales y su capacidad de reciclaje lo hace respetuoso con el medio ambiente.

Tipos de aluminio utilizados en fundición

Para la fundición se utilizan varias aleaciones de aluminio diferentes que tienen características adecuadas para distintas aplicaciones. ¿Cuáles son las aleaciones de aluminio más utilizadas para la fundición?

1. Aleaciones de aluminio-silicio (Al-Si)

• Sin embargo, estas aleaciones poseen una excelente colabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste.
• Su uso en piezas de motores de automoción (culatas, etc.) y carcasas de bombas es habitual.

2. Aleaciones de aluminio-cobre (Al-Cu)

• Alta resistencia y excelente maquinabilidad.
• Se utiliza en aplicaciones aeroespaciales y militares en las que es necesaria tal durabilidad.

3. Aleaciones de aluminio y magnesio (Al-Mg)

• Ligero con excelente resistencia a la corrosión, ideal para aplicaciones marinas.
• Común en componentes estructurales e industrias aeroespaciales.

4. Aleaciones Aluminio-Zinc (Al-Zn)

• Alta resistencia pero menor resistencia a la corrosión.
• Se utiliza cuando se requiere una alta resistencia al desgaste, por ejemplo, en aplicaciones en las que los engranajes y los cojinetes deben cumplir estas condiciones.

Aleaciones de aluminio para fundición a presión  

El proceso de fabricación de fundición a presión es muy eficaz, ya que se utiliza un molde de precisión para inyectar aluminio fundido a alta presión. Se ha convertido en una vía muy conocida para fabricar componentes metálicos complejos duraderos, ligeros y de dimensiones precisas. La baja densidad, la buena resistencia a la corrosión y la excelente conductividad térmica del aluminio lo convierten en el material preferido para la fundición a presión.

Existen específicamente varias aleaciones de aluminio que se formulan específicamente para su uso en la fundición a presión para ofrecer propiedades mecánicas y físicas para diversas aplicaciones. A continuación describimos las aleaciones de aluminio para fundición a presión más consumidas.

1. Aleación de aluminio 380 (A380)

La aleación de aluminio A380 es la más empleada en la fundición a presión por su versatilidad y sus características de fundición superiores.

Propiedades clave

• Es un fluido elevado (que puede permitir el moldeo de formas complejas y paredes finas).
• Tiene una buena resistencia a la corrosión, por lo que es ideal para su uso en aplicaciones exteriores.
• Su excelente relación resistencia-peso lo hace duradero en condiciones exigentes.
• Y con una buena maquinabilidad, lo que reduce los costes del tratamiento posterior a la fundición.

Aplicaciones comunes

Estas propiedades hacen que el A380 se utilice ampliamente en las aplicaciones de automoción, aeroespacial y electrónica de consumo, donde se requiere una relación resistencia/peso, moldeabilidad y rentabilidad.

2. Aleación de aluminio 383 (A383)

Una alternativa mejor a la A380 en cuanto a resistencia a la corrosión y comportamiento en condiciones de alta temperatura es la A383.

Propiedades clave

• Estabilidad térmica mejorada, adecuada para su uso en piezas calientes.
• Mayor resistencia al agrietamiento en caliente durante la fundición.
• Resistencia inferior a la del A380, pero es mejor para la fundición a presión en cámara caliente.

Aplicaciones comunes

Aplicable en carcasas y armarios eléctricos, así como en piezas de maquinaria industrial que requieran estabilidad dimensional y resistencia al calor.

3. Aleación de aluminio 360 (A360)

Sin embargo, el A360 es conocido por sus excelentes propiedades mecánicas, como su gran resistencia y ductilidad.

Propiedades clave

• Es superresistente a la corrosión y, por tanto, muy adecuado para aplicaciones marinas o al aire libre.
• La resistencia a la tracción es mayor que en el A380 y el A383.
• Un material con una excelente resistencia al desgaste que disminuye la degradación de la superficie con el paso del tiempo.

Aplicaciones comunes

Por ejemplo, en las cajas de transmisión de los automóviles, los cárteres de los motores, la industria aeroespacial y las piezas que necesitan una gran integridad mecánica se utiliza a menudo el A360.

4. Aleación de aluminio 413 (A413)

El A413 es un material de alta presión diseñado para una gran fluidez y estanqueidad a la presión.

Propiedades clave

• Gran moldeabilidad para diseños de paredes complejas y finas.
• Sin embargo, no es adecuado para productos que se dejan sellados en crudo, ya que no resiste la presión profunda (generalmente, 100 o más).
• Alta conductividad térmica, beneficiosa para los componentes de disipación de calor.

Aplicaciones comunes

Se utiliza a menudo en componentes hidráulicos, carcasas de bombas e intercambiadores de calor, donde se emplea para fabricar piezas a las que se exige estanqueidad y alta resistencia.

5. Aleación de aluminio 390 (A390)

A390 se ha diseñado para soportar grandes cargas y una resistencia extrema al desgaste.

Propiedades clave

• Tiene una dureza muy alta, para el componente donde hay fricción implicada.
• Su gran estabilidad dimensional garantiza una fiabilidad duradera.
• Gran resistencia a la corrosión, especialmente para entornos de alta demanda energética.

Aplicaciones comunes

El A390 se utiliza habitualmente en bloques de motor de automoción, pistones de alto rendimiento y engranajes mecánicos en los que son importantes la resistencia al desgaste y la solidez a temperaturas de servicio.

6. Aleación de aluminio 356 (A356)

Alta pureza aluminio El A356 posee una excelente colabilidad, así como una buena resistencia mecánica.

Propiedades clave

• Presenta una buena elongación y resistencia al impacto para su uso en componentes estructurales.
• Mejora la soldabilidad con un montaje sencillo.
• Funciona muy bien en lo que respecta a la resistencia a la fatiga y garantiza la durabilidad a largo plazo.

Aplicaciones comunes

Las piezas de suspensión de automóviles y aeroespaciales y las piezas de fundición industriales de alta resistencia se fabrican con A356.

7. Aleación de aluminio 319 (A319)

La A319 es una aleación de resistencia media diseñada para ofrecer una buena colabilidad, resistencia a la corrosión y conductividad térmica.

Propiedades clave

• Proporcionan una buena resistencia al desgaste, por lo que se prolongará la vida útil de los componentes de fundición.
• Tiene una resistencia y una ductilidad moderadas, por lo que es versátil.
• Capaz de funcionar en aplicaciones de alta temperatura y disminuir la degradación del material.

Aplicaciones comunes

El A319 se utiliza ampliamente en culatas de automóviles, cajas de transmisión y componentes aeronáuticos en los que se requiere un rendimiento térmico fiable y una resistencia moderada.

La aleación de aluminio adecuada para la fundición a presión

En función de varios factores, debemos elegir la aleación de aluminio adecuada para la fundición a presión.

1. Requisitos mecánicos: Resistencia, dureza, ductilidad y resistencia al desgaste.

2. Resistencia a la corrosión: Adecuado para entornos exteriores o de alta humedad.

3. Conductividad térmica: Imprescindible para intercambiadores de calor y componentes de motores.

4. Facilidad para rellenar diseños de molde intrincados sin defectos.

5. Consideración de los costes: como entre el coste del material y la eficacia de la transformación.

Cada aleación de aluminio aporta ventajas específicas para adaptarse a una aplicación industrial determinada con la máxima eficacia, durabilidad y asequibilidad.

Métodos de fundición de aluminio 

El aluminio puede fundirse utilizando varias técnicas en función de las necesidades específicas de fabricación. Los métodos más comunes son:

1. Fundición en arena

• Uno de los métodos de fundición más antiguos consiste en verter aluminio fundido en un molde de arena.
• Se aplica a piezas grandes y complejas, como bloques de motor y piezas de construcción mecánica.
• Rentable para pequeñas series de producción y diseños personalizados.

2. Fundición a presión

• Consiste en inyectar a presión aluminio fundido en un molde de acero.
• Produce piezas muy detalladas y precisas con superficies lisas.
• Se han utilizado en las industrias del automóvil, la electrónica y los electrodomésticos.

3. Fundición a la cera perdida

• Se trata de un proceso detallado que consiste en recubrir (a) un modelo de cera con cerámica y fundir (a) la cera para dejar (a) el molde para el aluminio.
• Ideal para componentes complejos y de alta precisión, como piezas aeroespaciales y médicas.

4. Fundición en molde permanente

• Utiliza moldes metálicos reutilizables para aumentar la precisión dimensional y la durabilidad.
• Produce piezas más resistentes que la fundición en arena y se utiliza en la industria naval y del automóvil.

5. Colada continua

• Es un proceso empleado para fabricar chapas o barras largas de aluminio, con fines industriales.
• Mantiene una calidad y unas propiedades materiales constantes.

Guía industrial del aluminio para fundición

La fundición de aluminio es un proceso muy utilizado en las prácticas industriales porque el aluminio es ligero, tiene una excelente resistencia a la corrosión y una alta conductividad térmica. La fundición de aluminio se enfrenta a parámetros térmicos, de presión, temporales, químicos y físicos detallados del metal de aluminio.

Consideraciones sobre la temperatura en la fundición de aluminio

Es fundamental elegir una temperatura para que el proceso tenga éxito. Los factores clave relacionados con la temperatura en el aluminio para fundición son:

1. Temperatura de fusión del aluminio

El aluminio puro se funde a 660,3°C (1220,5°F).

Los puntos de fusión de las aleaciones de aluminio varían ligeramente debido a su composición. 

• Aleaciones Al-Si (por ejemplo, A356): 577-635°C (1070-1175°F)
• Aleaciones Al-Cu (por ejemplo, 319): 510-635°C (950-1175°F)
• Aleaciones Al-Mg (por ejemplo, 518): 570-650°C (1060-1200°F)

2. Temperatura de vertido

• El aluminio para fundición suele fundirse a una temperatura de 680-750 °C (1256-1382 °F) para obtener una buena fluidez y un buen llenado del molde.
• Cuanto mayor sea la temperatura de vertido, es fácil que se produzcan defectos de oxidación, porosidad gaseosa y quemado.

3. Temperatura de solidificación 

• Aluminio La aleación se solidifica y su intervalo de solidificación depende de la composición.
• Los eutécticos de aluminio y silicio, por ejemplo, como el A356] pueden solidificarse en un rango estrecho, por ejemplo, alrededor de 577°C (1070°F) y son muy adecuados para la fundición de precisión.

4. Temperatura de precalentamiento del molde

• Además, los calentadores normalmente tendrían que precalentarse a unos 150 - 250°C (300 - 480°F) para reducir el choque térmico y mejorar la calidad de la colada.
• En la fundición a presión, por lo general, los moldes metálicos permanentes se precalientan a 200-300°C (390-570°F).

Requisitos de presión en la fundición de aluminio

Los niveles de presión varían en los distintos procesos de fundición de aluminio.

1. Fundición por gravedad (fundición en arena y en molde permanente)

• Tiende a llenar el molde utilizando la fuerza natural de la gravedad.
• No hay aplicación de presión externa; sólo presión hidrostática del metal fundido.

2. Fundición a baja presión (LPDC)

• El aluminio fundido se introduce en el molde aplicando una presión de 0,2-0,5 MPa (2-5 bar).
• Produce componentes de alta calidad y baja porosidad.

3. Fundición a alta presión (HPDC)

• El aluminio fundido se inyecta a gran velocidad en el molde utilizando una presión extremadamente alta de 10-150 MPa (100-1500 bar).
• Produce detalles finos, pero también puede dar lugar a problemas de porosidad.

4. Fundición a presión (forja de metal líquido)

• Utiliza presiones de 30-150 MPa (300-1500 bar) para comprimir el metal fundido en el molde.
• Produce piezas de alta resistencia y baja porosidad.

Consideraciones temporales en la fundición de aluminio

La duración empleada en cada etapa del ciclo de fundición de aluminio influye en la finalidad de la calidad y la eficacia de la producción.

1. Tiempo de fusión

• La demanda de tiempo para fundir aluminio varía en función del tipo de horno y de su capacidad.
• Hornos de inducción: 30-90 minutos para 500 kg de aluminio.
• Hornos de crisol de gas: 60-120 minutos para 500 kg.

2. Tiempo de vertido

• Por lo general, la mayoría de las piezas moldeadas pueden verterse en 5-15 segundos antes de que se produzca la oxidación.
• Estos últimos, en el caso de la fundición a alta presión (fundición inyectada o a presión), moldean el aluminio fundido en 10-50 milisegundos.

3. Tiempo de solidificación y enfriamiento

• El tiempo de solidificación de las piezas de fundición a presión de paredes delgadas es de 1 a 5 segundos debido a la rápida extracción del calor.
• Las coladas en arena se determinan en función del grosor de la pieza y tardan entre 5 y 60 minutos.
• Para las coladas de inversión, el tiempo de enfriamiento completo oscila entre 30 minutos y varias horas.

4. Tiempo de tratamiento térmico

Tratamiento térmico de la solución: 8-12 horas a 525-550°C (980-1020°F).

Proceso de envejecimiento: 4-16 horas, 150-200°C (300-400°F) para proporcionar resistencia.

Propiedades químicas y físicas del aluminio para fundición

1. Composición química de las aleaciones comunes de fundición de aluminio

2. Propiedades físicas de las aleaciones de aluminio

Optimización del proceso de fundición de aluminio

A continuación se indican las mejores prácticas que deben adoptarse para mejorar la eficacia y la calidad del aluminio para fundición:

1. Seleccione las aleaciones de aluminio adecuadas: Es importante obtener el tipo de aleación de aluminio adecuado para cada aplicación.

2. Optimizar la temperatura de vertido: Esto se hace para evitar que el metal entre en contacto con el oxígeno y desarrolle porosidad.

3. Control de las tasas de enfriamiento:  Las piezas grandes deben enfriarse más lentamente que las de paredes finas.

4. Tratamiento térmico: Mejora las características mecánicas mediante el proceso de calentamiento y enfriamiento.

5. Desgasificar el aluminio fundido: Esto ayuda a reducir la porosidad del gas hidrógeno mediante la desgasificación con argón o nitrógeno.

6. Seleccione la presión adecuada: la presión aplicada sobre el molde debe elegirse en función de la precisión y la resistencia requeridas.

Aplicaciones del aluminio para fundición

El aluminio es un material muy útil que se utiliza ampliamente en varios sectores como:

1. Industria del automóvil

• Los bloques de motor, los cárteres de transmisión y las llantas se fabrican mediante fundición utilizando aluminio, ya que es resistente y ligero.
• Algunas de las ventajas son: reducción del peso del vehículo, lo que aumenta el ahorro de combustible.

2. Industria aeroespacial

• Se emplean en estructuras aeronáuticas, álabes de turbina y trenes de aterrizaje.
• El aluminio es resistente a la corrosión, por lo que es apto para su uso a gran altitud.

3. Construcción y arquitectura

• El aluminio se utiliza en marcos de ventanas, soportes de barandillas y otras obras decorativas como parapetos y balaustradas.
• Garantizan la durabilidad de las estructuras al tiempo que las hacen ligeras.

4. Electrónica y aplicaciones eléctricas

• El aluminio se utiliza en la fabricación de carcasas para dispositivos electrónicos, disipadores de calor y conectores debido a su conductividad térmica.
• Mejora la refrigeración de los sistemas de transmisión de energía.

5. Marina y construcción naval

• Los cascos de los barcos, los accesorios de cubierta y las piezas del motor son de aluminio para evitar la oxidación y minimizar el peso.

Retos de la fundición de aluminio

Sin embargo, la utilización del aluminio en la fundición plantea algunos problemas:

1. Problemas de porosidad: La formación de bolsas de gas puede comprometer la resistencia global del producto final. Unos métodos de desgasificación adecuados ayudan a reducir la porosidad.

2. Encogimiento durante el enfriamiento: El aluminio se contrae durante el proceso de enfriamiento, por lo que debe realizarse un diseño adecuado del molde para evitar estos defectos.

3. Costes iniciales más elevados para la fundición a presión: La fundición a presión proporciona una gran precisión, pero el coste inicial de la matriz es elevado.

4. Durabilidad baja:  El aluminio no es tan resistente como el acero o el hierro, especialmente a altas temperaturas.

Cómo mejorar la calidad de la fundición de aluminio

Para obtener piezas fundidas de aluminio de alta calidad, los fabricantes deben seguir las siguientes prácticas:

1. Elija aleaciones de alta calidad:  Es importante asegurarse de que se utiliza la aleación de aluminio adecuada para cada aplicación, a fin de garantizar su durabilidad y eficacia.

2. Mejora del diseño del molde: El diseño del molde debe hacerse de forma que se reduzca la formación de defectos y aumente la productividad.

3. Control de las tasas de refrigeración: Las velocidades de enfriamiento deben regularse para reducir las posibilidades de contracción y otras grietas por tensión.

4. Realizar tratamientos térmicos: Algunos de los tratamientos térmicos son el recocido y el revenido, que mejoran las propiedades mecánicas del aluminio fundido.

5. 5. Garantía de calidad: Técnicas como la inspección por rayos X no dañan el producto, pero ayudan a identificar los defectos.

El futuro de la fundición de aluminio

Sin embargo, con la mejora de la tecnología de fabricación y los objetivos de sostenibilidad, es necesario que crezca la demanda de fundición de aluminio. Las tendencias que van a allanar el camino para el futuro de la fundición de aluminio son las siguientes:

Automatización e integración de IA: Las modernas plantas de fundición recurren a la robótica y al control de calidad basado en inteligencia artificial para garantizar una mayor precisión y eficacia.

Mayor uso del reciclado: Aluminio para reducir el impacto ambiental.

Fabricación aditiva (impresión 3D): Utilización de la tecnología de impresión 3D basada en fundición para ofrecer prototipos rápidos, así como diseños más complejos en plazos más cortos.

Aleaciones de aluminio más resistentes y ligeras: Investigación de aleaciones de aluminio con mejores prestaciones.

Conclusión 

La fundición de aluminio se ha convertido en un método de fabricación indispensable para fabricar componentes ligeros, duraderos y de gran rendimiento en muchos sectores. Sus excelentes propiedades mecánicas, su resistencia a la corrosión y su facilidad de mecanizado han hecho que se prefiera para aplicaciones de automoción, aeroespaciales, industriales y de consumo. Es esencial elegir el método de fundición adecuado, así como la combinación de componentes de aleación que mejor satisfagan las especificaciones de resistencia, durabilidad y rendimiento térmico. La fundición en arena deriva ventajas de la fundición a presión, la fundición a la cera perdida deriva ventajas de la fundición en arena, y así sucesivamente. Mientras tanto, la calidad optimizada de la fundición se consigue mediante defectos mínimos controlando las temperaturas de fusión y la aplicación de presión, así como controlando las velocidades de enfriamiento.

Además, se han producido avances en la fundición a presión asistida por vacío, la automatización y el uso de la supervisión de procesos basada en la IA para aumentar la eficiencia y la sostenibilidad de la fundición de aluminio. El aluminio reciclado también está ganando velocidad en el terreno de juego y ha reducido la huella de carbono sin sacrificar el rendimiento. Con la creciente demanda de eficiencia e innovación en las industrias, es necesario dominar los fundamentos de la fundición de aluminio para producir piezas de calidad y fiables a bajo coste y de forma sostenible. Si se manejan con cuidado, los materiales adecuados, las técnicas correctas y los controles de proceso adecuados, los fabricantes pueden obtener piezas de fundición de aluminio de alta precisión para satisfacer las necesidades de la ingeniería y la fabricación modernas.

Preguntas más frecuentes (FAQ) 

1. ¿Cuál es la razón por la que se prefiere el aluminio para la fundición?

Se prefiere la fundición de aluminio porque es ligero, resistente a la corrosión, rentable y reciclable.

2. ¿Cuáles son las aleaciones de aluminio más comunes para la fundición?

A356, 319, 380, 7075 y 518 son algunas de las aleaciones de fundición de aluminio más utilizadas y que poseen propiedades específicas.

3. ¿Cuáles son los principales métodos de fundición de aluminio?

La fundición de aluminio se realiza mediante los métodos de fundición en arena, fundición a presión, fundición a la cera perdida, fundición en molde permanente y fundición continua.

4. ¿Cuáles son algunas de las principales dificultades a las que se enfrenta la fundición de aluminio?

Los problemas de fundición de aluminio son similares a los demás, como porosidad, contracción, mayor coste inicial y menor resistencia al calor que otros metales.

5. Fundición de aluminio, ¿qué hay que hacer?

El futuro de la fundición de aluminio también pasa por la automatización, la integración de la inteligencia artificial, la impresión en 3D y el uso de aleaciones de aluminio más resistentes y ligeras.