En muchos planos de ingeniería, la sección de materiales simplemente indica "Aluminio" o incluso especifica grados forjados como 6061. Sin embargo, al entrar en la fase de fundición, queda claro que no todo el aluminio puede utilizarse para fundiciones. Que una aleación pueda fundirse con éxito depende de factores específicos como calidades de fundición de aluminio diseñados para el llenado de moldes, el control de la contracción y el comportamiento de solidificación. Comprender estos grados es fundamental para evaluar los riesgos de defectos, la producibilidad y las posibles opciones de tratamiento térmico.
Este artículo ofrece una visión general de los grados de fundición de aluminio: en qué se diferencian de las aleaciones forjadas comunes como 6061/7075, cómo se clasifican los grados de fundición en sistemas de aleación, qué grados se utilizan ampliamente en la industria y cómo varían los sistemas de denominación en las diferentes normas de todo el mundo.
¿Qué son los grados de fundición de aluminio?
Las calidades de fundición de aluminio son aleaciones formuladas específicamente para procesos de fundición en lugar de mecanizado o extrusión. Sus composiciones no están diseñadas principalmente para la resistencia final, sino para la fluidez, las características de contracción, la resistencia al agrietamiento en caliente y la estabilidad de la estructura solidificada. Estas aleaciones suelen contener silicio, cobre, magnesio u otros elementos que mejoran la colabilidad y permiten el tratamiento térmico cuando es necesario.
A diferencia del aluminio forjado, que utiliza la conocida nomenclatura de las series 5xxx/6xxx, las aleaciones de fundición se clasifican mediante un sistema 1xx-9xx. Cada categoría denota una familia de aleaciones distinta, como aluminio-silicio, aluminio-cobre o aluminio-magnesio. Comprender los sistemas de aleación es más importante que memorizar los números de grado individuales.
Diferencias entre las aleaciones de fundición y los grados de aluminio forjado
Las calidades de aluminio más frecuentes para los ingenieros (6061, 5052, 7075) pertenecen a la familia de los metales. aleaciones de aluminio forjadolo que significa que están optimizados para la extrusión, el laminado o la forja. El diseño de sus aleaciones se centra en la deformación plástica, la soldabilidad, la conformabilidad y la velocidad de extrusión.
Las aleaciones de fundición siguen una lógica diferente. Sus fórmulas dan prioridad al llenado de moldes complejos, al control de la contracción por solidificación, a la gestión de la porosidad, a la limitación del agrietamiento en caliente y a la interacción con los materiales del molde. Una aleación forjada que parece resistente sobre el papel puede agrietarse, encogerse en exceso o atrapar gas cuando se funde. Del mismo modo, muchas aleaciones fundidas no pueden convertirse en productos forjados porque sus composiciones no son adecuadas para el procesamiento por deformación.
Resumiendo:
- Aleaciones forjadas están diseñados para "formarse".
- Aleaciones de fundición están diseñados para "verterse y solidificarse eficazmente".
Comprender esta distinción evita errores comunes como intentar fundir 6061 simplemente por sus propiedades mecánicas.
Ventajas de los componentes de aluminio fundido
El uso de aluminio en fundición ofrece claras ventajas que proceden tanto de los sistemas de aleación como del propio proceso de fundición. El aluminio fundido puede formar geometrías complejas y ligeras directamente desde el molde, eliminando muchas operaciones de mecanizado necesarias para el acero o el aluminio forjado. Características como canales internos, paredes finas, nervaduras y puntos de montaje integrados pueden solidificarse como parte de la forma casi neta en lugar de añadirse como piezas separadas.
Primer plano de la textura de la superficie de aluminio fundido
Las aleaciones de fundición de aluminio también presentan una baja contracción de solidificación, especialmente los grados ricos en silicio, lo que reduce el desgarro en caliente y permite un control dimensional más estricto en secciones finas. Su resistencia natural a la corrosión y su capacidad para someterse a tratamientos térmicos amplían aún más sus posibilidades de uso en piezas industriales como carcasas, soportes y componentes estructurales.
En resumen, la fundición de aluminio ofrece una combinación de ligereza, conformado de forma casi neta, estabilidad dimensional y resistencia a la corrosión, atributos que son difíciles de conseguir en un solo proceso utilizando otros sistemas metálicos.
Clasificación de las aleaciones de fundición de aluminio (series 100-900)
Las aleaciones de aluminio para fundición utilizan entre 100 y 900 categorías numéricas, cada una de las cuales representa un sistema de aleación diferente. Entre ellas, las aleaciones 300/400 de aluminio-silicio dominan la fundición industrial. Las series 200 aluminio-cobre y 500 aluminio-magnesio responden a necesidades específicas de rendimiento.
Serie 100: Aluminio casi puro
Estas aleaciones tienen un contenido muy elevado de aluminio con pequeñas adiciones. Aunque son resistentes a la corrosión y conductoras de la electricidad, su resistencia es baja y su moldeabilidad limitada. Se utilizan más para aplicaciones especializadas que para componentes estructurales.
Serie 200: Aleaciones de aluminio-cobre
Estas aleaciones pueden reforzarse considerablemente mediante tratamiento térmico y se utilizan en componentes estructurales o portantes. Sin embargo, el contenido de cobre reduce la resistencia a la corrosión, por lo que suelen requerir revestimientos protectores para entornos húmedos o ricos en cloruros. Su uso suele requerir un control experimentado del proceso debido a su mayor sensibilidad al agrietamiento térmico y al tratamiento térmico.
Series 300 / 400: Aleaciones Aluminio-Silicio
Se trata de la categoría más importante para la fundición de aluminio. El silicio mejora mucho la fluidez y reduce la contracción, lo que permite geometrías complejas de paredes finas. Las calidades más utilizadas, como A356, A413, A380 y ADC12, pertenecen a esta familia. Equilibran la colabilidad, el coste y las propiedades mecánicas en la fundición por gravedad, la fundición a baja presión, la fundición en arena y la fundición a presión.
Serie 500: Aleaciones de aluminio y magnesio
Estas aleaciones ofrecen una excelente resistencia a la corrosión, especialmente en entornos marinos o al aire libre. El magnesio puede contribuir a un refuerzo moderado, pero estas aleaciones muestran una mayor tendencia al agrietamiento en caliente, por lo que el control del proceso es fundamental. Su ventana de fundición es más estrecha que la de los sistemas de aluminio-silicio.
Series 700 / 800: Aleaciones de uso especializado
A diferencia de las aleaciones forjadas 7xxx, ampliamente reconocidas, las aleaciones de fundición 700/800 tienen un uso industrial limitado. Se reservan para aplicaciones especiales, y la mayoría de los productos de fundición convencionales siguen basándose en sistemas de aluminio-silicio, aluminio-cobre y aluminio-magnesio.
Calidades de fundición de aluminio habituales en la industria
En la ingeniería práctica, sólo unos pocos grados de fundición representan la mayoría de las piezas comerciales e industriales. A continuación se presentan breves ejemplos de aleaciones ampliamente utilizadas sin comparación de rendimiento.
A356 (AlSi7Mg)
El A356 se utiliza ampliamente en fundición por gravedad, fundición a baja presión y fundición en arena. El silicio mejora la colabilidad, mientras que el magnesio permite el tratamiento térmico T6. Después del T6, el A356 alcanza una gran resistencia a la fatiga y una resistencia equilibrada, lo que lo hace adecuado para componentes de suspensión de automóviles, carcasas de bombas y válvulas y piezas estructurales de maquinaria.
ADC12 (Familia A383)
ADC12 es la aleación de fundición a presión más común. Conocida por su excelente fluidez, rellena cavidades finas y complejas a gran velocidad y funciona bien con producciones de gran volumen. Se utiliza mucho para carcasas de motores, tapas de cajas de cambios, carcasas de productos de consumo y estructuras electrónicas. ADC12 no suele utilizarse con tratamiento térmico de alta resistencia debido a las características de porosidad de la fundición a alta presión.
AlSi10Mg
Conocido por su buena estabilidad dimensional y calidad superficial, el AlSi10Mg es habitual en fundiciones de precisión y fabricación aditiva de metales (impresión 3D). Con un tratamiento térmico adecuado, ofrece una resistencia y ductilidad equilibradas para soportes aeroespaciales, carcasas funcionales y estructuras ligeras que requieren precisión geométrica.
Relación entre los grados de colada y los procesos de colada
Una misma aleación puede comportarse de forma diferente en función del proceso de fundición. La velocidad de llenado, la velocidad de enfriamiento, la presión aplicada y las características del molde influyen en los defectos de contracción, la porosidad y el agrietamiento en caliente.
La fundición a alta presión favorece las aleaciones de aluminio-silicio muy fluidas, como ADC12 o A380. La fundición a baja presión y por gravedad suele utilizar A356 por su capacidad T6 y su microestructura más uniforme. La fundición en arena requiere aleaciones con menor sensibilidad a los gases y un comportamiento de contracción controlado, como el A356 y el AlSi10Mg.
No existe una única "mejor aleación" para ningún proceso; en su lugar, el éxito de la fundición se consigue haciendo coincidir el comportamiento de solidificación de un material con una ventana de proceso adecuada.
Diferencias internacionales de denominación y designación
Los distintos países utilizan sistemas de denominación diferentes para las aleaciones de fundición. Para una misma familia de aleaciones, en EE.UU. se habla de A356, en Europa de EN AC-42100 y en Japón de ADC12. Aunque los nombres difieren, la química subyacente y los rangos de rendimiento suelen ser comparables. La referencia cruzada de las normas por su composición química, y no sólo por su nombre, es la práctica habitual en ingeniería cuando se realizan compras internacionales.
Cuando se encuentren con denominaciones desconocidas, los ingenieros deben verificar los sistemas de aleación, los elementos dominantes y las normas aplicables en lugar de suponer una equivalencia basada únicamente en la nomenclatura.
Resumen: Comprender los sistemas es lo más importante
Los grados de fundición de aluminio no son meros números, sino un sistema de materiales construido en torno a la colabilidad, el comportamiento de solidificación y la compatibilidad de procesos. En la práctica, las aleaciones de aluminio-silicio dominan la mayoría de las aplicaciones, mientras que las aleaciones de aluminio-cobre y aluminio-magnesio responden a necesidades estructurales o de corrosión específicas. Comprender los sistemas de aleación y la interacción de los procesos es más valioso que memorizar los códigos de los grados.
Si está evaluando un diseño de fundición o una opción de aleación, no dude en comparta sus dibujos y deje que nuestro equipo de ingenieros ayudarle con recomendaciones sobre materiales y procesos.
