La aleación de aluminio 2024 se utiliza ampliamente en la fabricación de piezas de aviones debido a su alta relación resistencia-peso. Su composición única es responsable de sus propiedades y contribuye a su versatilidad y diversas aplicaciones industriales.
La aplicación exitosa de Alloy 2024 solo es posible mediante la comprensión de sus propiedades y procesos. Por ello, comentaremos sus propiedades, procesos de mecanizado y aplicaciones.
¿Qué es la aleación de aluminio 2024?
2024 es un tipo de aleación de aluminio con propiedades excepcionales debido a su composición química. Contiene cobre (4,3-4,5%) como elemento de aleación principal y otros elementos como manganeso, magnesio, silicio, níquel, bismuto, plomo, zinc y cromo.
Elementos como el cobre mejoran la relación resistencia-peso y la maquinabilidad. Por tanto, la aleación de aluminio 2024 es ideal para la fabricación de piezas estructurales. La siguiente tabla muestra los elementos de aleación y su composición porcentual.
| elemento de aleación | Composición porcentual en peso |
| silicio | Máximo 0,5% en peso |
| hierro | Máximo 0,5% |
| cobre | 3,8% – 4,9% |
| manganeso | 0,3% – 0,9% |
| magnesio | 1,2% – 1,8% |
| cromo | Máximo 0,1% |
| zinc | Máximo 0,25% |
Propiedades de la aleación de aluminio 2024
2024 Las propiedades del aluminio dependen de su composición química y se pueden dividir en propiedades físicas, mecánicas y otras. Además, las propiedades varían según el tratamiento térmico, por lo que es necesario conocer el material para utilizarlo mejor.
Propiedades físicas
Las propiedades físicas del aluminio 2024 proporcionan información sobre su comportamiento e idoneidad para las aplicaciones previstas. Las propiedades físicas del aluminio 2024 son:
- Densidad : la aleación de aluminio 2024 tiene una densidad de 2,78 g/cm3. Esto es bajo (ligeramente superior al del aluminio puro, 2,7 g/cm3), lo que significa que el material puede proporcionar resistencia sin añadir peso.
- Conductividad térmica : Su conductividad térmica es de unos 120 W/(m·K). Por lo tanto, es importante para piezas que requieren una disipación de calor más rápida, especialmente motores de aviones.
- Conductividad eléctrica : Las aleaciones de aluminio 2024 tienen una conductividad eléctrica del 30% IACS debido al cobre que contienen, aunque no son tan conductoras como su elemento primario de aleación (cobre).
- Coeficiente de expansión térmica (CTE) : el aluminio 2024 tiene un CTE moderado (23,2 µm/m°C), lo que significa que sus dimensiones cambian poco a medida que aumentan las temperaturas. Por lo tanto, los fabricantes pueden predecir la expansión y contracción del material y reducir el riesgo de falla de las piezas debido a las fluctuaciones de temperatura.
- Maquinabilidad : La aleación de aluminio 2024 es muy mecanizable, es decir, es compatible con operaciones de mecanizado como corte, taladrado, torneado, etc. Además, es muy mecanizable, facilitando el corte y la extrusión. Su excelente maquinabilidad y maquinabilidad los convierten en un material valioso en el procesamiento de chapa metálica aeroespacial y automotriz.
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas de la aleación describen su respuesta a fuerzas o cargas mecánicas. Eso incluye:
- Resistencia a la tracción : el aluminio 2024 tiene una resistencia a la tracción de 290 – 450 MPa (42,100 – 65,300 psi). Esto demuestra que puede soportar una fuerza tremenda cuando se tira o se estira antes de romperse. Además, es adecuado para la producción de piezas con propiedades estructurales/portantes.
- Límite de estiramiento : Su límite elástico es de 195-415 MPa (28.300-60.000 psi). Esto significa que se necesita mucha tensión para sufrir una deformación plástica irreversible. Por tanto, es adecuado para la fabricación de piezas con aplicaciones estructurales.
- Dureza : Su dureza depende de la dureza térmica y está entre 50 HB y 120 HB. Además, mide su resistencia a la deformación, la abrasión y los rayones y puede guiar a los fabricantes en la aplicación de la aleación de aluminio 2024.
- Resistencia a la fatiga : la aleación de aluminio 2024 tiene buena resistencia a la fatiga (138 MPa o 20 000 psi), calculada a 500 000 000 de ciclos de carga por debajo del límite elástico. Por tanto, una de las aplicaciones de la aleación de aluminio 2024 es la producción de piezas que puedan soportar cargas cíclicas o tensiones repetitivas.
- Resistencia pura : La resistencia al corte es una medida de la resistencia de la aleación de aluminio 2024 a tensiones cortantes o cortantes. Tiene una clasificación de 283 MPa (41.000 psi), que es moderadamente fuerte.
A continuación se muestra una tabla resumen de las propiedades del aluminio 2024 con diferencias basadas en durezas térmicas comunes:
| propiedad fisica | 2024-T3 | 2024-T4 | 2024-T851 |
| densidad | 2,78g/cm3 | 2,78g/cm3 | 2,78g/cm3 |
| Sólido | 502ºC | 502ºC | 502ºC |
| Líquido | 638ºC | 638ºC | 638ºC |
| Temperatura de recocido | 413ºC | 413ºC | 413ºC |
| Conductividad térmica | 121W/mK | 121W/mK | 151W/mK |
| Capacidad térmica específica | 0,875 kJ/kg°C | 0,875 kJ/kg°C | 0,875 kJ/kg°C |
| Conductividad térmica | 121W/mK | 121W/mK | 151W/mK |
| Propiedades mecánicas | 2024-T3 | 2024-T4 | 2024-T851 |
| resistencia a la tracción | 483 MPa | 469MPa | Más de 455 MPa |
| Límite de estiramiento | 345MPa | 324MPa | Más de 400MPa |
| módulo de elasticidad | 73,1GPa | 73,1GPa | 72,4GPa |
| Dureza Brinell – peso 500 g, bola de 10 mm | 120 | 120 | 128 |
| Alargamiento de rotura (muestra de prueba de 12,7 mm) | 0,18 | 0,19 | 0,05 |
| pura fuerza | 283 GPa | 283MPa | 296 GPa |
| resistencia a la fatiga | 138MPa | 138MPa | 117 MPa |
| Coeficiente de expansión térmica | 23,2 µm/m°C | 23,2 µm/m°C | 23,2 µm/m°C |
Métodos para procesar y producir aleaciones de aluminio 2024.
Las excelentes propiedades del aluminio 2024 lo convierten en un material industrial popular. A continuación se muestran varios métodos de procesamiento y fabricación utilizados para crear la aleación.
Aleación y fundición
La composición química de la aleación de aluminio 2024 es cobre, magnesio, manganeso y otros elementos como silicio y hierro en un 0,3%.
El proceso de fabricación del aluminio 2024 comienza con la fundición. Los lingotes de aluminio y los elementos de aleación se funden en un horno y la forma fundida se moldea en varias formas. El método de fundición puede ser colada continua o colada de lingotes, y la elección del método de fundición depende de los requisitos y la forma del producto final.
Tratamiento térmico
El endurecimiento térmico es un proceso que fortalece un metal o su aleación. Esto incluye procesos como:
- Mediante el recocido en solución, los elementos de aleación pueden disolverse en la matriz de aluminio y formar una microestructura homogénea. El proceso se lleva a cabo a alta temperatura (normalmente de 480 °C a 495 °C), manteniendo la temperatura durante un tiempo predeterminado.
- El temple es un enfriamiento rápido y controlado de la aleación después del tratamiento térmico. Esto congela la microestructura de la aleación y evita la formación de grandes precipitados.
- Otro proceso por el que pasa la aleación 2024 es el envejecimiento, lo que da como resultado una dureza diferente. Puede ser natural, como se ve en (T3), o ocurrir a temperaturas más bajas (normalmente 120°C y 190°C). Esto conduce a la precipitación de partículas finas dentro de la matriz de aluminio y aumenta la resistencia y dureza de la aleación.
- El trabajo en frío implica formar en frío la aleación 2024 utilizando técnicas como laminación, extrusión y trefilado. Esto aumenta la resistencia de la aleación y permite someterla posteriormente a técnicas de mecanizado como el fresado y el torneado.
Debido al endurecimiento térmico, la aleación de aluminio 2024 tiene propiedades mecánicas ligeramente diferentes. Cada grado de dureza tiene una designación, "Tx", donde x es un número de uno a cinco dígitos que codifica las propiedades de la aleación.
El primer dígito indica el método de tratamiento térmico, mientras que del segundo al quinto dígito indican cualidades de fabricación específicas. Por ejemplo, para la dureza T42, el número 4 representa recocido por solución y envejecimiento natural, y "2" significa que el comprador debe tratar el metal con calor él mismo.
Sin embargo, resulta confuso que los fabricantes necesiten hablar con expertos que conozcan las propiedades de la aleación. Los niveles de dureza comunes de la aleación de aluminio 2024 incluyen:
2024-T3
2024-T3 se somete a recocido en solución a aproximadamente 485 °C, trabajo en frío (o laminado en frío) y envejecimiento natural a temperatura ambiente. Tiene una resistencia a la tracción de 400-430 MPa (58-62 ksi) y un límite elástico de 270-280 MPa (39-40 ksi). Su buena formabilidad y resistencia lo hacen adecuado para producir piezas con formas complejas.
2024-T4
La aleación de temple T4 se somete a un tratamiento de recocido en solución y a un envejecimiento natural a temperatura ambiente. Esto conduce a una mejor ductilidad y formabilidad. Por lo tanto, son adecuados para producir piezas que requieren una mejor formabilidad sin reducir la resistencia.
2024-T6
Esta aleación se sometió a recocido en solución y luego a envejecimiento artificial a aproximadamente 190-205°C (375-400°F). Esto lo hace más fuerte y con una dureza más dura. Por lo tanto, es adecuado para la producción de piezas donde la resistencia es crucial.
2024-T62
Esta aleación de aluminio T6 2024 ha sido sometida a un tratamiento térmico de estabilización después del envejecimiento artificial. Esto significa que tiene una mejor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Además, es adecuado para piezas utilizadas en ambientes corrosivos.
2024-O
Esta aleación de aluminio 2024 no ha sido tratada térmicamente, sino que ha sido completamente recocida. Esto aumenta su conformabilidad pero reduce su resistencia en comparación con otros niveles de dureza. Tiene una resistencia a la tracción de 140 a 210 MPa y un límite elástico máximo de 97 MPa (14 000 psi). Es adecuado para producir piezas que requieren flexibilidad.
Conformado y mecanizado en frío
Los procesos de trabajo en frío incluyen laminado, extrusión y trefilado, que aumentan la resistencia y otras propiedades mecánicas del aluminio 2024. Además, pueden darle a la aleación el diseño deseado. La aleación de aluminio 2024 también se puede mecanizar fácilmente utilizando técnicas de mecanizado convencionales como fresado, torneado y taladrado.
Soldadura
La aleación de aluminio 2024 también se puede procesar con métodos de soldadura como soldadura TIG, soldadura por resistencia y soldadura por fricción. Soldar aluminio 2024 es fundamental debido a su tendencia a formar microfisuras. Debido a su escasa soldabilidad, el remachado y el pegado son las técnicas de unión más habituales.
Aleación de aluminio 2024 en mecanizado CNC.
El mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivo en el que una máquina controlada por computadora elimina partes de una pieza de acuerdo con diseños y especificaciones predefinidos y da forma al producto deseado. El aluminio 2024 se puede procesar mediante técnicas de fresado, torneado y perforación.
El proceso CNC es adecuado para la creación de prototipos y la fabricación de piezas de aleación de aluminio 2024 por las siguientes razones:
Alta precisión y exactitud
Las máquinas CNC son muy precisas y precisas, lo que permite el cumplimiento del diseño. Esto también significa que hay poca o ninguna diferencia entre diferentes lotes de productos. Por lo tanto, su capacidad para lograr tolerancias estrictas los hace adecuados para el ensamblaje de productos en muchas aplicaciones.
Acabado de la superficie
El procesamiento del aluminio 2024 crea un fino acabado superficial. Esto es ideal para piezas que requieren propiedades estéticas o funcionales, como baja fricción. Esto significa que hay menos necesidad de otros procesos de acabado de superficies, lo que reduce los costos de posprocesamiento.
versatilidad
El mecanizado CNC puede trabajar con diferentes tamaños y formas de aleaciones. Además, una única configuración puede acomodar muchas herramientas y permitir cortar, tornear o fresar la aleación. En consecuencia, esto facilita la fabricación de diversas piezas.
automatización
Las máquinas CNC no dependen de la operación humana. No sólo garantizan una producción sin errores, sino que también aceleran enormemente el proceso, razón por la cual se utilizan ampliamente en muchas industrias.
Ventajas de la aleación de aluminio 2024 frente a otras aleaciones
Debido a sus ventajas, la aleación es un candidato destacado en diversas industrias. A continuación se presentan algunas ventajas de la liga en comparación con otras.
Alta relación resistencia/peso
La aleación de aluminio 2024 tiene una relación resistencia-peso excepcional en comparación con el aluminio 6061 y la aleación 7075. Sin embargo, las aleaciones 6061 y 7075 exhiben una mejor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Buena resistencia a la fatiga
Su resistencia a la fatiga lo hace adecuado para cargas cíclicas repetidas de piezas. Esto la convierte en una mejor opción que la aleación de aluminio 6063, conocida por su excelente formabilidad y resistencia a la corrosión, pero poca resistencia a la fatiga.
maquinabilidad
Es más mecanizable que la aleación de aluminio 7075 porque esta última es más dura. Por tanto, es más adecuado para mecanizado de precisión. Además, es mejor que la aleación de aluminio 6063, que sólo es adecuada para perfiles y formas más simples debido a su capacidad de extrusión.
Limitaciones de la producción de aleaciones de aluminio en 2024
La aleación de aluminio 2024 también tiene sus desventajas, que incluyen:
Susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
La aleación de aluminio 2024 es susceptible al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Esto limita su uso en ambientes hostiles a menos que esté galvanizado y recubierto. Esto es diferente de las aleaciones de aluminio 7075 y 6061, que son conocidas por su excepcional resistencia a la corrosión bajo tensión.
Baja soldabilidad
También tiene una soldabilidad limitada porque es susceptible a agrietarse, lo que puede comprometer la integridad de la unión soldada. Esto es diferente de las aleaciones de aluminio 6061 y 6063, que tienen buena soldabilidad.
Formabilidad limitada
La formabilidad de la aleación de aluminio 2024 limita su uso en piezas complejas o profundamente moldeables. En su lugar, es mejor utilizar aleaciones de aluminio 3003 y 5052, cuya excelente formabilidad las hace adecuadas para la fabricación de chapa metálica para automóviles.
Aplicaciones de piezas de aleación de aluminio 2024
industria aeroespacial
La aleación de aluminio 2024 es el material más importante en la industria aeroespacial debido a su excelente relación resistencia-peso y resistencia a la corrosión. Se utiliza para componentes estructurales de aeronaves, como revestimientos de alas, paneles de fuselaje y sujetadores/remaches.
Industria automobilística
Las fuertes propiedades y el peso ligero del aluminio 2024 lo hacen aplicable en la industria automotriz, ya que mejora la eficiencia del combustible y el rendimiento del vehículo. Es adecuado para producir componentes de suspensión como brazos de control y manguetas de dirección, así como piezas de vehículos de alto rendimiento como manguetas de dirección, ejes de ruedas y ruedas.
Equipo deportivo
La aleación de aluminio 2024 también se utiliza para producir piezas de equipos deportivos duraderas, robustas y resistentes a la corrosión, como cuadros de bicicletas, bates de béisbol y equipos de escalada, como mosquetones y poleas.
Aplicaciones marinas
La aleación 2024 también se puede utilizar bien en condiciones ambientales adversas, especialmente después de galvanizar o galvanizar. Por tanto, es adecuado para la producción de piezas utilizadas en el sector marítimo. Esto incluye estructuras de cascos y mástiles de barcos, accesorios para barcos, escaleras, pasamanos y elementos de fijación.
Concluyendo
El aluminio 2024 es liviano y un material importante en la industria aeroespacial debido a su resistencia. El uso exitoso del material sólo es posible si se comprenden sus propiedades.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el rango de temperatura de funcionamiento para el aluminio 2024?
El rango de temperatura de funcionamiento superior para la aleación de aluminio 2024 no se conoce directamente, ya que depende del tipo de dureza utilizada y de las aplicaciones industriales.
¿El aluminio 2024 es bueno para soldar?
No, el aluminio 2024 puede presentar microfisuras que provoquen la pérdida de integridad estructural. Por tanto no es bueno para soldar.
¿Qué resistencia tiene el aluminio 2024?
El aluminio 2024 tiene una resistencia a la tracción de 290 a 450 MPa (42 100 a 65 300 psi).
¿Cuáles son los nombres comerciales comunes del aluminio 2024?
Los nombres comerciales comunes del aluminio 2024 son:
- EE.UU. A82024, EE.UU. A82024, EE.UU. A92024
- Al2024-O, Al2024-T4, Al2024-T3
- AA2024-T3,
- Alclad 2024-T3, Alclad 2024-T4/T351, Alclad 2024-T851 y Alclad 2024-O
