Efecto del tratamiento térmico en las aleaciones Al99;42Fe1_xSix y Al98;86Fe1_xCux

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo de investigación, se elaboró y caracterizó una aleación de aluminio a partir de otra conocida comercialmente como AA-8176. Esta nueva aleación existe en el ámbito internacional, es identificado como AA-8030, y está tomando fuerza en el área comercial, aunque en Colombia todavía no se utiliza. Para el proceso de fabricación de esta nueva aleación fue necesario utilizar un método convencional de trefilado y de deformación, con el fin de obtener un nuevo alambre de aleación de aluminio con propiedades de conducción eléctrica similares a las del cobre, así como mejores propiedades de dureza comparativamente con la aleación original (AA-8176). Con la nueva aleación se obtuvo diez alambres de 28 cm de longitud y 1.9 mm de diámetro. En AA-8030 se mejoraron propiedades físicas tales como: la conductividad eléctrica (σ), la resistividad (ρ) y la dureza Vickers. El aumento en las propiedades anteriormente mencionadas fue atribuido a las pequeñas adiciones de boro (B) y titanio (Ti) en la aleación AA-8030, debido a que estos dos elementos son modificadores y refinadores del tamaño de grano en este tipo de aleaciones. El proceso de fundición y los tratamientos térmicos utilizados en la elaboración de AA-8030 también contribuyeron a disminuir las pérdidas de energía por efecto Joule debidas a la baja ρ que presentó AA-8030 comparada con la ρ de AA-8176. Para obtener la aleación AA-8030 fue necesario aumentar la cantidad de hierro (Fe), reducir levemente el contenido de silicio (Si), utilizar una aleación madre de Al-B-Ti y, finalmente, trefilar la probeta obtenida por fundición. De esta forma, se fabricó el alambre de AA-8030, que cumpla con la norma ASTM B800-05 respecto a los rangos permitidos en cada elemento (Al-Fe-Si-Cu). Estas aleaciones con alto porcentaje en el contenido de aluminio para conducción eléctrica son comúnmente conocidas con el nombre de aleaciones serie 8000, más específicamente las designaciones AA-8176 y AA-8030.

En ambas aleaciones fue necesario realizar las mismas técnicas de caracterización con el propósito de comparar las diferentes propiedades que dan cuenta del comportamiento de las aleaciones cuando son sometidas a tratamientos térmicos similares. Además, en las aleaciones se midieron los cambios de temperatura por el paso de corriente eléctrica (efecto Joule). La corriente suministrada se aplicó de forma alterna (AC) a frecuencia industrial (60 Hz), para valores entre 5-40 〖A/mm〗^2, que equivale a la densidad de corriente que debe ser suministrada a alambres conductores de aluminio de este calibre (D=1.9 mm), de acuerdo con las especificaciones de la norma técnica colombiana (NTC 2244). La prueba del efecto Joule fue de gran importancia para el presente trabajo de investigación con las aleaciones AA-8176 y AA-8030 en su forma final (alambres), ya que involucra un análisis que antes no se había realizado en este tipo de aleaciones ricas en aluminio. Todas las bases bibliográficas y fichas técnicas sobre estas aleaciones especifican ensayos de tipo mecánico y de conductividad eléctrica, pero no de efecto Joule.

De igual forma, los estudios del efecto Joule realizados evidenciaron que los mejores tiempos de envejecido para ambas designaciones se reflejan en puntos óptimos con buena conductividad eléctrica y un menor calentamiento por el paso de la corriente. En AA-8176, el tiempo de envejecido fue de 6 horas, mientras que para AA-8030, se hallaron dos valores diferentes. El primer punto fue el de envejecimiento natural y el segundo de 8 horas para el envejecimiento. Por su lado las micrografías de los análisis SEM mostraron un mejor reacomodamiento de la matriz de aluminio y un menor número de precipitados al aumentar el tiempo de envejecido en ambas designaciones. Los tiempos de 6 y 18 horas de envejecimiento para AA-8176 arrojaron valores de baja temperatura por el efecto Joule cuando la aleación fue sometida a una corriente de 25 〖A/mm〗^2.