Magnesio y aleaciones de magnesio
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TEMA 3: Aliatges no frrics
Lalumini i els seus aliatges
El magnesi i els seus aliatges
El titani i els seus aliatges
El coure i els seus aliatges
Altres aliatges no frrics
Magnesio y aleaciones de magnesioPropiedadesdelmagnesio
Densidad 1.74 g.cm-3 (la menor de los metales estructurales, acer 7,9 g.cm-3
Estructura HC poco deformable
Aleaciones poco estables y muy susceptibles a la corrosin marina, pero
razonablemente resistentes en cond. Atm. Normales
El polvo de Mg arde facilmente al calentarlo al aire
Resistencia mecnica y a corrosin similares a las del Al
Mejor maquinabilidad y moldeabilidad que el Al y menor densidad
Escasa resistencia a fatiga, termofluencia y desgaste
Aleantes: Al, Zn, Mn y algunas tierras raras
APLICACIONES: partes estructurales de aviones, misiles, maletas, ruedas
de automvil
Magnesio y aleaciones de magnesio
Metalesligeros Metalespesados
PROPIEDAD UNIDADES Magnesio Aluminio Titanio Zinc Hierro Cobre
Redcristalina
HC CCC CCHC
HC CCCCCCC
CCC
Densidad, gcm3 1,74 2,70 4,54 7,13 7,87 8,96Puntodefusin,Tf C 650 660 1660 420 1535 1083
Puntodeebullicin,Te C 1090 2467 3287 906 2750 2310
Calorespecfico cal(gC)1 0,245 0,215 0,124 0,38 0,11 0,09
Coef.dilatacin, x106mm1 26 23,5 8,9 29,8 12 17Conductividadtrmica, W(mK)1 146 238 17 113 71 387Conductividadelctrica,e %IACS 38 64 4 28 17,5 100Resistividadelctrica, cm 4,45 2,65 42 5,9 9,7 1,69Potencialelectroqumico V 2,3 1,7 1,6 0,7 0,4 +0,34
RelacinPillingBedworth 0,8 1,3 1,75 1,6 2,2 1,6
Resistenciaalacorrosin MRBE Mala Buena Excelente Buena Regular Buena
Mduloelstico,E(1) GPa 45 70 120 85 200 150
Resistenciaatraccin,R(1) MPa 400 700 1400 380 1600 1460Tenacidadafractura,KIC(1) MPam1/2 18 45 115 24 214 100
Mduloespecfico,E1 GPa(kgm3)1 25,8 25,9 26,4 12 25,4 16,7Resistenciaespecfica,R1 MPa(kgm3)1 230 259 308 53 203 163Contenidoenlacortezaterrestre %enpeso 2,3 8,2 0,6 0,007 5,8 0,001
Preciorelativo(2) 1,3 1 3,2 0,9 0,2 3,5
(1)Las propiedades mecnicas vienen referidas a aleaciones, no a metales puros.(2) Precios relativos al aluminio, referidos a octubre de 2010. (1,68 EUR/kg Al. Fuente= LME)
Para el Mg no aleado: Colado en arena: Rm = 100 MPa 120 MPa ; A = 6%Extruido: Rm = 180 MPa 220 MPa ; A = 8 % 10 %
Magnesio y aleaciones de magnesioPrincipalesmineralesdeMgysuobtencin
Dolomia (CO3Mg, CO3Ca) abundante Magnesita o Giobertita (CO3Mg) abundante Carnalita (KCl, MgCl26H2O) abundante Agua de mar 1 m3 de agua de mar contiene 1,3 kg de magnesio Magnesia (MgO) poco abundante Kieseterita (SO4MgH2O) poco abundante
Dolomia (CO3Mg, CO3Ca) abundante Magnesita o Giobertita (CO3Mg) abundante Carnalita (KCl, MgCl26H2O) abundante Agua de mar 1 m3 de agua de mar contiene 1,3 kg de magnesio Magnesia (MgO) poco abundante Kieseterita (SO4MgH2O) poco abundante
Calcinacin. Calentamiento de MgCO3 para producir MgO y su reduccin posterior con C para separar el O del Mg.
Proceso de reduccin trmica (proceso Pidgeon) Calentamiento al vaco de una mezcla de polvos de ferrosilicio y de MgO. A temperaturas superiores a los
1100 C se obtiene vapor de Mg, que posteriormente se condensa.
Proceso electroltico (proceso Dow): electrolisis del MgCl2 Procedimientos para producir MgCl2 anhidro:
1. Deshidratacin del MgCl26H2O (obtenido de las salmueras marinas o terrestres)
2. Cloruracin de la magnesia, obtenida de carbonatos de magnesio
3. A partir del agua de mar
Calcinacin. Calentamiento de MgCO3 para producir MgO y su reduccin posterior con C para separar el O del Mg.
Proceso de reduccin trmica (proceso Pidgeon) Calentamiento al vaco de una mezcla de polvos de ferrosilicio y de MgO. A temperaturas superiores a los
1100 C se obtiene vapor de Mg, que posteriormente se condensa.
Proceso electroltico (proceso Dow): electrolisis del MgCl2 Procedimientos para producir MgCl2 anhidro:
1. Deshidratacin del MgCl26H2O (obtenido de las salmueras marinas o terrestres)
2. Cloruracin de la magnesia, obtenida de carbonatos de magnesio
3. A partir del agua de mar
Refino del magnesio obtenido por los mtodos anteriores (refusin) Impurezas frecuentes: Al, Mn, Si, Cu, Fe, Ni
Refino del magnesio obtenido por los mtodos anteriores (refusin) Impurezas frecuentes: Al, Mn, Si, Cu, Fe, Ni
Magnesio y aleaciones de magnesioProduccindemagnesio
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
1
10
100
1000p
r
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c
c
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/
x
1
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3
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n
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a
d
a
s
ao
USA Brasil Canad China Francia Israel Kazakihstan Noruega Rsia Ucrania Serbia TOTAL
Francia
Noruega
Canad: cierre planta Norsk Magnesium
Magnesio y aleaciones de magnesioPreciodelmagnesio
Magnesio y aleaciones de magnesioAplicacionesdelmagnesio
Como elemento de aleacin en las aleaciones base Al.
En aleaciones de moldeo
En aleaciones de forja
Para la desulfuracin en la fabricacin de aceros, Ni y Cu
En la produccin de la fundicin nodular
Para la fabricacin de nodos de sacrificio
Como agente reductor en la fabricacin de Be, Ti, Zr, H y V
En pirotecnia (finamente dividido en forma de polvos)
Como elemento de aleacin en las aleaciones base Al.
En aleaciones de moldeo
En aleaciones de forja
Para la desulfuracin en la fabricacin de aceros, Ni y Cu
En la produccin de la fundicin nodular
Para la fabricacin de nodos de sacrificio
Como agente reductor en la fabricacin de Be, Ti, Zr, H y V
En pirotecnia (finamente dividido en forma de polvos)
Magnesio y aleaciones de magnesioAplicacionesdelmagnesio
Material muy verstil, pero con tres graves inconvenientes:
1. Material muy electronegativo en la serie de potenciales de disolucin poca resistencia a la corrosin y tendencia a la formacin de
compuestos intermetlicos en las aleaciones.
2. Red hexagonal compacta dificultades en la deformacin
3. Baja resistencia a fluencia
Material muy verstil, pero con tres graves inconvenientes:
1. Material muy electronegativo en la serie de potenciales de disolucin poca resistencia a la corrosin y tendencia a la formacin de
compuestos intermetlicos en las aleaciones.
2. Red hexagonal compacta dificultades en la deformacin
3. Baja resistencia a fluencia
Magnesio y aleaciones de magnesioAplicaciones del magnesio
Llanta Kawasaki Penta 2 Caja de cambios
estribosCarcasa cmara video Sony
Carcasas de mviles
Carcasa de PC porttil (elevada resistencia a impacto)
Carcasas PDA
Magnesio y aleaciones de magnesioAplicaciones aeronuticas del magnesio
Boeing B707, 727, 737, 747 pequeos componentes de las alas partes de las puertas
Lockheed F-80C (1948): construccin completa en magnesio
Convair B-36 Peacemaker (1948):8600 kg de magnesio
Sikorsky S-56, Westland Aircraft Ltd (1950): 115 kg de magnesio
Magnesio y aleaciones de magnesio
Sistema Xe /% Te /C Xsm /% XnMgm Xc /%
Mg-Al 32,0 437 12,7 Al12Mg17 45
Mg-Zn 51,0 340 6,2 ZnMg 72
Mg-Ce 19,4 593 1,6 CeMg12 33
Mg-Th 41,0 582 4,7 Th6Mg23 71
Mg-Nd 33,0 552 3,6 NdMg12 35
Mg-Pr 9,1 573 0,5 PrMg12 32
Mg-Ag 48,5 471 15,5 AgMg3 55
Mg-Li 7,5 589 5,5 10
Mg-Y 26,7 567 12,0 Y5Mg24 40
Sistemas de tipo eutctico: Al, Zn, Ce, Th, Nd, Pr, Ag, Li, Y
Sistemas de tipo peritctico: Mn, Zr
Sistemas de tipo eutctico: Al, Zn, Ce, Th, Nd, Pr, Ag, Li, Y
Sistemas de tipo peritctico: Mn, Zr
Diagramas de fases
Xsm Xe Xc0
Te
+ XnMgm
L + L + XnMgm
X
n
M
g
m
X /%
T
/
C
Formacin en la mayora de aleaciones de un
precipitado de red hexagonal ordenada,
coherente con la red del magnesio.
Formacin en la mayora de aleaciones de un
precipitado de red hexagonal ordenada,
coherente con la red del magnesio.
El magnesio con pequeas cantidades de aluminio, manganeso, tierras raras, torio, zinc o circonio permite la obtencin de aleaciones con altos ratios de resistencia mecnica tanto a temperatura ambiente como a altas temperaturas.
Magnesio y aleaciones de magnesioTratamientos trmicos
Posibilidad de mejora de propiedades mediante tratamientos trmicos de bonificado.
Tratamiento de puesta en solucin en hornos con atmsfera controlada (usualmente la
mezcla CO2 + 2% SF6 o con SO2)
Posibilidad de mejora de propiedades mediante tratamientos trmicos de bonificado.
Tratamiento de puesta en solucin en hornos con atmsfera controlada (usualmente la
mezcla CO2 + 2% SF6 o con SO2)
Magnesio y aleaciones de magnesioDesignacin ASTM de las aleaciones
A Al
B Bi
C Cu
D Cd
E tierras raras (rare earth) (Ce, La, Nd, etc.)
F Fe
H Th (torio)
K Zr
L Li
M Mn
Q Ag
S Si
W Y
Y Sb (antimonio)
Z Zn
2 letras: dos principales elementos de aleacin
2 3 nmeros: cantidad de los dos elementos principales
1 letra: diferentes aleaciones con el mismo porcentaje de elementos principales
1 2 dgitos:estado metalrgico
Ejemplos:
AZ91D-T6: Mg-9Al-1Zn
AM100B-T4:Mg-10Al-0,1Mn
ZE41A-T5: Mg-4Zn-1TR
AS21A-F: Mg-2Al-1Si
Las aleaciones base magnesio se designan por dos letras
maysculas que representan los dos aleantes principales, la
primera indica elde concentracin ms alta.
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones de moldeo
ASTMB93
La fusin se realiza en atmosfera protectora, usualmente se utiliza la mezcla CO2 + 2% SF6. Para las aleaciones con Y, la mezcla Ar + SF6
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones de moldeo
ASTMB93
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones de moldeo Mg-Al y Mg-Al-Zn
Aleacin %Al %Mn %Zn Otros AplicacionesAM60B 6,0 0,13 LlantasautomvilesAS41A 4,2 0,35 1,0%Si Crteresybloquesmotorde
automvilesAZ91D 9,0 0,15 0,7 0,001%Nimx
0,005%FemxComponentesdeautomocin,maquinariadomstica,herramientasmanuales,artculosdeportivos,.
Fundicininyectada
Aleacin %Al %Mn %Zn Otros AplicacionesAM100A 10,0 0,1 ComponentessometidosapresininternaAZ63A 6,0 0,15 3,0 Componentesmoldeadosenarenaconbuena
ductilidadyresistenciaatemperaturaambienteAZ81A 7,6 0,13 0,7 ComponentesestancosmoldeadosenarenaAZ91E 8,7 0,26 0,7 0,001%Nimx
0,005%FemxComponentesmoldeadosenarenaoencoquillaconbuenaductilidadyresistenciaatemperaturaambiente
AZ92A 9,0 0,10 2,0 Componentesmoldeadosenarenaoencoquillaysometidosapresininterna.Buenaductilidadyresistenciaatemperaturaambiente
Moldeoenarenayencoquilla
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones de moldeo Mg-Al y Mg-Al-Zn
Aleacin Resistenciaatraccin/MPa Lmiteelstico0,2%/MPa Alargamientoafractura/%FundicininyectadaAM60AF 220 131 8AS41AF 214 138 6AZ91DF 234 158 3MoldeoenarenayencoquillaAM1001T6 241 117 2AZ63AT6 234 110 3AZ81AT4 234 69 7AZ91ET6 275 145 6AZ91ET4 275 90 15AZ92AT6 234 124 1
Aleacin Al/% Mn/% Zn/%AZ91 8,5 9,5 0,17 0,40 0,45 0,90AM60 5,6 6,4 0,26 0,50 0,2AM50 4,5 5,3 0,28 0,50 0,2AM20 1,7 2,5 mn 0,20 0,2
0
2
4
6
8
10
12
14
0
50
100
150
200
250
AZ91 AM60 AM50 AM20
Resistenciatraccin/Mpa Lmiteelstico/MPa Alargamiento/%
InfluenciadelcontenidodeAlenlasaleacionesinyectadasdeMg
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones de moldeo Mg-Zn-Zr y Mg-TR-Zn-Zr
AleacinContenidoenmasa
T/CResistenciaatraccin/MPa
Lmiteelstico0,2%/MPa
Alargamientoafractura/%Y/% TR/%
ENMC95310(WE54)
5,0a5,5 3,0a4,0 ambiente 250 170 2
ENMC95320(WE43)
3,7a4,4 2,4a4,4
ambiente 220 170 2150 240a250 170a180 4a8200 240a260 160a180 8a14250 210a230 150a170 15a20300 150a170 110a130 30a50
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300 350
A
l
a
r
g
a
m
i
e
n
t
o
/
%
T
e
n
s
i
n
/
M
p
a
Temperatura/C
ENMC95320(WE43)
resistenciatraccin
lmiteelstico
alargamiento
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones de magnesio de moldeo utilizadas actualmente
AlZnMn ZnTRZr AgTRZr YTRZr NdGdZnZr
AZ81 EZ33 QE22 WE43 Elektron 21(EV31)
AZ91 ZE41 EQ21 WE54
AZ92 ZE63
Al-Zn-Mn dcada de 1930 mediados de los 1980
Zn-TR-Zr finales de los 1040 finales de los 1960
Ag-TR-Zr inicio de los 1960
Y-TR-Zr finales de 1980
Elektron 21 finales de los 1990
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones comunes de fundicin
AZ91:Mg9Al1Zn0.2MnAleacin generaldefundicin
Propiedades Lmite elstico:100MPa Rm: 165MPa Alargamiento: 2.5%
AE42:Mg4Al2.5REBloques motor
Propiedades Lmite elstico :145MPa Rm: 235MPa Alargamiento: 11%
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones de forja
La estructura hexagonal del Mg limita la
deformacin, particularmente a temperatura
ambiente.
A temperaturas inferiores a 250 C, deslizamiento nicamente en planos basales (0002) y por maclado
(solo a compresin).
A temperaturas superiores a 250 C se activan los sistemas de deslizamiento en planos piramidales, del
tipo (1122) as como el maclado alrededor de dichos
planos deformabilidad similar a los metales CCC. Temperaturas tpicas de conformado: 350 C 500 C El laminado produce una elevada texturizacin del
material
La estructura hexagonal del Mg limita la
deformacin, particularmente a temperatura
ambiente.
A temperaturas inferiores a 250 C, deslizamiento nicamente en planos basales (0002) y por maclado
(solo a compresin).
A temperaturas superiores a 250 C se activan los sistemas de deslizamiento en planos piramidales, del
tipo (1122) as como el maclado alrededor de dichos
planos deformabilidad similar a los metales CCC. Temperaturas tpicas de conformado: 350 C 500 C El laminado produce una elevada texturizacin del
material
Magnesio y aleaciones de magnesioAleaciones de forja
ASTMB107
Magnesio y aleaciones de magnesio
Aleacin Composicin Lmiteelstico0,2%/MPa
Resistenciaatraccin/MPa
Alargamientoafractura/%
Caractersticas
M2 Mg 2Mn 160 215 4 Aleacindeextrusinparaprestacioneselevadasconbuenasoldabilidadyresistenciaalacorrosin
AZ31 Mg 3Al 1Zn 160 240 10 Aleacionesdeextrusinyforjaconbuenaresistenciamecnicayductilidad;mejoradaresistenciaalacorrosin
AZ61 Mg 6Al 2Zn 190 270 9AZ80 Mg 8Al 0,5Zn 215 300 8ZK30 Mg 3Zn 0,6Zr 215 300 9 ExcelenteforjabilidadZK60 Mg 6Zn 0,6Zr 235 315 8WE43 Mg 4Y 3TR 0,5Zr 160 260 6 Aleacionesdeextrusinyforjacon
buenaresistenciamecnicaaelevadastemperaturas
WE54 Mg 5,25Y 3,5TR 0,5Zr 205(T.amb.)175(250C)
280230
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Aleaciones de forja de magnesio para productos extruidos y de forja
Magnesio y aleaciones de magnesio
ZK60:Mg5Zn0.5Zr Ruedas dealta resistencia
Propiedades Lmite elstico:270MPa Rm: 325MPa Alargamiento: 11%
Aleaciones comunes de forja
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