muchas industrias están buscando formas innovadoras de reducir sus costos, reducir el peso de sus productos y reducir su consumo general de energía. Como resultado, los metales ligeros, como el aluminio, el magnesio y el titanio, se consideran cada vez más como alternativas al acero. Con nuevas investigaciones sobre aleaciones y tecnologías de superficie como PEO, los ingenieros pueden usar estos metales ligeros de maneras que anteriormente se hubieran considerado inapropiadas., Para encontrar las soluciones de materiales adecuadas, es importante tener una idea de las ventajas e inconvenientes potenciales de cada metal, y cómo podrían impactar en el proyecto en cuestión.
aluminio
El aluminio se ha utilizado durante mucho tiempo como una alternativa al acero inoxidable:
- Es más barato que el acero para fundir y fabricar, y el más barato de los metales que estamos buscando Libra Por Libra.
- Su capa pasiva de óxido le da una alta resistencia a la corrosión, que puede mejorarse aún más a través de la anodización o PEO.,
- Es aproximadamente un tercio de la densidad del acero, lo que le da una útil relación resistencia-peso. Es que se mejora fácilmente a través de aleaciones y técnicas de recubrimiento.
- el Aluminio tiene una alta ductilidad y maleabilidad. Como resultado, se puede mecanizar con precisión con facilidad. Esto ahorra tiempo en el proceso de fabricación, por lo que es una opción más ecológica y económica.
a pesar de estas ventajas, vale la pena tener en cuenta:
- La baja dureza del aluminio tiende a darle una baja resistencia a la abrasión y al desgaste., Por lo tanto, los recubrimientos resistentes se requieren en muchas circunstancias para permitir su uso donde de lo contrario proporciona propiedades mecánicas adecuadas.
- mientras que el aluminio tiene una resistencia a la tracción bastante baja, hay aleaciones que pueden elevarlo de 70 MPa a alrededor de 700 MPa, proporcionando una muy alta relación resistencia-peso. Cabe señalar que el precio de tal alta resistencia tiende a ser una pérdida significativa de resistencia a la corrosión. Los recubrimientos son normalmente esenciales para prevenir la corrosión donde se emplean aleaciones de alta resistencia como las series 7xxx y 2xxx.,
- Aunque es ampliamente utilizado en envases de alimentos y utensilios de cocina, hay cierta preocupación sobre la Biocompatibilidad del aluminio y los posibles vínculos con la enfermedad de Alzheimer. Una vez más, los recubrimientos protectores pueden proporcionar la respuesta en muchos casos, ayudando a garantizar que no se produzca ninguna reacción del sustrato.,
desde el fuselaje de los aviones hasta las latas de coque, el aluminio, con su peso ligero, bajo costo y facilidad de fabricación, se presta a una gran cantidad de aplicaciones de ingeniería:
- Apple ha liderado el camino en el uso generalizado del aluminio para fabricar los cuerpos distintivos de sus MacBooks, iPhones y iPads. El entusiasmo de Steve Jobs por el metal incluso lo llevó a pedir un yate de aluminio personalizado. Desde el uso pionero del aluminio por parte de Apple, ahora es el material elegido para portátiles y teléfonos.
- Muchos coches tienen un capó de aluminio ligero y otros paneles de la carrocería., Por lo general, los principales componentes del motor, como los bloques del motor y los pistones, ahora están hechos casi exclusivamente de aleaciones de aluminio fundido. Otros componentes de aluminio livianos, como las pinzas de freno, las carcasas eléctricas y las piezas de ajuste interior, ayudan a reducir el peso del vehículo y aumentar la eficiencia del combustible.,
magnesio
un aumento en el interés durante la última década ha revelado cómo las aleaciones de magnesio y las técnicas de recubrimiento pueden aprovechar al máximo sus propiedades atractivas:
- El magnesio es extremadamente ligero: es 75% más ligero que el acero, 50% más ligero que el titanio y 33% más ligero que el aluminio.
- Tiene la mayor capacidad de amortiguación conocida de cualquier metal estructural, capaz de soportar 10 veces más que el aluminio, titanio o acero.
- Es muy fácil de mecanizar y se puede moldear por inyección.,
- El magnesio es totalmente biocompatible, no presenta riesgos de toxicidad.
por otro lado, tiene algunas deficiencias bien conocidas que limitan su aplicabilidad más amplia.
- El metal es químicamente altamente activo, por lo que la resistencia química y a la corrosión tiende a ser baja
- La baja dureza superficial, como el aluminio, hace que sea difícil de usar en aplicaciones tribológicas sin un recubrimiento
- Las preocupaciones perennes sobre la inflamabilidad a veces descartan el uso de magnesio, a veces sin justificación., No obstante, este aspecto debe seguir considerándose como parte de un proceso holístico de selección de materiales.
desde el Acuerdo ACEA de 1998, la legislación que limita las emisiones de carbono ha llevado a la industria automotriz a investigar formas en las que el peso extremadamente ligero del magnesio puede adaptarse a su propósito. Antes de este aumento de interés, el magnesio parecía inutilizable en muchos contextos industriales:
- La alta reactividad del magnesio lo había hecho susceptible a la corrosión., Sin embargo, las aleaciones recientemente descubiertas y las variantes de mayor pureza de las aleaciones tradicionales tienen una resistencia mucho mayor a la corrosión, y las nuevas técnicas de recubrimiento, como la oxidación electrolítica por plasma (peo), hacen que el óxido neutro del sustrato del metal sea completamente resistente.
- La pobre resistencia a la fluencia del magnesio lo había hecho inadecuado para altas temperaturas, pero las aleaciones recientemente descubiertas como ZE41 & ZWO8203 son resistentes al calor a temperaturas extremas (C. 400 F). Los recubrimientos PEO también hacen que el magnesio sea extremadamente resistente al calor.,
- La baja resistencia a la tracción del magnesio lo había hecho inadecuado para usos estructurales, pero las nuevas aleaciones y recubrimientos significan que este ya no es el caso.
como resultado de estos desarrollos, El magnesio se utiliza cada vez más en una variedad de entornos:
- Los asientos de seguridad, las herramientas eléctricas, el equipaje y las cámaras se han diseñado para aprovechar al máximo el magnesio ligero y fuerte.
- Los ingenieros militares han comenzado a usar magnesio en cajas de engranajes de helicópteros y carcasas de generadores, como un medio para proporcionar resistencia ligera a temperaturas extremas.,
- Los cuadros y las ruedas de bicicleta de montaña de alto rendimiento están cada vez más hechos de magnesio ligero y resistente a la corrosión.
- Las industrias de aviación y automotriz están buscando cada vez más formas en que el magnesio puede aumentar la eficiencia del combustible y reducir los gases de efecto invernadero.
- Los componentes complejos, ligeros y fuertes, como los que se encuentran en los motores, se pueden moldear fácilmente a partir de magnesio.,
Los emocionantes desarrollos en aleaciones de magnesio, métodos de fabricación y tecnologías de recubrimiento están haciendo del magnesio un candidato cada vez más viable para una solución fuerte, liviana y rentable.
titanio
El titanio es significativamente más fuerte que el aluminio y el magnesio, aunque su mayor densidad significa que las relaciones resistencia-peso para los tres metales tienden a ser similares. A menudo es el primer puerto de escala para los ingenieros que buscan reemplazar el acero en un ejercicio de aligeramiento de componentes estresados., Tiene la ventaja adicional de ser altamente resistente a la corrosión y también tiene una biocompatibilidad muy alta.
Desafortunadamente, el alto costo de extracción y fabricación puede descartar su uso para el mercado de consumo general.
en la industria, el titanio se puede encontrar:
- En cascos de barcos, submarinos y otras estructuras expuestas al agua de mar, debido a su alta resistencia a la corrosión
- En reemplazos de cadera e implantes dentales, debido a su alta biocompatibilidad y resistencia.
- En aviones, naves espaciales y misiles.,
si el dinero no es un problema, el titanio es una excelente opción para un material fuerte y liviano. Gracias a los desarrollos en tecnologías de recubrimiento y aleaciones recientemente investigadas, el magnesio rentable está emergiendo cada vez más como la solución más ligera. Estos tres metales a menudo se consideran simultáneamente en ejercicios de aligeramiento, junto con materiales compuestos e incluso Aceros de alta resistencia.
otra consideración que a menudo se pasa por alto es la cuestión de la rigidez. Crear un acero o una aleación ligera (p. ej., aluminio) componente de resistencia similar, en muchos casos, requerirá el uso de espesores de pared más altos para el componente de aluminio en comparación con el componente de acero. Una consecuencia positiva de esto en el componente de aluminio puede ser en realidad más rígido que su contraparte de acero. Esto es notable en los paneles de carrocería de automóviles, por ejemplo, donde una carrocería monocasco de aluminio puede ser más rígida que su contraparte de acero. En este caso, hay una ventaja en el manejo del vehículo, por ejemplo, y también en la resistencia a los choques.
