un análisis de la influencia de los tratamientos térmicos en aluminio de la serie 6xxx, su comportamiento estructural y descripción del proceso de envejecido y temple.

1. INFLUENCIA DE TRATAMIENTOS TERMICOS EN ALUMINIOS 6061 Y
6063
1 INFLUENCIA DE LA REALIZACION DE TRATAMIENTOS
TERMICOS EN ALEACIONES DE ALUMINIO 6061 Y 6063
2 Resumen
En el siguiente trabajo se mostrara
como la realización de tratamientos
térmicos, precipitación por solución
sólida y envejecido artificial, a 2
clases de aluminios de la serie 6XXX
influye directamente en las
propiedades mecánicas de dichos
aluminios. Además se evaluara y
mostrara el análisis de las graficas de
tensión y se analizara el punto de
falla.
Palabras clave:
Tratamiento térmico
Precipitación de solución sólida
Envejecido artificial
Serie 6XXX
2.1 Abstract
The following article shows how the
performance of heat treating,
precipitation from solid solution and
age hardening, on 2 types of
aluminum of the series 6XXX directly
affects the mechanical properties of
the aluminum. Also will be evaluated
the results and analysis of the graphs
of stress and will analyze the point of
failure.
Key Words:
Heat Treating
Precipitation from solid solution
Age Hardening
Series 6XXX
3 Introducción
La serie de aluminios 6XXX esta
caracterizada porque sus principales
elementos aleantes son el Magnesio
(Mg) y el Silicio (Si), las aleaciones de
este tipo son tratables térmicamente,
es decir, mejoran notablemente sus
propiedades mecánicas cuando son
sometidas a procesos de
sostenimiento de temperatura y
enfriamiento acelerado, esto produce
unos cambios estructurales a nivel
interno en el material.
El diseño del tratamiento térmico se
llevo a cabo teniendo en cuenta la
clasificación de cada aluminio, siendo
estos respectivamente 6061 y 6063.
Posterior al tratamiento térmico se les
realizo a las probetas, previamente
maquinadas y dejadas en medidas
estándar, una prueba de tensión con
una maquina de ensayos universal
que las sometió a un estiramiento
hasta producir la falla en el material.
Las fluctuaciones en los esfuerzos
internos del material se podrán
visualizar en secciones posteriores
con su respectivo análisis y graficas.

2. INFLUENCIA DE TRATAMIENTOS TERMICOS EN ALUMINIOS 6061 Y
6063
4 Contenido
4.1 Aluminio
Es un metal no ferroso, de símbolo Al
y número atómico 13. En estado
natural se encuentra en muchos
silicatos (feldespatos, plagioclasas y
micas). Como metal se extrae del
mineral conocido con el nombre de
bauxita, por transformación primero
en alúmina mediante el proceso Bayer
y a continuación en aluminio mediante
electrólisis.
Propiedades
-Ligereza
-Resistencia mecánica
-Elasticidad
-Resistencia a la corrosión
-Conductividad térmica
4.11 Aluminio 6061
El aluminio 6061 se caracteriza
porque sus principales aleantes son el
silicio (Si) y el magnesio (Mg). Su
composición química es la siguiente
Este tipo de material es ideal para la
elaboración de piezas maquinadas
que requieran calidad y excelente
acabado superficial.
Aplicaciones
- Portamoldes y portatroqueles
- Moldes prototipo
- Moldes de producción por
soplado, inyección y vacío.
4.12 Aluminio 6063
Esta aleación debido a su gran
facilidad de extrusión, obtiene
características mecánicas adecuadas,
resistencia mecánica moderada, fácil
de soldar al arco en atmósfera inerte o
por soldadura fuerte, excelente
resistencia a la corrosión, buena
formabilidad, y excelentes
características para ser anodizada.
Esta aleación provee excelentes
terminados en la fabricación de
perfiles arquitectónicos y tubería.
Además es muy útil para aplicaciones
industriales donde la resistencia
mecánica requerida es moderada.
4.2 Tratamiento Térmico
El tratamiento térmico es la operación
de calentamiento y enfriamiento de un
metal en su estado sólido para
cambiar sus propiedades físicas. Con
el tratamiento térmico adecuado se
pueden reducir los esfuerzos internos,
el tamaño del grano, incrementar la
tenacidad o producir una superficie
dura con un interior dúctil.
Cuando un tratamiento térmico es
aplicado en aleaciones de aluminio el
resultado que se busca obtener es
incrementar la resistencia mecánica y
la dureza mediante el método de
precipitación. Posteriormente se les
realiza a dichas aleaciones un
envejecido artificial que solubilizara

3. INFLUENCIA DE TRATAMIENTOS TERMICOS EN ALUMINIOS 6061 Y
6063
las fases previamente diferenciadas
en la precipitación y por consiguiente
aumentara en forma notoria la dureza
del aluminio. Los diferentes
tratamientos térmicos que se le
pueden realizar a un aluminio se
muestran a continuación:
Para poder dejar un aluminio en el
tipo tratamiento térmico de T6 hay
que llevar a cabo tres procesos en el
siguiente orden:
1) Solución solida
2) Temple
3) a) Envejecido artificial
b) Envejecido natural
FIG.1 (proceso de tratamiento térmico en
aleaciones de aluminio)
4.21 Tratamiento de solución
Para poder llevar a cabo una reacción
de endurecimiento por precipitación
(envejecido) es necesario producir
primero una solución solidad. El
objetivo de este tratamiento es tomar
dentro de la solución solida la máxima
cantidad de elementos solubles de
endurecimiento o soluto endurecible
como sea posible. Este proceso
consiste en calentar el material hasta
una temperatura previamente
establecida y sostenerlo durante un
lapso de tiempo t, bastantemente
largo como para obtener una solución
solida completamente homogénea. El
rango de temperatura establecido
para la solución de esta serie de
aluminio esta definido por el siguiente
grafico:

4. INFLUENCIA DE TRATAMIENTOS TERMICOS EN ALUMINIOS 6061 Y
6063
FIG 2(Diagrama de equilibrio de solubilidad en
función de la temperatura)
Donde la zona amarilla indica la zona
solución del compuesto Mg2Si y el
rango de temperatura en el que se
trabaja esta en azul es propicio
trabajar en este rango de temperatura
ya esta cerca a la temperatura del
eutéctico secundario que forma el
compuesto a 1.85% a 595ºC, este
rango esta aproximadamente entre
510 y 580 ºC.
El tiempo de sostenimiento del
material en una solución a la
temperatura establecida para obtener
la mayor cantidad de disolución o
soluto endurecible y obtener una
buena homogeneidad depende
principalmente de dos razones la
micro estructura del material antes del
tratamiento térmico y el espesor del
material.
4.22 Temple
El temple es tal vez la operación mas
critica de la secuencia para endurecer
un aluminio ya que el objetivo de este
proceso es preservar o mantener la
solución solida obtenida en el
tratamiento de solución por lo tanto la
velocidad de enfriamiento o de
templado debe ser mayor que la
velocidad critica de enfriamiento con
eso se forma una solución
sobresaturada de soluto o también
llamada fase en exceso.
La repercusión en las propiedades
mecánicas del material es que como
al haber una fase disuelta en otra y al
no haber precipitados de los
elementos aleantes del aluminio
hacen que este sea mas blando.
4.23 Envejecimiento
Este procedimiento es el último, en el
proceso, cuando se deja el material a
temperatura ambiente se llama
envejecido natural y cuando se pone
en un cuarto a una temperatura
elevada se dice que es una
precipitación o un envejecido artificial.
El envejecido natural consiste en dejar
el material a temperatura ambiente
durante un gran lapso de tiempo es
decir varios días (incluso meses) para
que la solución sobresaturada
obtenida en el temple pase a una fase
meta estable a temperatura ambiente,
esto garantiza un cambio notable de
las propiedades mecánicas del
material, en la serie 6XXX esta
caracterizado porque el material sigue
cambiado sus propiedades mecánicas
en el transcurso del tiempo incluso en
transcurso de años.
El envejecido artificial o precipitación
es un procedimiento que acelera la

5. INFLUENCIA DE TRATAMIENTOS TERMICOS EN ALUMINIOS 6061 Y
6063
precipitación del soluto buscando una
fase meta estable, lo que produce la
formación de una red cristalina
coherente, este fenómeno es el que
mejora las propiedades mecánicas, y
este consiste básicamente en dejar el
material a una baja temperatura por
un prolongado tiempo, el rango de
temperaturas esta entre 115 y 190 ºC,
y el tiempo de sostenimiento puede
variar entre 4 y 48 horas.
La temperatura y el tiempo de
sostenimiento tienen una influencia
directa en las propiedades mecánicas
del material como podemos ver en
estas graficas de un Al 6061.
FIG 3. Características del envejecido en aleación
6061

6. 4.3 ensayo de tensión
El ensayo de tensión se utiliza para
evaluar varias propiedades mecánicas
de los materiales que son importantes
en el diseño, dentro de las cuales se
destaca la resistencia, en particular,
de metales y aleaciones.
En este ensayo la muestra se deforma
usualmente hasta la fractura
incrementando gradualmente una
tensión que se aplica uniaxialmente a
lo largo del eje longitudinal de la
muestra. Las muestras normalmente
tienen sección transversal circular,
aunque también se usan
especímenes rectangulares. (Figura
4). Durante la tensión, la deformación
se concentra en la región central más
estrecha, la cual tiene una sección
transversal uniforme a lo largo de su
longitud. La muestra se sostiene por
sus extremos en la máquina por
medio de soportes o mordazas que a
su vez someten la muestra a tensión a
una velocidad constante. La máquina
al mismo tiempo mide la carga
aplicada instantáneamente y la
elongación resultante (usando un
extensómetro). Un ensayo de tensión
normalmente dura pocos minutos y es
un ensayo destructivo, ya que la
muestra es deformada
permanentemente y usualmente
fracturada.
Figura 4.
4.31 Método experimental
Figura 5. Ensayo esfuerzo – deformación
Mediante el programa, se consignan
los datos de la fuerza (carga) aplicada
a la muestra que está siendo
ensayada así como la deformación
que se puede obtener a partir de la
señal de un extensómetro. Los datos
de la fuerza pueden convertirse en
datos de tensión y así construirse una
gráfica esfuerzo – deformación, como
la que se observa en la figura 6. Estos
datos van tabulados al final de este
informe.

7. Figura 6. Gráfica típica Esfuerzo vs. Deformación
En la primera parte del ensayo de
tensión, el material se deforma
elásticamente, o sea que si se elimina
la carta sobre la muestra, volverá a su
longitud inicial. Para metales, la
máxima deformación elástica es
usualmente menor a un 0.5%. En
general, los metales y aleaciones
muestran una relación lineal entre la
tensión y la deformación en la región
elástica en un diagrama tensión –
deformación que se describe
mediante la ley de Hooke:
σ = Ε / ξ
Ε = σ ξ
ξ = δ / l
Donde,
Ε es el módulo de elasticidad o
módulo de Young
σes el esfuerzo o tensión
ξes la deformación
El módulo de Young tiene una íntima
relación con la fuerza de enlace entre
los átomos en un material. Los
materiales con un módulo elástico alto
son relativamente rígidos y no se
deforman fácilmente.
Límite elástico: Es la tensión a la cual
un material muestra deformación
plástica significativa. Debido a que no
hay un punto definido en la curva de
tensión – deformación donde acabe la
deformación elástica y se presente la
deformación plástica se elige el límite
elástico cuando tiene lugar un 0.2%
de deformación plástica.
El límite elástico al 0.2% también se
denomina esfuerzo de fluencia
convencional a 0.2%. Para
determinarlo se procede así:
Inicialmente se dibuja una línea
paralela a la parte elástica (lineal) de
la gráfica tensión – deformación a una
deformación de 0.002 (m/m ó
pulg/pulg). En el punto donde la línea
intercepta con la parte superior de la
curva tensión – deformación, se dibuja
una línea horizontal hasta el eje de
tensión. El esfuerzo de fluencia
convencional a un 0.2% es la tensión
a la que la línea horizontal intercepta
con el eje de tensión. Debe aclararse
que el 0.2% se elige arbitrariamente y
podría haberse elegido otra cantidad
pequeña de deformación permanente.

8. 4.4 Diseño experimental
Para llevar a cabo el experimento de
que influencia tiene los tratamientos
térmicos se usaron dos clases de
aluminio de la 6XXX, que fueron el Al
6061 y 6063, en platina de 1” x ¼”, de
cada tipo de aluminio se sacaron seis
probetas las cuales dos de cada una
tuvo un procedimiento diferente de la
siguiente manera:
-dos probetas patrón, las cuales no se
les hizo ningún tipo de tratamiento
térmico, es decir se dejaron en estado
suministro.
-dos probetas con tratamiento térmico
de solución solida, solo se les hizo el
tratamiento de solución.
-dos probetas con envejecido artificial
a partir de solución solida, a esta
probetas se le hicieron los
tratamientos térmicos de solución y
envejecido artificial
Y en este mismo orden se sometieron
a los ensayos de tensión.
4.41 Dimensiones de las probetas
Las probetas utilizadas para el
desarrollo del experimento fueron las
siguientes
4.42 Diseño y desarrollo de los
tratamientos térmicos
Basándose en textos y guías
especializadas en tratamientos
térmicos el diseño para los aluminios
quedo de la siguiente manera:
Para el Al 6061 la solución se hizo a
una temperatura de 530ºC durante 30
minutos, el temple se hizo en agua ya
que el enfriamiento tenia que ser
menor de 15 segundos que es su
velocidad critica de enfriamiento, y por
ultimo el envejecido se hizo a una
temperatura de 160 ºC durante 18
horas dejándolo enfriar dentro del
horno.
Fig. 8a. diseño tratamiento térmica Al 6061

9. Donde (A) es la razón con que
calienta el horno o la razón de subida
de temperatura y (B) es la razón con
la que se enfría el horno es decir la
razón de perdida de temperatura.
Para el Al 6063 la solución se hizo a
una temperatura de 520ºC durante 30
minutos, el temple se hizo en agua ya
que el enfriamiento tenia que ser
menor de 15 segundos que es su
velocidad critica de enfriamiento, y por
ultimo el envejecido se hizo a una
temperatura de 175 ºC durante 18
horas dejándolo enfriar dentro del
horno.
Fig.8b. diseño tratamiento térmico Al 6063
Donde (A) es la razón con que
calienta el horno o la razón de subida
de temperatura y (B) es la razón con
la que se enfría el horno es decir la
razón de perdida de temperatura
La realización de estos tratamientos
térmicos se hizo en un horno TKF tipo
mufla, perteneciente al centro de
materiales y ensayos del SENA.
4.5 Resultados y discusiones

10. Los ensayos de tensión se hicieron en
la maquina universal de ensayos de la
universidad distrital.
4.51 Resultados Al 6061
La siguiente grafica de esfuerzo-
deformación para el aluminio 6061
muestra en forma comparativa como
cada una de las probetas arroja un
resultado diferente.
Fig. 9a. diagrama esfuerzo deformación Al 6061(comparación entre cada espécimen realizado)
Como podemos observar la grafica
hay una notable diferencia entre cada
espécimen de probeta aunque en la
probeta de envejecido 1 parece que
los resultados son muy parecidos a
los de las solución eso se debe a que
hubo un error al ensayar esa probeta.
Otro resultado que vale la pena
destacar es que aunque los
especímenes de patrón y envejecido
esta ambos en tratamiento térmico
tipo T6, el alargamiento y el esfuerzo
de fluencia son diferentes eso se debe
a lo citado anteriormente que este tipo
de aleaciones se sigue envejeciendo
naturalmente durante un gran lapso
de tiempo esto se demuestra con la
grafica, ya que las probetas de
envejecido solo tenían dos semanas
después del tratamiento, y las patrón
tenían mucho mas tiempo después
del tratamiento.

11. Los datos obtenidos para cada una de
las probetas fueron los siguientes,
-Patrón 1
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E=84,8861102-23,8117795
0,02652308-0,01267692
E= 4410,92388 Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 98.46 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ = 132.15 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 84.15 Mpa %
de elongación= 0,087061538x100=
8.706 %
-Patrón 2
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E=84,02097638-52,93795276
0,02381538-0,01766154
E= 5050,99134Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 93.15 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ = 135.52 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ =87,95 Mpa %
de elongación= 0,091076923x100=
9.1 %
Solución 1
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 5743,85188Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 98.56 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ = 101.54 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 73,1244 Mpa
% de elongación= 0,075215385x100=
7.52 %
Solución 2
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 3348.06619Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 94.19 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ = 96.38 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 78,2344 Mpa
% de elongación= 0,066076923x100=
6.6 %
Envejecido 1
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 7896.64374Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 96 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ = 99.238 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 65,55448 Mpa
% de elongación= 0,0902x100
= 9.02%
Envejecido 2
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 4410.7574Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 84.37 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ = 111.38 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 78,7889Mpa
% de elongación= 0,2278923x100
= 22.78%
4.52 Resultados Al 6063
La siguiente grafica de esfuerzo-
deformación para el aluminio 6061
muestra en forma comparativa como
cada una de las probetas arroja un
resultado diferente

12. Fig. 9a. diagrama esfuerzo deformación Al 6061 (comparación entre cada espécimen realizado)
Como podemos observar en la grafica
los resultados, podemos decir que a
este tipo de aleación le afecta mas
rápidamente el envejecido natural
después de la solución ya que
después del tratamiento de solución al
ensayo de tensión pasaron dos
semanas, los resultados mostrados en
la grafica se ve que los de la solución
son muy similares a los de las
probetas del envejecido.

13. Los datos obtenidos para cada una de
los especímenes son los siguientes
Patrón 1
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 11810.01309Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 86.92 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ =193.72 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 131.88 Mpa
% de elongación= 0,085430769x100=
8.54 %
Patrón 2
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 9333.88689Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 86.472 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ =202.72 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 135.48 Mpa
% de elongación= 0,0907x100=9.07%
Solución 1
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 4403.268Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 40.02 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ =109.53 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 76.528 Mpa
% de elongación= 0,1752x100=
17.52 %
Solución 2
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 3928.0066 Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 40.02 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ =109.53 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 64.061 Mpa
% de elongación= 0,1953x100=
19.53 %
Envejecido 1
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 4839.974 Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 40.82 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ =108.70 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 74.61 Mpa %
de elongación= 0,1751x100= 17.51
%
Envejecido 2
Modulo de elasticidad E= σ2-σ1/ ε2-ε1
E= 4674.154 Mpa
Limite de fluencia ( )yσ = 39.42 Mpa
Esfuerzo ultimo( )utσ =107.11 Mpa
Esfuerzo final( )Fσ = 69.57 Mpa %
de elongación= 0,1842x100= 18.42
%

14. 5. CONCLUSIONES
-Como principal conclusión se puede
decir que observo los resultados
esperados es decir con un tratamiento
térmico la resistencia a la tracción
varia notablemente en las aleaciones
de aluminio 6061 y 6063.
-También podemos decir que el
envejecido natural afecta más
directamente a la clase 6063 que la
clase 6061.
-Se hubiera podido obtener otros
resultados si el ensayo de tensión se
hace en el menor lapso de tiempo
entre tratamientos térmicos,
reduciendo al máximo el fenómeno de
envejecido natural de estos aluminios.
- al aumentar el tiempo de envejecido
la ductilidad del material aumenta.
6. Bibliografía
ASM METAL HANBOOK, HEAT
TREATING, VOLUMEN 4, 1991
ASM METAL HANBOOK, Volume 2 -
Properties and Selection Nonferrous
Alloys and Special Purport
Shackelford James F. “Ciencia de
Materiales para
Ingeniería”. Editorial Pretince Hall. 3ra
Edición
(1998).
http://www.upv.es/pms2002/Comuni
caciones/082_FORN.PDF
http://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/
ArtPdfRed.jsp?
iCve=70713304&iCveNum=7428
http://servicio.cid.uc.edu.ve/ingenie
ria/revista/v13n3/13-3-3.pdf