Aleación de aluminio-litio
Las aleaciones de aluminio-litio (Al-Li) son una serie de aleaciones de aluminio y litio, que a menudo también incluyen cobre y circonio. Dado que el litio es el metal elemental menos denso, estas aleaciones son significativamente menos densas que el aluminio. Las aleaciones comerciales de Al-Li contienen hasta 2,45% en masa de litio.[1]
Estructura cristalina
[editar]La aleación con litio reduce la masa estructural por tres efectos:
- Desplazamiento
- Un átomo de litio es más ligero que un átomo de aluminio; cada átomo de litio desplaza un átomo de aluminio de la red cristalina mientras mantiene la estructura de la red. Cada 1% en masa de litio agregado al aluminio reduce la densidad de la aleación resultante en un 3% y aumenta la rigidez en un 5%.[1] Este efecto funciona hasta el límite de solubilidad del litio en aluminio, que es de 4.2%.
- Endurecimiento por deformación
- La introducción de otro tipo de átomo en las tensiones de cristal de la red, lo que ayuda a bloquear las dislocaciones. El material resultante es, por lo tanto, más fuerte, lo que permite que se desgaste menos.[cita requerida]
- Endurecimiento por precipitación
- Cuando se envejece adecuadamente, el litio forma una fase de metaestabilidad Al3Li (δ') con una estructura cristalina coherente.[2] Estos precipitados refuerzan el metal impidiendo el movimiento de dislocación durante la deformación. Sin embargo, los precipitados no son estables, y se debe tener cuidado para evitar la sobrealimentación con la formación de la fase estable de AlLi (β).[3] Esto también produce zonas libres de precipitados (PFZs) típicamente en los límites de grano y puede reducir la resistencia a la corrosión de la aleación.[4]
La estructura cristalina de Al3Li y Al–Li, aunque se basa en el sistema de cristal FCC, es muy diferente. Al3Li muestra una estructura de celosía del mismo tamaño que el aluminio puro, excepto que los átomos de litio están presentes en las esquinas de la celda unitaria. La estructura Al3Li se conoce como AuCu3, L12, o [5] y tiene un parámetro de celosía de 4.01 Å.[3] La estructura de Al–Li se conoce como NaTl, B32, o [6] La estructura, que está hecha de litio y aluminio, asumiendo estructuras de diamante y tiene un parámetro de celosía de 6.37 Å. El espacio interatómico para Al–Li (3.19 Å) es más pequeño que el litio puro o el aluminio.[7]
Uso
[editar]Las aleaciones aluminio-litio son principalmente de interés para la industria aeroespacial debido a la ventaja de peso que proporcionan. Actualmente, se utilizan en algunas estructuras de aviones comerciales, los tanques de combustible y de oxidación en el vehículo de lanzamiento SpaceX Falcon 9, las pinzas de freno de Fórmula 1 y el helicóptero AgustaWestland EH101.[8]
La tercera y última versión del tanque externo del transbordador espacial de Estados Unidos Fue principalmente de aleación Al–Li 2195.[9] Además, las aleaciones de Al–Li también se utilizaron en el Adaptador delantero Centaur en el cohete Atlas V,[10] en la nave espacial Orion, y se utilizaron en los cohetes Ares I y Ares V planificados (parte del programa Constellation posteriormente cancelado).
Las aleaciones de Al–Li generalmente se unen mediante soldadura por fricción y agitación. Algunas aleaciones de Al-Li, como Weldalite 049, pueden soldarse convencionalmente; Sin embargo, esta propiedad tiene un precio de densidad; Weldalite 049 tiene aproximadamente la misma densidad que el aluminio 2024 y un módulo elástico superior en un 5%[11].[cita requerida]
Si bien las aleaciones de aluminio-litio son generalmente superiores a las aleaciones de aluminio-cobre o aluminio-zinc en la mejor relación resistencia / peso, su poca resistencia a la fatiga bajo compresión sigue siendo un problema, que solo se resuelve parcialmente a partir de 2016.[12][13] Además, los altos costos (alrededor de 3 veces o más aleaciones de aluminio convencionales), la pobre resistencia a la corrosión y la fuerte anisotropía de las propiedades mecánicas de los productos laminados de aluminio-litio han dado como resultado la escasez de aplicaciones.
En aviones de fuselaje estrecho, Arconic garantiza hasta un 10% de reducción de peso en comparación con los compuestos, lo que lleva a un 20% más de eficiencia de combustible, a un costo menor que el titanio o los compuestos. Al–Li se utiliza en los aviones Airbus A380 y A350, Boeing 787 y Airbus A220, y en los jets ejecutivos Gulfstream G650 y Bombardier Global 7500/8000.[14]
Lista de aleaciones de aluminio-litio
[editar]- Aleación de aluminio 1441[15]
- Aleación de aluminio 1429[16]
- Aleación de aluminio 2055[17]
- Aleación de aluminio 2090
- Aleación de aluminio 2091
- Aleación de aluminio 2099(Aleación de Al-Li de 2ª generación)[18]
- Aleación de aluminio 2195, utilizado en la último tanque externo del transbordador espacial
- Aleación de aluminio 2196[19]
- Aleación de aluminio 2198[19]
- Aleación de aluminio 2199[19]
- Aleación de aluminio 8090
- Weldalite 049
Sitios de producción
[editar]Los principales productores mundiales de productos de aleación de aluminio-litio son Alcoa, Constellium y Kamensk-Uralsky Metallurgical Works.
Véase también
[editar]Referencias
[editar]- ↑ a b Joshi, Amit. «The new generation Aluminium Lithium Alloys». Indian Institute of Technology, Bombay. Metal Web News. Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2007. Consultado el 3 de marzo de 2008.
- ↑ E. Starke, T. Sanders Jr, and I.G. Palmer, "New Approaches to Alloy Development in the Al–Li System" Journal of Metals, vol. 33, Aug. 1981, pp. 24–33.
- ↑ a b K. Mahalingam, B. Gu, G. Liedl, and T. Sanders Jr, "Coarsening of [delta]'(Al3Li) Precipitates in Binary Al–Li Alloys", Acta Metallurgica, vol. 35, Feb. 1987, pp. 483–498.
- ↑ S. Jha, T. Sanders Jr, and M. Dayanada, "Grain Boundary Precipitate Free Zones in Al–Li Alloys", Acta Metallurgica, vol. 35, 1987, pp. 473–482.
- ↑ http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/l1_2.html Archivado el 6 de abril de 2010 en Wayback Machine..
- ↑ http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/b32.html Archivado el 12 de junio de 2011 en Wayback Machine..
- ↑ K. Kishio and J. Brittain, "Defect structure of [beta]-LiAl", Journal of Physics and Chemistry of Solids, vol. 40, 1979, pp. 933–940.
- ↑ Queen's University Faculty of Applied Science, Aluminium-Lithium Alloys Archivado el 28 de febrero de 2007 en Wayback Machine..
- ↑ NASA, Super Lightweight External Tank.
- ↑ «Atlas V Launch Services User's Guide». March 2010. Archivado desde el original el 8 de junio de 2012. Consultado el 7 de febrero de 2019.
- ↑ «Carpintería Aluminio Sant Cugat: "Las Aleaciones de Aluminio-Litio"». http://carpinteriaaluminiosabadell.com/. Consultado el 18 de febrero de 2019.
- ↑ Effect of Mg and Zn Elements on the Mechanical Properties and Precipitates in 2099 Alloy.
- ↑ MEE433B Aluminum-Lithium Alloys.
- ↑ Kerry Lynch (8 de agosto de 2017). «FAA Issues Special Conditions for Global 7000 Alloy». Aviation International News.
- ↑ Bird, R. K.; Dicus, D. L.; Fridlyander, I. N.; Sandler, V. S. (2001). «Aluminum-Lithium Alloy 1441 as a Promising Material for Fuselage». Metal Science and Heat Treatment 43 (7/8): 298-301. Bibcode:2001MSHT...43..298B. doi:10.1023/A:1012745807831.
- ↑ «Development of Aluminum-Lithium alloys processed by the Rheo container process». Archivado desde el original el 2 de febrero de 2017. Consultado el 7 de febrero de 2019.
- ↑ «Copia archivada». Archivado desde el original el 26 de octubre de 2017. Consultado el 7 de febrero de 2019.
- ↑ «Aluminum-lithium alloy 2099-T86». Archivado desde el original el 5 de abril de 2017. Consultado el 7 de febrero de 2019.
- ↑ a b c Pacchione, M.; Telgkamp, J. (5 de septiembre de 2006). «Challenges of the metallic fuselage». 25th International Congress of the Aeronautical Sciences (ICAS 2006). Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (en inglés). 4.5.1 (25 edición). Hamburg, Germany. pp. 2110-2121. ISBN 978-0-9533991-7-8. OCLC 163579415. Archivado desde el original el 27 de enero de 2018. Consultado el 7 de febrero de 2019.
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