Aleación Y
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La aleación Y es una aleación de aluminio que se caracteriza por contener níquel. Fue desarrollada por el National Physical Laboratory Británico durante la Primera Guerra Mundial[1] con el fin de encontrar una aleación de aluminio que mantuviera su resistencia a altas temperaturas.[2]
Historia
El duraluminio, aleación de aluminio con 4% de cobre y 1% de magnesio, ya se conocía en esa época y su uso se generalizó para construir la superestructura de los Zeppelin.[3] La gran resistencia del duraluminio (tensión de rotura 400‒500 MPa) comparado al aluminio (100‒150 MPa) se debe a un proceso previamente desconocido y descubierto por primera vez en el duraluminio por Alfred Wilm[4], el endurecimiento por envejecimiento. Aunque durante los años 1920s las aeronaves se construían usualmente de madera, una aleación liviana como el duraluminio podría beneficiar la fabricación de mejores motores, en particular el uso de esta en los pistones permitiría reducir las fuerzas en las bielas y cigüeñal a altas RPM. Pero el duraluminio pierde gradualmente su fuerza si se expone por tiempo prolongado a temperaturas mayores de 90‒100 °C, esto se debe a que la aleación "sobre envejece" en estas condiciones.[5]
El National Physical Laboratory inició una serie de experimentos para estudiar nuevas aleaciones de aluminio. La serie experimental "Y" tuvo éxito y dio nombre a la nueva aleación.[6] Al igual que el duraluminio, esta era una aleación con un 4 % de cobre, pero con la adición de un 2 % de níquel y un ligero aumento del magnesio a 1,5 %.[6] Esta adición de níquel representó una innovación para las aleaciones de aluminio. Estas aleaciones constituyen uno de los tres grupos principales de aleaciones de aluminio de alta resistencia; las aleaciones de níquel-aluminio tienen la ventaja de conservar la resistencia a mayores temperaturas, 120‒130 °C, suficiente para un motor.
Aplicación
La aleación se trabajó inicialmente por vaciado en moldes de metal, pero pronto se empleó para forjar. Una de las necesidades más apremiantes era desarrollar pistones fiables para motores de aviación. Los primeros expertos en forjar esta aleación fueron Peter Hooker Limited, de Walthamstow, más conocidos como The British Gnôme and Le Rhône Engine Co.[7] Fabricaron bajo licencia el motor Gnome y lo equiparon con pistones de aleación Y, en lugar de su anterior fundición de hierro.[7] Estos pistones tuvieron mucho éxito, aunque las impresiones de la aleación como una panacea adecuada para todas las aplicaciones tuvieron menos éxito; un cilindro Gnôme de aleación Y falló en su primera revolución. Frank Halford utilizó bielas de esta aleación para su motor de Havilland Gipsy, pero estos otros usos no convencieron a Rod Banks (ingeniero jefe de experimentos en Peter Hooker Ltd.).[7]
La aleación se volvió extremadamente importante para los pistones, culatas y otros componentes expuestos al calor en motores, pero se usó poco para los miembros estructurales de fuselajes para los cuales el duraluminio se había vuelto normal.[8]
En abril de 1927, el Ministerio del Aire Británico especificó en la ''Especificación D.T.D. 58A'' la composición y el tratamiento térmico para la aleación Y forjada.[8] A finales de la década de 1920, nuevas investigaciones sobre aleaciones de níquel-aluminio dieron lugar al exitoso Hiduminio o "aleaciones RR", desarrollado por Rolls-Royce y utilizado inicialmente para sus motores de carrera Rolls-Royce R.[9] Otra aleación basada en la Y es la ASTM 2218, especificada por la ASTM, con agregados de otros elementos en menor proporción.
Composición y tratamiento térmico
La aleación está compuesta por los siguientes elementos (impurezas trazas no son consideradas):[2]
- Aluminio: 92,5%
- Cobre: 4,0%
- Níquel: 2,0%
- Magnesio: 1,5%
Como ocurre con muchas de las aleaciones de aluminio, la aleación Y endurece espontáneamente a temperaturas normales tras recocido de solución (a elevada temperatura los componentes de la aleación forman una solución sólida homogénea que vuelve a separarse una vez enfriada, este proceso de separación ocurre espontáneamente con velocidad que depende de la temperatura). El tratamiento térmico consiste en calentarla a entre 500 y 520 °C durante 6 horas, y luego dejarla envejecer naturalmente (a temperatura ambiente) durante 7 a 10 días.[2] El endurecimiento por precipitación que tiene lugar durante este envejecimiento forma precipitados tanto de CuAl2 como de NiAl3.[6]
Los tiempos requeridos dependen de la estructura del grano de la aleación. Las piezas forjadas tienen las masas eutécticas más gruesas y, por lo tanto, requieren tiempos de fundición más largos. En el proceso de fundición, se prefiere fundición en frío a la fundición en arena, ya que esta proporciona una estructura más fina y más susceptible al tratamiento térmico.[6]
