1. Visión general e introducción
AlSi7Mg es una aleación de aluminio-silicio-magnesio hipoeutéctica que sirve como material clave en la fabricación aditiva de metales, particularmente en la Fusión de Lecho de Polvo Láser (LPBF). A menudo se considera un pariente cercano y, a veces, una alternativa preferida al AlSi10Mg, más común. La principal distinción radica en su menor contenido de silicio, que desplaza sus propiedades hacia una mayor ductilidad y tenacidad, manteniendo al mismo tiempo una buena resistencia y una excelente imprimibilidad. A veces se le conoce como una versión "tolerante al daño" de las aleaciones de fundición de Al-Si comunes para la FA.
2. Composición química (porcentaje en peso típico)
La composición está cuidadosamente equilibrada para optimizar las propiedades mecánicas y la procesabilidad. A menudo se ajusta a estándares similares a la aleación de fundición A356 (A35600).
| Elemento |
Contenido (%) |
Función y efecto |
| Aluminio (Al) |
Balance |
Metal base, proporciona la matriz. |
| Silicio (Si) |
6.5 - 7.5% |
Elemento de aleación primario. Menor que AlSi10Mg, lo que resulta en una mayor proporción de la fase de aluminio dúctil (α-Al), lo que mejora el alargamiento y la tenacidad. Aún proporciona buena fluidez y reduce el agrietamiento en caliente. |
| Magnesio (Mg) |
0.45 - 0.70% |
Elemento clave de refuerzo. Normalmente presente en un rango más alto que AlSi10Mg. Permite un endurecimiento por precipitación significativo (endurecimiento por envejecimiento) a través de la formación de fases Mg₂Si durante el tratamiento térmico. |
| Hierro (Fe) |
≤ 0.15% |
Impureza. Estrictamente controlado para evitar la formación de intermetálicos de fase beta frágiles (Al₅FeSi) que pueden afectar la ductilidad. |
| Titanio (Ti) |
0.05 - 0.20% |
A menudo se agrega como refinador de grano. Forma partículas de TiB₂ o Al₃Ti que inhiben el crecimiento del grano durante la solidificación, lo que lleva a una microestructura más fina. |
| Otras impurezas |
≤ 0.05% cada una |
Elementos como el cobre (Cu), el zinc (Zn), etc., se minimizan para mantener la consistencia. |
3. Características y propiedades clave
- Alta ductilidad y tenacidad: La ventaja más significativa de AlSi7Mg sobre AlSi10Mg es su mayor alargamiento a la rotura (ductilidad) y tenacidad a la fractura en la condición tratada térmicamente. Esto lo hace adecuado para componentes que requieren cierta absorción de energía o resistencia al impacto.
- Buena resistencia: Si bien la resistencia a la fluencia "tal como se imprime" puede ser ligeramente inferior a la de AlSi10Mg, después de un tratamiento térmico T6 adecuado, AlSi7Mg puede lograr una resistencia a la tracción y al límite elástico comparable y, a menudo, superior debido a su mayor contenido de magnesio y a un endurecimiento por precipitación eficiente.
- Excelente imprimibilidad: Aunque el rango de solidificación es ligeramente más amplio que el de AlSi10Mg, aún exhibe muy buena procesabilidad en máquinas LPBF con baja susceptibilidad al agrietamiento en caliente, gracias a la combinación Si-Mg.
- Buena resistencia a la corrosión: Ofrece una resistencia a la corrosión similar o ligeramente mejor que la de AlSi10Mg debido al menor contenido de silicio, lo que reduce el número de sitios catódicos en la microestructura.
- Baja densidad (~2,66 g/cm³): Mantiene la excelente relación resistencia-peso característica de las aleaciones de aluminio.
4. Características del polvo (cruciales para la FA)
Las especificaciones de calidad del polvo son similares a las de otros polvos de FA de alto rendimiento:
- Distribución del tamaño de partícula (PSD): Típicamente 15 a 63 micras para sistemas LPBF estándar.
- Morfología: Las partículas altamente esféricas son esenciales para una fluidez óptima y un empaquetamiento denso del lecho de polvo.
- Fluidez: Se requieren excelentes características de flujo (por ejemplo, Hall Flow < 35 s/50g) para una deposición consistente de la capa.
- Bajo contenido de humedad y óxido: Es obligatorio un manejo estricto en atmósfera inerte (Argón o Nitrógeno) para evitar defectos.
5. Microestructura y tratamiento térmico
Condición tal como se imprime:
La rápida solidificación en LPBF da como resultado una microestructura fina que consta de dendritas α-Al celulares rodeadas por una red de silicio eutéctico. La estructura celular es típicamente más gruesa que en AlSi10Mg debido al menor contenido de silicio.
Respuesta al tratamiento térmico:
AlSi7Mg responde excepcionalmente bien al tratamiento térmico, especialmente debido a su mayor contenido de Mg.
Envejecimiento directo (T5):
El envejecimiento de la pieza en el estado tal como se imprime (por ejemplo, 160-180°C durante 4-10 horas) precipita finas partículas de Mg₂Si, lo que mejora la resistencia al tiempo que conserva parte de la microestructura fina de la impresión.
Tratamiento térmico de solución y envejecimiento (T6):
Este es el tratamiento estándar para maximizar el potencial de la aleación.
- Solubilización: Calentado a una temperatura alta (~530-550°C) para disolver el magnesio en la matriz de aluminio y esferoidizar la red de silicio.
- Enfriamiento: Enfriado rápidamente (generalmente en agua) para "congelar" la solución sólida sobresaturada.
- Envejecimiento: Calentado a una temperatura más baja (por ejemplo, 150-180°C) para precipitar una dispersión fina y uniforme de Mg₂Si, lo que aumenta significativamente la resistencia y la dureza.
*El tratamiento T6 para AlSi7Mg es particularmente eficaz, a menudo lo que resulta en una mejor combinación de resistencia y ductilidad que el AlSi10Mg tratado con T6.*
6. Aplicaciones
AlSi7Mg se selecciona para aplicaciones donde un equilibrio de resistencia, ligereza y tolerancia al daño es fundamental:
- Automotriz: Componentes de suspensión de alto rendimiento, pinzas de freno, soportes estructurales ligeros y piezas críticas para la seguridad que requieren una buena absorción de energía.
- Aeroespacial: Componentes de fuselaje, brazos de drones y soportes donde el rendimiento a la fatiga y la tenacidad son tan importantes como la resistencia estática.
- Robótica: Herramientas avanzadas de extremo de brazo, brazos robóticos de ciclo alto y juntas que se someten a carga dinámica.
- Equipos deportivos: Marcos de bicicletas de alta gama, componentes para deportes de motor y artículos deportivos de grado aeroespacial.
- Ingeniería general: Piezas sujetas a cargas vibratorias o que requieren alta durabilidad.
7. Ventajas y limitaciones
Ventajas:
- Ductilidad y tenacidad superiores: Mejor alargamiento y resistencia al impacto en comparación con AlSi10Mg.
- Excelente resistencia después del T6: Puede lograr propiedades mecánicas que cumplen o superan las de AlSi10Mg.
- Buena soldabilidad y resistencia a la corrosión.
- Buena imprimibilidad: Procesamiento confiable en sistemas LPBF.
Limitaciones:
- Ligeramente menos indulgente que AlSi10Mg: El menor contenido de silicio puede hacerlo marginalmente más sensible a los parámetros de procesamiento en comparación con el AlSi10Mg altamente eutéctico.
- Limitación de temperatura similar: Como la mayoría de las aleaciones endurecidas por precipitación, no es adecuado para un uso prolongado a temperaturas superiores a ~200°C.
8. Comparación con AlSi10Mg
Esta es la comparación más crítica:
| Propiedad |
AlSi7Mg |
AlSi10Mg |
| Contenido de silicio |
Inferior (~7%) |
Superior (~10%) |
| Característica principal |
Ductilidad y tenacidad |
Colabilidad y dureza |
| Resistencia tal como se imprime |
Ligeramente inferior |
Ligeramente superior |
| Resistencia tratada con T6 |
Comparable, a menudo superior |
Alto |
| Ductilidad tratada con T6 |
Significativamente superior |
Moderado |
| Imprimibilidad |
Muy bueno |
Excelente (punto de referencia de la industria) |
| Caso de uso típico |
Cargas estructurales, dinámicas |
Plantillas/accesorios, carcasas, térmico |
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