Las aleaciones de aluminio dominan la ingeniería del automovilismo para un rendimiento ligero

En el automovilismo, cada fracción de segundo cuenta. La selección de materiales para los componentes de carreras se basa en cuatro factores clave: propiedades de ligereza, alta resistencia, facilidad de mecanizado y resistencia a la corrosión. Las aleaciones de aluminio, con sus excepcionales características de rendimiento, juegan un papel fundamental en las aplicaciones de carreras, desde radiadores y pistones hasta colectores de admisión. Sin embargo, debe enfatizarse que el aluminio es estrictamente inadecuado para los sistemas de escape debido a problemas de seguridad.

Uno de los atributos más convincentes del aluminio para los ingenieros de carreras es su naturaleza ligera. Con una densidad aproximadamente un tercio de la del acero, los componentes de aluminio ofrecen un ahorro de peso significativo a volúmenes equivalentes, una ventaja crítica en la búsqueda de la reducción extrema de peso. Sorprendentemente, ciertas aleaciones de aluminio exhiben resistencias a la tracción que superan las de algunos aceros de bajo carbono, lo que permite reducciones de peso sustanciales sin comprometer la integridad estructural. Se pueden lograr mejoras adicionales en la resistencia mediante procesos de tratamiento térmico.

Las aleaciones de aluminio se clasifican en dos grupos principales: aleaciones forjadas y aleaciones fundidas. Las aleaciones forjadas se someten a procesos como laminado, extrusión o estirado para formar formas estructurales (tubos, perfiles, láminas o varillas), mientras que las aleaciones fundidas se moldean mediante fundición para geometrías complejas. La forja es otro método de fabricación común. Las técnicas de ensamblaje incluyen remachado, atornillado o soldadura, con tratamiento térmico posterior a la soldadura disponible para mejorar la resistencia.

Para satisfacer las demandas específicas del automovilismo, los ingenieros adaptan las propiedades del aluminio mediante elementos de aleación. Las aleaciones forjadas siguen un sistema de identificación de cuatro dígitos, donde el primer dígito denota el componente de aleación principal. A continuación se muestra un desglose de las principales series de aluminio y sus aplicaciones:

En las carreras, las aleaciones predominantes incluyen 3003, 2024, 6061 y 7075. La aleación 3003, no tratable térmicamente, sobresale en maquinabilidad y soldadura para piezas de baja tensión como tanques y soportes. La aleación 2024 ofrece alta resistencia pero formabilidad y soldabilidad limitadas, lo que la hace ideal para revestimientos de chasis y volantes. La aleación 7075, la más fuerte entre las opciones comunes, se adapta a piezas mecanizadas y componentes de suspensión rectos a pesar de la mala soldabilidad.

La aleación 6061 logra un equilibrio óptimo, ofreciendo soldabilidad, resistencia moderada a alta y formabilidad en estados recocidos, dominando así la fabricación de colectores de admisión y tuberías de intercooler. Para componentes fundidos como carcasas de bombas o cajas de cambios, la aleación 356 proporciona una excelente soldabilidad y tratabilidad térmica.

El tratamiento térmico emplea el "endurecimiento por precipitación" para fortalecer las aleaciones de aluminio. Este proceso implica calentar la aleación por encima de su "temperatura de solución" para disolver los elementos de aleación de manera uniforme, seguido de un enfriamiento rápido (enfriamiento rápido). El envejecimiento posterior, ya sea a temperatura ambiente o acelerado artificialmente, alea los elementos para precipitar como partículas finas, inhibiendo el deslizamiento de los granos y aumentando la dureza.

El trabajo en frío (forja, estampado, doblado) induce la deformación plástica, refinando las estructuras de grano para mejorar la resistencia. Por el contrario, el recocido ablanda las aleaciones calentándolas más allá de la temperatura de solución y enfriándolas lentamente, lo que promueve la formación de cristales gruesos y desiguales para una mayor ductilidad.

Los códigos de temple especifican las condiciones de la aleación: O (recocido, óptimo para doblar), F (tal como se fabrica), T4 (tratado térmicamente en solución + envejecido naturalmente) y T6 (tratado térmicamente en solución + envejecido artificialmente para obtener la máxima resistencia). Después de la soldadura, los componentes pueden requerir un nuevo tratamiento térmico para restaurar las propiedades T6. Los tubos de aluminio doblados, típicamente recocidos antes de la formación, logran una resistencia parcial al trabajo en frío, pero necesitan tratamiento térmico para un endurecimiento completo.