Desarrollo y validación de la optimización en aleaciones de aluminio a partir de material comercial de reciclaje mediante simulación termodinámica y experimentación

Autores/as

  • Andrea Jaqueline Castañeda Estrada Facultad de ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Dr. Manuel Nava No. 8, Zona Universitaria Poniente, C.P. 78290, San Luis Potosí, San Luis Potosí, México.
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  • Mitsuo Osvaldo Ramos Azpeitia Facultad de ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Dr. Manuel Nava No. 8, Zona Universitaria Poniente, C.P. 78290, San Luis Potosí, San Luis Potosí, México. https://orcid.org/0000-0002-6392-3609
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  • José Luis Hernández Rivera SECIHTI-Instituto de Metalurgia-Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Sierra Leona 550, Lomas 2da Sección. 78210. San Luis Potosí, San Luis Potosí, México. https://orcid.org/0000-0002-9378-0194
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  • Ana Claudia González Castillo SECIHTI-Instituto de Metalurgia-Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Sierra Leona 550, Lomas 2da Sección. 78210. San Luis Potosí, San Luis Potosí, México. https://orcid.org/0009-0008-4930-4845
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DOI:

https://doi.org/10.37636/recit.v9n4e501

Palabras clave:

Simulación termodinámica, Aleaciones de aluminio, Caracterización microestructural

Resumen

El presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal el aprovechamiento de chatarra de aluminio para el desarrollo de aleaciones. Se empleó el software Thermo-Calc para la simulación termodinámica de diagramas pseudobinarios en equilibrio, mediante el cual se evaluaron los efectos de la modificación del contenido de los elementos aleantes de Mn, Mg, Cu, Zn y Si en la composición base. Se produjeron las aleaciones modificadas mediante fundición y vaciado en forma de placas. Los prototipos de las nuevas aleaciones obtenidas se optimizaron mediante las siguientes composiciones químicas: Prototipo 1: Al-2%Si-2%Zn-1.46%Cu-1.4%Mn; Prototipo 2: Al-4.98%Zn-1.95%Si-1.59%Cu-1.37%Mn. Con la aplicación de tratamientos térmicos se observó un incremento en las propiedades mecánicas de ambos prototipos, de manera más significativa para el Prototipo 2, que tiene el mayor contenido de Zn.

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Referencias

[1] D. Raabe, “The Materials Science behind Sustainable Metals and Alloys”, Chem. Rev., 123, pp. 2436−2608, 2023 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00799

[2] D. Raabe, C. C. Tasan, E. A. Olivetti, “Strategies for Improving the Sustainability of Structural Metals”, Nature 575, pp. 64−74, 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1702-5

[3] D. Raabe, D. Ponge, P. J. Uggowitzer, M. Roscher, M. Paolantonio, C. Liu, H. Antrekowitsch, E. Kozeschnik, D. Seidmann, B. Gault, F. De Geuser, A. Deschamps, C. Hutchinson, C. Liu, Z. Li, P. Prangnell, J. Robson, P. Shanthraj, S. Vakili, C. Sinclair, L. Bourgeois, S. Pogatscher, “Making Sustainable Aluminum by Recycling Scrap: The Science of “Dirty” Alloys”, Progress in Materials Science, 128, 100947. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100947

[4] S. Capuzzi, G. Timelli, “Preparation and Melting of Scrap in Aluminum Recycling: A Review”, Metals, 8, 249. 2018 DOI: https://doi.org/10.3390/met8040249

[5] G.Gaustad, E. Olivetti; R. Kirchain, “Improving Aluminum Recycling: A Survey of Sorting and Impurity Removal Technologies”, Resources, Conservation and Recycling, 58, pp 79−87, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2011.10.010

[6] M. H. Jacbos, “Talat: introduction to aluminum as an engineering material,” University of Birmingham, UK, 1999 1201.01 -1201.05

[7] P. Krall, I. Weißensteiner, S. Pogatscher, “Recycling aluminum alloys for the automotive industry: Breaking the source-sink paradigm” Resources, Conservation and Recycling, 202, 107370, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2023.107370

[8] S.K. Das, J.A.S. Green, J.G. Kaufman “The development of recycle-friendly automotive aluminum alloys”, JOM, 59 (11), pp. 47-51, 2007. DOI: https://doi.org/10.1007/s11837-007-0140-2

[9] L. Shengdan, L. Qun, L. Huaqiang, “Effect of quench-induced precipitation on microstructure and mechanical properties of 7085 aluminum alloy”, Materials & Design 132, pp. 119-128, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.06.054

[10] J. Alcántara, J. Caro, R. Colás, “A critical review of age treatment hardening mechanisms in aluminum alloys”, Materials, 15(9), 3074. 2022. https://doi.org/10.3390/ma15093074 DOI: https://doi.org/10.3390/ma15093074

[11] N.M. Siddesh Kumar, Dhruthi, G.K. Pramod, P. Samrat, M. Sadashiva, “A Critical Review on Heat Treatment of Aluminium Alloys”, Materials Today: Proceedings, Volume 58 (1), pp. 71-79, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.586

[12] D. Verlag, “Manual del Aluminio Vol. 1, 2 Ed, Editorial Reverté, 1992.

[13] B. Stojanovic, M. Bukvic, I. Epler “Application of aluminum and aluminum alloys in engineering”. J. Eng. Appl. Sci., 3(2), pp. 52-62, 2018. https://doi.org/10.18485/aeletters.2018.3.2.2, DOI: https://doi.org/10.18485/aeletters.2018.3.2.2

[14] A. Datta, A.K. Rana, “Chemical composition design in cast aluminum alloys for enhanced microstructure and functionality”, Discov. Chem. 2, 252, 2025. https://doi.org/10.1007/s44371-025-00331-8 DOI: https://doi.org/10.1007/s44371-025-00331-8

[15] N.D. Alexopoulos, S.G. Pantelakis, “Evaluation of the effects of variations in chemical composition on the quality of Al-Si-Mg, Al-Cu, and Al-Zn-Mg cast aluminum alloys”, J. Mater. Eng. Perform, 12(2), pp. 196–205, 2003. DOI: https://doi.org/10.1361/105994903770343358

[16] B. Callegari, T.N. Lima, R.S. Coelho, “The influence of alloying elements on the microstructure and properties of Al-Si-based casting alloys: a review”, Metals, 13(7), 1174, 2023. DOI: https://doi.org/10.3390/met13071174

[17] M. Yıldırım, D. Özyürek, “The effects of Mg amount on the microstructure and mechanical properties of Al–Si–Mg alloys”, Mater& Des., 51, pp.767–774, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.04.089

[18] Y. Wang, H. Liao, Y. Wu, J. Yang, “Effect of Si content on microstructure and mechanical properties of Al–Si–Mg alloys”, Mater& Des., 53, pp. 634–638, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.07.067

[19] J.O. Andersson, T. Helander, L. Hdghmd, P. Shi, B. Sundman, “Thermo-calc & Dictra, computational tools for materials science”, Calphad, Vol. 26, No. 2, pp 273-312, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0364-5916(02)00037-8

[20] L. L Hans, S. Gomez Fries, B. Sundman, “Computational Thermodynamics: The Calphad Method” Cambridge University Press, 2007.

[21] A.A. Luo, “Material design and development: from classical thermodynamics to CALPHAD and ICME approaches”. Calphad 50, pp. 6–22, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.calphad.2015.04.002

[22] N. Saunders, A.P. Miodownik, “CALPHAD (calculation of phase diagrams): a comprehensive guide”, 1st ed., Elseiver, Amsterdam, 1998.

[23] A. Assadiki, V.A. Esin, M. Bruno, R. Martinez, “Stabilizing effect of alloying elements on metastable phases in cast aluminum alloys by CALPHAD calculations”, Comput. Mater. Sci. 145, 1–7, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.12.056

[24] H. Liang, S.L. Chen, “Thermodynamic description of the Al-Mg-Zn system”, Metal and Mater. Trans. A, 28a, pp. 1725-1733. 1997. DOI: https://doi.org/10.1007/s11661-997-0104-8

[25] N. Belov, E. Naumova, T. Akopyan, “Eutectic alloys based on the Al–Zn–Mg–Ca system: microstructure, phase composition and hardening”, Mater. Sci. and Tech. 33(6), pp. 656–666, 2017. DOI: https://doi.org/10.1080/02670836.2016.1229847

[26] K. Nakajima, O. Takeda, T. Miki, K. Matsubae, S. Nakamura, T. Nagasaka, “Thermodynamic analysis of contamination by alloying elements in aluminum recycling”, Environ. Sci. Technol., 44 (14), pp. 5594-5600, 2010. DOI: https://doi.org/10.1021/es9038769

[27] L. Kang, G. Zhao, G. Wang, “Effect of different quenching processes following solid-solution treatment on properties and precipitation behaviors of 7050 alloy”, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 28, pp. 2162-2172, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(18)64861-7

[28] American Society for Testing and Materials. “Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials. (ASTM E-8)”

[29] American Society for Testing and Materials. Standard Test Method for Microindentation Hardness of Materials. (ASTM E384)

[30] American Society for Testing and Materials. Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens. (ASTM E-3)

[31] R. Kumar, A. Gupta, T. R. Dandekar, R. K. Khatirkar, “Microstructure and texture development in AA3003 aluminium alloy”, Materials Today Communications, Vol. 24, 100965, 2020. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.100965. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.100965

[32] R.K Singh, A.K Singh, N.E. Prasad, “Texture and mechanical property anisotropy in an Al–Mg–Si–Cu alloy”, Mater. Sci. and Eng. A, Vol 277 (1–2), pp. 114-122, 2000. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.100965 DOI: https://doi.org/10.1016/S0921-5093(99)00549-3

[33] E. Tillov, M. Chalupov, L. Hurtalov, “Evolution of Phases in a Recycled AlSi Cast Alloy During Solution Treatment” in “Scanning Electron Microscope”, V. Kazmiruk, Ed., InTech, Mar. 09, pp. 411-438, 2012. Doi: 10.5772/1973. DOI: https://doi.org/10.5772/34542

[34] A. Bobel, K. Kim, C. Wolverton, M. Walker, G. B. Olson, “Equilibrium composition variation of Q-phase precipitates in aluminum alloys”, Acta Materialia, Vol. 138, pp. 150-160, 2017. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.07.048. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.07.048

[35] E. Sjölander, S. Seifeddine, “Artificial ageing of Al-Si-Cu-Mg casting alloys” Mater. Sci. and Eng. A, 528, pp. 7402-7409, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.06.036

[36] R. E. Ramírez, “Efecto del zinc en las propiedades mecánicas de una aleación Al-Ai tipo a319”, Tesis de maestría, Universidad Autonoma de Nuevo Leon, 2012.

[37] F. Zupanic, M. Steinacher, S. Žist, T. Boncina, “Microstructure and Properties of a Novel Al-Mg-Si Alloy AA 6086”, Metals 11, 368, 2021. https://doi.org/10.3390/met11020368. DOI: https://doi.org/10.3390/met11020368

[38] C. Feng, W-B Shou, H-Q Liu, D-Q Yi, Y-R Feng, “Microstructure and mechanical properties of high strength Al−Zn−Mg−Cu alloys used for oil drill pipes”, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 25, pp. 3515−3522, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(15)63994-2

[39] M. Song, K. Chen, “Effects of enhanced heat treatment on the mechanical properties and stress corrosion behavior of an Al-Zn-Mg alloy”, J. Mater. Sci. 43, pp. 5265– 5273, 2008. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-008-2773-0

Simulación termodinámica del diagrama de propiedades, obtenido mediante el software de Thermo-Calc, que muestra la cantidad de fases en función de la temperatura para la aleación base.

Publicado

2026-10-15

Declaración de disponibilidad de datos

Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles a solicitud del autor/a de correspondencia

Número

Sección

Artículos de Investigación

Categorías

Cómo citar

Castañeda Estrada, A. J., Ramos Azpeitia , M. O. ., Hernández Rivera , J. L., & González Castillo, A. C. (2026). Desarrollo y validación de la optimización en aleaciones de aluminio a partir de material comercial de reciclaje mediante simulación termodinámica y experimentación. Revista De Ciencias Tecnológicas, 9(4), 1-19. https://doi.org/10.37636/recit.v9n4e501

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