Aluminio 2117: Composición, Propiedades, Guía de Tratamientos Térmicos y Aplicaciones

Descripción Completa

La aleación 2117 pertenece a la familia de aluminio-cobre de la serie 2xxx y se clasifica entre las aleaciones Al-Cu tratables térmicamente. Su composición química se centra en el cobre como el principal elemento de aporte de resistencia, complementado con cantidades controladas de manganeso, magnesio y elementos traza para ajustar la resistencia, la trabajabilidad y el comportamiento de recristalización.

El 2117 se fortalece principalmente mediante tratamiento térmico de solución seguido de envejecimiento por precipitación, formando finos precipitados Al2Cu (θ) y relacionados; también presenta cierta capacidad de endurecimiento por deformación en estados que no están completamente envejecidos. La aleación ofrece un balance entre resistencia moderada a alta, resistencia a la corrosión aceptable cuando se termina o recubre adecuadamente, y una soldabilidad limitada en comparación con el aluminio puro; la conformabilidad es buena en condiciones recocidas y ligeramente deformadas.

Los sectores típicos que utilizan el 2117 incluyen la industria aeroespacial (estructuras secundarias y accesorios), defensa (componentes estructurales), automotriz (componentes que requieren mayor resistencia que las series 5xxx/3xxx), y aplicaciones comerciales especiales como remaches, sujetadores y extrusiones conformadas donde se necesita una combinación de resistencia tratable térmicamente y buena conformabilidad razonable. Los ingenieros eligen 2117 cuando se requiere un comportamiento más resistente de Al-Cu pero donde no es necesaria la resistencia extrema de aleaciones 2xxx premium (por ejemplo, 2024) o cuando se desea mejor conformabilidad o menor costo en comparación con grados tratables térmicamente de mayor desempeño.

Variantes de Estado

Estado	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	20–35%	Excelente	Excelente	Condición totalmente recocida para máxima ductilidad y conformado.
H12 / H14	Medio	8–18%	Buena	Regular	Endurecido por deformación a una resistencia intermedia; usado para piezas estiradas/conformadas.
T3	Medio-Alto	8–15%	Buena	Limitada	Tratado térmicamente en solución, trabajado en frío y envejecido de forma natural; balance entre resistencia y conformabilidad.
T4 / T5	Medio-Alto	10–18%	Buena	Limitada	Tratado en solución y luego envejecido naturalmente (T4) o artificialmente (T5) para propiedades estables.
T6 / T651	Alto	6–12%	Regular	Limitada	Tratado en solución y envejecido artificialmente hasta la máxima o casi máxima resistencia; T651 incluye alivio de tensiones por elongación.

La selección del estado afecta fuertemente la relación entre resistencia y ductilidad en el 2117; el material recocido se prefiere para conformados severos mientras que el T6/T651 se usa donde se requieren mayor resistencia estática y rigidez. La soldabilidad y la retención de propiedades post soldadura generalmente empeoran conforme los estados evolucionan hacia envejecimientos artificiales más intensos, por lo que los diseñadores deben planificar el conformado y unión en condiciones recocidas o ligeramente trabajadas, seguidas por los tratamientos térmicos necesarios.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	0.20 máx.	Silicio controlado bajo para limitar intermetálicos frágiles y mantener maquinabilidad.
Fe	0.50 máx.	Elemento impureza; mayor Fe reduce ductilidad y puede formar fases intermetálicas.
Mn	0.30–0.9	Mejora la resistencia, controla la estructura de grano y aporta cierta resistencia a la recristalización.
Mg	0.10–0.6	Pequeñas adiciones mejoran la respuesta a la precipitación y contribuyen a la resistencia.
Cu	3.0–4.0	Elemento principal de fortalecimiento formando precipitados Al2Cu durante el envejecimiento.
Zn	0.25 máx.	Presente en menor cantidad; mantenido bajo para evitar interacciones no deseadas con Cu que reduzcan la resistencia a la corrosión.
Cr	0.05–0.25	Adición traza para control de estructura granular; reduce el crecimiento de precipitados en los límites de grano.
Ti	0.05–0.15	Refinador de grano para mejorar continuidad microestructural en productos forjados.
Otros (cada uno)	0.05 máx.	Elementos residuales; el resto es aluminio hasta completar el 100%

El contenido de cobre es el factor dominante en la resistencia a tracción y al límite elástico mediante endurecimiento por precipitación; manganeso y cromo controlan la estructura de grano y limitan la recristalización, mejorando la resistencia a temperaturas elevadas y durante la deformación. Las pequeñas adiciones de Mg y trazas afinan la cinética de envejecimiento aumentando modestamente la respuesta de endurecimiento por precipitación; silicio y hierro bajos preservan la ductilidad y evitan intermetálicos frágiles gruesos que perjudican la tenacidad y la conformabilidad.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción del 2117 es típico de aleaciones Al-Cu: resistencias última y de fluencia relativamente altas tras el tratamiento adecuado de solución y envejecimiento artificial, con elongaciones que disminuyen al aumentar la resistencia. El material recocido muestra buena elongación uniforme y endurecimiento por deformación predecible; los estados en pico de envejecido muestran mayores relaciones de límite elástico a resistencia máxima y reducción de la elongación total, aspectos que deben considerarse en el diseño para conformado o seguridad ante impactos.

La dureza se correlaciona fuertemente con el estado; esta aumenta significativamente desde O hasta T6/T651 conforme se forman finos precipitados en la matriz. El desempeño a fatiga es de moderado a bueno para aleaciones Al-Cu cuando el acabado superficial y las tensiones residuales son controlados; la iniciación de grietas por fatiga es sensible a defectos superficiales, picaduras por corrosión e intermetálicos gruesos, por lo que las estrategias de acabado y protección anticorrosiva afectan materialmente la vida a fatiga.

El espesor afecta las propiedades alcanzables debido a que las velocidades de enfriamiento a través del espesor durante el temple influyen en la sobresaturación y distribución de precipitados; las secciones gruesas tienden a un envejecimiento insuficiente o a mostrar menor resistencia máxima relativa a las chapas delgadas salvo que se empleen tratamientos térmicos adaptados. Los diseñadores deben esperar cierta variabilidad en las propiedades con el espesor y especificar el tratamiento/estado acorde con la geometría del componente.

Propiedad	O / Recocido	Estado Clave (T6/T651)	Notas
Resistencia a Tracción	180–260 MPa	350–450 MPa	Amplio rango dependiendo del envejecimiento, espesor y química exacta.
Resistencia a Fluencia	70–150 MPa	300–380 MPa	La fluencia aumenta marcadamente con T6; las variantes T651 con alivio de tensiones mejoran la estabilidad dimensional.
Elongación	20–35%	6–12%	La ductilidad disminuye con el aumento del envejecimiento artificial y nivel de resistencia.
Dureza (HB)	40–70 HB	100–150 HB	La dureza Brinell aumenta con la formación de precipitados; se convierte a HRC/Vickers según se requiera.

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.78 g/cm³	Ligeramente mayor que el aluminio puro debido a las adiciones de cobre; útil para cálculos de masa.
Rango de Fusión	~500–640 °C	La aleación amplía el intervalo de fusión; solidus y liquidus dependen de la composición.
Conductividad Térmica	~120–150 W/m·K	Menor que el aluminio puro (≈235 W/m·K) porque el Cu y la aleación reducen la conductividad.
Conductividad Eléctrica	~25–40 % IACS	Conductividad reducida en comparación con la serie 1xxx debido al contenido de cobre y precipitados.
Calor Específico	~0.9 J/g·K	Típico en aleaciones de aluminio; útil para cálculos de masa térmica.
Coeficiente de Expansión Térmica	~22–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Similar a otros alúminos; considerar en diseños con materiales disímiles unidos.

Las conductividades térmica y eléctrica del 2117 son intermedias para aleaciones de aluminio y reflejan la compensación entre desempeño mecánico y propiedades de transporte inherente a los sistemas Al-Cu. El aumento de densidad por cobre debe considerarse en diseños sensibles al peso, y el coeficiente de expansión térmica requiere atención cuando se une a materiales disímiles para evitar concentraciones de tensiones térmicas.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0.3–6.0 mm	Excelente respuesta a través del espesor	O, H14, T4, T6	Ampliamente utilizada para paneles conformados o embutidos y pequeñas piezas estructurales.
Placa	6–100 mm	Disminución de la capacidad de temple en secciones gruesas	O, T3, T6 (personalizado)	La placa gruesa requiere ciclos especializados de solución y temple para lograr propiedades uniformes.
Extrusión	Espesores de pared 1–20 mm	Propiedades direccionales; adecuada para secciones complejas	O, T6 (envejecido después de la extrusión)	La extrusión requiere temple controlado y envejecimiento artificial para alcanzar los tempers T deseados.
Tubo	Diámetro exterior 6–200 mm	Similar a las extrusiones; el espesor de pared afecta la resistencia	O, T6	Usado para tubos estructurales y conjuntos ajustados.
Barra/Varilla	Diámetros 3–100 mm	Maquinabilidad y estabilidad varían con el diámetro	O, T6	Materia prima para componentes torneados y elementos de fijación; la selección del temple influye en la maquinabilidad.

Las rutas de procesamiento difieren significativamente: la producción de chapa fina permite un temple rápido y un envejecimiento uniforme, lo que da como resultado mayores resistencias máximas, mientras que la placa gruesa y las extrusiones grandes requieren ciclos térmicos adaptados para evitar zonas blandas. Para piezas conformadas o embutidas, el suministro en temple O o ligeramente trabajado es ventajoso, seguido de un envejecimiento para obtener la dureza requerida; para conjuntos soldados, tratamientos térmicos pre y post soldadura o rediseño para evitar juntas soldadas son estrategias comunes de diseño.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	2117	EE. UU.	Designación principal bajo sistemas ASTM/AA para 2117 trabajado.
EN AW	—	Europa	No existe un equivalente EN AW uno a uno; el diseño está gobernado por el número AA y listados similares 2xxx.
JIS	A2117 (informal)	Japón	Algunos proveedores usan la designación A2117 pero los usuarios deben verificar la composición contra la especificación AA.
GB/T	2A17 o similar	China	Las normas locales suelen usar códigos numéricos cercanos a las designaciones AA; confirmar química y temple.

Las equivalencias directas para 2117 son limitadas porque las normas regionales a veces no listan explícitamente 2117; los fabricantes y especificadores suelen basarse en la química y propiedades mecánicas AA/ASTM. Al adquirir en diferentes regiones, es importante verificar la certificación que muestre rangos elementales y temple para asegurar la intercambiabilidad, especialmente en aplicaciones críticas aeroespaciales o de defensa.

Resistencia a la Corrosión

La resistencia atmosférica de 2117 es moderada y típica de las aleaciones Al-Cu: se desempeña aceptablemente en atmósferas industriales pero es más susceptible a la corrosión localizada que muchas aleaciones Al-Mg o Al-Mn. Los tratamientos superficiales—anodizado, recubrimientos de conversión o recubrimientos metálicos—mejoran significativamente la vida útil; el 2117 sin protección expuesto a ambientes agresivos puede presentar picaduras en sitios intermetálicos.

En ambientes marinos se requiere precaución; los ambientes con cloruros aceleran la corrosión por picaduras y grietas en aleaciones Al-Cu en comparación con series 5xxx. Es recomendable el uso de ánodos sacrificiales, recubrimientos o aislamiento de metales disímiles para exposición marina prolongada.

La susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es mayor en algunas aleaciones Al-Cu tratadas térmicamente bajo tensión y temperaturas elevadas; los tempers T6 pueden ser sensibles, por lo que se debe evitar la combinación de tensiones residuales de tracción, medios corrosivos y temperaturas elevadas. Las interacciones galvánicas son importantes: el 2117 es anódico respecto a aceros inoxidables y catódico frente a muchas aleaciones de magnesio; aislar adecuadamente juntas, fijaciones y seleccionar materiales compatibles reduce la corrosión galvánica.

Comparado con otras familias de aleaciones, el 2117 ofrece mejores propiedades mecánicas que las series 1xxx/3xxx/5xxx a costa de una mayor susceptibilidad a la corrosión; frente a la serie 6xxx puede tener fuerza comparable pero diferente comportamiento frente a corrosión y anodizado debido al contenido de cobre.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

Soldar 2117 es desafiante en comparación con familias Al-Mg o Al-Mn porque el cobre aumenta la tendencia a la fisuración en caliente y reduce la ductilidad en la zona fundida. Se pueden usar TIG y MIG con prácticas especializadas, como técnicas de bajo aporte térmico y aleaciones de aportación adecuadas (rellenos Al-Cu como 2319 u otros sistemas compatibles Al-Cu), pero las juntas soldadas a menudo exhiben menor resistencia y ablandamiento local en la ZAT. Los tratamientos térmicos posteriores pueden restaurar parcialmente las propiedades pero suelen ser imprácticos en estructuras ensambladas; por ello, los diseñadores suelen evitar juntas soldadas críticas o reemplazarlas por fijación mecánica o adhesiva.

Maquinabilidad

El 2117 ofrece una maquinabilidad razonable para una aleación tratable térmicamente y puede mecanizarse más rápido que muchas aleaciones aeronáuticas de alta resistencia; la vida útil de la herramienta y el acabado superficial dependen del temple y tratamiento térmico. Se recomienda herramienta de carburo con ángulo de incidencia positivo y buena evacuación de viruta, con velocidades y avances moderados para evitar acumulación de rebaba; la aleación tiende a producir virutas relativamente continuas que requieren control para seguridad y acabado. La selección de temple pre y post-maquinado (por ejemplo, mecanizado en condición más blanda O o H12 seguido de envejecimiento) puede optimizar tanto la vida útil de la herramienta como la resistencia final de la pieza.

Conformabilidad

Las características de conformado son favorables en temple O y ligeramente trabajado H, permitiendo embutición profunda, plegado y formado por estiramiento para geometrías complejas. Los radios mínimos de doblado y el rebote elástico están gobernados por el temple y espesor; la chapa recocida permite radios pequeños y alta reducción durante el embutido, mientras que materiales en T6 requieren radios mayores y límites de conformado más conservadores. Para piezas que requieren tanto conformado como alta resistencia, una práctica común es conformar en condición O o T4 y luego realizar envejecimiento artificial final para alcanzar las propiedades mecánicas deseadas.

Comportamiento ante el Tratamiento Térmico

Como aleación Al-Cu tratable térmicamente, el 2117 responde al tratamiento de solución, temple y envejecimiento artificial. Los tratamientos de solución típicos se realizan cerca de la temperatura del solvus (comúnmente en el rango 500–540 °C dependiendo del tamaño de sección) seguidos de un temple rápido para retener cobre y magnesio en solución sólida sobresaturada. El envejecimiento artificial posterior (por ejemplo, 150–200 °C durante varias horas dependiendo del espesor y el temple T objetivado) precipita finas fases Al2Cu y relacionadas para lograr propiedades T5/T6.

Las transiciones entre tempers T son reversibles dentro de los límites del proceso: T4 (tratado en solución, envejecido de forma natural) puede convertirse en T6 (envejecido artificialmente) con perfiles de envejecimiento controlados; T651 implica alivio de tensiones por estirado seguido de envejecimiento. El sobre-envejecimiento reduce la resistencia pero puede mejorar la tenacidad y disminuir la susceptibilidad a SCC, por lo que los programas de envejecimiento son un compromiso entre resistencia máxima y resistencia ambiental. Para procesos sin tratamiento térmico, el trabajo en frío seguido de recocido parcial se utiliza para crear tempers H, con incrementos previsibles de resistencia por endurecimiento por deformación.

Rendimiento a Alta Temperatura

El 2117 comienza a perder resistencia significativa por encima de aproximadamente 150–200 °C debido a la coalescencia de precipitados y sobre-envejecimiento; los límites de servicio para cargas sostenidas típicamente están por debajo de este rango. La resistencia a fluencia es modesta; para aplicaciones sostenidas a alta temperatura o ciclos térmicos, se deben considerar otras aleaciones diseñadas para temperaturas elevadas. La oxidación del aluminio es auto-limitante y generalmente no es un problema mayor, pero la exposición térmica combinada con ambientes corrosivos puede acelerar el deterioro, particularmente cerca de soldaduras o zonas bajo tensión.

El comportamiento de la ZAT bajo exposición térmica es crítico: el ablandamiento local y sobre-envejecimiento cerca de soldaduras o regiones afectadas por calor pueden crear puntos mecánicos débiles y reducir la vida a fatiga. Los diseñadores deben contemplar gestión térmica, control de aporte térmico durante soldadura y tratamientos térmicos post-soldadura cuando sea posible para mitigar pérdidas de resistencia.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se usa 2117
Aeroespacial	Estructura secundaria y herrajes	Buena combinación de resistencia tratable térmicamente, maquinabilidad y estabilidad dimensional.
Automotriz	Soportes estructurales y componentes conformados	Mayor resistencia que aleaciones comunes 1xxx/3xxx con formabilidad y costo razonables.
Marino	Herrajes y elementos de fijación (recubiertos)	Cuando está correctamente tratado o recubierto, ofrece desempeño anticorrosión aceptable con buena relación resistencia-peso.
Electrónica	Pequeñas carcasas conductoras y soportes mecánicos	Equilibrio de propiedades mecánicas y conductividad térmica para componentes compactos.

El 2117 se selecciona a menudo para aplicaciones de resistencia media a alta donde se desea un comportamiento típico de la serie 2xxx sin la rigurosidad de aleaciones de alto rendimiento. Su uso es común donde las medidas moderadas de protección anticorrosión (recubrimientos, anodizado, recubrimientos metálicos) son aceptables y donde su naturaleza tratable térmicamente se aprovecha para lograr la resistencia necesaria tras el conformado o mecanizado.

Información para la Selección

La aleación 2117 es una opción práctica cuando los ingenieros necesitan un aluminio susceptible de tratamiento térmico que proporcione mayor resistencia que los grados comercialmente puros, manteniendo una buena maquinabilidad y formabilidad en condiciones recocidas. Comparado con el aluminio comercialmente puro (1100), el 2117 sacrifica conductividad eléctrica y térmica y algo de formabilidad a cambio de un aumento considerable en límite elástico y resistencia a la tracción; utilice el 2117 cuando se requiera resistencia estructural pero la conductividad sea secundaria.

En comparación con aleaciones comúnmente endurecidas por deformación como 3003 o 5052, el 2117 ofrece mayor resistencia máxima después del envejecimiento pero generalmente menor resistencia a la corrosión en ambientes ricos en cloruros; elija 2117 cuando la resistencia sea prioritaria y la protección contra la corrosión (mediante recubrimiento o anodizado) sea factible. Frente a aleaciones comunes susceptibles de tratamiento térmico como 6061 o 6063, el 2117 puede ser preferido donde ciertas propiedades específicas de aluminio-cobre (como el comportamiento de precipitación o la maquinabilidad en ciertos tratamientos) son ventajosas, a pesar de que normalmente presenta menor resistencia máxima o un comportamiento diferente frente a la corrosión en comparación con estas aleaciones Al-Mg-Si.

Al seleccionar 2117, considere el costo y la disponibilidad en relación con otros materiales de la serie 2xxx, la necesidad de un tratamiento térmico posterior a la conformación y la exposición ambiental; si la exposición marina o la soldabilidad son aspectos críticos en el diseño, pueden ser más adecuadas aleaciones alternativas o estrategias protectoras.

Resumen Final

La aleación 2117 sigue siendo un material de ingeniería relevante al ofrecer un balance útil de resistencia sujeto a tratamiento térmico, maquinabilidad y formabilidad para componentes estructurales y fabricados de peso medio; su selección está justificada cuando los diseñadores requieren un desempeño fortalecido por precipitación Al-Cu con un procesamiento manejable y estrategias de control de corrosión.