Aluminio 2118: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

La aleación 2118 pertenece a la serie 2xxx de aleaciones de aluminio-cobre, caracterizada por tener al cobre como principal elemento de aleación. Esta familia es susceptible de tratamiento térmico y está diseñada para proporcionar una elevada resistencia mediante endurecimiento por precipitación, con cobre y adiciones menores de aleantes ajustados para formar precipitados fortalecedores durante el envejecimiento.

Los principales elementos de aleación en el 2118 son cobre, con adiciones adicionales de magnesio, manganeso y elementos en trazas como hierro, silicio, cromo y titanio. La combinación produce una alta resistencia específica y buena resistencia a la fatiga en comparación con grados de aluminio sin capacidad de tratamiento térmico y aluminio comercialmente puro.

El fortalecimiento se logra principalmente mediante tratamiento en solución, enfriamiento rápido y envejecimiento artificial para desarrollar precipitados finos basados en Al2Cu; esto ofrece resistencias máximas más altas que aleaciones endurecidas por trabajo, pero también hace que las propiedades sean más sensibles a la exposición térmica. Las características clave incluyen alta resistencia a la tracción y a la fatiga, resistencia a la corrosión moderada que normalmente requiere recubrimientos protectores para ambientes agresivos, y soldabilidad limitada en comparación con las aleaciones 5xxx/6xxx a menos que se utilicen procedimientos y materiales de aporte adecuados.

Las industrias típicas que usan 2118 incluyen fijaciones estructurales aeroespaciales y elementos de sujeción, componentes automotrices de alto rendimiento, y aplicaciones marinas y de defensa especiales donde la relación resistencia-peso y la vida a fatiga son críticas. Los diseñadores eligen 2118 cuando se requiere mayor resistencia y desempeño en fatiga sobre aleaciones comunes como 1100, 3003 o 5052, pero cuando no es necesaria la resistencia máxima de las aleaciones 7xxx, o cuando se prefieren la tenacidad y el comportamiento a fractura de las aleaciones de la serie 2xxx.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Alargamiento	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alto	Excelente	Excelente	Recocido completo, máxima ductilidad y conformabilidad
H14	Medio-Bajo	Medio	Bueno	Regular	Endurecido por deformación a resistencia moderada para aplicaciones de embutición
T4	Medio	Medio-Alto	Bueno	Regular	Tratado en solución y envejecido naturalmente; buen equilibrio para conformados adicionales
T5	Medio-Alto	Medio	Regular-Bueno	Regular	Enfriado desde temperatura elevada y envejecido artificialmente para desarrollar resistencia
T6	Alto	Bajo-Medio	Limitado	Regular-Pobre	Tratado en solución y envejecido artificialmente para resistencia máxima; temple común en ingeniería
T651	Alto	Bajo-Medio	Limitado	Regular-Pobre	Tratado en solución, alivianamiento de tensiones por estirado, luego envejecido artificialmente para mejor estabilidad dimensional

El temple tiene una influencia decisiva en el equilibrio entre resistencia y conformabilidad del 2118, porque la secuencia de tratamiento térmico controla el tamaño, distribución y coherencia de los precipitados. Las variantes O y H se usan cuando la prioridad es la conformación o embutición, mientras que se seleccionan T6/T651 cuando la resistencia y el desempeño a fatiga son los principales factores de diseño.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	0.2 máx.	Bajo controlado para limitar intermetálicos frágiles y mantener tenacidad
Fe	0.5 máx.	Impureza que forma partículas intermetálicas que afectan la maquinabilidad y fatiga
Mn	0.3–0.9	Mejora resistencia, estructura de grano y resistencia a la recristalización
Mg	0.2–1.0	Contribuye al endurecimiento por precipitación con Cu y mejora tenacidad
Cu	3.5–5.0	Elemento principal de fortalecimiento; controla la potencia del endurecimiento por precipitación
Zn	0.25 máx.	Minoritario, se mantiene bajo para evitar complejidad excesiva en el envejecimiento
Cr	0.05–0.25	Microaleante para refinar estructura de grano y estabilizar propiedades durante calentamiento
Ti	0.02–0.12	Refinador de grano, usado para controlar tamaño de grano colado en lingotes y extrusiones
Otros (cada uno)	0.05 máx.	Elementos traza y residuos; límites aseguran comportamiento predecible de precipitación

El contenido de cobre domina la respuesta al endurecimiento por precipitación, produciendo Al2Cu y fases relacionadas durante el envejecimiento que aumentan la resistencia y reducen la ductilidad. El magnesio y manganeso modifican la química de los precipitados y las interacciones con la matriz; el manganeso suprime el crecimiento del grano y mejora la tenacidad, mientras que el magnesio puede potenciar el endurecimiento al combinarse con el cobre. Se mantienen límites estrictos de hierro, silicio y zinc para controlar la ductilidad, el comportamiento a fractura y la susceptibilidad a la corrosión.

Propiedades Mecánicas

En carga de tracción, el 2118 exhibe alta resistencia última y buena retención del límite elástico en los tempers T6/T651 en comparación con muchas aleaciones comunes de aluminio. Las condiciones de pico envejecido producen una microestructura con precipitados finamente dispersos que restringen el movimiento de dislocaciones, otorgando alta resistencia al límite de cedencia y buena resistencia a la fatiga. El alargamiento en condiciones de pico se reduce respecto a estados recocidos, y los diseñadores deben considerar la menor ductilidad durante la conformación y escenarios de choque o sobrecarga.

El desempeño a fatiga del 2118 suele ser favorable para una aleación de la serie 2xxx debido a la combinación de alta resistencia estática y umbrales de iniciación de grietas controlados por precipitados; sin embargo, la vida a fatiga es sensible al acabado superficial, geometría de muescas y corrosión localizada. Los efectos del espesor son importantes: el material de calibre más fino puede envejecer más uniformemente y a menudo alcanza mayor resistencia efectiva para un temper dado, mientras que las secciones más gruesas pueden requerir ciclos más largos de solución/envejecimiento y pueden mostrar menor tenacidad y fuerza ligeramente reducida.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (T6/T651)	Notas
Resistencia a la tracción	150–260 MPa	400–480 MPa	Amplio rango dependiendo de composición exacta, espesor y ciclo de envejecimiento
Límite elástico	60–150 MPa	320–380 MPa	El límite incrementa significativamente con el tratamiento T6/T651
Alargamiento	15–25%	7–14%	La ductilidad disminuye en condiciones de pico envejecido; diseñar para conformado en consecuencia
Dureza (HB)	40–80 HB	120–160 HB	Escala Brinell; la dureza se correlaciona con el rendimiento en tracción y límite elástico

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.78 g/cm³	Típica de aleaciones Al-Cu; buena resistencia específica frente al acero
Intervalo de Fusión	~500–640 °C	La aleación expande el intervalo solidus-liquido respecto al aluminio puro
Conductividad Térmica	120–150 W/m·K	Reducida respecto al Al puro por las adiciones de Cu, pero aún alta
Conductividad Eléctrica	25–40 % IACS	Menor que el aluminio puro; la conductividad disminuye con la aleación y el trabajo en frío
Calor Específico	~0.88 J/g·K (880 J/kg·K)	Típico en aleaciones de aluminio; usado en cálculos de gestión térmica
Coeficiente de Expansión Térmica	23–24 µm/m·K (20–100°C)	Coeficiente moderado; debe considerarse el cambio dimensional en ensamblajes

El 2118 conserva gran parte de la favorable conductividad térmica y baja densidad del aluminio, proporcionando buena relación resistencia-peso y capacidad de disipación térmica para muchos componentes. La conductividad eléctrica está sustancialmente reducida respecto al aluminio comercialmente puro, por lo que normalmente no se utiliza donde la conductividad sea un requisito principal.

El intervalo de fusión y el comportamiento de expansión térmica implican que la entrada de calor durante la soldadura y los ciclos térmicos en servicio afectarán significativamente la microestructura y propiedades mecánicas; estos aspectos deben considerarse durante el ensamblaje, tratamiento térmico y diseño para cargas térmicas.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento Mecánico	Tratamientos Térmicos Comunes	Notas
Chapa	0.3–6 mm	Las chapas delgadas responden bien al envejecimiento T5/T6; mejor uniformidad en espesores finos	O, H14, T4, T5, T6	Usadas para paneles formados y estructuras ajustadas
Placa	6–50+ mm	Las secciones gruesas requieren ciclos prolongados de solución/envejecimiento; pueden mostrar menor tenacidad	O, T6, T651	Piezas estructurales pesadas y accesorios
Extrusión	Espesores de pared 1–20 mm	Los perfiles extruidos permiten resistencia direccional; tratamiento térmico aplicado tras la extrusión	O, T4, T6	Perfiles complejos para elementos estructurales
Tubo	Diámetro exterior 6–200 mm	El desempeño depende de espesor de pared y velocidad de temple; usos críticos en fatiga en T6	O, T4, T6	Usados para tubos estructurales ligeros
Barra/Varilla	Diámetros hasta 100 mm	Las barras pueden ser tratadas térmicamente y envejecidas para alcanzar alta resistencia; material para mecanizado	O, T6	Elementos de fijación, pasadores y componentes mecanizados

Los productos en chapa y calibres delgados suelen preferirse donde se requiere buena conformabilidad y uniformidad en el endurecimiento por envejecimiento, mientras que la placa y las extrusiones pesadas necesitan ciclos térmicos adaptados debido a la menor velocidad de temple. Las rutas de extrusión y laminado también influyen en la estructura de grano; las extrusiones permiten secciones transversales complejas pero requieren atención al temple y envejecimiento para alcanzar las propiedades objetivo.

Los fabricantes eligen la forma del producto basada en procesos posteriores: chapas para estampado y formado, extrusiones para perfiles integrados y barra para componentes mecanizados. Cada forma de producto también determina la selección del tratamiento térmico para lograr el equilibrio necesario entre conformabilidad y resistencia.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	2118	EE. UU.	Designación en listados ANSI/AA para esta aleación Al-Cu
EN AW	No exacto	Europa	No existe equivalente directo EN AW; comportamiento más similar a las familias EN AW-2014/2024
JIS	No exacto	Japón	JIS tiene aleaciones Al-Cu (A2017/A2024) con propiedades similares pero límites diferentes
GB/T	No exacto	China	Las normas chinas tienen aleaciones Al-Cu comparables pero sin correspondencia uno a uno con AA 2118

No existe una estandarización universal que traduzca directamente el 2118 a un número EN, JIS o GB/T; los equivalentes deben considerarse como “similares en comportamiento” más que reemplazos directos. Las diferencias en elementos traza permitidos, respuesta al tratamiento térmico y designación de temple implican que los diseñadores deben consultar hojas técnicas específicas y realizar pruebas de calificación al sustituir entre normas.

Resistencia a la Corrosión

El 2118 ofrece una resistencia moderada a la corrosión atmosférica típica de aleaciones Al-Cu endurecibles por tratamiento térmico; con frecuencia se emplean recubrimientos protectores, anodizado o revestimientos para exposiciones prolongadas. En atmósferas neutras a ligeramente corrosivas, la aleación tiene un desempeño adecuado, pero la corrosión localizada puede agravarse por intermetálicos ricos en cobre y por acabados superficiales deficientes.

En ambientes marinos o con alto contenido de cloruros, el 2118 es menos robusto que las aleaciones 5xxx con magnesio o las series 6xxx resistentes a la corrosión; por ello, habitualmente requiere revestimientos, recubrimientos sacrificiales o protección catódica para uso estructural marino. La corrosión por picaduras y la intergranular pueden ocurrir donde se forman zonas libres de precipitados en los límites de grano tras tratamientos térmicos incorrectos o exposiciones térmicas prolongadas.

La susceptibilidad a la corrosión bajo tensión es mayor en aleaciones de la serie 2xxx que en muchas aleaciones no endurecibles, especialmente bajo esfuerzos de tracción y condiciones corrosivas. Las interacciones galvánicas requieren atención: el 2118 actúa más anódicamente que los aceros, pero más catódicamente que el aluminio puro según el tratamiento superficial; suelen ser necesarios aislamiento o fijaciones y recubrimientos compatibles. En comparación con la serie 6xxx, el 2118 sacrifica resistencia a la corrosión por una mayor resistencia y resistencia a la fatiga, por lo que la selección debe equilibrar el ambiente frente a los requisitos mecánicos.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldabilidad del 2118 es desafiante en comparación con muchas otras familias de aluminio debido al contenido de Cu, que fomenta el agrietamiento en caliente y el reblandecimiento en la zona afectada por el calor (ZAC). La soldadura con arco de tungsteno con gas (TIG) y arco metálico con gas (MIG) es posible con estricto control de la energía térmica, prácticas de precalentamiento/enfriamiento y selección de aleantes de aporte como aleantes Al-Cu-Mg o menos resistentes tipo 4043/2319 para reducir el riesgo de agrietamiento. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede recuperar parte de la resistencia, pero la restauración completa a niveles T6 es difícil debido a la disolución y coarsening de precipitados en la ZAC.

Mecanizado

El 2118 se mecaniza bien en temple recocido y algunos tratamientos intermedios, con buen control del viruta y desgaste moderado de herramientas debido a la presencia de partículas de cobre y manganeso. Herramientas de carburo con filo positivo, fijación rígida y refrigeración por inundación producen acabado superficial consistente y tolerancias dimensionales ajustadas; las velocidades deben ser conservadoras para tratamientos de envejecimiento máximo para evitar desgaste rápido. El índice de mecanizado es generalmente superior al de aleaciones Al-Zn-Mg de alta resistencia pero inferior al de 2011 de fácil mecanizado o al aluminio comercialmente puro 1100.

Formabilidad

El formado es óptimo en tratamientos O, H14 o T4 donde la ductilidad es suficiente para estampado, plegado y embutido. Los radios mínimos de curvatura dependen del temple y espesor, pero comúnmente se usan 2–3× el espesor del material para curvas cerradas en temple intermedio y radios mayores para T6. El trabajo en frío aumenta la resistencia por trabajo en frío pero puede introducir tensiones residuales que interactúan con los tratamientos térmicos subsecuentes; se pueden usar conformado en caliente o estrategias de preenvejecimiento para optimizar las propiedades finales.

Comportamiento en Tratamientos Térmicos

Como aleación endurecible por tratamiento térmico, el 2118 responde a ciclos estándar de solución, temple y envejecimiento usados para aleaciones Al-Cu. El tratamiento de solución típico se realiza cerca de 495–505 °C para disolver las fases ricas en Cu en la matriz, seguido de temple rápido para mantener una solución sólida sobresaturada. El envejecimiento artificial se realiza comúnmente en el rango 160–190 °C durante varias horas para generar precipitados finos y alcanzar condiciones T5/T6; el tiempo y temperatura de envejecimiento equilibran la resistencia máxima con tenacidad y resistencia a la corrosión bajo tensión.

La transición entre tratamientos es sencilla: el material tratado en solución puede envejecer naturalmente a T4 o envejecer artificialmente a T5/T6; T651 implica tratamiento de solución, estirado para aliviar tensiones residuales y luego envejecimiento artificial. El sobreenvejecimiento a temperaturas más altas o tiempos prolongados coarsena precipitados y reduce la resistencia mientras mejora ductilidad y resistencia a la corrosión, por lo que el control del ciclo es crítico para lograr el balance de ingeniería deseado.

Desempeño a Alta Temperatura

El 2118 muestra pérdida notable de resistencia con el aumento de la temperatura de servicio; la exposición sostenida por encima de ~120–150 °C reduce el endurecimiento por precipitados y disminuye progresivamente límite elástico y resistencia a la tracción. La oxidación a altas temperaturas es limitada en atmósferas inertes, pero se forman escalas superficiales y cambios microestructurales si las temperaturas se acercan al régimen de tratamiento de solución, lo que puede alterar irreversiblemente el desempeño mecánico.

La zona afectada por el calor durante la soldadura presenta reblandecimiento debido a la disolución y coarsening de precipitados, y la recuperación de propiedades mediante tratamiento térmico posterior está limitada por defectos inducidos por el temple y tensiones residuales. Para usos intermitentes a temperatura elevada, los diseñadores deben reducir las tensiones admisibles y considerar aleaciones alternativas optimizadas para estabilidad a alta temperatura si la operación frecuente excede los 100 °C.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Por Qué Se Usa 2118
Aeroespacial	Accesorios, soportes y componentes estructurales no principales	Alta resistencia específica y buena resistencia a fatiga para piezas críticas en peso
Automotriz	Elementos de suspensión de alto rendimiento y soportes estructurales	Equilibrio resistencia-peso y vida a fatiga para vehículos de rendimiento
Marino	Pequeños elementos estructurales y accesorios mecanizados	Buena resistencia y mecanizabilidad; requiere recubrimientos para protección contra corrosión
Defensa	Accesorios para misiles y municiones	Alta resistencia y mecanizabilidad para componentes de precisión
Electrónica	Marcos estructurales y disipadores térmicos	Buena conductividad térmica y rigidez relativa al peso para ensamblajes

El 2118 se selecciona típicamente cuando se requiere una combinación de alta resistencia estática y a fatiga, mecanizabilidad aceptable y conductividad térmica razonable. La necesidad de tratamientos protectores en ambientes agresivos se ve compensada por sus ventajas mecánicas en muchos contextos aeroespaciales e ingeniería de alto rendimiento.

Recomendaciones de Selección

Elija 2118 cuando la resistencia elevada y la resistencia a fatiga sean objetivos de diseño prioritarios y se pueda controlar la protección contra corrosión y variables de fabricación. Es especialmente atractivo para componentes mecanizados o formados que se benefician del endurecimiento por tratamiento térmico y donde las aleaciones 7xxx de mayor resistencia resultan innecesarias o introducen fragilidad o dificultad en el procesamiento.

En comparación con el aluminio comercialmente puro (1100), el 2118 sacrifica conductividad eléctrica y conformabilidad a cambio de una resistencia y vida a la fatiga notablemente mayores. Frente a aleaciones comunes endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, el 2118 ofrece una resistencia sustancialmente superior a costa de la soldabilidad y la resistencia a la corrosión inherentes, por lo que se elige el 2118 cuando el desempeño estructural supera la facilidad de unión o conformado. En comparación con las aleaciones tratables térmicamente 6xxx (p. ej., 6061/6063), el 2118 suele proporcionar mejor resistencia a la fatiga y mayor resistencia máxima para ciertos tratamientos térmicos, pero generalmente requiere una protección contra la corrosión y prácticas de soldadura más cuidadosas; seleccione 2118 cuando su perfil de fatiga/resistencia se ajuste a la aplicación y cuando la cadena de fabricación pueda acomodar sus necesidades de tratamiento térmico y protección.

Resumen final

La aleación 2118 sigue siendo un aluminio de ingeniería relevante cuando el diseño requiere un equilibrio tratable térmicamente entre alta resistencia, buen comportamiento a la fatiga y maquinabilidad aceptable. Su uso se optimiza cuando los ingenieros consideran su ductilidad dependiente del tratamiento térmico, las necesidades de protección contra la corrosión y las sensibilidades en fabricación, permitiendo que estructuras y componentes logren un alto rendimiento con una relación resistencia-peso favorable.