Aluminio 2124: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Visión General Integral

2124 es una aleación de aluminio-cobre de la serie 2xxx, caracterizada por el cobre como el principal elemento de aleación, con magnesio y manganeso como elementos secundarios importantes. Es una aleación tratable por calor que desarrolla su alta resistencia principalmente mediante tratamiento térmico de solución, temple y envejecimiento artificial, con un fortalecimiento adicional obtenido mediante trabajo en frío controlado cuando los temple especificados lo requieren.

La aleación exhibe alta resistencia estática y buena tenacidad a la fractura para un grado de aluminio con contenido de cobre, pero sacrifica algo de resistencia a la corrosión general y soldabilidad en comparación con las familias 5xxx y 6xxx. La conformabilidad en estado recocido es aceptable, mientras que los temple duros reducen significativamente la ductilidad; la maquinabilidad es generalmente buena para formas de productos forjados usados en la industria aeroespacial.

Los sectores típicos que especifican 2124 incluyen estructuras primarias y secundarias aeroespaciales, accesorios de alta resistencia y algunos componentes de defensa donde los requisitos primarios son una elevada relación resistencia-peso y rendimiento a fatiga. Los ingenieros eligen 2124 sobre otras aleaciones cuando se requiere una combinación de alta resistencia, tolerancia al daño y respuesta de envejecimiento predecible, y cuando el recubrimiento o medidas protectoras pueden mitigar su sensibilidad a la corrosión.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Baja	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recocido, máxima ductilidad para conformado
H14	Moderada	Baja-Moderada	Regular	Pobre	Endurecido por deformación con ductilidad limitada
T3	Moderada-Alta	Moderada	Regular	Pobre	Tratado térmicamente en solución, trabajado en frío, envejecido naturalmente
T4	Moderada	Moderada	Regular	Pobre	Tratado térmicamente en solución y envejecido naturalmente
T6	Alta	Baja	Limitada	Pobre	Tratado térmicamente en solución y envejecido artificialmente para máxima resistencia
T8	Alta	Baja	Limitada	Pobre	Tratado térmicamente en solución, trabajado en frío y envejecido artificialmente
T351	Moderada-Alta	Moderada	Regular	Pobre	Tratado térmicamente en solución, alivio de tensiones por estirado
T851	Alta	Baja-Moderada	Limitada	Pobre	Tratado térmicamente en solución, alivio de tensiones (estirado) y envejecido artificialmente; temple común en aeroespacial

El temple gobierna fuertemente los compromisos entre resistencia, ductilidad y resistencia a fatiga en el 2124. El material recocido (O) se usa donde el conformado es prioritario, mientras que los temple T6/T851 se eligen para la máxima resistencia estática y retención estable de propiedades a temperatura ambiente.

Los niveles de trabajo en frío y el envejecimiento artificial posterior (por ejemplo, T8) pueden usarse para ajustar el límite elástico frente a la tenacidad, pero reducen drásticamente la capacidad de conformado y hacen que la soldadura sea impráctica debido al ablandamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) y la susceptibilidad a grietas en caliente.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.50	Impureza; controlada para reducir defectos de fundición y mantener ductilidad
Fe	≤ 0.50	Impureza; el exceso reduce la resistencia a la corrosión y puede formar intermetálicos
Cu	3.8 – 4.9	Elemento principal de fortalecimiento que promueve el endurecimiento por precipitación
Mn	0.20 – 0.50	Controla la estructura de grano y la recristalización; mejora la tenacidad
Mg	1.2 – 1.8	Sinérgico con Cu para el endurecimiento por precipitación y la capacidad de temple
Zn	≤ 0.25	Elemento menor; típicamente bajo y con poca contribución al fortalecimiento
Cr	≤ 0.10	Controla la estructura de grano y ayuda a limitar la recristalización
Ti	≤ 0.15	Refinador de grano en procesamiento de lingotes y fundición
Otros	≤ 0.15 total	Elementos traza y residuales; mantenidos bajos para conservar envejecimiento predecible

El cobre y el magnesio son los elementos clave que permiten el endurecimiento por precipitación en el 2124; el cobre forma CuAl2 y fases asociadas que precipitan durante el envejecimiento. El manganeso y trazas de cromo/titanio refinan la estructura de grano y estabilizan las propiedades, mientras que silicio y hierro se controlan para evitar intermetálicos frágiles que reduzcan la tenacidad y la resistencia a la corrosión.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción del 2124 depende fuertemente del temple, con aumentos sustanciales tanto en límite elástico como en resistencia máxima en temple envejecidos por precipitación. Condiciones de envejecimiento máximo, tales como T6 o T851, producen altas relaciones límite-elástico/resistencia máxima y elongaciones uniformes relativamente bajas; estos temple también aumentan la dureza y reducen la tenacidad al impacto en comparación con el material recocido. La resistencia a la fatiga es generalmente buena para aleaciones Al-Cu de alta resistencia, siempre que se controle la calidad superficial y el esfuerzo residual, y se mitigue la corrosión mediante tratamientos protectores o recubrimientos.

El espesor y la forma del producto afectan las métricas mecánicas debido a las tasas de enfriamiento a través del espesor durante el temple y a la posibilidad de envejecimiento diferencial; las secciones delgadas pueden alcanzar la resistencia máxima de forma más uniforme que las placas gruesas. La elongación disminuye conforme aumenta la resistencia y también se reduce en estados fuertemente trabajados en frío; el diseño para ductilidad debe considerar los temple disponibles y las operaciones de conformado. La dureza se correlaciona estrechamente con las propiedades a tracción, pero el ablandamiento localizado en soldaduras o zonas afectadas por el calor puede deteriorar sustancialmente el desempeño en servicio si no se contempla.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (T851/T6)	Notas
Resistencia a la Tracción (UTS)	~200–300 MPa	~470–520 MPa	Los valores dependen del espesor de la sección y el procesamiento; los materiales para aeroespacial suelen estar en el extremo superior
Límite Elástico (0.2% offset)	~80–220 MPa	~350–470 MPa	El límite elástico aumenta fuertemente con el envejecimiento; T851 típicamente proporciona mayor límite que T6 en algunas condiciones de procesamiento
Elongación (en 50 mm)	~18–26%	~6–12%	La elongación disminuye con el envejecimiento y el trabajo en frío
Dureza (Brinell HB)	~30–60 HB	~120–160 HB	La dureza corresponde con la resistencia a tracción y condición de envejecimiento; tratamientos superficiales modifican la dureza en servicio

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.78 g/cm³	Típica de aleaciones de aluminio de alta resistencia, beneficiosa para la relación resistencia-peso
Rango de Fusión	~500–640 °C	El rango sólido/líquido depende del cobre y otros elementos menores
Conductividad Térmica	~120 W/m·K	Menor que el Al puro pero aún buena para muchas aplicaciones térmicas
Conductividad Eléctrica	~30–40 %IACS	Reducida por la aleación; no es seleccionado donde se requiere alta conductividad
Calor Específico	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	Típico para aleaciones de aluminio a temperaturas ambientales
Expansión Térmica	~23–24 µm/m·K	Coeficiente de expansión térmica similar a otras aleaciones de Al

La densidad y las propiedades térmicas hacen que el 2124 sea atractivo donde se requieren baja masa y conducción térmica razonable junto con capacidad mecánica. La conductividad eléctrica se reduce sustancialmente por las adiciones de cobre, por lo que 2124 no es un sustituto del aluminio de grado eléctrico cuando la conductividad es un factor de diseño.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento a la Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0.5 – 6 mm	Buena uniformidad en calibres delgados	O, T3, T6, T851	Grosor común para piel y paneles aeroespaciales; con posibilidad de recubrimiento
Placa	6 – 200 mm	Posibles gradientes de propiedad a través del espesor	O, T6, T851	La placa gruesa requiere temple controlado para evitar núcleo blando
Extrusión	Perfiles hasta grandes secciones transversales	Dependiente del enfriamiento de la sección	T6 (temple por envejecimiento) tras tratamiento en solución	Menos común que chapa/placa; buena para refuerzos complejos
Tubo	Diámetro exterior variable, espesor de pared variable	Límites mecánicos fijados por el espesor de pared	T3, T6	Usado en accesorios y tubos estructurales en aeroespacial
Barra/Barreno	Diámetros hasta 200 mm	Homogéneo en diámetros menores	O, T6	Usado para accesorios mecanizados y forjados

Las diferencias en procesamiento conducen a consecuencias distintas en las propiedades: las chapas y extrusiones delgadas se enfrían rápidamente y logran un envejecimiento más uniforme, mientras que las placas gruesas requieren prácticas especiales de temple y pueden necesitar ciclos de envejecimiento posteriores. La selección del producto debe considerar los tratamientos térmicos post-conformado necesarios, la posible aplicación de recubrimientos y si se realizará mecanizado o soldadura en el componente.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	2124	EE. UU.	Designación primaria bajo la Aluminum Association
EN AW	2124	Europa	Frecuentemente referenciado como EN AW-2124 en normas europeas con química similar
JIS	A2618/A?	Japón	No existe un equivalente directo exacto en JIS; existen grados similares de Al-Cu de alta resistencia
GB/T	AlCu4Mg1 / análogo 2124	China	Las normas chinas pueden listar composiciones bajo nombres descriptivos más que números de aleación idénticos

El 2124 está codificado principalmente en AA/ASTM y reconocido en la nomenclatura EN como AW-2124; sin embargo, algunas regiones implementan aleaciones estrechamente relacionadas con límites ligeramente diferentes de impurezas y tratamientos. Diferencias menores en elementos traza permitidos o procedimientos de aceptación de lote pueden resultar en variaciones mecánicas, por lo que es esencial la verificación cruzada de especificaciones mecánicas y certificación de lote al sustituir entre regiones.

Resistencia a la Corrosión

En ambientes atmosféricos, el 2124 es menos resistente que las aleaciones 5xxx y 6xxx porque los precipitados que contienen cobre pueden promover la iniciación localizada de la corrosión. Cuando está expuesto a atmósferas húmedas o ligeramente corrosivas, el 2124 se beneficia de revestimientos protectores o recubrimientos de conversión cromada comúnmente aplicados en la industria aeroespacial. El revestimiento (alclad) se usa frecuentemente para aplicaciones de piel exterior para proporcionar una barrera sacrificial de aluminio puro y mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras y exfoliación.

En ambientes marinos, la aleación es susceptible a la corrosión por picaduras y corrosión intergranular a menos que esté protegida por recubrimientos, revestimientos o protección catódica; la exposición continua a la niebla salina acelera el ataque en regiones con precipitados ricos en cobre. La fisuración por corrosión bajo tensión (SCC) puede ocurrir en ambientes con cloruros y bajo esfuerzos de tracción, especialmente en condiciones de envejecimiento máximo (peak-aged) y cuando quedan tensiones residuales de tracción debido a procesos de conformado o mecanizado.

Las interacciones galvánicas son significativas cuando el 2124 entra en contacto con metales más nobles como acero inoxidable o cobre; el aluminio actuará anódicamente y corroerá preferentemente si no está eléctricamente aislado o protegido. En comparación con las aleaciones 6xxx (Al-Mg-Si), el 2124 sacrifica algo de resistencia a la corrosión por mayor resistencia mecánica, y en comparación con las aleaciones 5xxx es significativamente menos tolerante a la exposición a cloruros marinos.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldadura del 2124 es complicada y generalmente desaconsejada para aplicaciones que requieren propiedades estructurales completas debido a la susceptibilidad a grietas en caliente y al ablandamiento de la ZAT. Cuando la soldadura es necesaria, se especifican comúnmente procesos TIG o MIG con aleaciones de aporte Al-Cu compatibles (por ejemplo, 2319 o variantes específicamente formuladas 4047/5356) para reducir agrietamientos y mejorar la ductilidad en el metal de soldadura. El tratamiento térmico posterior a la soldadura no puede restaurar completamente las propiedades pico del material en las zonas soldadas; los diseñadores normalmente evitan soldar componentes críticos y sometidos a altas cargas.

Mecanizado

El 2124 es razonablemente mecanizable en comparación con muchas aleaciones de aluminio de alta resistencia; se mecaniza bien con herramientas de acero rápido o carburo cuando se mantienen velocidades y avances adecuados. Los virutas tienden a ser continuas y dúctiles; el uso de refrigerante y montajes rígidos mejora el acabado superficial y el control dimensional. La vida útil de la herramienta puede ser mayor que en algunas aleaciones libres de cobre debido a la tendencia del material a formar una morfología de viruta favorable, pero la alta resistencia incrementa las fuerzas de corte y debe considerarse.

Conformabilidad

El conformado es óptimo en estados recocidos (O) o ligeramente trabajados; los tratamientos duros como T6/T851 presentan baja ductilidad y son difíciles de formar sin agrietamiento. Los radios mínimos de doblado y profundidades de embutición recomendados deben abordarse con precaución en tratamientos envejecidos, y es posible usar conformado en frío templado o tratamiento en solución seguido de envejecimiento para obtener formas complejas. El rebote elástico (springback) en tratamientos de alta resistencia es significativo y debe compensarse en el diseño de herramientas.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

El tratamiento en solución para el 2124 se realiza típicamente a temperaturas entre 495 y 505 °C para disolver las fases que contienen cobre y magnesio en una solución sólida sobresaturada. El enfriamiento rápido, usualmente por inmersión en agua desde la temperatura de solución, es necesario para retener los solutos en sobresaturación y permitir la posterior precipitación durante el envejecimiento artificial. Los ciclos de envejecimiento artificial para condiciones tipo T6 comúnmente usan temperaturas alrededor de 160 a 190 °C por varias horas para lograr un equilibrio entre resistencia y tenacidad con secuencias reproducibles de precipitación.

Los tratamientos T851 y similares para la industria aeroespacial incluyen un paso controlado de estirado (alivio de tensiones) después del temple y antes del envejecimiento para reducir tensiones residuales y mejorar la estabilidad dimensional. El sobreenvejecimiento puede usarse intencionadamente para mejorar la resistencia a la corrosión bajo tensión a costa de la resistencia máxima, y se puede aplicar envejecimiento controlado o envejecimiento de reparación a piezas tras excursiones térmicas limitadas. El comportamiento sin tratamiento térmico no es aplicable al 2124, ya que su principal fortalecimiento es por precipitación y no por endurecimiento por deformación.

Comportamiento a Alta Temperatura

El 2124 pierde resistencia progresivamente con el aumento de temperatura, con reducciones notorias por encima de 100–150 °C y ablandamiento significativo al acercarse a las temperaturas típicas de envejecimiento artificial. La exposición prolongada a temperaturas elevadas favorece el sobreenvejecimiento y el coarsening (crecimiento) de los precipitados fortalecedores, reduciendo el límite elástico y la resistencia a la fatiga. La oxidación es mínima para el aluminio a estas temperaturas en aire seco, pero la pérdida de propiedades mecánicas es la limitación principal para su servicio a alta temperatura.

Las zonas afectadas por el calor (ZAT) producidas por la soldadura experimentan ablandamiento localizado y cambios microestructurales que reducen la capacidad portante, especialmente a temperaturas donde el coarsening de precipitados se acelera. Para aplicaciones cíclicas o sensibles al fluencia, los diseñadores típicamente limitan la temperatura de servicio por debajo del inicio del coarsening significativo y especifican recubrimientos protectores para limitar las interacciones ambientales.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Razón de uso del 2124
Aeroespacial	Soportes de ala, placas de empalme, soportes estructurales altamente solicitados	Alta relación resistencia-peso y buena resistencia a fatiga/fractura
Marina	Elementos estructurales de alta resistencia (protegidos o revestidos)	Resistencia y tenacidad donde la corrosión está controlada
Defensa	Componentes de blindaje, estructuras de misiles, forjados estructurales	Alta resistencia estática combinada con masa relativamente baja
Electrónica	Montajes estructurales, componentes de chasis	Rigidez y conductividad térmica con alta resistencia

El 2124 se encuentra mayormente donde se requieren alta resistencia específica y comportamiento predecible de envejecimiento, y donde las medidas protectoras mitigan el riesgo de corrosión. Sigue siendo un material de elección para elementos estructurales aeroespaciales donde el ahorro de peso y la tolerancia a daños aportan beneficios a nivel del sistema.

Consejos para la Selección

Use 2124 cuando los factores principales de diseño sean alto límite elástico y resistencia a la tracción junto con buenas propiedades a fatiga y fractura, y cuando recubrimientos protectores, revestimientos o ambientes controlados mitiguen el riesgo de corrosión. Especifique tratamientos T851 o similares estirados y envejecidos para estabilidad dimensional de grado aeroespacial y mayor resistencia; elija estados O o menos envejecidos para operaciones de conformado antes del tratamiento térmico final.

En comparación con aluminio comercialmente puro (1100), el 2124 sacrifica conductividad eléctrica y térmica y mejor conformabilidad por una resistencia mucho mayor y mejor desempeño a fatiga. Frente a aleaciones comúnmente endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, el 2124 ofrece mucha mayor resistencia pero menor resistencia general a la corrosión y peor soldabilidad. Comparado con aleaciones ampliamente usadas que son tratables térmicamente como 6061 o 6063, el 2124 suele proporcionar mayor límite elástico alcanzable y mejor tenacidad a fractura para aplicaciones estructurales exigentes, pero a costa de tolerancia a la corrosión y facilidad para soldar/reparar; elija 2124 cuando la resistencia y eficiencia a fatiga sean prioridades mayores que estos compromisos.

Resumen Final

El 2124 sigue siendo una aleación de aluminio de alta resistencia relevante en la ingeniería moderna donde se requieren elevada resistencia específica y respuesta fiable al endurecimiento por precipitación, particularmente en sectores aeroespacial y de defensa. Su selección debe ir acompañada de protección anticorrosiva adecuada, control de tratamientos y planificación de fabricación para aprovechar completamente sus ventajas mecánicas.