Aluminio 2424: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción Completa

El aluminio 2424 es una aleación forjada y tratable térmicamente que pertenece a la serie 2xxx de aleaciones Aluminio-Cobre-Magnesio. Está estrechamente relacionado con la conocida familia 2024 y está formulado para obtener una mayor resistencia y una mejor tenacidad a la fractura mediante modificaciones moderadas en los niveles de cobre, magnesio y manganeso, así como un control más estricto de las impurezas de hierro y silicio.

Los elementos de aleación dominantes son el cobre (agente reforzante principal), el magnesio (forma zonas Guinier–Preston y precipitados tipo Mg2Si que contribuyen al endurecimiento por envejecimiento) y el manganeso (control de la estructura de grano y formación de dispersoides). El fortalecimiento se logra principalmente mediante endurecimiento por precipitación tras un tratamiento de solución y envejecimiento artificial, con una contribución secundaria del endurecimiento por deformación en ciertos estados de temple.

Las características clave incluyen alta resistencia específica y buena resistencia a la fatiga cuando se trata y se termina superficialmente de forma adecuada, formabilidad moderada en estados suavizados, resistencia intrínseca limitada a la corrosión en comparación con aleaciones 5xxx/6xxx, y soldabilidad moderada al utilizar procedimientos y metales de aporte apropiados. Las industrias típicas incluyen aeroespacial (estructuras y accesorios), defensa (componentes de fuselaje), deportes de motor y sectores industriales especializados donde se requiere una alta relación resistencia-peso y rendimiento a fatiga.

Los ingenieros seleccionan la aleación 2424 sobre otras cuando el diseño prioriza una alta tenacidad a la fractura y rendimiento a fatiga en una aleación tratable térmicamente, o cuando se requiere un equilibrio cercano de alta resistencia estática y tolerancia al daño. Se elige en lugar de aleaciones 7xxx de mayor resistencia cuando son importantes la mejor resistencia a la corrosión, la tenacidad y la soldabilidad, y en lugar de aleaciones 6xxx/5xxx cuando se necesita una mayor resistencia máxima.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recocido, máxima ductilidad y formabilidad
T3	Medio-Alto	Moderada	Buena	Limitada	Trabajo en frío y envejecimiento natural; buenas propiedades a fatiga
T4	Medio	Moderada-Alta	Buena	Limitada	Tratado térmicamente en solución y envejecido naturalmente
T6	Alto	Baja-Moderada	Limitada	Difícil	Tratado térmicamente en solución y envejecido artificialmente para máxima resistencia
T8 / T851	Alto	Baja-Moderada	Limitada	Difícil	Tratado en solución, trabajado en frío y envejecido artificialmente / estabilizado para mejorar la tenacidad a fractura
T351	Medio-Alto	Moderada	Buena	Limitada	Aliviado de tensiones mediante estirado después del tratamiento de solución

El temple altera drásticamente las propiedades del 2424 al cambiar la distribución, tamaño y coherencia de los precipitados que contienen Cu y Mg. Los estados blandos (O, T4) maximizan la ductilidad y formabilidad, mientras que los estados envejecidos (T6, T8) proporcionan la máxima resistencia al límite elástico y resistencia última a costa de la elongación y doblabilidad.

Las secuencias de tratamiento térmico y trabajo en frío también influyen en las tensiones residuales, la susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión y la maquinabilidad; los estados estabilizados (por ejemplo, T851) se utilizan cuando se requiere estabilidad dimensional y resistencia a envejecimientos posteriores.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.50	Bajo control para minimizar intermetálicos frágiles y mejorar la tenacidad
Fe	≤ 0.50	Mantenido bajo para reducir intermetálicos ricos en Fe gruesos que afectan la ductilidad
Mn	0.3–1.2	Control de la estructura de grano, formación de dispersoides, mejora la tenacidad
Mg	1.2–1.9	Contribuye al endurecimiento por precipitación junto con Cu y al refuerzo en solución sólida
Cu	3.8–5.0	Elemento principal de refuerzo formando Al2Cu y otros precipitados
Zn	≤ 0.25	Presencia menor, generalmente residual; mantenido bajo para evitar precipitados nocivos
Cr	≤ 0.10	Niveles traza para controlar la estructura de grano y la recristalización en algunos lotes
Ti	≤ 0.15	Agente refinador cuando se añade en trazas durante la producción del lingote
Otros (cada uno)	≤ 0.05	Equilibrio de elementos de aleación y residuales; resto aluminio

La composición se centra en el cobre y magnesio para habilitar las clásicas reacciones de endurecimiento por envejecimiento Al–Cu–Mg que forman zonas GP y precipitados metaestables (fase θ′ y S), que son el origen microestructural de la resistencia en 2424. El manganeso y pequeñas adiciones de titanio o cromo actúan como refinadores de grano y formadores de dispersoides, mejorando la tenacidad y reduciendo la susceptibilidad a la recristalización durante ciclos térmicos.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción del 2424 se caracteriza por una alta resistencia última a la tracción y un aumento proporcional en el límite elástico cuando se envejece a estados T6/T8. La aleación presenta un claro meseta de fluencia en algunas condiciones de tratamiento térmico y una región elástica relativamente lineal hasta el límite elástico; las tasas de endurecimiento por deformación post-fluencia están influenciadas por el trabajo en frío previo y la distribución de precipitados. La elongación a la fractura disminuye con el aumento de la resistencia del temple; el material recocido es sustancialmente más dúctil que los estados T6 o T8.

La dureza se correlaciona bien con el estado de temple y envejecimiento; los estados T6/T8 producen valores máximos de dureza asociados con precipitados coherentes/semi-coherentes, mientras que las condiciones solubilizadas o recocidas muestran una dureza mucho menor. El rendimiento a fatiga es un punto fuerte del 2424 cuando se procesa y trata la superficie correctamente: el granallado, las tensiones superficiales compresivas inducidas por granallado y la remoción o supresión de defectos superficiales pueden aumentar significativamente los umbrales de iniciación de grietas por fatiga. El espesor y la forma del producto influyen sustancialmente en los resultados mecánicos — las secciones más gruesas pueden enfriarse más lentamente tras el tratamiento en solución, produciendo distribuciones de precipitados más gruesas y una resistencia y tenacidad ligeramente inferiores en comparación con chapa de bajo espesor.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (T6 / T851 típico)	Notas
Resistencia a la Tracción (UTS)	~240–300 MPa	~450–510 MPa	Valores típicos en rango; valores específicos dependen de la química exacta, espesor y ciclo de envejecimiento
Límite Elástico (0.2% offset)	~100–160 MPa	~320–420 MPa	El límite elástico aumenta notablemente con envejecimiento artificial y trabajo en frío previo
Elongación	~18–30%	~6–14%	La ductilidad disminuye en los estados de temple con edad máxima; la elongación depende del espesor y tratamiento térmico
Dureza (HB)	~40–60 HB	~120–150 HB	La dureza se correlaciona con la fracción volumétrica y coherencia de precipitados

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.78 g/cm³	Típica para aleaciones forjadas Al–Cu–Mg; mayor que el aluminio puro debido al contenido de Cu
Rango de Fusión	~500–640 °C	Intervalo solidus–líquido de la aleación; fusión completa cerca del punto de fusión del Al puro pero influenciado por fases de aleación
Conductividad Térmica	~120–150 W/m·K	Reducida con respecto al Al puro debido a la aleación; aún adecuada para muchas aplicaciones de gestión térmica
Conductividad Eléctrica	~28–40 % IACS	Dependiente del temple; mayor conductividad en estados recocidos
Calor Específico	~0.90 J/g·K	Típico para aleaciones de aluminio en rango de temperatura ambiente
Coeficiente de Expansión Térmica	~23–24 µm/m·K	Similar a otras aleaciones de aluminio; se requiere diseño para deformaciones térmicas en ensamblajes mixtos

El conjunto de propiedades físicas sitúa al 2424 como un aluminio de alta resistencia con conductividades térmica y eléctrica menores que el aluminio puro, pero aún adecuadas para muchos roles estructurales y de gestión térmica. La densidad es ligeramente elevada por el cobre, lo que afecta diseños sensibles a la masa y debe considerarse en aplicaciones críticas de peso. La expansión térmica es similar a la mayoría de aleaciones de aluminio y puede generar deformaciones térmicas diferenciales cuando se usa con aceros o composites.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Tratamientos Comunes	Notas
Chapa	0.4–6.4 mm	Los calibres delgados alcanzan la resistencia máxima tras el envejecimiento; buen acabado superficial	O, T3, T4, T6, T8	Común para pieles aeroespaciales, accesorios; a menudo revestida para protección contra corrosión
Placa	6.4–50 mm+	El espesor reduce la resistencia alcanzable y requiere tiempos más largos de solubilización	O, T6, T851	Secciones pesadas usadas para elementos estructurales y mamparos; la sensibilidad al temple es importante
Extrusión	Dependiente del perfil	Limitada en comparación con aleaciones 6xxx, pero posible para ciertos perfiles	T4, T6	Más difícil de extruir; el control de la homogeneización es importante
Tubo	Pared/OD variable	Comportamiento similar a chapa/plaque dependiendo del espesor de pared	O, T6	Usado para tubos estructurales donde se requiere alta resistencia
Barra/Varilla	Ø pocos mm a más de 100 mm	Forjado/extrusión requerido para secciones grandes	O, T6	Componentes forjados para accesorios y elementos de fijación de alta carga

La ruta de procesamiento (laminado vs forjado vs extrusión) y el espesor de la sección cambian significativamente la microestructura, tasa de temple y cinética de precipitación. La chapa y formas de calibres delgados logran tratamientos de alta resistencia más consistentes debido a tasas de temple más rápidas, mientras que la placa gruesa requiere ajustes de proceso (tiempos de solubilización más largos, dispositivos de temple controlados) para evitar zonas centrales blandas y asegurar propiedades mecánicas uniformes.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	2424	EE.UU.	Designación principal en Norteamérica utilizada en aplicaciones aeroespaciales
EN AW	Serie 2xxx (varía)	Europa	La referencia cruzada exacta puede ser a una aleación de la serie 2xxx con equilibrio similar Cu–Mg
JIS	A2xxx (varía)	Japón	Existen designaciones locales; la referencia cruzada debe confirmarse por composición química y propiedades
GB/T	2A24	China	Designador chino común para productos trabajados en frío que usa un número estilo “2Axx” que aproxima al AA 2424

Las referencias cruzadas entre normas son aproximadas y deben validarse mediante composición química y requisitos de propiedades mecánicas para aplicaciones críticas. Las diferencias en niveles permitidos de impurezas, prácticas de certificación y definiciones de tratamientos térmicos implican que los diseñadores siempre deben verificar certificados de materiales y, cuando estén disponibles, usar tablas de equivalencia directa estándar a estándar o realizar ensayos mecánicos para la calificación.

Resistencia a la Corrosión

La resistencia a la corrosión atmosférica del 2424 es moderada e inferior a las aleaciones de las series 5xxx y 6xxx debido a su mayor contenido de cobre, que promueve la corrosión localizada (picaduras) en ambientes agresivos. En servicio atmosférico común, el 2424 se desempeña adecuadamente si está pintado, anodizado o revestido (Alclad) con una capa de aluminio más puro para protección sacrificial; el revestimiento es común en aeroespacial para combinar protección superficial anticorrosiva con alta resistencia del núcleo.

En ambientes marinos o ricos en cloruros, el 2424 es susceptible a picaduras aceleradas y ataque intergranular, particularmente en tratamientos de envejecido pico; se requieren medidas protectoras como revestimientos, recubrimientos, protección catódica o selección de aleaciones alternas (5xxx). Tensiones a tracción y especies corrosivas juntas pueden provocar fisuración por corrosión bajo tensión (SCC) en aleaciones de la serie 2xxx; los tratamientos estabilizados y la evitación de tensiones sostenidas en ambientes agresivos reducen el riesgo de SCC.

Las interacciones galvánicas requieren diseño cuidadoso cuando el 2424 se combina con metales más nobles (por ejemplo, aceros inoxidables, aleaciones de cobre) porque las aleaciones de aluminio con cobre tienden a ser relativamente catódicas en agua de mar; se mitiga la corrosión galvánica con interfaces aislantes, recubrimientos o ánodos sacrificatorios. En comparación con familias 6xxx (Al–Mg–Si) y 5xxx (Al–Mg), el 2424 sacrifica resistencia a la corrosión por mayor resistencia y rendimiento a fatiga, y por ello se usa más comúnmente con esquemas de protección superficial en servicio corrosivo.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldadura del 2424 es desafiante en relación con las aleaciones de las series 5xxx/6xxx debido a la susceptibilidad a grietas en caliente y pérdida de resistencia en la zona afectada por el calor (ZAC). La soldadura por fusión (TIG/MIG/GMAW) típicamente requiere aleaciones de aporte Al–Cu especializadas (como 2319) y control térmico pre y post soldadura; la selección del aportante busca minimizar grietas y aportar propiedades mecánicas compatibles. La soldadura por resistencia y el montaje mecánico son alternativas comunes donde se requieren uniones estructurales completas; si se suelda, puede ser necesario tratamiento térmico posterior de solubilización y envejecido, aunque a menudo impráctico para grandes ensamblajes.

Mecanizado

El 2424 mecaniza razonablemente bien en ciertos tratamientos térmicos debido a su mayor resistencia y tasa de endurecimiento por trabajo que permiten formación de viruta predecible; sin embargo, condiciones de envejecido pico pueden producir mayor desgaste de herramienta. El índice de mecanizabilidad suele ser moderado; se recomienda uso de herramientas de carburo con ángulos positivos y refrigerante adecuado. La práctica típica usa velocidades más lentas y avances mayores que el aluminio puro para controlar rebaba adherida y mantener precisión dimensional en cortes interrumpidos.

Conformabilidad

La conformabilidad es mejor en tratamientos O, T4 y algunos T3 donde la ductilidad y flexibilidad son altas; radios mínimos de doblado son mayores en tratamientos T6/T8 debido a elongación limitada y mayor rebote elástico. El conformado en frío es factible para chapa bajo condiciones controladas con dispositivos y dados configurados para evitar fisuras en radios y orificios. El conformado en caliente o el uso de tratamientos más blandos seguidos de tratamiento térmico localizado pueden ampliar la conformabilidad para formas complejas.

Comportamiento en Tratamiento Térmico

El tratamiento de solubilización para el 2424 se realiza típicamente entre aproximadamente 495–520 °C para disolver fases que contienen Cu y Mg formando una solución sólida sobresaturada. La solubilización adecuada requiere penetración completa de la sección y evitar el incipiente fundido de constituyentes de bajo punto de fusión; la tasa de temple tras solubilización debe ser suficientemente rápida para retener el soluto en sobresaturación, especialmente en secciones gruesas.

El envejecido artificial (T6) suele realizarse entre 160–190 °C por varias horas, produciendo precipitados metaestables coherentes (θ′ y S′) que proporcionan resistencia máxima; variaciones en tiempo–temperatura crean compromisos entre resistencia máxima y tenacidad a la fractura. Las designaciones T como T8 y T851 incorporan trabajo en frío previo y pasos de estabilización para adaptar resistencia a fatiga y SCC manteniendo resistencia elevada.

Si se utiliza una ruta de procesamiento no susceptible a tratamiento térmico, la resistencia puede incrementarse por endurecimiento por deformación (tratamientos H) donde el trabajo en frío aporta mayor límite elástico y resistencia a la tracción; el recocido (O) devuelve ductilidad mediante coarsening de precipitados y disolución del endurecimiento por deformación. En ensamblajes se usan procedimientos de reenvejecido y estabilización para controlar la evolución a largo plazo de las propiedades en servicio.

Comportamiento a Alta Temperatura

Las temperaturas de servicio para el 2424 son limitadas en comparación con aceros y algunas aleaciones de aluminio para alta temperatura; exposiciones prolongadas por encima de aproximadamente 120–150 °C reducen progresivamente límite elástico y resistencia a la tracción debido a coarsening y disolución de precipitados. Exposiciones cortas a temperaturas más altas (hasta ~200 °C) son tolerables pero afectan la vida a fatiga y estabilidad dimensional.

La oxidación en aire es mínima en el rango de temperatura típico para aplicaciones estructurales debido a la película protectora de óxido de aluminio, aunque puede ocurrir escalado a alta temperatura y oxidación intergranular en servicio extendido a temperaturas elevadas. El ablandamiento de la zona afectada por el calor (ZAC) alrededor de soldaduras y tratamientos térmicos debe considerarse en componentes sometidos a cargas térmicas cíclicas.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Por qué se Usa 2424
Aeroespacial	Accesorios, costillas de ala, superficies de control	Alta relación resistencia-peso, buen comportamiento a fatiga, posibilidad de revestimiento para protección contra corrosión
Marina	Elementos estructurales (protegidos), piezas de embellecimiento	Alta resistencia a fatiga en condiciones protegidas o recubiertas; usado donde la resistencia supera inconvenientes de corrosión
Automotriz / Motorsport	Brazos de suspensión, componentes de chasis	Alta resistencia específica, tenacidad y resistencia a fatiga para aplicaciones de alto rendimiento
Electrónica	Soportes estructurales, disipadores térmicos moderados	Conductividad térmica razonable combinada con capacidad estructural
Defensa	Accesorios de armadura, montajes	Tolerancia al daño y alta capacidad de carga en piezas críticas para la misión

El 2424 se utiliza cuando se requiere un balance de alta resistencia estática, tolerancia al daño y vida a fatiga, y donde se puede proporcionar protección superficial para mitigar la corrosión. La aleación se aplica frecuentemente en aeroespacial y vehículos de alto rendimiento donde el ahorro de peso es crítico pero no puede sacrificarse la tenacidad.

Información para la Selección

Elija 2424 cuando el diseño requiera una mayor resistencia específica y propiedades superiores de fatiga/fractura en comparación con aleaciones endurecidas por trabajo, y cuando la aplicación pueda soportar recubrimientos, revestimientos o medidas de diseño para controlar la corrosión. La aleación resulta particularmente atractiva para accesorios aeroespaciales, componentes estructurales y piezas de chasis de alto rendimiento donde la resistencia y tenacidad tratables térmicamente son prioritarias.

En comparación con el aluminio comercialmente puro (1100), el 2424 intercambia una resistencia y resistencia a la fatiga mucho mayores por una conductividad eléctrica y térmica reducidas y una menor conformabilidad en templas máximas. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, el 2424 ofrece una resistencia estática sustancialmente más alta pero típicamente menor resistencia a la corrosión, por lo que a menudo se requieren recubrimientos protectores o revestimientos. En comparación con aleaciones tratables térmicamente comunes como 6061, el 2424 proporciona una resistencia máxima más alta y mejor tenacidad a la fatiga/fractura en muchas condiciones, y se elige cuando esas propiedades tienen más peso que los beneficios de la superior soldabilidad y resistencia a la corrosión de 6061.

Resumen Final

El aluminio 2424 sigue siendo una opción relevante de alta resistencia y tratable térmicamente para aplicaciones estructurales exigentes y críticas frente a fatiga, donde el equilibrio entre resistencia, tenacidad y vida útil es más importante que la resistencia intrínseca a la corrosión. Con la selección adecuada del temple, protección superficial y controles de fabricación, el 2424 ofrece una combinación atractiva de rendimiento mecánico para usos aeroespaciales, de automovilismo y aplicaciones industriales especializadas.