Aluminio 3004: Composición, Propiedades, Guía de temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

El Alloy 3004 forma parte de la serie 3xxx de aleaciones de aluminio laminadas, clasificado específicamente dentro del grupo 3xxx Mn-Mg. Sus principales elementos de aleación son manganeso (Mn) y magnesio (Mg), con pequeñas cantidades controladas de hierro, silicio y elementos traza.

El 3004 es una aleación no tratable térmicamente, endurecida por deformación; el fortalecimiento se logra principalmente mediante trabajo en frío (endurecimiento por esfuerzo) en lugar de endurecimiento por precipitación. Este mecanismo permite combinaciones seleccionables de resistencia y ductilidad variando el temple (grado de deformación y/o recocido).

Las características clave del 3004 incluyen una resistencia de moderada a buena para una aleación 3xxx, mejor conformabilidad en condiciones recocidas, resistencia a la corrosión aceptable en ambientes atmosféricos típicos y buenas características generales de unión. Se usa comúnmente en cuerpos de latas de bebidas, intercambiadores de calor, chapa arquitectónica y otras aplicaciones en forma de chapa donde se requiere un equilibrio entre formabilidad y resistencia.

Los ingenieros seleccionan 3004 cuando se necesita un aumento de resistencia sobre 3003 sin abandonar las características de embutición profunda/formabilidad de la familia 3xxx. Se elige sobre aleaciones tratables térmicamente de mayor resistencia cuando se requieren formas severas o chapa altamente manufacturable y sensible al costo.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Baja	Alta (20–30%)	Excelente	Excelente	Condición completamente recocida para máxima formabilidad
H14	Media	Baja–Moderada (6–12%)	Buena	Buena	Endurecida por esfuerzo a un cuarto de dureza; común para piezas embutidas/formadas
H18	Alta	Baja (3–8%)	Limitada	Buena	Totalmente endurecida; usada donde se requiere mayor resistencia y rigidez
H24	Media	Moderada (10–18%)	Buena	Buena	Endurecida por esfuerzo y luego parcialmente recocida; equilibrio entre formabilidad y resistencia
H26	Media-Alta	Moderada (8–14%)	Regular	Buena	Temple en dos pasos para alcanzar propiedades mecánicas intermedias
H28	Alta	Baja (4–10%)	Limitada	Buena	Mayor trabajo en frío para aumentar límite elástico y resistencia a la tracción

El temple tiene un efecto pronunciado en las propiedades del 3004 porque la aleación depende de la deformación para su fortalecimiento. Pasar de O a la serie H incrementa el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción mientras reduce la ductilidad y la formabilidad para estirado, lo cual debe considerarse en procesos de embutición profunda o doblado complejo.

La soldabilidad se mantiene robusta en la mayoría de los temple debido a que el 3004 no es tratable térmicamente; sin embargo, debe considerarse el recocido localizado en la zona afectada por el calor y la reducción de resistencia post-soldadura en temple endurecido por deformación al diseñar uniones.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	0.05–0.6	Controlado para limitar intermetálicos frágiles; mayor Si puede mejorar la fundibilidad en otras aleaciones.
Fe	0.2–0.7	Impureza común; mayores cantidades forman partículas intermetálicas que reducen ligeramente la ductilidad.
Mn	1.0–1.5	Fortalecedor principal; promueve estabilidad de grano y aumenta capacidad de endurecimiento por esfuerzo.
Mg	0.8–1.3	Contribuye al endurecimiento por deformación y a un modesto fortalecimiento por solución sólida.
Cu	0.05–0.2	Mantenido bajo para preservar resistencia a la corrosión; pequeñas cantidades incrementan marginalmente la resistencia.
Zn	0.05–0.2	Minoritario; impacto limitado en estos niveles, monitoreado para evitar corrosión intergranular.
Cr	0.05–0.20	Niveles traza que pueden refinar la estructura de grano y mejorar ligeramente la resistencia a la corrosión.
Ti	≤0.15	Desoxidante y refinador de grano en ciertas prácticas de fabricación; controla tamaño de grano.
Otros	≤0.05 cada uno, ≤0.15 total	Residuos y elementos traza; balance de aluminio (~96.2–98.8%).

El manganeso y el magnesio son los principales responsables del desempeño: Mn estabiliza y refina la microestructura y mejora la resistencia a la recristalización, mientras que Mg mejora el endurecimiento por deformación y proporciona un modesto fortalecimiento por solución sólida. Los elementos impuros como hierro y silicio forman fases intermetálicas que pueden reducir la ductilidad e influir en la apariencia superficial; el control estricto de estos es importante para chapa que será sometida a embutición profunda o acabado decorativo.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción del 3004 es característico de aleaciones de aluminio trabajadas en frío y no tratables térmicamente. En estado recocido la aleación muestra límites elásticos y resistencias a la tracción relativamente bajos con alta elongación uniforme, lo que permite embutición profunda y conformado; tras un trabajo en frío moderado el límite elástico aumenta considerablemente y la elongación disminuye, generando una ventana útil de resistencia para componentes estructurales en chapa.

El límite elástico y la resistencia máxima a la tracción son sensibles al espesor y al temple. Los espesores delgados típicamente muestran un límite elástico aparente más alto debido al endurecimiento superficial y a la textura inducida por el procesamiento; por el contrario, placas o extrusiones más gruesas pueden presentar menor respuesta al trabajo en frío y una resistencia ligeramente inferior para temple equivalente.

El desempeño a fatiga es moderado y depende del acabado superficial y las tensiones residuales por conformado o soldadura; rayaduras y muescas superficiales reducen sustancialmente la vida a fatiga. La dureza sigue la respuesta a tracción y es útil como chequeo rápido en campo para condición de temple y grado de trabajo en frío.

Propiedad	O/Recocida	Temple Clave (H14)	Notas
Resistencia a la tracción (UTS)	110–145 MPa	170–230 MPa	Rango depende de espesor, historial de procesamiento y temple exacto.
Límite elástico (0,2% offset)	35–75 MPa	120–170 MPa	Los límites elásticos en H14 muestran aumento sustancial respecto a valores recocidos debido al endurecimiento por esfuerzo.
Elongación (A50 mm)	20–30%	6–12%	La elongación disminuye marcadamente con mayor trabajo en frío.
Dureza (Brinell, aprox.)	30–45 HB	55–85 HB	La dureza correlaciona con el temple; útil para control de calidad y verificaciones en servicio.

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.70–2.73 g/cm³	Típica de aleaciones laminadas de aluminio; influye en cálculos de masa y rigidez.
Rango de Fusión	~640–650 °C	Solidus y liquidus cercanos; comportamiento de fusión similar a aleaciones comerciales de Al.
Conductividad Térmica	~120–160 W/m·K	Menor que aluminio puro por elementos de aleación; sigue siendo buena para aplicaciones de transferencia de calor.
Conductividad Eléctrica	~30–40 % IACS (~17–23 MS/m)	Reducida respecto al Al puro; los diseños eléctricos deben considerar mayor resistividad.
Calor Específico	~900 J/kg·K	Valor típico para aleaciones de aluminio usados en modelado térmico.
Expansión Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Coeficiente relativamente alto; importante para diseño de uniones con materiales disímiles.

Estas constantes físicas reflejan la utilidad del 3004 en aplicaciones donde importa el transporte térmico y baja densidad pero no se requiere resistencia térmica extrema. Las conductividades térmica y eléctrica son menores que las del Al puro pero siguen siendo favorables respecto a muchos aceros, haciendo al 3004 adecuado para aletas de intercambiadores de calor y carcasas conductoras donde se necesitan resistencia y formabilidad.

Los datos de expansión y conductividad térmica son críticos para ensamblajes multi-materiales; los diseñadores deben considerar la expansión diferencial al unir o fijar mecánicamente el 3004 a metales con coeficientes significativamente distintos.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento Mecánico	Temple Común	Notas
Chapa	0.2–4.0 mm	Buena respuesta al trabajo en frío; calibres delgados fácilmente formables	O, H14, H24	Ampliamente utilizada para cuerpos de latas de bebida y paneles arquitectónicos.
Placa	>4.0 mm hasta ~12 mm	Endurecimiento por deformación reducido según el espesor; puede ser alivianada de tensiones	O, H18, H26	Placas usadas donde se aceptan paneles más grandes o componentes de embutición superficial.
Extrusión	Perfiles hasta secciones transversales moderadas	Endurecimiento limitado comparado con chapa laminada; requiere temple post-extrusión	H14, H26	Menos común que otras aleaciones para extrusiones complejas; buena para perfiles simples.
Tubo	Diámetro externo típico 6–200 mm	Dibujo en frío y recocido controlan propiedades de la pared	O, H14	Usado en tuberías para intercambiadores de calor y aplicaciones estructurales; la resistencia a la corrosión es importante.
Barra/Barrena	Diámetros hasta ~100 mm	La resistencia aumenta con el trabajo en frío; mecanizabilidad variable	H14, H18	Utilizado para accesorios fabricados y componentes mecánicos que requieren resistencia moderada.

La selección de la forma de producto está determinada por la susceptibilidad de la aleación al endurecimiento por deformación y las operaciones previstas de conformado. Los productos en chapa y calibres delgados predominan porque aprovechan la excelente conformabilidad del 3004 en condición recocida y el fortalecimiento controlable mediante trabajo en frío.

Los productos más gruesos como placa y barra suelen requerir diferentes procesos (laminado en caliente, ciclos de solubilización/recocido) para lograr propiedades uniformes; tales formas se eligen donde los requerimientos de geometría y rigidez prevalecen sobre la capacidad de conformado profundo.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	3004	USA	Designación de Aluminum Association comúnmente usada en compras.
EN AW	3004	Europa	Equivalente EN AW-3004; tolerancias químicas y métodos de ensayo mecánico según normas EN.
JIS	A3004 (o similar)	Japón	Normas japonesas listan aleaciones aluminio-manganeso-magnesio con ligeras diferencias en la denominación.
GB/T	3A04 / 3004	China	Designación china comúnmente expresada como 3A04; las tolerancias de composición pueden variar ligeramente.

Las normas equivalentes son ampliamente interoperables pero pueden variar en límites permitidos de impurezas, templas especificadas y procedimientos de ensayo. Los compradores deben solicitar siempre la norma específica (AA, EN, JIS, GB/T) y certificación de temple porque los criterios de aceptación de propiedades mecánicas y rangos de espesor en chapa pueden diferir entre regiones.

Las rutas de proceso en planta (programa de laminado, parámetros de recocido, tratamientos de superficie finales) también pueden causar diferencias medibles en textura y conformabilidad aún cuando la composición química cumple con el mismo grado nominal.

Resistencia a la Corrosión

En servicio atmosférico, el 3004 exhibe buena resistencia general a la corrosión comparable a otras aleaciones Al-Mn; forma una capa de óxido auto-reparadora que protege el metal base bajo exposición ambiental normal. La presencia de magnesio altera levemente las tendencias de corrosión localizada pero no compromete significativamente el desempeño general atmosférico para usos previstos como revestimientos arquitectónicos o cuerpos de latas de bebida.

En ambientes marinos o con cloruros, el 3004 es más susceptible a corrosión por picaduras y en grietas que las aleaciones Al-Mg (5xxx); bordes expuestos, soldaduras y grietas requieren atención al diseño y, cuando sea posible, recubrimientos protectores o anodizado. Para inmersión marina prolongada, generalmente se prefieren aleaciones con mayor magnesio (5052) o recubrimientos protectores.

La grieta por corrosión bajo tensión (SCC) no es una preocupación mayor para 3004 comparado con aleaciones de alta resistencia y tratamiento térmico; la naturaleza no tratable térmicamente y la resistencia relativamente baja disminuyen la susceptibilidad a SCC. Cuando está en contacto galvánico, el 3004 es anodicamente activo respecto a aceros inoxidables y metales nobles, por lo que se recomienda aislamiento eléctrico o herrajes y recubrimientos compatibles para mitigar la corrosión galvánica.

Comparado con el aluminio comercial puro 1xxx, el 3004 intercambia una conductividad ligeramente reducida por mayor resistencia mientras mantiene un comportamiento similar en corrosión general. Frente a las aleaciones 5xxx, el 3004 suele tener menor resistencia a picaduras pero mejor conformabilidad en templas recocidas.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

El 3004 puede ser soldado fácilmente por procesos comunes de fusión como GTAW (TIG) y GMAW (MIG); métodos de unión en estado sólido como soldadura por puntos por resistencia también son factibles para ensamblajes en chapa. Los alambres de aporte típicos incluyen aleaciones Al-Mg-Si o Al-Si (ej. ER4043 o ER5356) seleccionados para equilibrar la soldabilidad, resistencia a la corrosión y compatibilidad mecánica con el metal base.

Las tendencias a fisuras en caliente son bajas comparadas con aleaciones de alta resistencia tratables térmicamente, pero se debe cuidar el diseño de junta y la entrada térmica para evitar recocidos locales excesivos en templas endurecidas por deformación. Las propiedades mecánicas posteriores a la soldadura reflejarán ablandamiento en ZAC donde el material base estuvo trabajado en frío; los diseñadores deben prever reducción local en límite elástico en partes muy trabajadas.

Mecanizabilidad

La mecanizabilidad del 3004 es de regular a moderada y generalmente inferior a aleaciones de aluminio con aditivos de mecanizable libre como plomo o bismuto. La aleación tiende a ser más dúctil y puede generar virutas largas y filamentosas a menos que se rompan con geometría de herramienta y cortes interrumpidos; se recomiendan herramientas de carburo con ángulo de corte positivo y rompevirutas.

Velocidades y avances de corte deben ajustarse según el temple y sección seleccionados; los lubricantes y refrigerantes en abundancia mejoran la vida útil de herramienta y acabado superficial. Para componentes de precisión con altas tasas de mecanizado, pueden preferirse aleaciones tratables térmicamente con grados de mecanizabilidad diseñados o aditivos específicos.

Conformabilidad

La conformabilidad es una de las fortalezas del 3004 en condición recocida O, permitiendo embutición profunda, planchado y estampado complejo comúnmente usado en fabricación de envases. Los radios internos mínimos para doblez dependen del temple y espesor, pero la templabilidad O típicamente admite radios de 1–2× espesor (t), mientras que el temple endurecido H14 puede requerir radios mayores de 2–4×t para evitar grietas.

El trabajo en frío incrementa la resistencia pero reduce la elongación; el rebote elástico es moderado y debe considerarse en el diseño de dados. Técnicas como recocidos intermedios, lubricación controlada y conformado por estirado mejoran resultados para geometrías complejas.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

El 3004 no es tratable térmicamente y no responde al tratamiento de solubilización y envejecimiento artificial como las aleaciones 6xxx o 7xxx. Los intentos de tratamiento de solución proporcionan fortalecimiento limitado porque el Mn y Mg contribuyen principalmente al endurecimiento por trabajo en frío y efectos de solución sólida en lugar de precipitados de endurecimiento por edad.

El control de propiedades se logra mediante trabajo en frío y ciclos de recocido: el recocido completo (O) se realiza típicamente calentando a temperaturas adecuadas (usualmente entre 300–420 °C según la práctica de planta), manteniendo para recristalización y luego enfriando para lograr máxima ductilidad. Recocidos parciales (templas H2x, H3x) se utilizan para fijar equilibrios intermedios de resistencia/ductilidad tras deformación en frío.

La nomenclatura tipo T (por ejemplo, T5/T6) no es generalmente aplicable ni efectiva para 3004 porque el endurecimiento por precipitación es mínimo; la especificación y selección de templas debe limitarse a familias H y O para resultados predecibles.

Desempeño a Alta Temperatura

La resistencia del 3004 se degrada con el aumento de la temperatura y ocurre un ablandamiento significativo muy por debajo del punto de fusión típico de la aleación; por encima de aproximadamente 100–150 °C la resistencia sostenida disminuye y la fluencia se vuelve más importante. Para exposiciones intermitentes a temperatura elevada, el 3004 puede usarse hasta temperaturas modestas, pero no se recomienda servicio estructural continuo por encima de ~150 °C.

La oxidación es mínima a temperaturas elevadas comunes en servicio porque el aluminio forma una capa de óxido protector; sin embargo, son prudentes recubrimientos protectores y sellos en juntas en presencia de humedad caliente prolongada o atmósferas corrosivas. La exposición térmica también puede aliviar el trabajo en frío y alterar propiedades mecánicas en templas previamente deformadas, por lo que se debe considerar la historia térmica para componentes usados cerca de sus límites térmicos.

La zona afectada por el calor en soldadura mostrará ablandamiento local donde existía trabajo en frío previo; esta reducción localizada de resistencia debe considerarse al diseñar ensamblajes soldados destinados a ambientes de temperatura elevada.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se utiliza el 3004
Embalaje / Bebidas	Cuerpos y envolventes de latas	Excelente conformabilidad para embutido profundo y balance de resistencia para la fabricación de latas de chapa fina
HVAC / Intercambio de Calor	Aletas, bobinas, tubos	Buena conductividad térmica y conformabilidad para aletado y tubos
Arquitectura	Revestimientos, frisos	Conformabilidad, potencial de acabado superficial y resistencia moderada a la corrosión
Automoción	Paneles interiores, molduras no estructurales	Conformabilidad y ahorro de peso en piezas estampadas
Electrónica	Disipadores de calor, carcasas	Gestión térmica combinada con capacidad de fabricación y rentabilidad

El 3004 se utiliza ampliamente cuando se requieren buena conformabilidad de la chapa y un aumento moderado de la resistencia respecto al 3003 sin sacrificar la capacidad de fabricación ni aumentar significativamente el costo. Su uso en cuerpos de latas de bebidas ejemplifica un entorno de producción exigente donde la conformabilidad consistente, el acabado superficial y el costo por kilogramo son críticos.

Para componentes que requieren mayor resistencia a la corrosión o una mayor resistencia sostenida a temperaturas elevadas, pueden seleccionarse otras familias de aleaciones, pero para aplicaciones de chapa formada en gran volumen, el 3004 sigue siendo una opción económica y robusta.

Consideraciones para la Selección

Elija el 3004 cuando necesite mayor resistencia formable que el aluminio comercialmente puro (1100) conservando gran parte de la trabajabilidad y el acabado superficial superior del 1100. Comparado con el 1100, el 3004 sacrifica algo de conductividad eléctrica y ductilidad máxima para ofrecer un mejor límite elástico y resistencia a la tracción, lo que permite utilizar espesores más delgados en piezas formadas.

En comparación con aleaciones cercanas endurecidas por trabajo como 3003 y 5052, el 3004 se sitúa entre ellas: ofrece mayor resistencia que el 3003 para operaciones similares de conformado y normalmente mejor resistencia general a la corrosión que algunos lotes de 3003, mientras que el 5052 proporciona mejor resistencia a la corrosión marina y mayor resistencia a costa de algo de conformabilidad. En relación con aleaciones tratables térmicamente como 6061 o 6063, el 3004 se escoge cuando la conformabilidad y la producción económica de chapa son prioridades y no se requiere la máxima resistencia final; es preferido para componentes embutidos en profundidad y producciones continuas donde los tratamientos térmicos serían imprácticos.

Resumen Final

La aleación 3004 sigue siendo relevante porque cubre un nicho práctico: una aleación Al-Mn-Mg endurecible por trabajo que combina una conformabilidad confiable para embutido profundo con un aumento útil de resistencia respecto a las aleaciones básicas del grupo 3xxx. Su resistencia equilibrada a la corrosión, buen comportamiento en uniones y favorable economía de producción la convierten en un pilar para envases de bebidas, componentes HVAC y chapa arquitectónica formada donde la capacidad de fabricación y el control de costos son fundamentales.