Aluminio 319: Composición, Propiedades, Guía de Tratamientos Térmicos y Aplicaciones

Visión General Completa

319 es una aleación de aluminio fundido perteneciente a la serie 3xx de aleaciones Al-Si-Cu para fundición. Está diseñada principalmente como una aleación de aluminio para fundición endurecible por tratamiento térmico, enriquecida con silicio, donde se añade cobre para aumentar la resistencia y mejorar la estabilidad mecánica a temperaturas elevadas.

Los principales elementos aleantes son silicio y cobre, con niveles controlados de hierro, manganeso, magnesio, cromo y trazas de titanio y otros. El fortalecimiento se deriva predominantemente del tratamiento de solución y envejecimiento artificial (endurecimiento por precipitación de fases ricas en Cu), combinado con el refinamiento microestructural del silicio en eutéctico y las dispersiones intermetálicas.

Las características clave del 319 incluyen resistencia relativamente alta en estado fundido y endurecido por envejecimiento, buena estabilidad térmica, resistencia a la corrosión razonable para ambientes automotrices y buena colabilidad para componentes complejos de paredes delgadas. La soldabilidad y maquinabilidad son buenas si se usan consumibles y prácticas adecuadas, mientras que la formabilidad es limitada en comparación con aleaciones trabajadas; esto hace que el 319 sea ideal para componentes fundidos en lugar de chapas formadas o extrusiones.

Las industrias típicas incluyen piezas de tren motriz automotriz y fundiciones estructurales, componentes de motor y transmisión, carcasas de bombas y algunos accesorios marinos. Los ingenieros eligen 319 cuando se requieren geometrías complejas y resistencia moderada a alta tras el tratamiento térmico y cuando el procesamiento por fundición y la integración dimensional priman sobre los beneficios de productos trabajados.

Variantes del Estado de Tratamiento

Estado	Nivel de Resistencia	Alargamiento	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O (recocido/fundido)	Bajo	Moderado	Limitada	Buena con procedimientos de reparación	Estado fundido o alivio de tensiones; ductilidad más alta entre estados de fundición
T5	Medio-Alto	Moderado-Bajo	Limitada	Buena con precalentamiento	Enfriado desde fundición y envejecido artificialmente; mejora la resistencia sin tratamiento de solución
T6	Alto	Bajo-Moderado	Limitada	Reparable; riesgo de ablandamiento en HAZ	Tratado térmicamente por solución y envejecido artificialmente; estado de producción habitual para 319
T7	Medio	Moderado	Limitada	Buena con aporte adecuado	Sobre envejecimiento para estabilización térmica y dimensional
Hxxxx (deformación en frío local)	Variable	Variable	Mala	A menudo requiere procedimientos especiales	Deformación en frío local usada raramente; la mayoría de las aplicaciones 319 dependen del tratamiento térmico en lugar de deformación en frío intensa

El estado de tratamiento controla significativamente el equilibrio entre resistencia y ductilidad para fundidos 319. El estado T6 produce la resistencia práctica más alta para muchos componentes, pero reduce la ductilidad e incrementa el riesgo de ablandamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) alrededor de reparaciones por soldadura, mientras que T7 o T5 se utilizan cuando se desea estabilidad térmica o resistencia en estado fundido sin tratamiento completo de solución.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	5.5–7.5	Elemento principal de aleación para fundición; mejora la fluidez y reduce la contracción
Fe	≤1.3	Elemento impureza; forma intermetálicos que pueden fragilizar y afectar la fatiga
Mn	0.2–0.6	Controla la morfología de intermetálicos de Fe y mejora la tenacidad
Mg	0.05–0.45	Contribuyente menor al endurecimiento por envejecimiento en algunos estados; a menudo controlado bajo
Cu	2.5–4.0	Principal elemento de fortalecimiento mediante precipitación de fases ricas en Cu
Zn	≤0.2	Elemento menor; generalmente limitado para controlar efectos de corrosión
Cr	0.04–0.25	Refina la estructura granular y estabiliza la microestructura contra sobre envejecimiento
Ti	0.02–0.12	Refinador de grano para control microestructural en fundición
Otros	≤0.15	Incluye Ni, Pb, Sn, Bi y residuos; mantenidos bajos para preservar colabilidad y comportamiento mecánico

Los rangos de composición anteriores representan especificaciones comunes de A319; los límites reales dependen del estándar suministrante y la práctica de fundición. El silicio determina el comportamiento de fundición y la morfología eutéctica, mientras que el cobre aporta fortalecimiento por precipitados tras tratamiento de solución y envejecimiento; hierro y manganeso controlan la morfología de las fases intermetálicas que influyen en ductilidad y fatiga.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción del 319 muestra una dependencia marcada del estado de tratamiento y el espesor de sección. En condición fundida o mínimamente tratada, la aleación presenta resistencia última moderada con elongación razonable, mientras que estados tratados térmicamente por solución y envejecimiento artificial (T6) producen un incremento notable en límites elástico y último a costa de cierta reducción de ductilidad.

La resistencia al límite elástico mejora sustancialmente por precipitación de fases ricas en Cu en condición T6; las relaciones típicas de límite a resistencia indican una transición elasto-plástica relativamente estrecha comparada con aleaciones trabajadas más dúctiles. La elongación suele ser limitada en secciones de fundición gruesas debido a eutéctico de silicio más grueso y redes intermetálicas, por lo que el diseño debe considerar baja ductilidad en componentes de paredes gruesas.

La dureza se correlaciona con el estado y microestructura, aumentando notablemente tras solución y envejecimiento; los valores Brinell reflejan esto con T6 significativamente más duro que estado fundido. El desempeño a fatiga es moderado para 319 y está fuertemente influenciado por defectos de fundición, acabado superficial y presencia de intermetálicos; técnicas como granallado, mecanizado superficial y tratamiento térmico adecuado son estrategias comunes de mejora de fatiga.

Propiedad	O/Recocido	Estado Clave (T6)	Notas
Resistencia a la tracción	180–240 MPa (aprox.)	260–350 MPa (aprox.)	Varía ampliamente con espesor y método de fundición
Límite elástico	90–140 MPa (aprox.)	170–240 MPa (aprox.)	Precipitación de Cu eleva el límite en T6
Alargamiento	2–10 % (varía con sección)	1–6 % (varía con sección)	Caída de elongación en T6 y al aumentar espesor
Dureza	60–90 HB (aprox.)	90–130 HB (aprox.)	Dureza que corresponde al estado de precipitación y morfología del silicio

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.68 g/cm³	Típica para aleaciones de fundición Al–Si; buena relación resistencia-peso
Rango de fusión	~520–640 °C	Intervalo sólido-líquido depende del contenido de Si y Cu; presenta características eutécticas
Conductividad térmica	~120 W/m·K (aprox.)	Menor que Al puro debido a la aleación; suficientemente alta para muchas aplicaciones térmicas
Conductividad eléctrica	~30–40 % IACS (aprox.)	Reducida respecto a Al puro por contenido de aleación e intermetálicos
Calor específico	~900 J/kg·K	Típico en aleaciones de aluminio a temperatura ambiente
Coeficiente de expansión térmica	~22–24 µm/m·K	Valor similar a otras aleaciones de fundición Al–Si

El conjunto de propiedades físicas respalda la selección de 319 para fundidos con carga térmica donde el ahorro de peso y una conductividad térmica razonable son importantes. El comportamiento de fusión y solidificación es crítico para diseño de moldes y control de porosidad dado que la aleación tiene un rango de congelación amplio y forma intermetálicos complejos.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Estados Comunes	Notas
Fundición (arena, molde permanente, matriz)	Paredes delgadas a secciones pesadas (1 mm a >100 mm)	Varía mucho según espesor y tasa de enfriamiento	O, T5, T6, T7	Forma principal de producto; excelente para geometrías complejas integradas
Placa / Placa de fundición	Hasta varias decenas de mm (en estado fundido o homogenizado)	Similar a comportamiento fundido; laminado poco común	O, T6 después de tratamiento térmico	Rara como placa laminada; usualmente fundida a medida y mecanizada
Extrusión	No típica	No aplicable	—	319 no se produce como stock estándar de extrusión; composición no optimizada para extrusión
Tubo	Limitado (tubo fundido o fabricado)	Variable	O, T6	Tubos fundidos o mecanizados a partir de bloques fundidos usados para piezas especializadas
Barra / Varilla	Limitado (barra fundida)	Variable	O, T6	Disponible en lingotes o toletes fundidos para mecanizado; no común como varilla trabajada

El 319 es principalmente una aleación para fundición y la mayoría de las formas de producto son componentes fundidos mediante métodos de arena, moldes permanentes o matrices de alta presión. Las formas trabajadas y los productos tradicionales de chapa/placa/extrusión son poco comunes o no estándar porque la composición está optimizada para colabilidad y endurecimiento por precipitación más que para trabajo en frío extenso.

Grados equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	319	EE.UU.	Designación de aleación para fundición según Aluminum Association; especificación base común
EN	AlSi9Cu (aprox.)	Europa	Equivalente aproximado en composición y uso previsto; propiedades mecánicas exactas varían según norma
JIS	AC9x (aprox.)	Japón	Clases japonesas de fundición con familias comparables de Si–Cu; verificar número JIS específico
GB/T	AlSi9Cu3 (aprox.)	China	Aleación común china para fundición con balance similar de Si y Cu; verificar tolerancias locales

No existe una norma global única que coincida exactamente con A319 debido a que las familias de aleaciones para fundición varían regionalmente y las normas agrupan los metales de forma diferente. Los grados equivalentes listados arriba son aproximaciones en composición o función y los ingenieros deben comparar los límites químicos y mecánicos específicos en cada norma antes de realizar sustituciones.

Resistencia a la corrosión

La resistencia a la corrosión atmosférica del 319 es generalmente buena para ambientes automotrices e industriales debido a la matriz rica en silicio y el contenido controlado de cobre, que ofrecen un comportamiento pasivo razonable. Sin embargo, el cobre reduce la resistencia a la corrosión en comparación con aleaciones de aluminio con bajo contenido de aleantes y puede aumentar la susceptibilidad a ataques localizados en ambientes agresivos con cloruros.

En exposiciones marinas o ambientes con alta concentración de cloruros, el 319 presenta un desempeño moderadamente bueno, pero no iguala a aleaciones marinas especializadas como las aleaciones Al–Mg serie 5xxx ni a ciertos materiales inoxidables; es común aplicar recubrimientos sacrificiales, anodizado o pinturas protectoras para prolongar la vida útil. La resistencia al picado se ve afectada por la porosidad de la fundición, el acabado superficial y el tratamiento térmico, por lo que el sellado o mecanizado posterior a la fundición suele mejorar el desempeño a largo plazo.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) no es un modo dominante de falla para el 319 bajo condiciones normales de servicio, pero la presencia de cobre y tensiones residuales tensiles (por ejemplo, derivadas de soldadura) pueden aumentar el riesgo de SCC en ambientes altamente agresivos. Las interacciones galvánicas con metales más nobles (por ejemplo, acero inoxidable, cobre) pueden acelerar la corrosión localizada en puntos de contacto, por lo que se recomienda aislamiento o recubrimientos donde haya contacto entre metales disímiles.

En comparación con otras familias de aleaciones, el 319 ofrece mejor resistencia a la corrosión que las aleaciones trabajadas con alto contenido de cobre, pero resistencia inferior a las aleaciones Al–Mg serie 5xxx; los diseñadores seleccionan el 319 cuando se priorizan la fundibilidad y la estabilidad térmica, aceptando medidas moderadas de protección contra la corrosión.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

La soldadura de fundiciones 319 es factible mediante técnicas TIG, MIG o soldadura fuerte, cuando se utilizan calentamientos previos adecuados y selección correcta de material de aporte. Aleaciones de aporte Al–Si como ER4043 o ER4047 son comúnmente recomendadas para reducir la tendencia a fisuras por caliente y para acomodar diferencias en expansión térmica y comportamiento de fusión.

La zona afectada por el calor puede experimentar ablandamiento local debido a la disolución o crecimiento de precipitados en piezas tratadas térmicamente; las soldaduras de reparación deben ir seguidas de tratamientos térmicos apropiados cuando la estabilidad dimensional y las propiedades mecánicas son críticas. El precalentamiento, control de temperaturas entre pasadas y minimización de restricciones reducirán fisuras y distorsiones durante la soldadura.

Maquinabilidad

El 319 es considerado un buen candidato para el mecanizado debido a la presencia de silicio eutéctico que favorece la rotura de virutas y no degrada excesivamente la resistencia a la abrasión de la herramienta. Se recomienda el uso de herramientas de carburo con ángulo positivo y control adecuado del refrigerante para obtener mayores velocidades de remoción y acabados superficiales predecibles.

Las velocidades de corte para aleaciones de fundición de aluminio son generalmente altas en comparación con los aceros, pero deben ajustarse según el contenido de silicio y la dureza de sección; la vida útil de la herramienta se beneficia de una evacuación de viruta adecuada y evitando rozamientos prolongados. El acabado superficial y la exactitud dimensional están fuertemente influenciados por la porosidad de la fundición y la heterogeneidad microestructural; el mecanizado de acabado suele efectuarse tras un tratamiento de alivio de tensiones o tratamiento de solución.

Formabilidad

La conformación del 319 es limitada pues es una aleación para fundición no diseñada para procesos con grandes deformaciones plásticas; doblado, estirado o embutición profunda se realizan normalmente sólo en secciones delgadas o preparadas especialmente. Las mejores prácticas consisten en diseñar detalles fundidos en la geometría de la pieza para evitar conformados posteriores y aprovechar la capacidad de la fundición para formas complejas.

La conformación fría local o doblado mecánico puede usarse para ajustes menores, pero la baja ductilidad en estados endurecidos por envejecimiento y la naturaleza frágil de ciertos intermetálicos limitan conformados extensos. Cuando se requieren detalles conformados, considere usar aleaciones trabajadas alternativas o diseñar el detalle en la pieza fundida para eliminar etapas de conformado.

Comportamiento al tratamiento térmico

El 319 es una aleación para fundición susceptible a tratamientos térmicos que responde bien a ciclos de tratamiento de solución y envejecimiento artificial para desarrollar microestructuras fortalecidas por precipitación. El tratamiento de solución suele efectuarse a temperaturas en torno a ~505–545 °C durante varias horas según el espesor de sección, seguido de un temple rápido para retener el soluto en solución sólida.

El envejecimiento artificial (T6) se realiza comúnmente a temperaturas entre ~150–200 °C durante varias horas para precipitar fases ricas en Cu (theta prime e intermetálicos relacionados) que aumentan la resistencia y dureza. El T5 (envejecimiento directo) se usa cuando no es práctico el tratamiento de solución completo; ofrece mejora pero típicamente menor resistencia pico que el T6 completo.

Las condiciones T7 o sobremaduradas se usan cuando se requiere estabilidad térmica y resistencia a cambios de propiedades en servicio; el sobremadurado coarsifica los precipitados, reduce la resistencia máxima pero mejora la estabilidad dimensional y la resistencia al ablandamiento térmico. El control de la velocidad de temple, los perfiles de envejecimiento y los tiempos de permanencia específicos por sección es crucial para obtener propiedades consistentes y limitar distorsiones o tensiones residuales inducidas por el temple.

Comportamiento a alta temperatura

El 319 mantiene resistencia mecánica útil hasta temperaturas elevadas moderadas, pero las fases fortalecidas por precipitación comienzan a crecer excesivamente por encima de temperaturas típicas de servicio superiores a ~150–200 °C. Para exposiciones continuas por encima de estas temperaturas, se debe esperar pérdida progresiva de resistencia y considerar estados sobremadurados o aleaciones diseñadas específicamente para estabilidad a altas temperaturas.

La oxidación del aluminio a temperaturas elevadas es moderada y forma una capa protectora de óxido, pero el ambiente y la presencia de cloruros pueden alterar este comportamiento y acelerar la degradación. Las zonas afectadas por el calor de la soldadura y regiones recalentadas localmente pueden experimentar ablandamiento y pérdida de propiedades máximas cuando están expuestas a altas temperaturas o ciclos térmicos repetidos.

Para componentes sujetos a fatiga térmica o cargas térmicas cíclicas, la selección cuidadosa del temple (T7 o estados estabilizados), el control de esfuerzos residuales y el uso de recubrimientos o protección anódica pueden mejorar la vida útil. Para cargas sostenidas a alta temperatura pueden requerirse aleaciones específicas para altas temperaturas o clases de materiales diferentes.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de componente	Por qué se usa el 319
Automotriz	Cárteres de transmisión y componentes de motor	Buena fundibilidad, integración dimensional y resistencia por endurecimiento por envejecimiento
Marino	Cárteres de bomba y accesorios estructurales fundidos	Resistencia razonable a la corrosión con buena capacidad de detalle en fundición
Aeroespacial	Accesorios y soportes no críticos	Alta relación resistencia-peso para piezas complejas fundidas y estabilidad térmica
Electrónica	Carcasas y disipadores térmicos	Conductividad térmica adecuada y capacidad para fundir características integradas

El 319 se selecciona a menudo cuando la geometría compleja, los nervios integrados y las fundiciones de paredes finas junto con el mecanizado posterior reducen el montaje y el peso. La aleación equilibra la fundibilidad, la resistencia tras tratamiento térmico y el coste para muchos componentes producidos en masa en sectores automotriz y de transporte.

Consideraciones para la selección

Al seleccionar el 319, se favorece para geometrías complejas fundidas que requieren resistencia media a alta tras el tratamiento térmico y donde las características integradas reducen las operaciones de ensamblaje. Su fundibilidad y desempeño mecánico T6 lo convierten en una opción práctica para carcasas automotrices e industriales donde las alternativas trabajadas son impracticables.

En comparación con aluminio comercialmente puro (1100), el 319 intercambia conductividad eléctrica y térmica y formabilidad por una resistencia notablemente mayor y mejor estabilidad térmica/mecánica. Frente a aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, el 319 ofrece mayor resistencia por envejecimiento pero generalmente menor resistencia a la corrosión en algunos ambientes; puede ser necesario compensar con recubrimientos o márgenes para corrosión.

En comparación con aleaciones trabajadas tratables térmicamente comunes como 6061/6063, el 319 puede presentar menor desempeño máximo