Aluminio 383: Composición, Propiedades, Guía de Tratamientos Térmicos y Aplicaciones

Descripción General Completa

La aleación 383 (comúnmente referida como A383 en la nomenclatura de fundición a presión) es una aleación fundida de aluminio-silicio-cobre que pertenece a la familia de fundición Al–Si–Cu, a menudo catalogada en la serie de fundición 3xx.x. Su composición química se centra en un contenido relativamente alto de silicio con adiciones intencionadas de cobre para aumentar la resistencia y permitir el endurecimiento por envejecimiento; el resto es aluminio con trazas de agentes aleantes ajustados para la fundibilidad.

El fortalecimiento en la 383 se basa principalmente en el endurecimiento por precipitación/envejecimiento inducido por Cu y en menor medida por Mg, combinado con el refinamiento microestructural obtenido durante la solidificación y el tratamiento térmico; por lo tanto, esta aleación se clasifica como tratable térmicamente en la práctica común de ingeniería para piezas fundidas a presión. Las características típicas incluyen buena fluidez en la fundición a presión y estabilidad dimensional, resistencia estática moderada a alta después del envejecimiento, conductividad térmica aceptable y resistencia a la corrosión razonable en ambientes atmosféricos; la conformabilidad no es un factor principal de diseño porque la 383 está destinada a geometrías fundidas en lugar de conformado en chapa.

Las industrias que utilizan más comúnmente la 383 incluyen la automotriz (carcasas estructurales, componentes de transmisión y motor), electrónica de consumo (carcasas estructurales y conectores) y algunos equipos industriales donde se requieren geometrías fundidas delgadas y complejas con resistencia moderada. Los ingenieros seleccionan la 383 sobre otras aleaciones cuando la fabricabilidad por fundición a presión, la tolerancia dimensional y la capacidad de alcanzar mayor resistencia mediante tratamiento térmico post-fundición son prioritarios sobre la ductilidad y acabado superficial de productos trabajados en caliente o laminados.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O (Estado natural / Recocido)	Bajo	Mayor (3–8% típico)	De pobre a aceptable	Aceptable	Estructura microestructural sin tratamiento; la ductilidad más alta para piezas fundidas
T5 (Envejecido artificialmente)	Medio	Menor (1–4%)	Pobre	De aceptable a pobre	Común en fundiciones a presión envejecidas directamente tras temple o enfriamiento lento
T6 (Tratado en solución y envejecido artificialmente)	Alto	Bajo (1–3%)	Pobre	Limitada	Alcanza la máxima resistencia mediante solución, temple y envejecimiento
T7 (Sobreenvejecido / Estabilizado)	Medio–Alto	Bajo–Moderado	Pobre	Limitada	Usado para mejorar la estabilidad y tenacidad con pérdida moderada de resistencia máxima
HT (Tratamientos térmicos especiales)	Variable	Variable	Pobre	Variable	Ciclos estabilizadores propietarios para optimización dimensional o mecánica

La selección del temple tiene un impacto importante en el desempeño de la 383: T6 proporciona las propiedades estáticas máximas a costa de la elongación, mientras que T5 es un compromiso favorable para producción que evita el tratamiento térmico completo de solución. La condición como fundida (O) retiene la mayor ductilidad y reduce el riesgo de distorsión, pero ofrece una resistencia y dureza sustancialmente inferiores frente a las condiciones T5/T6.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	8.5–11.5	Elemento principal de aleación; controla la fluidez, reduce el encogimiento y modifica la resistencia
Fe	0.6–1.5	Elemento impureza; forma intermetálicos que pueden fragilizar límites de grano si está en exceso
Mn	0.2–0.6	Modifica intermetálicos de Fe y mejora ligeramente resistencia y tenacidad
Mg	0.05–0.30	Contribuye al endurecimiento por precipitación junto con Cu; frecuentemente bajo en grados fundidos
Cu	2.0–3.5	Principal adición para endurecimiento por envejecimiento; aumenta resistencia y puede reducir la resistencia a la corrosión
Zn	0.1–0.5	Elementos menores; típicamente controlados a valores bajos, influencia marginal en resistencia
Cr	0.05–0.25	Refinador de grano y ayuda a controlar la morfología de intermetálicos
Ti	0.02–0.15	Usado como refinador de grano durante la fusión y operacione de fundición
Otros (Ni, Pb, Sn, balance Al)	Traza	Pequeñas adiciones controladas o residuales; el aluminio constituye el resto de la aleación

La química de la 383 está optimizada para fundibilidad y endurecimiento por envejecimiento: el silicio mejora la fluidez y reduce el encogimiento, mientras que el cobre proporciona un potente mecanismo de endurecimiento por precipitación. El hierro y manganeso controlan las fases intermetálicas e influyen en la tenacidad; elementos menores como Ti y Cr se usan para refinar el grano y mejorar la alimentación durante la solidificación.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción de la 383 depende fuertemente de la calidad de fundición, espesor de sección y temple. El material como fundido muestra típicamente resistencia última a la tracción moderada con ductilidad relativamente baja atribuible a la porosidad y partículas gruesas de silicio; después de tratamientos térmicos T5/T6 la aleación desarrolla precipitados que incrementan los límites elásticos y resistencias últimas, pero reducen la elongación.

La resistencia al límite elástico varía según la condición de envejecimiento y el tamaño de la sección: los componentes de paredes delgadas responden más rápido al envejecimiento artificial y presentan límites elásticos más altos que secciones más gruesas debido a tasas de temple más rápidas y microestructura más fina. La dureza aumenta significativamente del estado O al T6, reflejando la precipitación de fases ricas en Cu; los valores de dureza Brinell van de relativamente baja (fundida blanda) a media-alta según el tratamiento térmico.

La resistencia a la fatiga de la 383 es menor que la de aleaciones de aluminio trabajadas debido a que la porosidad y los intermetálicos actúan como sitios de iniciación de grietas; el diseño para fatiga requiere prácticas de fundición controladas y a menudo densificación o tratamientos superficiales posteriores. Los efectos de espesor son pronunciados: las secciones más gruesas se enfrían lentamente, coarsifican el silicio eutéctico y los intermetálicos, y muestran resistencia y vida a fatiga reducidas en comparación con fundiciones de paredes delgadas.

Propiedad	O/Recocido	Temple clave (ej. T6)	Notas
Resistencia a tracción (UTS)	120–200 MPa	260–350 MPa	Amplio rango debido a espesor, porosidad y tratamiento térmico
Resistencia al límite elástico (0.2% de desviación)	70–140 MPa	180–300 MPa	T6 aumenta notablemente el límite elástico por precipitación de Cu
Elongación	3–8%	1–4%	La ductilidad disminuye con el aumento de resistencia y envejecimiento
Dureza (HB)	50–80 HB	80–110 HB	La dureza Brinell crece con el envejecimiento y la reducción de porosidad

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.70–2.78 g/cm³	Típica para aleaciones de fundición Al–Si, ligeramente dependiente de la porosidad
Intervalo de Fusión	~515–615 °C (solidus–líquido)	El silicio eutéctico y primario influyen en el intervalo de fusión; control del proceso crítico
Conductividad Térmica	~120–150 W/m·K	Inferior al aluminio puro debido a aleación; aun así buena para disipación térmica
Conductividad Eléctrica	~20–35% IACS	Reducida por elementos de aleación especialmente Cu y Si
Calor Específico	~0.85–0.95 J/g·K	Calor específico típico del aluminio; varía ligeramente con la temperatura
Coeficiente de Expansión Térmica	21–24 µm/m·K	Coeficiente similar al de muchas aleaciones de fundición Al–Si

El perfil físico hace que la 383 sea atractiva para componentes que requieren buena disipación térmica con masa relativamente baja. El comportamiento de fusión y solidificación es clave para el diseño del proceso de fundición a presión porque la estructura eutéctica y la morfología del silicio primario controlan las propiedades mecánicas y las tendencias al encogimiento.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Fundiciones a presión (principal)	Espesor de pared 1–12 mm	Secciones delgadas: mayor resistencia tras el envejecimiento; secciones gruesas: menor resistencia	O, T5, T6	Forma más común para 383; geometrías complejas, paredes delgadas
Fundiciones en molde de arena / permanente	>10 mm	Estructura más gruesa, propiedades mecánicas inferiores	O, HT	Usado para piezas grandes donde el fundido a presión es impráctico
Lingote / Placa	Tamaños de materia prima para fundición	No aplicable	En bruto, fundido	Proporcionado a fundidores y fundiciones para reprocesado
Componentes mecanizados	Varía tras fundición	La resistencia depende de la fundición base y el tratamiento térmico	T5/T6	El mecanizado post-fundición es común para características críticas
Forja/Extrusión	Raro	No se procesa típicamente por extrusión/forja	N/A	La química de la aleación y el diseño orientado al fundido hacen que la extrusión sea poco común

El 383 se produce y consume principalmente como componentes fundidos a presión; cualquier procesamiento en chapa, placa o en forma trabajada es poco común y generalmente se evita porque la aleación está optimizada para propiedades controladas por solidificación. El diseño y el procesamiento deben considerar el espesor de la sección y la alimentación para minimizar la porosidad y asegurar un desempeño mecánico predecible en la pieza terminada.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	383 / A383.0	USA	Designación común de la Asociación del Aluminio para fundición Al–Si–Cu a presión
EN AW	AlSi9Cu3(Fe) / similar	Europa	Nomenclatura típica EN para familia química similar
JIS	ADC12 (equivalencia cercana)	Japón	ADC12 es comúnmente referenciado como contraparte al A383 en fundición a presión
GB/T	AlSi9Cu3 / similar	China	Normas chinas de fundición listan aleaciones Al–Si–Cu comparables con propiedades similares

La equivalencia es funcional más que exacta; los rangos de composición, límites de impurezas (particularmente hierro y plomo) y los tratamientos térmicos permitidos pueden variar según región y norma. Al sustituir, los ingenieros deben conciliar diferencias en porcentajes de Cu y Si, impurezas permisibles y rangos documentados de propiedades mecánicas en lugar de basarse solo en la equivalencia nominal.

Resistencia a la Corrosión

En condiciones atmosféricas, el 383 muestra una resistencia razonable debido a la formación de una película protectora de óxido de aluminio; las tasas de corrosión general son moderadas excepto en ambientes con cloruros o ácidos que aceleran el ataque. Las adiciones de cobre, aunque beneficiosas para la resistencia, reducen la resistencia a la corrosión localizada, haciendo que las piezas con alto contenido superficial de Cu sean más susceptibles a la picadura en ambientes agresivos.

En ambientes marinos o con alto contenido de cloruros, el 383 es inferior a las aleaciones Al–Mg de la serie 5xxx porque el Cu promueve sitios micro-galvánicos y picaduras; los diseñadores deben considerar recubrimientos, anodizado o protección catódica donde se espere exposición a agua de mar. La corrosión bajo tensión (SCC) no es un modo de falla predominante en 383 comparado con aleaciones trabajadas de alta resistencia, pero los intermetálicos gruesos y defectos de fundición pueden localizar tensiones y promover la iniciación de grietas bajo carga cíclica en presencia de agentes corrosivos.

Se debe prestar atención a las interacciones galvánicas: cuando se une con componentes de acero, inoxidable o cobre, el 383 típicamente será anódico y corroerá preferencialmente en presencia de electrolito conductor; se recomienda diseño de juntas, barreras aislantes o recubrimientos protectores. Comparado con otras familias de aleaciones, el 383 equilibra fundibilidad y resistencia a costo de una resistencia marina y a picaduras algo reducida en comparación con las series Al–Mg.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldadura del 383 es factible pero desafiante; la microestructura del fundido a presión, la porosidad y el alto contenido de silicio aumentan la susceptibilidad a fisura en caliente y producen ablandamiento variable en la zona afectada por el calor (HAZ). Las técnicas TIG y MIG pueden usarse para reparación o ensamblaje, pero con frecuencia requieren procedimientos pre y post-soldadura como preparación de sustrato, aleaciones de aporte especializadas (rellenos Al-Si como el 4043 se usan para igualar el contenido de silicio) y eliminación de gases atrapados. Soldaduras extensas pueden degradar propiedades mecánicas e introducir zonas HAZ con menor resistencia que la condición base T5/T6; se recomienda minimizar soldaduras en secciones críticas sometidas a carga.

Maquinabilidad

La maquinabilidad del 383 fundido es generalmente buena comparada con muchas aleaciones trabajadas debido a que la microestructura Al–Si produce virutas cortas y quebradizas que son fáciles de romper, y se puede mecanizar a velocidades moderadas a altas. Se recomiendan herramientas de carburo con recubrimientos adecuados para una vida útil consistente; el uso de refrigerante ayuda a controlar temperatura y evacuación de viruta en cavidades profundas. El acabado superficial puede verse afectado por la porosidad e intermetálicos; los procesos de acabado suelen incluir fijaciones antivibración y avances conservadores para evitar vibraciones y defectos superficiales incorporados.

Conformabilidad

Como aleación de fundición, el 383 no está diseñado para conformado en frío extensivo; los radios de curvatura para cualquier conformado post-fundición suelen ser grandes y limitados por porosidad localizada e intermetálicos que reducen la ductilidad. Los mejores resultados se obtienen en condición recocida en bruto con deformaciones mínimas, o con diseño geométrico que evite conformado posterior. Cuando se requiere conformado limitado, el formado en caliente a baja temperatura junto con geometría de herramientas adecuadas puede reducir el riesgo de fisura, pero el diseño para fundición a presión net shape es la ruta preferida.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

El tratamiento térmico del 383 sigue las secuencias clásicas de solubilización y envejecimiento usadas para aleaciones fundidas Al–Si–Cu: el tratamiento de solubilización (típicamente entre 495–540 °C según sección y especificación) disuelve fases solubles y homogeneiza la matriz, seguido de un rápido enfriamiento para retener una solución sólida sobresaturada. El envejecimiento artificial (T5/T6) a temperaturas entre ~150–220 °C precipita fases conteniendo Cu y Mg que incrementan significativamente el límite elástico y la resistencia a la tracción; los ciclos de envejecimiento se ajustan para equilibrar resistencia y tenacidad retenida.

Los ciclos T7 y de sobremadurez se aplican cuando se requiere estabilidad dimensional y resistencia al deterioro de propiedades durante servicio o mecanizado; el sobremadurez sacrifica la resistencia máxima para mejorar resistencia al ablandamiento durante exposiciones térmicas posteriores. Para el 383 fundido, lograr una solubilización consistente puede estar limitado por espesor de sección y porosidad atrapada, por lo que muchas piezas de producción usan envejecimiento T5 directamente en condición en bruto para ganar rigidez sin riesgos de distorsión inherentes a la solubilización completa.

Comportamiento a Alta Temperatura

La resistencia mecánica del 383 se degrada progresivamente con la temperatura; el servicio sostenido por encima de ~120–150 °C ocasiona pérdida significativa de los precipitados de envejecimiento y, por lo tanto, reducción en límite elástico y resistencia última. La oxidación a temperaturas elevadas está generalmente limitada por la película de óxido de aluminio, pero la exposición prolongada y ciclos térmicos pueden cambiar las características del óxido superficial y promover crecimiento de escamas en atmósferas agresivas. La zona afectada por el calor próxima a soldaduras puede experimentar ablandamiento localizado y precipitados coarsos, reduciendo la resistencia localizada a alta temperatura y la vida a fatiga.

Para excursiones térmicas cortas a temperaturas elevadas, condiciones de envejecimiento cuidadosamente seleccionadas y estabilización de aleación pueden mitigar la pérdida de propiedades, pero no se recomienda el 383 para uso estructural continuo a alta temperatura; los diseñadores que requieran resistencia sostenida por encima de ~150 °C deben considerar aleaciones de aluminio especializadas para alta temperatura o materiales alternativos.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Por qué se usa 383
Automotriz	Carcasas de transmisión, cuerpos de válvulas	Fundibilidad a presión, control de dimensiones en paredes delgadas y resistencia post-fundición
Electrónica de Consumo	Carcasas, marcos estructurales	Buena conductividad térmica, geometría compleja y economía en fundiciones de alto volumen
Maquinaria Industrial	Carcasas de bombas, cubiertas de compresores	Resistencia a la corrosión en ambientes neutros y libertad en diseño de fundición
HVAC / Gestión Térmica	Carcasas de disipadores, componentes de ventiladores	Conductividad térmica y capacidad para formar aletas integradas en una sola fundición
Conectores Eléctricos	Carcasas para conectores	Estabilidad dimensional, maquinabilidad para características de acople

El 383 se especifica típicamente cuando se requieren geometrías complejas y de paredes delgadas en fundición, resistencia mecánica razonable tras envejecimiento y producción de alto volumen costo-efectiva. El equilibrio de la aleación entre fundibilidad y resistencia post-fundición la convierte en una elección frecuente para carcasas y componentes que requieren características integradas y cargas mecánicas moderadas.

Perspectivas de Selección

Al seleccionar el 383, los ingenieros deben favorecer aplicaciones que requieran formas complejas por fundición a presión y resistencia post-envejecida de moderada a alta, aceptando una menor ductilidad y ciertos compromisos en la corrosión. En comparación con el aluminio comercialmente puro (1100), el 383 ofrece una resistencia significativamente mayor y mejor estabilidad dimensional, pero sacrifica la conductividad eléctrica y la conformabilidad debido a la aleación y la microestructura inducida por la fundición.

Frente a aleaciones comúnmente endurecidas por trabajo en frío como 3003 o 5052, el 383 proporciona una resistencia considerablemente mayor endurecible por envejecimiento para piezas fundidas, aunque queda atrás en resistencia a la corrosión marina y conformabilidad en placa de las aleaciones fabril portadoras de Mg. En comparación con aleaciones fabril tratables térmicamente como 6061/6063, el 383 puede ser preferido cuando la fundición neta y geometrías complejas integradas son las prioridades, aunque las resistencias máximas y la resistencia a la fatiga de las series 6xxx generalmente son superiores para muchas aplicaciones estructurales fabriles.

Resumen Final

La aleación 383 sigue siendo relevante donde la economía de la fundición a presión, la complejidad de paredes delgadas y la capacidad de envejecimiento post-fundición se combinan para cumplir los objetivos de desempeño del componente; su química y flexibilidad de proceso ofrecen a los diseñadores un compromiso práctico entre fundibilidad, resistencia y desempeño térmico. La selección adecuada del temple, el control de las condiciones de fundición y la atención a la protección superficial extienden su vida útil y lo convierten en un caballo de batalla en la industria automotriz, electrónica e industrial en general.