Aluminio 3B21: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Resumen Completo

3B21 es un miembro de la serie 3xxx de aleaciones de aluminio, caracterizado principalmente por la aleación basada en manganeso y perteneciente a la familia no tratable térmicamente. Está formulado para aprovechar el endurecimiento por solución sólida proporcionado por el Mn y, en algunas variantes, por adiciones modestas de Mg; el fortalecimiento se logra predominantemente mediante deformación en frío en lugar de tratamientos térmicos de precipitación.

Las principales características de 3B21 incluyen una resistencia moderada a buena en comparación con el aluminio puro, excelente conformabilidad en estado recocido, buena resistencia a la corrosión atmosférica general y soldabilidad sencilla con métodos estándar de soldadura de aluminio. Las industrias típicas que utilizan 3B21 abarcan desde transporte y paneles exteriores automotrices hasta bienes de consumo y algunas estructuras secundarias marinas donde se requiere un equilibrio entre conformabilidad y resistencia a la corrosión.

Los ingenieros eligen 3B21 cuando se requiere una combinación de ductilidad para operaciones de conformado y un mejor desempeño mecánico que el aluminio comercialmente puro sin la complejidad del tratamiento térmico. Su competitividad frente a otras aleaciones deriva de su baja densidad, respuesta predecible a la deformación en frío y costo relativamente bajo de producción y fabricación.

La selección suele favorecer 3B21 frente a aleaciones tratables térmicamente de mayor resistencia cuando deben conservarse operaciones complejas de conformado y buen acabado superficial, y frente a aluminio puro o aleaciones más blandas cuando se desea una capacidad estructural adicional y resistencia a abolladuras.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Alargamiento	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alto (30–45%)	Excelente	Excelente	Totalmente recocido, ideal para embutición profunda y conformado
H12	Bajo-Medio	Medio-Alto (20–30%)	Muy Bueno	Muy Bueno	Endurecido por deformación ligera tras trabajo mecánico parcial
H14	Medio	Medio (10–20%)	Bueno	Muy Bueno	Temple comercial común por trabajo en frío para chapa; mayor límite elástico
H16	Medio-Alto	Medio (8–15%)	Reducido	Bueno	Mayor grado de endurecimiento para mejorar la rigidez
H18	Alto	Bajo-Medio (6–12%)	Limitado	Bueno	Trabajo en frío más intenso, resistencia incrementada para paneles estructurales
H24	Medio-Alto	Medio (10–18%)	Bueno	Muy Bueno	Endurecido y estabilizado por deformación; conserva parte de la conformabilidad
T3 (donde aplica)	No Aplica	No Aplica	No Aplica	No Aplica	No es una vía principal — las aleaciones 3xxx no son tratables térmicamente; designaciones T usadas para estabilización tras solución en algunas especificaciones

La práctica de designación de temple para 3B21 sigue el manejo convencional de la serie 3xxx: temple blando O para máxima conformabilidad y una variedad de temple H para incrementos graduados en la resistencia mediante trabajo en frío. La elección de un temple equilibra la complejidad del conformado, el control del rebote elástico y la rigidez requerida en servicio; la reparación por soldadura y el ensamblaje posterior al conformado deben considerar cualquier ablandamiento local en zonas soldadas con temple H.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.6	Impureza típica; el exceso reduce la ductilidad y promueve la formación de intermetálicos
Fe	≤ 0.7	Impureza común; influye en la estructura granular y puede formar fases frágiles
Mn	0.8–1.5	Elemento principal de aleación para la familia 3xxx; mejora la resistencia e inhibe la recristalización
Mg	0.1–0.6	Adición menor en algunas variantes; aumenta el endurecimiento por solución sólida y mejora el endurecimiento por deformación
Cu	≤ 0.2	Bajos niveles pueden estar presentes; mejora ligeramente la resistencia pero reduce la resistencia a la corrosión
Zn	≤ 0.25	Generalmente bajo; contenidos más altos no son típicos en la familia 3xxx
Cr	≤ 0.10	Cantidad trazas para controlar la estructura granular y mejorar la estabilidad del temple
Ti	≤ 0.15	Pequeñas adiciones para refinamiento de grano en productos fundidos o trabajados
Otros (cada uno)	≤ 0.05–0.15	Otros residuos (Ni, Pb, Sn) mantenidos bajos para evitar fragilidad o fases perjudiciales

La química de la aleación 3B21 está orientada hacia un balance dominado por manganeso que proporciona endurecimiento estable por deformación en frío y ductilidad robusta. El Mn reduce la recristalización y forma dispersoides finos que brindan estabilidad granular durante el conformado y exposiciones térmicas moderadas. El Mg, cuando está presente en cantidades modestas, aumenta la resistencia mediante efectos de solución sólida y mejora la capacidad de endurecimiento por deformación, pero debe limitarse para evitar las susceptibilidades observadas en aleaciones 5xxx con mayor contenido de Mg.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción del 3B21 sigue las tendencias clásicas de la serie 3xxx: la condición recocida (O) exhibe límites elásticos y resistencias a la tracción relativamente bajos con alto alargamiento uniforme que permite conformado severo. El trabajo en frío (temples H) produce incrementos significativos en límites elásticos y resistencia a la tracción a costa de ductilidad y doblabilidad, y el rebote elástico incrementa con mayor endurecimiento por deformación. El espesor y el historial de procesamiento influyen fuertemente en las propiedades medidas; calibres más finos pueden mostrar mayor resistencia aparente debido al endurecimiento por laminado en frío durante la fabricación.

La dureza se correlaciona estrechamente con el temple: la dureza Rockwell o Brinell aumenta de forma predecible con el número H. El desempeño a fatiga del 3B21 es moderado — mejor que el aluminio puro debido a su mayor resistencia base, pero inferior a algunas aleaciones tratables térmicamente; el acabado superficial, las tensiones residuales por conformado y las entalladuras dominan la vida útil. Las relaciones límite elástico/resistencia a la tracción son moderadas; la entrada localizada de calor (por ejemplo, soldadura) puede producir ablandamiento en la zona afectada por el calentamiento (HAZ), especialmente en temples con alto endurecimiento por deformación.

Los límites de conformado en frío están gobernados por el temple y el tamaño de grano; el temple O permite radios de embutición profunda dentro de tolerancias sensibles de panel, mientras que H18 puede requerir radios de doblado mayores y pasos progresivos de conformado. Los valores típicos a continuación son rangos representativos para calibres comunes de chapa y temples habituales.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (p. ej., H14)	Notas
Resistencia a la Tracción	90–130 MPa	150–220 MPa	Los valores varían con el calibre y lote exacto de aleación; H14 típico para paneles estructurales moderados
Límite Elástico	30–70 MPa	100–160 MPa	El límite elástico aumenta sustancialmente con el trabajo en frío; ganancia baja en O
Alargamiento	30–45%	8–20%	El alargamiento depende del temple y la trayectoria de deformación durante el conformado
Dureza (HB)	25–45 HB	50–85 HB	La dureza aumenta con el temple H; la conversión a HRC/HRB varía

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.70 g/cm³	Típica de aleaciones de aluminio trabajadas; beneficiosa para la relación resistencia-peso
Rango de Fusión	~640–655 °C	La aleación disminuye ligeramente el sólido respecto al aluminio puro (660 °C)
Conductividad Térmica	~120–150 W/m·K	Menor que el aluminio puro; aún alta para aplicaciones de disipación de calor
Conductividad Eléctrica	~28–40% IACS	Reducida respecto a la serie 1xxx debido a la aleación; depende del contenido de Mn/Mg
Calor Específico	~0.88–0.91 J/g·K	Típico para aleaciones de aluminio alrededor de temperatura ambiente
Coeficiente de Dilatación Térmica	~23–24 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Similar a otras aleaciones de aluminio; importante para diseño de ciclos térmicos

3B21 mantiene las ventajas térmicas y eléctricas del aluminio mientras acepta reducciones modestas por la aleación. La conductividad térmica sigue siendo suficientemente alta para componentes de dispersión de calor y partes de gestión térmica en consumo. El coeficiente de expansión térmica es comparable a otras aleaciones de aluminio y debe considerarse en uniones multi-material para controlar tensiones térmicas.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0.2–6.0 mm	La resistencia varía según el temple; los calibres delgados suelen ser ligeramente más duros	O, H14, H24	Ampliamente usada para paneles, carcasas y piezas formadas
Placa	>6 mm hasta 25 mm	Menor contribución de trabajo en frío en placas más gruesas	O, H18	Se utiliza cuando se requieren secciones transversales mayores; se considera mecanizado/formado de placa
Extrusión	Perfiles de varios metros	La resistencia depende del enfriamiento de la sección transversal; moderada	O, H112	Las formas extruidas usan Mn para estabilizar el grano durante la extrusión
Tubo	Diámetros de pequeño a grande	Espesor de pared y temple determinan la rigidez	O, H16	Tubos trefilados o extruidos para estructuras ligeras
Barra/Varilla	Diámetros y planos	Típicamente más blandos en condición recocida; pueden ser trefilados en frío	O, H12	Producción para componentes mecanizados y fijaciones cuando es apropiado

Las rutas de formado y procesamiento dictan la elección de la forma del producto: el laminado de chapa proporciona un acabado superficial superior y control estricto del espesor para paneles visibles, mientras que la extrusión ofrece secciones transversales complejas pero requiere atención a los efectos de envejecimiento/deformación. Las placas y secciones más gruesas a menudo requieren métodos de formado diferentes (formado incremental, formado en caliente) para lograr formas comparables. Los ensamblajes soldados deben considerar el ablandamiento local del temple y la posible distorsión en componentes delgados.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	3B21	EE.UU.	Designación usada en algunos catálogos de proveedores; no está estandarizada universalmente en todas las listas AA
EN AW	3003 / familia 3xxx	Europa	Los equivalentes europeos de productos trabajados más cercanos están en la serie 3xxx AW; la equivalencia directa uno a uno requiere verificación de composición
JIS	A3003 / A3xxx	Japón	Los grados japoneses de la serie 3xxx exhiben química basada en Mn y propiedades similares
GB/T	3B21	China	La designación china 3B21 se alinea con la numeración local de aleaciones y controles de composición

La correlación directa entre normas debe realizarse usando límites de composición y requerimientos mecánicos en lugar del nombre solamente. Pequeñas diferencias en impurezas permitidas, contenido de Mg y prácticas de temple pueden producir diferencias medibles en propiedades; por lo tanto, para aplicaciones críticas, solicite certificados de fábrica y realice ensayos comparativos en vez de basarse solo en tablas nominales de equivalencia.

Resistencia a la Corrosión

El 3B21 ofrece buena resistencia general a la corrosión atmosférica típica de aleaciones 3xxx que contienen Mn; se forma rápidamente una película de óxido que protege la matriz en la mayoría de ambientes no agresivos. En atmósferas urbanas e industriales, la aleación funciona bien, y en muchos casos se prefiere sobre aluminio puro cuando se requiere un incremento pequeño en resistencia mecánica sin comprometer el comportamiento frente a la corrosión ambiental.

En ambientes marinos, el 3B21 brinda resistencia razonable a la corrosión uniforme pero es más vulnerable al ataque localizado (picaduras) y exfoliación en condiciones altamente ricas en cloruros en comparación con algunas aleaciones Al-Mg (series 5xxx) o aleaciones recubiertas especialmente. El acabado superficial, el recubrimiento y la limpieza de la aleación (reducción de Fe y Cu) influyen significativamente en el desempeño en exposiciones marinas.

La susceptibilidad a la corrosión por tensión para aleaciones Mn 3xxx es generalmente baja comparada con aleaciones que contienen Cu o alto Mg; sin embargo, las interacciones galvánicas con materiales más nobles (acero inoxidable, cobre) promoverán la corrosión acelerada del aluminio cuando estén en contacto con electrolito. Los diseñadores deben considerar protección sacrificial y aislamiento eléctrico para prevenir la degradación galvánica en ensamblajes de metales mixtos.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

Las soldaduras en 3B21 se realizan fácilmente con procesos comunes como TIG y MIG usando protección con argón y prácticas estándar de preparación. La selección de aportes suele favorecer aportes tipo Al-Mn o Al-Si para coincidir en comportamiento mecánico y minimizar la fisuración en caliente; 4043 (Al-Si) y 5356 (Al-Mg) son usados comúnmente según el balance deseado entre ductilidad y resistencia. Los templados con endurecimiento por deformación intenso experimentarán ablandamiento en la zona afectada por el calor y posible reducción de propiedades locales; se debe planificar las condiciones mecánicas antes y después de la soldadura.

Mecanizado

La mecanización es moderada y peor que las aleaciones de Cu de fácil mecanizado o los aceros, pero viable con herramientas adecuadas. Herramientas con punta de carburo y geometría positiva, estrategias de alta alimentación y refrigeración por inundación proporcionan el mejor equilibrio entre vida útil y acabado superficial. Las virutas tienden a ser continuas y dúctiles; es recomendable controlar el filo adherido y usar geometrías adecuadas para romper virutas en producción.

Conformabilidad

La conformabilidad es excelente en temple O y buena en templados bajos H para la mayoría de operaciones comunes de estampado y embutición. Los radios mínimos típicos de doblado en temple O pueden ser tan bajos como 0.5–1.0T para dobleces simples, pero deben considerarse rebotes y adelgazamiento durante embutición profunda. Los templados por trabajo en frío (H16–H18) requieren radios mayores y conformado en etapas para evitar fisuras; el recocido puede restaurar conformabilidad si es necesario.

Comportamiento a Tratamientos Térmicos

Como aleación principalmente no tratable térmicamente, 3B21 no responde a tratamientos de solubilización y envejecimiento para producir un endurecimiento significativo. Los intentos con ciclos convencionales de solución y envejecimiento no logran ganancias similares a las alcanzables en familias 6xxx/7xxx. En cambio, el control de propiedades mecánicas se logra mediante trabajo en frío (endurecimiento por deformación) y recocidos controlados.

El recocido para recuperar ductilidad se realiza en rangos típicos para aluminio, comúnmente entre ~300–420 °C según el espesor de chapa y la estructura de grano deseada, seguido por enfriamiento controlado. El recocido excesivo puede aumentar el tamaño del grano y reducir la conformabilidad en algunas operaciones; las prácticas de temple H estabilizado (p. ej., H24) usan estabilización térmica modesta o alivio de tensiones de bajo nivel para minimizar desviaciones de propiedades.

Para diseños que requieren mayor resistencia que la alcanzable por trabajo en frío, los ingenieros deben evaluar alternativas tratables térmicamente; de otro modo, las secuencias de conformado en frío, el trabajo con matrices progresivas y los programas de trabajo en frío son el enfoque estándar para 3B21.

Desempeño a Alta Temperatura

3B21 conserva propiedades útiles a temperaturas elevadas moderadas pero experimenta pérdida progresiva de resistencia por arriba de aproximadamente 100–150 °C, con reducciones significativas en límite elástico y resistencia a fluencia a temperaturas mayores. Para servicio continuo a alta temperatura o donde la fluencia sea crítica, se prefieren aleaciones para alta temperatura o aceros inoxidables.

La oxidación no es una preocupación limitante en aire para exposiciones breves debido a la película protectora de óxido de aluminio; sin embargo, exposiciones prolongadas en atmósferas oxidantes agresivas o ricas en cloruros a temperaturas elevadas degradarán las escalas protectoras y acelerarán el ataque. Las zonas afectadas por calor de soldaduras pueden presentar capacidad mecánica reducida y ablandamiento local, lo que debe considerarse en ciclos térmicos o cargas a alta temperatura.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Por Qué Se Usa 3B21
Automotriz	Paneles internos/externos de carrocería, molduras	Buena conformabilidad para estampado complejo y resistencia moderada para resistencia a golpes
Marina	Estructuras secundarias, molduras	Resistencia a la corrosión adecuada y facilidad de fabricación; bajo peso
Aeroespacial	Accesorios no críticos, carenados	Relación resistencia-peso favorable y buena conformabilidad para paneles moldeados
Electrónica	Carcasas, disipadores de calor	Alta conductividad térmica y fácil acabado superficial

3B21 se selecciona comúnmente cuando se requiere un equilibrio entre conformabilidad, resistencia a la corrosión y desempeño estructural moderado a bajo costo. Su versatilidad en chapa y formas extruidas lo hace un material práctico para paneles visibles, carcasas formadas y miembros estructurales secundarios donde el ahorro de peso y la economía de fabricación son prioritarios.

Consejos de Selección

Al seleccionar 3B21, priorice aplicaciones que requieran excelente conformabilidad y buen desempeño contra la corrosión con resistencia moderada. Use temple O para embutición profunda y formas complejas; utilice templados H para componentes que necesiten mayor rigidez o resistencia a golpes sin entrar en la complejidad de tratamientos térmicos.

Comparado con aluminio comercialmente puro (1100), 3B21 intercambia una conductividad eléctrica y térmica algo menor por una resistencia mucho mayor y mejor capacidad de endurecimiento por deformación. Comparado con aleaciones endurecidas por trabajo comunes como 3003 o 5052, 3B21 se ubica típicamente en un punto medio: más resistente que el Al puro pero con resistencia a la corrosión similar o ligeramente mejor que aleaciones 5xxx con más Mg. Frente a aleaciones tratables térmicamente como 6061 o 6063, 3B21 ofrece mejor conformabilidad en condición recocida y más facilidad de fabricación, pero menor resistencia máxima; prefiera 3B21 cuando la conformabilidad y resistencia a la corrosión sean más importantes que la máxima resistencia.

Resumen Final

3B21 se mantiene como un aluminio laminado práctico a base de Mn que combina una excelente conformabilidad, resistencia a la corrosión confiable y un endurecimiento por trabajo en frío predecible para una amplia gama de aplicaciones estructurales y conformadas ligeras. Su equilibrio de propiedades y fabricación sencilla lo convierten en una opción rentable cuando la resistencia moderada y la alta manufacturabilidad son los principales factores de diseño.