Aluminio 4028: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General

La aleación 4028 pertenece a la serie 4xxx de aleaciones de aluminio, una familia caracterizada por el silicio como principal elemento de aleación. Es un grado microaleado rico en silicio que también contiene cantidades controladas de magnesio y elementos de transición para proporcionar un equilibrio entre resistencia, soldabilidad y conformabilidad.

La aleación logra el fortalecimiento mediante una combinación de efectos controlados de solución sólida, dispersoides finos de silicio y una precipitación limitada proveniente de clusters Mg-Si; en la práctica se comporta como una aleación semi-endurecible por tratamiento térmico con buena respuesta al tratamiento de solubilización y envejecimiento artificial, además de responder favorablemente al endurecimiento por deformación. Sus características típicas incluyen una resistencia a la tracción moderada a alta en estados envejecidos, buena resistencia a la corrosión en ambientes atmosféricos, excelente soldabilidad utilizando rellenos Al-Si y buena conformabilidad en estado recocido.

Las industrias que comúnmente utilizan la 4028 incluyen componentes estructurales y de acabado para automoción, herrajes y carcasas marinas, electrodomésticos de consumo, y algunas estructuras secundarias aeroespaciales donde se requiere un equilibrio entre conformabilidad y relación resistencia-peso. La aleación se selecciona donde los diseñadores necesitan mejor resistencia que los grados comercialmente puros sin comprometer el rendimiento en soldadura y extrusión.

La 4028 se elige frecuentemente en lugar de las aleaciones serie 1000/3000 cuando se requieren mayor resistencia y estabilidad dimensional, y en lugar de las series 6xxx cuando se prioriza una mejor soldabilidad y comportamiento en fundición/extrusión dirigido por el silicio. Su naturaleza semi-endurecible por tratamiento térmico la hace atractiva donde el envejecimiento post-fabricación es factible pero no se necesitan resistencias máximas extremas.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta (20–30%)	Excelente	Excelente	Completamente recocido, máxima ductilidad y conformabilidad
H14	Medio	Moderada (12–18%)	Buena	Excelente	Endurecido por trabajo en un solo paso para rigidez moderada
H24	Medio-Alto	Moderada (10–15%)	Regular-Buena	Excelente	Endurecido y parcialmente estabilizado, buen control del rebote elástico
T4	Medio	Moderada (12–18%)	Buena	Excelente	Tratado térmicamente en solución y envejecido de forma natural, propiedades equilibradas
T5	Medio-Alto	Menor (8–14%)	Regular	Muy buena	Enfriado desde temperatura elevada y envejecido artificialmente, envejecimiento más rápido en producción
T6 / T651	Alto	Menor (8–12%)	Regular-Pobre	Muy buena	Tratado en solución y envejecido artificialmente para máxima resistencia; T651 incluye alivio tensional

El temple regula directamente el compromiso entre resistencia y ductilidad para la 4028 y controla la conformabilidad para operaciones de estampado y embutición profunda. El temple recocido O ofrece máxima elongación y menor límite elástico, mientras que T6/T651 alcanza la máxima resistencia útil a costa de menor doblabilidad y mayor rebote elástico.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	0.9–1.8	Elemento principal de aleación; mejora la fluidez, reduce el rango de fusión y facilita la soldabilidad
Fe	0.4–1.0	Impureza que forma intermetálicos; controlada para limitar la pérdida de ductilidad
Mn	0.05–0.50	Modificador de la estructura de grano y formador de dispersoides para resistencia y tenacidad
Mg	0.15–0.60	Permite endurecimiento por precipitación limitada (clusters Mg-Si) y aumenta resistencia
Cu	0.02–0.30	Bajos niveles para ayudar a la resistencia manteniendo la resistencia a la corrosión
Zn	0.02–0.25	Adición menor, generalmente limitada para evitar susceptibilidad a SCC
Cr	0.01–0.10	Controla estructura granular y reduce recristalización durante el proceso
Ti	0.02–0.12	Refinador de grano usado en metalurgia primaria para microestructura fina
Otros	0.05 máx (cada uno) / 0.15 total	Incluye elementos traza como Zr, Sr; mantenidos bajos para evitar fases perjudiciales

La concentración de silicio define gran parte del comportamiento de la 4028: mejora la colabilidad y compatibilidad con materiales de aporte para soldadura al tiempo que reduce el rango de solidificación. Magnesio y manganeso operan en sinergia para permitir un endurecimiento por envejecimiento moderado y refinar la microestructura procesada, mientras que hierro y otras impurezas requieren control estricto para evitar intermetálicos gruesos que reducen ductilidad y vida a fatiga.

Propiedades Mecánicas

En comportamiento a tracción, la 4028 muestra una marcada diferencia entre los estados recocidos y envejecidos. En condición recocida (O) presenta bajo límite elástico y resistencia a la tracción, pero alta elongación, facilitando embutición profunda y conformados complejos; los estados envejecidos (T5/T6) producen un rango más estrecho entre límite elástico y resistencia máxima y una mayor resistencia última, apta para componentes estructurales.

La resistencia al límite elástico aumenta sustancialmente con tratamiento de solubilización y envejecimiento artificial, típicamente alcanzando el 60–70 % de la resistencia última en condiciones tipo T6. El rendimiento a fatiga depende de la condición superficial y el trabajo en frío; las piezas pulidas y esferoidizadas exhiben límites de resistencia mejorados, mientras que los intermetálicos gruesos por alto contenido de Fe pueden actuar como sitios de iniciación de grietas.

La dureza está correlacionada con el temple; las piezas recocidas son blandas y fáciles de mecanizar, mientras que las superficies T6 alcanzan valores mayores en Brinell o Vickers consistentes con aumento de densidad de dislocaciones y endurecimiento por precipitados. El espesor afecta tanto la respuesta al endurecimiento como la velocidad de enfriamiento durante el tratamiento de solubilización, por lo que piezas de varios milímetros requieren ciclos térmicos controlados para obtener propiedades uniformes.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (T6/T651)	Notas
Resistencia a la Tracción	95–140 MPa	210–270 MPa	Valores T6 dependen del espesor y curva de envejecimiento
Límite Elástico	35–60 MPa	140–200 MPa	Incremento marcado con envejecimiento artificial
Elongación	20–30%	8–12%	La elongación disminuye conforme aumenta la resistencia
Dureza (HB)	25–40 HB	60–90 HB	Dureza correlacionada con resistencia y afecta mecanizado

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.70–2.73 g/cm³	Típico para aleaciones de aluminio, buena relación resistencia-peso
Rango de Fusión	~570–640 °C	La aleación reduce y amplía el intervalo de fusión respecto al Al puro
Conductividad Térmica	120–150 W/m·K	Menor que el Al puro; el silicio y la aleación reducen la conductividad moderadamente
Conductividad Eléctrica	~28–42 % IACS	Depende del temple y aleación; menor que pureza o aleaciones serie 1xxx
Calor Específico	~900 J/kg·K	Calor específico típico del aluminio, útil para gestión térmica
Coeficiente de Expansión Térmica	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Comparable a otras aleaciones de Al; importante para diseño de juntas con metales disímiles

Las propiedades físicas de la 4028 la convierten en una opción favorable para componentes que requieren gestión térmica y construcción ligera. Su conductividad térmica es suficiente para aplicaciones tipo disipador de calor, mientras que su conductividad eléctrica es reducida en comparación con Al puro, por lo que raramente se usa donde se requiere máxima conductividad.

La expansión térmica y el rango de fusión deben considerarse en ensamblajes soldados y procesos a alta temperatura. Es necesario prever holguras para dilatación diferencial y controlar con precisión las tasas de calentamiento/enfriamiento durante tratamiento térmico para evitar deformaciones.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Templados Comunes	Notas
Chapa	0.2–6.0 mm	Uniforme mediante laminado; buena conformabilidad en O/T4	O, H14, T4, T5	Uso generalizado para piezas estampadas y carcasas
Placa	6–50 mm	Menor eficiencia de temple; requiere ciclos de tratamiento de solución más largos	O, T4, T6 (limitado)	Secciones gruesas requieren envejecimiento especial para lograr propiedades objetivo
Extrusión	Perfiles hasta 200 mm	Buena resistencia y estabilidad dimensional tras envejecimiento	O, T5, T6	El silicio facilita la fluidez en extrusión y acabado superficial
Tubo	Pared 0.5–10 mm	Comportamiento similar a chapa; doblado e hidroformado en estado recocido	O, H24, T6	Común para componentes de chasis y conductos
Barra/Baston	Ø3–100 mm	Buena mecanización en O; barras envejecidas usadas para piezas de ajuste	O, T6	Estiradas y rectificadas para piezas de precisión

Las chapas y extrusiones se benefician del equilibrio entre fluidez y resistencia de la aleación; piezas de espesor fino pueden ser tratadas en solución y enfriadas rápidamente para mejor respuesta al envejecimiento. Las placas gruesas requieren ciclos de tratamiento de solución más largos y temple controlado para evitar zonas blandas en el centro y propiedades no uniformes.

Los perfiles extruidos utilizan silicio para reducir el desgaste del dado y mejorar el acabado superficial, mientras que los tubos y barras suelen suministrarse en condiciones recocidas para conformado o en tratamientos de envejecido para componentes mecánicos. La selección de la ruta de procesamiento afecta la microestructura final y debe alinearse con la geometría del componente y el conjunto de propiedades requeridas.

Grados equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	4028	USA	Designación industrial para variante microaleada 4xxx forjada
EN AW	AlSi1MgMn	Europa	Base química equivalente aproximada; aplican códigos regionales de temple
JIS	A4028 (aprox)	Japón	Las designaciones locales varían; ciclos de tratamiento térmico adaptados regionalmente
GB/T	4028	China	Suele producirse con químicas similares pero con tolerancias locales de fabricación

Las normas regionales pueden usar diferentes convenciones de numeración de aleaciones y tolerancias, por lo que la sustitución directa requiere verificación de los rangos químicos exactos y garantías de propiedades mecánicas. Pequeñas diferencias en límites de impurezas, prácticas de refinamiento de grano y elementos traza permitidos pueden afectar la vida a fatiga y la soldabilidad, por lo que la referencia cruzada de ingeniería debe incluir hojas de especificaciones y datos de ensayo.

Resistencia a la corrosión

En ambientes atmosféricos, el 4028 exhibe buena resistencia general a la corrosión, beneficiándose del silicio y bajo contenido de cobre que reducen el potencial galvánico frente a ambientes con cloruros. Se forma rápidamente una capa de óxido protector, y la aleación resiste el adelgazamiento uniforme bajo condiciones típicas de exposición al exterior.

Los ambientes marinos presentan riesgos de corrosión por picaduras y grietas, especialmente en zonas de estancamiento o donde se concentran cloruros. La aleación es más resistente que las aleaciones con cobre, pero requiere tratamientos superficiales o recubrimientos sacrificatorios para servicio en inmersión prolongada o zona de salpicaduras.

La susceptibilidad a la corrosión por tensión es baja en comparación con aleaciones de alta resistencia de las series 2xxx o 7xxx, debido a tensiones residuales moderadas y contenido limitado de cobre y zinc. Sin embargo, ensamblajes soldados con tensiones residuales a tracción y heterogeneidad metalúrgica deben diseñarse y procesarse cuidadosamente para minimizar el riesgo de SCC.

Se deben considerar interacciones galvánicas al unir el 4028 con metales más nobles como acero inoxidable o cobre; el aislamiento o ánodos sacrificatorios pueden mitigar la corrosión acelerada. En comparación con aleaciones de la serie 5xxx (ricas en Mg), el 4028 ofrece generalmente mejor soldabilidad y resistencia atmosférica similar, pero puede ser ligeramente más susceptible a picaduras localizadas por cloruros.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

El 4028 presenta excelente soldabilidad con procesos de fusión estándar como TIG y MIG, y se une fácilmente con aleaciones de aporte Al-Si (ej. ER4043 o ER4047). La tendencia a fisuras en caliente es baja porque el silicio reduce el rango de solidificación, pero una selección incorrecta del metal de aporte o diseño deficiente de la junta puede causar porosidad y ablandamiento de la zona afectada por el calor (ZAC). La entrada de calor debe gestionarse para limitar el envejecimiento excesivo o pérdida de propiedades mecánicas adyacentes a la soldadura.

Maquinabilidad

La aleación tiene maquinabilidad de moderada a buena en condición recocida, mejorando cuando en algunas variantes comerciales existe presencia de pequeñas cantidades de mejoradores de maquinabilidad libres de plomo. Herramientas de carburo con filo positivo y refrigerante adecuado ofrecen control consistente de viruta y buen acabado superficial. Las velocidades de corte recomendadas son moderadas; aumentar la velocidad de avance reduce la formación de rebabas pero puede aumentar la rugosidad superficial si no se optimiza.

Conformabilidad

La conformabilidad es excelente en temple O, permitiendo estampado complejo, embutido profundo e hidroformado con radios ajustados. Al aumentar la resistencia en los temple H y T, los radios mínimos de doblado y la elasticidad aumentan; las piezas T6 normalmente requieren aletas y radios mayores. Para operaciones de conformado incremental, se puede usar un pre-envejecimiento en T4 seguido del envejecimiento final para equilibrar conformabilidad y propiedades finales.

Conducta de tratamiento térmico

El 4028 es parcialmente tratable térmicamente: el tratamiento de solución controlado seguido de enfriamiento rápido y envejecimiento artificial produce un aumento significativo de resistencia. El tratamiento de solución se realiza típicamente entre 510–540 °C dependiendo del espesor de sección para disolver fases solubles, seguido por temple en agua para retener una solución sólida sobresaturada.

El envejecimiento artificial se lleva a cabo comúnmente a 160–190 °C por 4–10 horas para precipitar finos conglomerados Mg-Si y dispersoides de Si; las curvas de envejecimiento son sensibles al espesor y el sobreenvejecimiento reduce la resistencia y mejora la ductilidad. El T5 (enfriado desde temperatura elevada y envejecido artificialmente) es una opción amigable para producción cuando el tratamiento de solución completo no es práctico.

Para temple y recocido a nivel de taller, el temple O se logra calentando a ~370–400 °C para alivio de tensiones o ablandamiento seguido de enfriamiento controlado en horno. El endurecimiento por trabajo sigue siendo un método efectivo para aumentar resistencia cuando no está disponible el tratamiento térmico, particularmente en temple serie H.

Comportamiento a alta temperatura

La resistencia operativa comienza a decaer por encima aproximadamente de 120–150 °C, debido a la disminución de estabilidad de los precipitados y el debilitamiento de las interacciones dislocación-precipitado. Para servicio continuo, los diseñadores suelen limitar el uso del 4028 por debajo de 150 °C para conservar una fracción sustancial de la resistencia a temperatura ambiente.

La resistencia a la oxidación es similar a otras aleaciones de Al; las capas de óxido protector se forman rápidamente y limitan la degradación adicional a alta temperatura bajo atmósferas no agresivas. La exposición prolongada por encima de 200 °C acelera el desbrote de las fases de endurecimiento y puede causar ablandamiento permanente y cambios dimensionales, especialmente en secciones delgadas donde la fluencia puede ser significativa.

Las ZAC de soldadura son particularmente susceptibles a pérdida de resistencia cuando se exponen a temperaturas elevadas después de la soldadura; se pueden especificar envejecimientos post-soldadura o solución más envejecimiento para recuperar propiedades según los requerimientos de diseño.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de componente	Por qué se usa 4028
Automotriz	Paneles interiores de carrocería, soportes de montaje	Buena conformabilidad en O y mayor resistencia en T5/T6 para estructuras unidas
Marina	Soportes, carcasas, acabados	Resistencia razonable a cloruros y excelente soldabilidad con aportes Al-Si
Aeroespacial	Accesorios secundarios, conductos	Relación resistencia-peso favorable y buena extrudabilidad para perfiles complejos
Electrónica	Disipadores, carcasas	Conductividad térmica suficiente y estabilidad dimensional tras envejecido

El 4028 suele especificarse cuando la fabricabilidad y soldabilidad convergen con la necesidad de un rendimiento mecánico superior al que ofrecen las aleaciones forjadas comerciales blandas. Sus propiedades equilibradas permiten su uso en varios sectores del transporte e industria donde se requieren simultáneamente resistencias moderadas, buen comportamiento a la corrosión y facilidad de fabricación.

Recomendaciones de selección

Elija 4028 cuando los diseños requieran mayor resistencia que el aluminio comercialmente puro (1100) conservando una considerable conformabilidad y superior soldabilidad. Frente al 1100, el 4028 sacrifica algo de conductividad eléctrica y térmica pero gana resistencia a la tracción y límite elástico sustanciales.

Comparado con aleaciones endurecidas por trabajo comunes como 3003 o 5052, el 4028 ofrece mayor resistencia en condiciones envejecidas y resistencia comparable a la corrosión atmosférica, aunque puede ser ligeramente menos tolerante al daño en ambientes agresivos con cloruros muy agresivos. Frente a aleaciones típicas tratables térmicamente como 6061/6063, el 4028 proporciona mejor soldabilidad y comportamiento de extrusión/conformado asistido por silicio, a costa de una resistencia máxima pico menor.

Para adquisición, priorice 4028 cuando los procesos de fabricación incluyen soldadura por fusión con aleaciones de aporte Al-Si, cuando la calidad de la superficie de extrusión es clave o cuando una aleación semi-tratable térmicamente simplifica la producción sin requerir ciclos de tratamiento térmico de máxima resistencia.

Resumen final

La aleación 4028 ocupa un nicho práctico entre las aleaciones de aluminio al combinar la fabricación asistida por silicio con adiciones controladas de magnesio para producir un material semi-tratable térmicamente que equilibra conformabilidad, soldabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia moderada-alta. Sigue siendo relevante cuando los diseñadores requieren una manufacturabilidad y desempeño de servicio confiables sin el costo o preocupaciones de SCC asociados con aleaciones de alta resistencia que contienen cobre o con alto contenido de zinc.