Aluminio 4047: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

La aleación 4047 pertenece a la serie 4xxx de aleaciones de aluminio, una familia caracterizada por tener el silicio como principal elemento de aleación. La serie 4xxx se utiliza convencionalmente para metales de aportación, soldadura, brasado y en aplicaciones donde el silicio mejora la fluidez y reduce el rango de fusión. La 4047 contiene un contenido relativamente alto de silicio (típicamente en el rango de dos dígitos porcentuales), con pequeñas adiciones o residuos de hierro, cobre, manganeso, titanio y otros elementos traza. Esta composición sitúa a la 4047 en la clase de aleaciones Al-Si que no se fortalecen convencionalmente mediante tratamientos térmicos de precipitación.

El principal mecanismo de fortalecimiento para la 4047 no es el envejecimiento; en cambio, las propiedades se controlan mediante la microestructura (distribución de partículas de Si), la estructura de fundición/extrusión y el trabajo en frío cuando es aplicable. En estado recocido, la aleación es relativamente blanda y altamente conformable; el trabajo en frío (temples H) aumenta la resistencia a costa de la ductilidad. Las características clave son excelente fluidez y menor tendencia a fisuración en caliente durante la soldadura o el brasado, buena resistencia a la corrosión típica de las aleaciones Al-Si y una maquinabilidad razonable en comparación con aleaciones de aluminio de mayor resistencia.

Las industrias típicas que utilizan la 4047 incluyen la automotriz (como metal de aporte para unión y en componentes fundidos), HVAC y refrigeración (intercambiadores de calor y brasado), construcción y carpintería metálica (marcos soldados o braseados) y electrónica (conexiones soldables y ciertos empaquetados). A menudo se elige sobre otras aleaciones de aluminio cuando se requiere un rango de fusión bajo, un metal de aporte con alta fluidez o una matriz rica en silicio para evitar fisuras por fragilización en soldadura o mejorar el flujo del metal en brasados. Los diseñadores seleccionan la 4047 cuando la compatibilidad de soldadura, el rendimiento en brasado o las propiedades específicas del metal de aporte son el requisito principal por encima de la máxima resistencia estructural.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Alargamiento	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alto	Excelente	Excelente	Estado completamente recocido; ideal para conformado y como metal de aporte para brasado
H14	Medio	Bajo–Moderado	Regular	Excelente	Endurecido por deformación hasta semi-dureza para mayor rigidez
H18	Medio–Alto	Bajo	Limitado	Muy Bueno	Endurecido por deformación a plena dureza para máxima resistencia en frío
H32	Medio	Moderado	Bueno	Excelente	Endurecido y estabilizado; equilibrio entre resistencia y ductilidad
F	Variable	Variable	Variable	Excelente	Tal como se fabrica o funde; las propiedades dependen del procesamiento
ER4047 (metal de aporte)	Diseñado para fluidez, no para alta resistencia	N/A	N/A	Excelente	Se suministra como alambre/barra de aporte para soldadura y brasado

El temple modifica drásticamente el comportamiento mecánico de la 4047 porque la aleación no es endurecible por envejecimiento; el trabajo en frío y el control microestructural son las palancas principales. El material recocido (O) muestra la máxima ductilidad y conformabilidad y se prefiere para operaciones de conformado y como metal de aporte para brasados; los temples H aumentan el límite elástico y la resistencia a la tracción mediante trabajo en frío mientras reducen el alargamiento.

En la práctica, la selección del temple es un compromiso entre conformabilidad y resistencia para cada etapa de fabricación. Para conjuntos soldados que requieren conformado posterior a la soldadura, suele elegirse el temple O; mientras que para piezas estructurales no tratadas térmicamente que necesitan mayor rigidez, se puede especificar temple H14 o H18.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	11.0–13.5	Elemento principal de aleación; reduce el rango de fusión y mejora la fluidez
Fe	≤ 0.95	Impureza común; forma intermetálicos que pueden afectar la tenacidad
Mn	≤ 0.20	Adición menor; puede refinar el grano y estabilizar la microestructura
Mg	≤ 0.05	Prácticamente ausente; poca contribución a la resistencia por precipitación
Cu	≤ 0.30	Pequeñas cantidades pueden aumentar marginalmente la resistencia pero disminuyen la resistencia a la corrosión
Zn	≤ 0.10	Impureza menor; no es una adición deliberada para fortalecer
Cr	≤ 0.05	Elemento traza; puede inhibir el crecimiento de grano en condiciones fundidas
Ti	≤ 0.10	Refinador de grano en material fundido/extruido
Otros (cada uno)	≤ 0.05	Elementos residuales; total otros ≤ 0.15

La alta fracción de silicio define el espectro de desempeño de la aleación: el silicio forma una segunda fase dispersa (Si eutéctico y primario) que controla la microestructura de fundición, fluidez y características de solidificación. El hierro y otros residuos producen partículas intermetálicas que pueden actuar como sitios de iniciación de grietas bajo cargas cíclicas o mecanizado si no se controlan bien. Debido al bajo contenido de magnesio y cobre, la 4047 obtiene un beneficio mínimo del endurecimiento por precipitación, por lo que los diseñadores deben apoyarse en el endurecimiento por trabajo en frío y el control microestructural para manipular las propiedades mecánicas.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción en la 4047 está gobernado por la morfología del silicio y el grado de trabajo en frío más que por el fortalecimiento clásico por precipitación. En estado recocido, la aleación presenta resistencia a la tracción moderada y alargamiento relativamente alto, lo que la hace permisiva para operaciones de conformado y para usarla como metal de aporte en juntas soldadas. El trabajo en frío eleva significativamente el límite elástico y la resistencia a la tracción reduciendo la ductilidad; las resistencias más altas prácticas se logran en temples totalmente trabajados en frío donde predominan las interacciones de partículas de Si y el trabajo en frío.

El límite elástico en 4047 recocida es bajo comparado con aleaciones tratables térmicamente; sin embargo, la tenacidad a la fractura en condiciones dúctiles es adecuada para muchas aplicaciones de unión y no estructurales. La dureza correlaciona estrechamente con el temple: el material recocido es blando (baja dureza Brinell/HV), mientras que los temples H pueden exhibir aumentos notables dependiendo del grado de trabajo en frío. El comportamiento a fatiga es moderado; la vida a fatiga es sensible a la condición superficial, distribución de partículas de Si y a defectos de fundición o conglomerados intermetálicos.

El espesor y la geometría de la sección influyen en la resistencia medida: chapa delgada en temple O mostrará mayor ductilidad aparente y menor resistencia absoluta, mientras que secciones fundidas o extruidas más gruesas pueden contener partículas primarias de silicio y porosidad que reducen la ductilidad y la vida a fatiga. Los procesos de soldadura y brasado suelen usar metal de aporte ER4047 para producir juntas con buena tenacidad y fisuración reducida, aunque la microestructura local en la zona afectada por el calor (HAZ) debe considerarse para aplicaciones cíclicas o de alta tensión.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (ej. H14/H18)	Notas
Resistencia a la Tracción	~60–110 MPa	~120–170 MPa	Valores dependen del trabajo en frío y sección; se muestran rangos amplios típicos
Límite Elástico	~25–50 MPa	~90–140 MPa	El límite elástico aumenta marcadamente con temples por trabajo en frío
Alargamiento	~10–25%	~2–8%	La ductilidad disminuye con el aumento del temple; el temple O es el mejor para conformado
Dureza	~20–35 HB	~35–70 HB	La dureza aumenta con el trabajo en frío y la dispersión de Si

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.67 g/cm³	Típica de aleaciones Al-Si; ligeramente inferior a muchos materiales ferrosos
Rango de Fusión	Solidus ~555–565 °C; Liquidus ~615–625 °C	El silicio amplía el rango de solidificación en comparación con el Al puro
Conductividad Térmica	~120–160 W/m·K	Reducida respecto al Al puro debido a silicio e intermetálicos; depende del temple
Conductividad Eléctrica	~30% IACS (≈17–18 MS/m)	La aleación reduce la conductividad frente al Al puro
Calor Específico	~900 J/kg·K	Típico de aleaciones de aluminio a temperatura ambiente
Coeficiente de Expansión Térmica	~21–24 µm/m·K	Similar a otras aleaciones de Al; varía ligeramente con contenido de Si

La densidad y el calor específico de la 4047 son similares a otras aleaciones de aluminio, lo que la hace atractiva cuando el peso y la capacidad térmica son factores clave en el diseño. La conductividad térmica es reducida respecto al aluminio puro pero sigue siendo alta en comparación con la mayoría de metales estructurales, lo que hace a la 4047 útil en aplicaciones que requieren transferencia térmica junto con metales de aportación de bajo rango de fusión.

El comportamiento durante la fusión y solidificación es una característica definitoria: el rango de fusión reducido y la fluidez mejorada debido al alto contenido de silicio se aprovechan en procesos de brasado y reparación. La conductividad eléctrica es inferior a la del aluminio comercial puro pero aún aceptable cuando se requiere conductividad moderada junto con buen rendimiento en unión.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento Mecánico	Temple Común	Notas
Chapa	0.3–6.0 mm	Menor resistencia en tempers O; temple H disponible	O, H14, H32	Ampliamente utilizada para stock de brasado y confección ligera
Placa	>6 mm	La resistencia depende del trabajo y tamaño de sección	O, F	Secciones más gruesas pueden desarrollar Si primario y porosidad en fundiciones
Extrusión	Perfiles de hasta varios metros	La resistencia está influenciada por el historial de extrusión/envejecimiento	O, H32, H14	Se usa donde se requieren perfiles complejos y compatibilidad con el material de aporte
Tubo	Ø exterior 6 mm–200 mm	Similar a la chapa; el espesor de pared influye en las propiedades	O, H18	Los tubos a menudo se suministran recocidos para conformado y doblado
Barra/Varilla	Diámetros 1–25 mm	A menudo se vende como alambre o varilla de aporte	F, O, ER4047	Común como alambre de soldadura/brasado (ER4047) con control de Si para buen flujo

La forma afecta la microestructura y por tanto la respuesta mecánica: los componentes fundidos pueden contener fases de silicio primario e intermetálicos no presentes en chapa y extrusión laminada. Las formas de chapa y extrusión son más uniformes y pueden ser endurecidas por deformación a tempers H para obtener mayor resistencia. Las formas de alambre/varilla de aporte (ER4047) son procesadas especialmente para asegurar química consistente y comportamiento de fusión adecuado para operaciones de unión.

La selección de una forma de producto depende del equilibrio entre requisitos de formabilidad, espesor de sección (que afecta el enfriamiento y segregación de Si), y el uso principal, sea estructural o como material de aportación en uniones. Procesos de fabricación como doblado, punzonado y soldadura tienen tempers y espesores preferidos para minimizar defectos.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	4047	USA	Designación de Aluminum Association comúnmente usada para aporte y materiales trabajados
EN AW	4047	Europa	A menudo referenciada como EN AW-4047 para equivalentes trabajados o designaciones de aporte
JIS	A4047 / A4047S	Japón	Designaciones para aporte/alambre bajo JIS para consumibles de brasado y soldadura
GB/T	4047	China	Normas chinas con clasificación de aleación y químicas típicas similares

Las diferencias entre normas suelen ser sutiles y se relacionan con límites de impurezas, variaciones permitidas lote a lote y requisitos de procesamiento específicos para cada forma. Para consumibles de soldadura y brasado, las normas regionales pueden establecer rangos de Si o controles residuales ligeramente distintos para optimizar el flujo y minimizar la porosidad. Siempre verifique la hoja de especificación exacta (límites químicos, requerimientos mecánicos y certificación) al sustituir entre grados regionales.

Resistencia a la Corrosión

En ambientes atmosféricos 4047 generalmente muestra buena resistencia a la corrosión debido a la capa protectora de óxido de aluminio y la presencia de silicio que no promueve de forma significativa la corrosión por picaduras. La aleación tiene buen desempeño en entornos exteriores moderados y su comportamiento anódico típico es similar a muchas aleaciones de aluminio no fuertemente aleadas con Mg o Cu. La corrosión localizada puede ocurrir en sitios con agrupaciones intermetálicas o porosidad de fundición pero es menos pronunciada que en algunas aleaciones con alto contenido de cobre.

El comportamiento marino es aceptable para muchas aplicaciones, pero no es tan robusto como las aleaciones marinas 5xxx (con magnesio), que están específicamente optimizadas para servicio en agua salada. Para aplicaciones sumergidas o en zonas de salpicaduras, los diseñadores deben considerar protección sacrificial, recubrimientos o usar una aleación diferente si se espera exposición prolongada al agua de mar. Las interacciones galvánicas siguen las convenciones típicas del aluminio: cuando está en contacto con metales más nobles (acero inoxidable, cobre), el aluminio corroerá preferentemente a menos que esté aislado eléctricamente o protegido.

La susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión es baja para aleaciones ricas en silicio y no tratables térmicamente como 4047 comparada con aleaciones Al-Zn-Mg de alta resistencia. Sin embargo, tensiones residuales por soldadura, trabajo en frío y defectos superficiales pueden afectar el desempeño a largo plazo bajo condiciones de tracción y corrosión. En comparación con familias comunes de aleaciones, 4047 ofrece mejor soldabilidad y desempeño en brasado, pero ligeramente menor resistencia a picaduras en ambientes clorurados que aleaciones marinas especialmente formuladas.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

4047 se usa ampliamente como aleación de aporte (ER4047) debido a su alto contenido de silicio que reduce la temperatura de fusión e incrementa la fluidez, lo que disminuye la tendencia a fisuras en caliente en muchos metales base de aluminio. Es especialmente adecuada como material de aporte para bases serie 6xxx donde un aporte rico en silicio mitiga fisuras por solidificación en soldadura. Los procesos comunes de soldadura incluyen TIG y MIG/GMAW usando alambre ER4047, y aplicaciones de brasado/soldadura blanda donde se requiere un rango de fusión controlado. El riesgo de fisura en caliente es menor que en muchos otros aportes, pero una segregación excesiva de Si o un mal ajuste de junta pueden causar fases frágiles o porosidad; una preparación adecuada de junta y velocidades de avance correctas son esenciales.

Mecanizabilidad

La mecanizabilidad de 4047 es moderada: la presencia de partículas duras de silicio puede incrementar el desgaste de herramientas comparado con aluminio puro, pero mejora la rotura de viruta respecto a algunas aleaciones blandas. Se recomienda herramienta de carburo y geometría afilada para operaciones de alta alimentación o alta velocidad. Las velocidades de corte pueden ser mayores que en metales ferrosos, pero deben ser moderadas respecto al mecanizado a alta velocidad de aluminio laminado; el uso de refrigerante y evacuación de viruta son importantes para evitar acumulación de material y endurecimiento superficial. Las formas fundidas o extruidas con silicio primario grueso serán más abrasivas y requerirán cambios de herramienta más frecuentes que chapa laminada fina.

Formabilidad

La formabilidad es excelente en condición recocida (O), con buena doblabilidad y embutibilidad para chapa y secciones de paredes delgadas. Los radios mínimos de doblado dependen del temple y espesor; en temple O una regla práctica es 2–3× el espesor del material para doblado en V típico, mientras que los tempers H requerirán radios mayores y pueden agrietarse en doblados cerrados. El conformado en frío endurece el material, por lo que se usan recocidos intermedios para operaciones múltiples. Para aplicaciones que requieran conformados severos, se debe elegir temple O y controlar radios de herramientas y lubricación para evitar fisuras en la superficie alrededor de partículas de silicio.

Comportamiento en Tratamiento Térmico

4047 se clasifica como una aleación no tratable térmicamente en el sentido de que los procesos convencionales de solución y envejecimiento no producen un endurecimiento por precipitación significativo. Intentar un tratamiento térmico tipo T6 ofrece un beneficio despreciable porque no hay contenido suficiente de aleantes (Mg, Cu) para formar precipitados endurecedores. El tratamiento de solución y envejecimiento artificial no cambia apreciablemente las propiedades mecánicas más allá de posible homogeneización microestructural y alivio de segregación por fundición.

El recocido es el principal tratamiento térmico: el recocido completo se realiza típicamente a temperaturas elevadas (p. ej., 350–420 °C según sección y especificación) seguido de enfriamiento controlado para restaurar ductilidad y ablandar tempers endurecidos por deformación. Se pueden usar tratamientos de estabilización (p. ej., H32) para minimizar efectos de envejecimiento natural o para establecer un equilibrio predecible entre resistencia y ductilidad. Para aplicaciones de aporte y soldadura, el control del aporte térmico durante el proceso de unión es más importante que el tratamiento térmico post-soldadura porque las propiedades de la aleación se determinan principalmente por la microestructura y el endurecimiento por deformación.

Desempeño a Alta Temperatura

A temperaturas elevadas 4047 presenta una reducción progresiva de resistencia como otras aleaciones de aluminio; pérdidas significativas en límite elástico y resistencia a la tracción ocurren por encima de aproximadamente 150–200 °C. La resistencia a fluencia es limitada comparada con aleaciones especializadas para alta temperatura, por lo que 4047 no se recomienda para servicio con altas cargas sostenidas en temperaturas elevadas. La oxidación está limitada por la formación de película de óxido de aluminio, pero la exposición prolongada a altas temperaturas en atmósferas oxidantes puede degradar apariencia superficial e integridad de juntas.

En ensambles soldados, el comportamiento de la zona termicamente afectada (ZTA) es generalmente benigno porque la aleación no endurece por precipitación, pero puede ocurrir ablandamiento y crecimiento microestructural con exposiciones térmicas prolongadas. Para brasado y procesos de unión a menores temperaturas, 4047 funciona bien, pero se recomienda evitar operar cerca del rango de fusión de la aleación o en ambientes donde ciclos térmicos repetidos puedan causar crecimiento de grano o fragilización asociada a fases ricas en silicio.

Aplicaciones

Industria	Componente de Ejemplo	Por qué se usa el 4047
Automotriz	Intercambiadores de calor brasados, material de aporte para soldadura de componentes de carrocería	Excelente fluidez del material de aporte y reducción de grietas en caliente para operaciones de unión
HVAC / Refrigeración	Evaporadores y condensadores (brasados)	Bajo rango de fusión y buena fluidez para la fabricación de uniones brasadas
Construcción / Carpintería metálica	Marcos de ventanas y puertas soldados	Buena soldabilidad y resistencia a la corrosión para conjuntos fabricados
Electrónica	Uniones para soldadura, algunos componentes disipadores de calor	Buena conductividad térmica y propiedades del material de aporte para unión
Fabricación General	Alambre/barra de aporte para reparación y fabricación en aluminio	ER4047 ampliamente disponible como material de aporte con comportamiento de fusión predecible

El 4047 es especialmente valioso cuando la calidad de la unión y el comportamiento del material de aporte son prioritarios. La combinación de alto contenido de silicio, buena fluidez y baja sensibilidad a grietas en caliente hacen de esta aleación una opción preferida para fabricantes de intercambiadores de calor, conjuntos brasados y talleres de reparación/soldadura que requieren un desempeño fiable del aporte. Su uso como aleación estructural es limitado en comparación con aleaciones tratables térmicamente, por lo que su papel suele ser complementario en ensamblajes multimateriales.

Recomendaciones para la selección

Elija 4047 cuando la performance en unión o brasado y la fluidez sean requisitos primarios por encima de la resistencia estructural máxima. Es el material de aporte predeterminado al soldar bases de la serie 6xxx para reducir grietas en caliente o cuando un aporte rico en silicio mejora la calidad de la unión.

Comparado con aluminio comercialmente puro (ej. 1100), el 4047 sacrifica algo de conductividad eléctrica y formabilidad básica a cambio de mejor fluidez durante la fusión y un comportamiento superior como material de aporte para brasado y soldadura. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, el 4047 ofrece una resistencia estructural similar o ligeramente inferior, pero mejor compatibilidad para soldadura/brasado y menor susceptibilidad a grietas en caliente. Frente a aleaciones comunes tratables térmicamente como 6061/6063, el 4047 no alcanza sus resistencias máximas, pero es preferido cuando se requiere un material de aporte con bajo rango de fusión o una aleación rica en silicio para asegurar la integridad y fluidez de la unión.

Resumen final

El aluminio 4047 continúa siendo relevante como una aleación especial Al-Si que destaca como material de aporte y para brasado, y en aplicaciones donde la fluidez mejorada por silicio y la baja tendencia a grietas en caliente son críticas. Su naturaleza no tratable térmicamente orienta su uso hacia la unión, reparación y formas específicas forjadas o fundidas, en lugar de roles estructurales de alta resistencia, convirtiéndolo en una solución práctica y ampliamente disponible para muchos desafíos de unión en fabricación.