Aluminio 413: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Resumen Integral

La aleación de aluminio 413 pertenece a la serie 4xxx, una familia definida por el silicio como elemento de aleación principal. Esta serie típicamente enfatiza una mejor fluidez, un rango de fusión reducido y una mayor resistencia al desgaste, más que una alta resistencia mediante tratamiento térmico.

El 413 se fortalece principalmente por efectos de solución sólida del silicio y por endurecimiento en frío; no es una aleación convencionalmente tratable térmicamente como las familias 6xxx o 7xxx. Las adiciones típicas de aleantes más allá del silicio incluyen cantidades controladas de hierro, manganeso y elementos traza para ajustar la fundibilidad, resistencia y mecanización.

Las características clave del 413 incluyen resistencia moderada, buena resistencia a la corrosión en muchos ambientes atmosféricos y ambientes ligeramente agresivos, excelente soldabilidad y una formabilidad decente en estados más blandos. Estas características lo hacen atractivo en industrias que requieren uniones y conformados fiables con un desempeño mecánico razonable, por ejemplo, estructuras secundarias automotrices, hardware para consumidores y algunos accesorios marinos.

Los ingenieros prefieren el 413 sobre otras aleaciones cuando se necesita una combinación de soldabilidad, comportamiento térmico predecible en el ensamblaje y fabricación rentable (conformado, mecanizado, soldadura) sin el costo o riesgos de distorsión asociados con aleaciones endurecidas por precipitación. Su estabilidad en la zona afectada por el calor y su adaptación a la metalurgia de aportación suelen ser factores decisivos para ensamblajes soldados y componentes brasados.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Baja	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recocido, máxima ductilidad para el formado
H14	Moderada	Moderada	Buena	Excelente	Endurecimiento parcial por deformación, común en chapas
H18	Alta (trabajo en frío)	Baja	Pobre	Excelente	Muy trabajado en frío para aumentar el límite elástico
T4*	Bajo-Moderado	Moderada	Buena	Excelente	No es un tratamiento térmico convencional; temple natural tras solución térmica en variantes especiales
T5/T6/T651	Normalmente no aplicable	No aplica	Limitada	Excelente	Designaciones de tratamiento térmico generalmente no efectivas para la serie 4xxx; respuesta mecánica limitada
Hx/Tx personalizado	Variable	Variable	Variable	Excelente	Muchos lotes comerciales reciben temple propietario para necesidades de extrusión o braseado

El 413 es principalmente una aleación no tratable térmicamente, por lo que el temple se refiere típicamente a grados de trabajo en frío (números H) y a tempers comerciales específicos adaptados al formado o mecanizado. Los tempers O y H ligeros son preferidos para conformados complejos, mientras que los tempers H más altos sacrifican formabilidad a cambio de mayor límite elástico y rigidez.

Debido a que pueden precipitar fases ricas en silicio durante ciclos térmicos, el envejecimiento artificial convencional tipo T5/T6 ofrece un endurecimiento mínimo; ocasionalmente se emplean procesos especializados (enfriamiento controlado tras solución o tratamientos termomecánicos a medida), pero siguen siendo poco comunes en la práctica general.

Composición Química

Elemento	Intervalo %	Notas
Si	4.5–6.5	Elemento principal de aleación que proporciona un rango de fusión reducido, mejor fluidez y fortalecimiento por solución sólida
Fe	0.4–1.2	Impureza común; forma intermetálicos que afectan fundibilidad y mecanizado
Mn	0.1–0.6	Ayuda a controlar la estructura de grano y puede mejorar resistencia y comportamiento a la corrosión
Mg	0.05–0.40	Cantidades pequeñas; puede influir en la resistencia y acabado superficial pero se mantiene bajo para no complicar la soldabilidad
Cu	0.05–0.25	Cantidades limitadas para evitar pérdida significativa de la resistencia a la corrosión; aumenta la resistencia si está presente
Zn	0.05–0.30	Normalmente bajo; el exceso de zinc puede reducir la resistencia a la corrosión
Cr	0.03–0.20	Aditivos traza que estabilizan la microestructura y limitan el crecimiento de grano en el procesamiento
Ti	0.01–0.15	Refinador de grano en fundiciones y extrusiones para mejorar propiedades mecánicas
Otros	0.05–0.50	Incluye elementos traza e impurezas (V, Zr, Sr); adiciones controladas ajustan fundibilidad y microestructura

El balance de la aleación es aluminio, y los rangos de composición anteriores son indicativos de formulaciones comerciales comunes para aleaciones forjadas y fundidas tipo 4xxx etiquetadas como 413. El silicio domina el desempeño al disminuir el rango de fusión/solidificación y aumentar la resistencia al desgaste. Los elementos menores (Mn, Cr, Ti) se introducen para controlar el tamaño de grano, modificar la morfología intermetálica y mejorar la resistencia o mecanización sin degradar severamente la soldabilidad o la resistencia a la corrosión.

Propiedades Mecánicas

En comportamiento a tracción, el 413 típicamente presenta una resistencia última moderada con elongación razonable en condición recocida y ductilidad reducida a medida que aumenta el trabajo en frío. El límite elástico aumenta con los tempers H, mientras que la tenacidad y elongación disminuyen como compensación. La respuesta al endurecimiento por deformación es predecible y se usa para obtener la resistencia objetivo en componentes conformados o estirados.

La dureza se correlaciona con el temple: el material en temple O muestra valores bajos Brinell o Vickers, mientras que el temple H14–H18 incrementa la dureza por multiplicación de dislocaciones. El desempeño a fatiga suele ser adecuado para cargas cíclicas no críticas; sin embargo, concentradores de tensiones y acabado superficial tienen un papel mayor en la vida útil comparado con aleaciones tratables térmicamente de alta resistencia. El espesor influye en las propiedades mecánicas a través de tasas de enfriamiento en fundición/extrusión y la cantidad de trabajo en frío alcanzable; las secciones más gruesas generalmente presentan menor resistencia efectiva y ductilidad debido a una microestructura más gruesa.

Los diseñadores deben esperar curvas esfuerzo-deformación suaves con valores moderados del exponente de endurecimiento por deformación y una clara compensación entre resistencia y formabilidad al subir en designaciones de temple H.

Propiedad	O/Recocido	Temple clave (p.ej., H14/H18)	Notas
Resistencia a la tracción	~120–190 MPa	~180–260 MPa	Rangos típicos según espesor, procesamiento y composición exacta
Límite elástico	~60–120 MPa	~140–220 MPa	El límite aumenta sustancialmente con el trabajo en frío
Elongación	~20–35%	~3–12%	El recocido muestra alta ductilidad; el endurecimiento fuerte reduce la elongación
Dureza	~30–55 HB	~60–95 HB	La dureza aumenta con el trabajo en frío y la aleación

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.65–2.70 g/cm³	Típico para aleaciones de aluminio; varía ligeramente con adiciones de aleantes
Rango de fusión	~570–650 °C	El silicio reduce el punto solidus y el rango de solidificación en comparación con el Al puro
Conductividad térmica	120–160 W/m·K	Menor que el Al puro pero aún alta; buena para aplicaciones de dispersión de calor
Conductividad eléctrica	~30–45 % IACS	Reduce respecto al aluminio comercialmente puro debido a la aleación; adecuada para algunos usos como conductor o para soldadura por puntos
Calor específico	~0.88–0.92 J/g·K	Valores típicos de calor específico del aluminio usados en cálculos de masa térmica
Coeficiente de expansión térmica	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Similar a muchas aleaciones forjadas; importante para ciclado térmico y control dimensional

Las propiedades físicas sitúan al 413 en la categoría de aleación de aluminio para uso general: liviana con conductividad térmica alta relativa a los aceros y muchas aleaciones, pero con conductividad eléctrica reducida comparada con la serie 1xxx. El comportamiento térmico durante soldadura y braseado es favorable porque el silicio reduce el rango de fusión y disminuye la susceptibilidad a grietas calientes en muchos procesos de unión.

Los diseñadores deben considerar la expansión térmica y la conductividad al ensamblar componentes 413 con materiales disímiles; la alta conductividad térmica de esta aleación la hace útil para disipación de calor donde se acepta resistencia moderada.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0.3–6.0 mm	Uniforme; la resistencia varía con el trabajo en frío	O, H14, H18	Ampliamente utilizada para paneles formados y ensamblajes soldados
Placa	6–150 mm	Menor productividad en secciones gruesas; microestructura más gruesa	O, temple ligero H	Placas más gruesas pueden requerir procesamiento especial para controlar el tamaño de grano
Extrusión	Perfiles de hasta varios metros	Puede producirse en una variedad de secciones transversales; resistencia a través del temple	O, Hxx	Buena extrudabilidad gracias al silicio; el refinamiento de grano es importante
Tubo	Diámetro exterior pequeño a grande	La resistencia depende del espesor de pared y el trabajo	O, H14	Común para tubería estructural y cabezales de intercambiadores de calor soldadura fuerte
Barra/Varilla	Diámetros hasta ~200 mm	La resistencia aumenta con el estirado en frío	O, H	Utilizada para componentes mecanizados y elementos de fijación en aplicaciones no críticas

Las chapas y productos de calibre delgado son la forma de entrega más común para el 413, permitiendo operaciones de estampado y embutición profunda. Los productos en placa y extrusión requieren atención a la historia térmica; la solidificación rica en silicio y las intermetálicas pueden producir fases gruesas en secciones gruesas que afectan la tenacidad y la maquinabilidad.

La extrusión se beneficia de la fluidez del silicio pero a menudo requiere refinamiento de grano (adiciones de Ti, B) y un enfriamiento cuidadoso para lograr un desempeño mecánico consistente a lo largo del perfil.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	413	EE.UU.	Designación para la variante comercial forjada de la serie 4xxx; las composiciones pueden variar entre proveedores
EN AW	sin equivalente directo único	Europa	No existe una designación EN AW única que corresponda exactamente; comportamiento similar a la familia EN AW-4043/4047 en algunos atributos
JIS	sin equivalente directo único	Japón	Las normas JIS no listan comúnmente un equivalente directo al 413; las comparaciones deben hacerse por composición
GB/T	sin equivalente directo único	China	Las normas chinas pueden ofrecer composiciones similares de la serie 4xxx pero la equivalencia directa uno a uno es poco común

No existe una referencia cruzada universalmente exacta para el 413 en muchas normas internacionales porque las aleaciones de la serie 4xxx suelen formularse para aplicaciones específicas (material de aporte para soldadura, aleación para soldadura fuerte, uso forjado). Al sustituir, los ingenieros deben comparar la composición detallada y las tablas certificadas de propiedades mecánicas en lugar de confiar únicamente en las etiquetas numéricas del grado. Pequeñas diferencias composicionales, especialmente en silicio y contenido de hierro, pueden modificar el comportamiento de fusión y el desempeño en la zona afectada por calor (HAZ) durante la soldadura.

Resistencia a la Corrosión

El 413 presenta buena resistencia general a la corrosión atmosférica similar a muchas aleaciones de la serie 4xxx, impulsada por la película protectora natural de óxido de aluminio y los niveles relativamente bajos de impurezas dañinas. En ambientes moderadamente agresivos, la aleación se comporta bien, pero las condiciones marinas ricas en cloruros requieren diseño cuidadoso para evitar picaduras localizadas, particularmente si ocurre acoplamiento galvánico con metales más nobles.

En aplicaciones marinas, el 413 puede usarse para accesorios estructurales cuando se aplican sacrificios de corrosión, recubrimientos o ánodos de sacrificio; su contenido de silicio generalmente no reduce marcadamente la resistencia a la corrosión en comparación con aleaciones de la serie 5000 con magnesio. La susceptibilidad a la corrosión bajo tensión es baja en relación con aleaciones de alta resistencia de la serie 2xxx y 7xxx, pero los esfuerzos residuales y las muescas pueden provocar fallas localizadas si cargas cíclicas y ambientes corrosivos coinciden.

Se deben considerar las interacciones galvánicas: cuando se combina con aceros inoxidables o aleaciones de cobre, el 413 actúa como ánodo y se corroe preferentemente a menos que esté eléctricamente aislado o protegido. En comparación con las aleaciones trabajadas en frío 1xxx/3xxx, el 413 sacrifica algo de conformabilidad para mejorar la estabilidad a altas temperaturas en juntas soldadas y resistencia al desgaste en aplicaciones de contacto.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

El 413 es altamente soldable con métodos convencionales de soldadura por fusión (TIG, MIG/GMAW) y a menudo se selecciona cuando se requieren excelente comportamiento de fusión y baja tendencia a grietas en caliente. El silicio reduce el rango de fusión y mejora la fluidez del baño de soldadura; comúnmente se recomiendan materiales de aporte compatibles con la aleación base o los aportes de la serie 4xxx. El riesgo de grietas en caliente es bajo en comparación con aleaciones con alto contenido de cobre o zinc, pero la selección del aporte debe considerar el servicio de la junta y las preocupaciones de corrosión. La zona afectada por calor (HAZ) puede experimentar ablandamiento limitado dependiendo del grado de trabajo en frío previo; para tolerancias estructurales, puede ser necesario un acabado mecánico o alivio de tensiones post-soldadura.

Maquinabilidad

La maquinabilidad del 413 es moderada y generalmente mejor que muchas aleaciones de fundición ricas en silicio; se mecaniza limpiamente en estados recocidos y temple medio cuando se usan herramientas y velocidades adecuadas. Se recomienda el uso de herramientas de carburo para producción sostenida, con velocidades de corte moderadas y geometrías de filo positivas para controlar la formación de virutas. Las intermetálicas ricas en silicio pueden causar desgaste abrasivo en los filos de corte, por lo que el material y recubrimientos de las herramientas deben seleccionarse para maximizar la vida útil. El acabado superficial y la tolerancia pueden ser excelentes con alimentaciones controladas y uso adecuado de fluidos de corte.

Conformabilidad

La conformabilidad es mejor en condiciones O o temple H con trabajo leve y se degrada a medida que aumenta el trabajo en frío. Radios de curvatura de 1 a 2× el espesor son alcanzables en chapa recocida para doblados simples; operaciones más complejas de estampado o embutición requieren diseño cuidadoso del troquel y control de lubricación para evitar grietas superficiales por fases ricas en silicio. El conformado en frío aumenta la resistencia mediante endurecimiento por deformación y es el método habitual para lograr mayores propiedades mecánicas en componentes formados.

Comportamiento del Tratamiento Térmico

Como aleación de la serie 4xxx, el 413 es fundamentalmente no tratable térmicamente mediante envejecimiento por precipitación convencional. Los intentos de tratamiento en solución y envejecimiento artificial producen incrementos mínimos en la resistencia en comparación con aleaciones 6xxx y 7xxx. Cuando se aplica procesamiento termomecánico específico (enfriamiento controlado desde temperaturas cercanas al sólido o atemperado por aspersión especializada), se pueden lograr pequeñas mejoras, pero no son rutas de producción estándar.

El endurecimiento por trabajo es el método principal para aumentar la resistencia: el laminado en frío, estirado y doblado elevan confiablemente el límite elástico y la resistencia última, y la selección del temple se basa en el grado de deformación. El recocido devuelve la aleación a la condición O, restaurando ductilidad y mejorando la conformabilidad; los ciclos de recocido típicos son similares a los de otras aleaciones de Al pero deben evitar crecimiento excesivo de grano controlando temperatura y tiempo.

Comportamiento a Alta Temperatura

El 413 experimenta pérdida progresiva de resistencia al elevarse la temperatura por encima de aproximadamente 100–150 °C, con límites prácticos de servicio generalmente por debajo de ~150 °C para aplicaciones estructurales. La oxidación a temperaturas elevadas está limitada por la película protectora de óxido de aluminio, pero la exposición prolongada a temperaturas mayores acelera el crecimiento por difusión de partículas ricas en silicio y reduce el desempeño mecánico.

En ensamblajes soldados, la zona afectada por calor puede mostrar ablandamiento y coarsening localizados, especialmente en áreas previamente trabajadas en frío; los diseñadores deben considerar la reducción de resistencia en la HAZ al diseñar juntas soldadas. Para servicio prolongado a alta temperatura o exposición térmica cíclica, son preferibles aleaciones de otras series (p. ej., alta resistencia 2xxx/7xxx con tratamientos térmicos especializados o aleaciones de Al para altas temperaturas).

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Razón para Usar 413
Automotriz	Paneles estructurales secundarios, soportes soldados	Buena soldabilidad, resistencia razonable, conformado rentable
Marina	Soportes, componentes de aparejo	Resistencia a la corrosión y facilidad de fabricación; buena estabilidad de la HAZ
Aeroespacial	Accesorios no críticos, carenados	Relación favorable resistencia-peso y soldabilidad para estructuras secundarias
Electrónica	Disipadores de calor, carcasas	Conductividad térmica y conformabilidad para chasis y gabinetes
Bienes de Consumo	Paneles para electrodomésticos, marcos	Equilibrio entre conformabilidad, acabado y costo

El 413 se especifica comúnmente cuando se requiere un conjunto de propiedades mecánicas de rango medio y comportamiento confiable de fabricación (soldadura, conformado). Su combinación de comportamiento térmico y de fusión mejorados por silicio y respuesta predecible al endurecimiento por trabajo lo hacen una opción versátil para muchas aplicaciones estructurales y de cerramientos no críticas.

Los diseñadores aprovechan habitualmente su soldabilidad y maquinabilidad para simplificar el montaje y reducir pasos totales de fabricación en comparación con aleaciones de endurecimiento por precipitación más exigentes.

Consejos para la Selección

El 413 es una elección lógica cuando se priorizan la soldabilidad y buena conformabilidad en temple suave sobre la máxima resistencia. En comparación con aluminio comercialmente puro (1100), el 413 sacrifica algo de conductividad eléctrica y conformabilidad ligeramente reducida a cambio de resistencia significativamente mayor y mejor comportamiento al desgaste; use 1100 cuando la conductividad y resistencia a la corrosión sin demanda de resistencia sean primarias.

En comparación con aleaciones comúnmente endurecidas por trabajo como 3003 y 5052, el 413 suele presentar una resistencia ligeramente superior para un mismo tratamiento térmico, manteniendo una resistencia a la corrosión similar o ligeramente inferior; elija 5052 para una mejor resistencia a la corrosión en agua de mar y 3003 para una excelente conformabilidad si la conductividad y la unión son menos críticas. En comparación con aleaciones tratables térmicamente como 6061 y 6063, el 413 es preferido cuando la soldabilidad y la estabilidad de la zona afectada por el calor (HAZ) son más importantes que la necesidad de propiedades máximas obtenidas por fortalecimiento por precipitación; el 6061 ofrece un rendimiento superior en resistencia máxima, pero puede requerir un manejo térmico más complejo durante la soldadura.

Seleccione 413 cuando los procesos de producción enfatizan ensamblajes soldados, brasado o conformado extensivo, con la necesidad de una aleación de resistencia moderada y costo efectivo que tolere ciclos térmicos sin distorsión ni fragilización en la zona afectada por el calor (HAZ), fenómenos asociados con algunas aleaciones de alta resistencia.

Resumen final

El aluminio 413 sigue siendo relevante como una aleación práctica de la serie 4xxx que equilibra buena soldabilidad, adecuada conformabilidad en estado recocido y resistencia mecánica moderada para una amplia gama de aplicaciones industriales. Sus características de fusión y térmicas impulsadas por el silicio simplifican el proceso de unión y fabricación, mientras que el trabajo en frío controlado permite a los diseñadores ajustar la resistencia sin recurrir a tratamientos térmicos de precipitación. Cuando los compromisos de ingeniería favorecen la facilidad de fabricación, la estabilidad de la HAZ y la relación costo-efectividad sobre la resistencia máxima absoluta, el 413 es una selección de material confiable.