Aluminio 4145: Composición, Propiedades, Guía de Temperamento y Aplicaciones

Visión General Completa

La aleación 4145 es un miembro de la serie 4xxx de aleaciones de aluminio, una familia caracterizada principalmente por el silicio como el principal elemento de aleación. La serie 4xxx se utiliza típicamente cuando se desean mejorar la fluidez, reducir el punto de fusión y aumentar la resistencia al desgaste; la 4145 se comporta acorde con estas características y a menudo se suministra como producto trabajado para aplicaciones estructurales y de unión.

El principal elemento de aleación en la 4145 es el silicio; también están presentes pequeñas cantidades controladas de hierro, manganeso y elementos traza como titanio y cromo para ajustar la estructura de grano y la respuesta mecánica. La resistencia en la 4145 se logra predominantemente mediante el fortalecimiento por solución sólida aportado por el silicio y el endurecimiento por deformación (endurecimiento por trabajo); no es una aleación de aluminio tratable térmicamente de forma convencional, por lo que rutas de endurecimiento por precipitación como el T6 aportan un beneficio limitado.

Las características clave de la 4145 incluyen resistencia moderada a buena para una aleación Al-Si, excelente resistencia al ablandamiento en zonas soldadas en comparación con algunas aleaciones tratables térmicamente, buena conductividad térmica para aplicaciones disipadoras de calor y, en general, buena conformabilidad en temple recocido. La soldabilidad es normalmente muy buena con metales de aporte adecuados, mientras que la resistencia a la corrosión es adecuada en ambientes atmosféricos y marinos poco agresivos, pero inferior a aleaciones de la serie alta en magnesio en agua de mar agresiva.

Las industrias típicas que emplean la 4145 incluyen la automotriz (componentes estructurales y de unión), consumibles para soldadura y brasado, productos de consumo donde el rendimiento térmico es importante y aplicaciones estructurales ligeras donde se requieren resistencia económica y conformabilidad. Los ingenieros seleccionan la 4145 sobre otras aleaciones cuando se desea un equilibrio Al-Si: ofrece mejor resistencia al ablandamiento a altas temperaturas en zonas soldadas que muchas aleaciones tratables térmicamente, proporcionando un compromiso entre conformabilidad y resistencia en comparación con aluminio puro o aleaciones de la serie 5xxx.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recocido, ideal para conformado y brasado
H12	Moderado	Moderado	Bueno	Excelente	Endurecido por deformación parcial, incremento moderado del límite elástico
H14	Moderado-Alto	Bajo-Moderado	Aceptable	Excelente	Endurecido un cuarto; común en aplicaciones de chapa
H18	Alto	Bajo	Deficiente	Bueno	Completamente endurecido, utilizado donde se requiere máxima resistencia por trabajo en frío
T4*	No aplicable	No aplicable	No aplicable	No aplicable	Tratamiento convencional por solución y envejecimiento no efectivo para la serie 4xxx
T5*	No aplicable	No aplicable	No aplicable	No aplicable	Envejecimiento artificial tras enfriamiento desde temperatura elevada no típico

Las categorías de temple mostradas reflejan los temple prácticos encontrados en aleaciones trabajadas Al-Si como la 4145. La familia 4xxx no responde a rutas de endurecimiento por envejecimiento como las aleaciones 6xxx o 7xxx, por lo que los temple endurecidos por deformación en serie H y el recocido O son los estados principales de producción. La selección de un temple H más duro sacrifica ductilidad y conformabilidad a cambio de mayor límite elástico y resistencia a tracción, pero limita los pasos posteriores de conformado.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	4.5–12.5 (típico)	Elemento principal de aleación; controla comportamiento de fusión y fortalecimiento por solución sólida
Fe	0.4–1.3	Nivel de impureza que forma intermetálicos; afecta resistencia y ductilidad
Mn	0.05–0.6	Refinador de grano y mejora la resistencia sin gran penalización en corrosión
Mg	0.05–0.6	Pequeñas adiciones mejoran resistencia y respuesta al endurecimiento por trabajo
Cu	≤0.25	Habitualmente bajo para evitar gran reducción en resistencia a la corrosión
Zn	≤0.25	Mantenido bajo ya que aporta fortalecimiento menor pero puede afectar corrosión
Cr	≤0.25	Usado para control de grano y reducir recristalización durante el procesamiento
Ti	≤0.15	Refinador de grano en procesamiento fundido y trabajado
Otros (incl. Al residual)	Balance	Aluminio como balance con trazas residuales (ej. Ni, V, Zr) controladas

El contenido de silicio define en gran medida el comportamiento de la 4145: con Si en un rango medio de un dígito a bajo de dos dígitos, la aleación exhibe características de solidificación eutéctica y casi eutéctica que reducen el inicio de fusión y mejoran la fluidez para brasado y soldadura. El hierro y manganeso influyen principalmente en la morfología de los intermetálicos y la recristalización; su control es importante para la tenacidad y conformabilidad. Pequeñas adiciones de magnesio y cromo se pueden usar para ajustar la respuesta al trabajo en frío y la estabilidad del grano durante ciclos térmicos.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción de la 4145 está dictado por el nivel de silicio y el temple. El material recocido (O) típicamente muestra resistencia a tracción moderada con buena elongación, proporcionando comportamiento dúctil bajo carga cuasi-estática. Los temple endurecidos por deformación (serie H) elevan el límite elástico y la resistencia a tracción a costa de la ductilidad y pueden introducir anisotropía si el laminado o extrusión es intenso.

El límite elástico en la 4145 recocida es modesto, aumentando sustancialmente con el trabajo en frío; la aleación no presenta endurecimiento importante por precipitación, por lo que las mejoras post-fabricación dependen de la deformación plástica. La dureza sigue la misma tendencia; los valores HB aumentan con el endurecimiento por deformación pero permanecen inferiores a los picos en aleaciones 6xxx envejecidas. El desempeño a fatiga está influenciado por el acabado superficial y la presencia de intermetálicos ricos en silicio; el granallado y el pulido mejoran notablemente la vida a fatiga.

El espesor tiene un efecto notable en las propiedades mecánicas porque las velocidades de enfriamiento durante el procesamiento influyen en el tamaño y distribución de partículas de silicio; los calibres finos producidos por enfriamiento rápido o laminado en frío tienden a tener dispersiones de silicio más finas y resistencia algo mayor. La soldadura y la exposición térmica pueden ablandar localmente los temple H en zonas afectadas por el calor; un diseño cuidadoso de parámetros de proceso y tratamientos mecánicos post-soldadura pueden mitigar este ablandamiento.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (H14/H18)	Notas
Resistencia a Tracción	120–170 MPa (típico)	200–270 MPa (típico)	Los rangos dependen fuertemente del contenido de Si y nivel de trabajo en frío
Límite Elástico	60–110 MPa (típico)	140–220 MPa (típico)	Serie H aumenta significativamente el límite elástico por endurecimiento por deformación
Elongación	18–30%	5–14%	La ductilidad disminuye con el incremento del trabajo en frío y los intermetálicos de Si
Dureza (HB)	30–55	65–95	La dureza se correlaciona con el temple y la morfología del silicio

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.68–2.72 g/cm³	Ligera variabilidad con contenido de Si, pero cercana al aluminio puro
Rango de Fusión	~577–640 °C	Eutéctico Al–Si a ~577 °C; banda solidus–líquido depende del % de Si y elementos menores
Conductividad Térmica	~120–180 W/m·K	Inferior al aluminio puro por el silicio; adecuado para componentes disipadores de calor
Conductividad Eléctrica	~25–45 % IACS	Reducida respecto al Al puro debido a elementos de aleación
Capacidad Calorífica	~880–910 J/kg·K	Típica para aleaciones de aluminio a temperatura ambiente
Coeficiente de Expansión Térmica	~22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Comparable a otras aleaciones de aluminio; considerar expansión diferencial con metales disímiles

Las propiedades físicas reflejan los compromisoss derivados de las adiciones de silicio: la conductividad y densidad siguen siendo favorables en comparación con muchos metales, aunque la conductividad térmica y eléctrica se reducen respecto al aluminio puro. La temperatura de solidus más baja introducida por el silicio mejora la fundición y características de brasado, pero requiere un control térmico cuidadoso durante la soldadura y tratamientos térmicos para evitar fusiones localizadas o formación eutéctica.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0,3–6,0 mm	La resistencia varía según el temple y la reducción en el laminado	O, H12, H14	Amplia producción; usado para paneles conformados y ensamblajes por brazing
Placa	6–25 mm	Uniformidad ligeramente menor en el endurecimiento por trabajo en secciones gruesas	O, H18	Las secciones más gruesas pueden presentar partículas de silicio más gruesas que afectan la tenacidad
Extrusión	Secciones transversales hasta 200 mm	La resistencia depende del enfriamiento y del post-estirado	O, H12	Perfiles extruidos utilizados para elementos estructurales e intercambiadores de calor
Tubo	Diámetro exterior 6–150 mm	El espesor de pared afecta la estabilidad mecánica	O, H14	Común para intercambio térmico y manejo de fluidos, donde se requiere brazing o soldadura
Barra/Varilla	Diámetro 3–60 mm	La varilla estirada en frío mejora la resistencia y el acabado superficial	O, H18	Usado para componentes mecanizados y sujetadores donde el Si mejora la resistencia al desgaste

Las diferencias en el procesamiento afectan las propiedades finales: la chapa y la tira reciben un laminado y adelgazamiento más uniforme, lo que conduce a una dispersión fina del silicio, mientras que la placa y las extrusiones pesadas pueden retener microestructuras más gruesas que reducen la ductilidad. Las extrusiones y los tubos a menudo se someten a estirado post-extrusión para reducir tensiones residuales y mejorar la estabilidad dimensional. La selección de la forma del producto depende de la rigidez requerida de la sección, los pasos de conformado y los procesos de unión posteriores a la fabricación.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	4145	USA	Designación dentro del sistema Aluminum Association para aleación trabajada Al-Si
EN AW	No tiene equivalente directo	Europa	No existe un grado EN AW que coincida exactamente; las familias Al–Si trabajadas más cercanas incluyen AW‑4043/4047
JIS	No tiene equivalente directo	Japón	Puede haber designaciones locales para composiciones Al–Si pero no hay coincidencia exacta con 4145
GB/T	No tiene equivalente directo	China	Las normas chinas incluyen grados Al–Si trabajados, pero 4145 puede suministrarse bajo especificaciones propietarias

No siempre existe una equivalencia uno a uno para 4145 en normas internacionales porque las ventanas composicionales y los fines de aplicación varían regionalmente. Cuando se requiere intercambiabilidad exacta, los ingenieros deben comparar tablas detalladas de composición química y propiedades mecánicas o solicitar certificación a los proveedores. En muchos casos, grados Al–Si como EN AW‑4043 o 4047 son funcionalmente similares para aplicaciones de soldadura y metal de aporte, pero difieren en contenido de Si y balance mecánico.

Resistencia a la Corrosión

En ambientes atmosféricos, el 4145 exhibe buena resistencia debido a la película de óxido de aluminio que se forma naturalmente; los pequeños porcentajes de silicio y otros elementos de aleación no degradan significativamente el desempeño general. La corrosión localizada como la picadura es típicamente menos pronunciada que en aleaciones de fundición con alto contenido de silicio, pero no iguala la durabilidad marina de aleaciones 5xxx con alto magnesio.

El comportamiento marino es aceptable para componentes por encima de la zona de salpicaduras o para piezas protegidas de forma sacrificatoria y sujetas a inspección regular. En ambientes húmedos continuos con alta concentración de cloruros, el 4145 es susceptible a ataques localizados y corrosión galvánica cuando está acoplado con metales catódicos; los recubrimientos protectores o el aislamiento adecuado son medidas estándar de mitigación.

El fenómeno de agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) no es un modo principal de falla para aleaciones Al–Si bajas en cobre como el 4145; sin embargo, tensiones residuales por trabajo en frío o soldadura combinadas con ambientes agresivos pueden producir comportamientos similares a SCC en geometrías altamente restringidas. Las interacciones galvánicas deben considerarse al emparejar 4145 con materiales más nobles como aceros inoxidables o aleaciones de cobre, especialmente en agua de mar, donde el aluminio corroerá preferentemente a menos que esté aislado.

Comparado con aleaciones tratables térmicamente 6xxx o 7xxx, el 4145 ofrece mejor resistencia al ablandamiento en las zonas afectadas por calor de la soldadura, pero típicamente menor resistencia a la corrosión en exposición marina que las series 5xxx. La aleación es un compromiso práctico cuando se requieren resistencia a la corrosión y soldabilidad como criterios de diseño.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldabilidad del 4145 es generalmente muy buena con procesos TIG y MIG cuando se usan gases protectores y metal de aporte adecuados. El contenido de silicio favorece la humectación y fluidez en soldadura por fusión y operaciones de brazing, reduciendo la incidencia de defectos por falta de fusión. Los metales de aporte recomendados son varillas o alambres tipo Al–Si (p.ej., aleaciones AlSi) para mantener el contenido de silicio y evitar fisuras por calor; se deben evitar aportes ricos en cobre. El ablandamiento en la zona afectada por calor es menos severo que en aleaciones de endurecimiento por precipitación, pero el sobrecalentamiento aún puede causar fusión localizada o segregación eutéctica, por lo que el control térmico es esencial.

Mecanizado

La mecanización del 4145 es moderada; la presencia de silicio incrementa el desgaste de herramientas comparado con aluminio puro pero mejora el control de viruta y la estabilidad del mecanizado. Se recomienda utilizar herramientas de carburo con caras de filo pulidas y geometrías de filo positivo; las velocidades de corte pueden ser similares a otras aleaciones de aluminio, pero se deben controlar las velocidades de avance para evitar la formación de rebaba. La lubricación suele ser necesaria en mayores contenidos de Si para proteger la vida útil de las herramientas y mantener el acabado superficial.

Conformabilidad

La conformabilidad en el temple recocido O es excelente; el 4145 puede ser embutido profundo, doblado y conformado con herramientas convencionales con radios de curvatura reducidos en comparación con grados más gruesos de aluminio. El trabajo en frío a temple H reduce significativamente la ductilidad y aumenta el rebote elástico, por lo que las operaciones de conformado se realizan típicamente en temple suave seguido de endurecimiento por deformación ligera. Para doblados críticos, radios mínimos internos de 1–2 veces el espesor son prácticos en temple O, aunque las tolerancias reales dependen del calibre y la herramienta.

Comportamiento en Tratamientos Térmicos

Como una aleación predominantemente Al–Si, el 4145 no se fortalece eficazmente mediante tratamientos térmicos convencionales de precipitación; el tratamiento térmico por solubilización y envejecimiento artificial entregan incrementos marginales de resistencia. Los intentos de aplicar tratamientos tipo T6 producen respuesta limitada porque el silicio no precipita de la misma manera fortalecedora que Mg2Si en aleaciones 6xxx.

Por tanto, la práctica del tratamiento térmico se centra en el ablandamiento (recocido) y en controlar la estructura de grano mediante procesamiento térmico. El recocido completo (O) se realiza mediante baños prolongados por encima de la temperatura de recristalización, seguidos de enfriamiento controlado para producir una microestructura dúctil. El endurecimiento por trabajo sigue siendo la vía principal para incrementar la resistencia, y las transiciones de temple se consiguen mediante deformación mecánica seguida de estabilización (p. ej., H14 a partir de O mediante trabajo en frío controlado).

Desempeño a Altas Temperaturas

La pérdida de resistencia en 4145 se vuelve significativa por encima de aproximadamente 150–200 °C debido a procesos de recuperación y recristalización que llevan a ablandamiento y crecimiento de fases ricas en silicio. El servicio continuo por encima de unos 200 °C se evita generalmente para aplicaciones con carga, aunque la exposición transitoria durante brazing y soldadura es tolerada por las características favorables de fusión de la aleación.

La oxidación a temperaturas elevadas está limitada por la escala de óxido de aluminio, pero las fases ricas en silicio pueden alterar localmente la adherencia del óxido; la exposición prolongada a alta temperatura puede producir fragilización y desprendimiento de la escala en condiciones térmicas cíclicas. Las zonas afectadas por calor de la soldadura pueden mostrar respuestas térmicas diferentes debido a cambios microestructurales; estas áreas requieren consideración si los componentes operan cerca de los límites térmicos de la aleación.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Por qué se Usa 4145
Automotriz	Aletas y soportes para intercambiadores de calor	Buena conductividad térmica y conformabilidad; compatible con brazing y soldadura
Marina	Soportes y accesorios estructurales no críticos	Resistencia a la corrosión adecuada con resistencia económica
Aeroespacial	Accesorios estructurales secundarios, clips	Relación resistencia-peso favorable y soldabilidad para estructuras no primarias
Electrónica	Disipadores y chasis	Conductividad térmica y facilidad para conformar aletas y ensamblajes
Electrodomésticos	Carcasas de cocinas y intercambiadores de calor	Buena combinación de conformabilidad y comportamiento térmico

La combinación del comportamiento térmico impulsado por el silicio, la soldabilidad y las propiedades mecánicas razonables hacen del 4145 una opción práctica para componentes que requieren gestión térmica y fabricación económica. Su balance de propiedades permite a los diseñadores minimizar el mecanizado y utilizar ensamblajes formados o por brazing.

Consejos para la Selección

Elija 4145 cuando necesite una aleación Al‑Si que se suelde y brasee bien, ofrezca buena conductividad térmica y proporcione un punto intermedio entre conformabilidad y resistencia. Es especialmente adecuada para componentes de intercambio térmico, carcasas conformadas y ensamblajes soldados donde no se requiere endurecimiento por envejecimiento en temple T.

En comparación con el aluminio comercialmente puro (1100), el 4145 intercambia una conductividad eléctrica y térmica ligeramente reducida por una mayor resistencia y un mejor comportamiento frente al desgaste y la soldadura a brasar. En comparación con aleaciones endurecidas en frío como 3003 o 5052, el 4145 suele ofrecer un rendimiento térmico superior y una resistencia a la corrosión similar o ligeramente inferior, mientras proporciona una resistencia competitiva tras el trabajo en frío. En comparación con aleaciones tratables térmicamente como 6061 o 6063, el 4145 es preferido cuando la estabilidad superior en las zonas afectadas por el calor (HAZ) de la soldadura y la soldabilidad a brasar son más importantes que alcanzar la máxima resistencia pico posible.

En la adquisición, se debe ponderar la disponibilidad y el costo frente a los estados de temple requeridos; debido a que el 4145 depende del trabajo en frío más que del endurecimiento por envejecimiento, mantener inventarios en estado O y un temple H cubre la mayoría de las necesidades de diseño, lo que potencialmente simplifica la logística de la cadena de suministro.

Resumen final

La aleación de aluminio 4145 sigue siendo una opción práctica de ingeniería cuando se necesitan los beneficios del silicio—mejor soldabilidad a brasar, buena conductividad térmica y un comportamiento robusto en la zona de soldadura—junto con propiedades mecánicas y conformabilidad razonables. Su nicho está definido por aplicaciones que requieren un compromiso duradero Al–Si en lugar de la máxima resistencia por endurecimiento por envejecimiento, y continúa siendo relevante en industrias que demandan soluciones de aluminio económicas, soldables y con conductividad térmica.