Aluminio 5051: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción Completa

5051 es un miembro de la serie 5xxx de aleaciones de aluminio, que son aleaciones reforzadas con magnesio y no tratables térmicamente. Su principal elemento de aleación es el magnesio, típicamente en un rango bajo a medio en porcentaje, con niveles traza de manganeso y cromo para refinar la estructura de grano y mejorar la resistencia a la corrosión. El fortalecimiento se logra casi exclusivamente mediante endurecimiento por solución sólida y trabajo en frío, en lugar de tratamiento térmico de precipitación, lo que sitúa al 5051 en la misma clase de procesamiento que otras aleaciones 5xxx.

Las características clave del 5051 incluyen un equilibrio favorable entre resistencia moderada, buena resistencia a la corrosión (especialmente en ambientes marinos y con cloruros) y excelente soldabilidad. La conformabilidad en temple más blando es buena a excelente, y la aleación responde de manera predecible al trabajo en frío para incrementos progresivos de la resistencia. Las industrias típicas que emplean 5051 incluyen construcción naval, transporte (carrocerías para remolques y furgonetas), recipientes a presión y algunas aplicaciones arquitectónicas donde se priorizan la resistencia a la corrosión y una resistencia moderada.

Los ingenieros eligen 5051 sobre otras aleaciones cuando necesitan una resistencia mejorada en comparación con el aluminio puro comercial, manteniendo una mejor resistencia a la corrosión marina en comparación con muchas aleaciones 3xxx endurecidas por trabajo en frío. Se selecciona cuando la soldadura y el desempeño post-soldadura son importantes y cuando el tratamiento térmico es impráctico o innecesario. El costo y la disponibilidad son factores adicionales; el 5051 ofrece a menudo una posición costo-rendimiento atractiva para paneles estructurales, extrusiones y conjuntos soldados.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Baja	Alta (20–35%)	Excelente	Excelente	Totalmente recocido, máxima ductilidad y conformabilidad
H12	Moderada	Moderada (12–20%)	Buena	Excelente	Endurecimiento parcial, conformado limitado después del temple
H14	Moderado-Alto	Moderada (8–15%)	Buena	Excelente	Cuartamente duro, común para conformado de chapa y resistencia moderada
H18	Alta	Baja (6–12%)	Limitada	Excelente	Totalmente duro, usado donde se requiere mayor límite elástico sin recocido
H22	Moderada (estabilizada)	Moderada	Buena	Excelente	Alivio de tensiones tras endurecimiento parcial para estabilidad en fabricación
H32	Moderado-Alto	Moderada	Buena	Excelente	Endurecido por deformación y estabilizado, común en estructuras soldadas
H111	Moderada	Moderada	Buena	Excelente	Condición temporal de endurecimiento por deformación para operaciones de conformado limitadas

La selección del temple para 5051 controla las compensaciones entre resistencia y ductilidad; los temple más fríos proporcionan mayor límite elástico y resistencia a la tracción a costa de una menor elongación y capacidad de conformado. Debido a que 5051 no es tratable térmicamente, la familia H (trabajo en frío y alivio de tensiones) es el mecanismo mediante el cual fabricantes y fabricadores ajustan el desempeño mecánico para piezas y métodos de producción específicos.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.25	Silicio controlado bajo para evitar fragilidad y mantener soldabilidad
Fe	≤ 0.40	Elemento impureza típico; exceso reduce conformabilidad
Mn	≤ 0.20	Pequeñas adiciones mejoran resistencia y resistencia a corrosión por límites de grano
Mg	2.2–2.8	Elemento principal de endurecimiento; gobierna desempeño en corrosión y respuesta al trabajo en frío
Cu	≤ 0.10	Bajo para preservar resistencia a la corrosión y soldabilidad
Zn	≤ 0.25	En menor cantidad; aumento incrementa resistencia pero puede generar problemas galvánicos
Cr	0.05–0.25	Microaleación para controlar estructura de grano y mejorar resistencia al envejecimiento por deformación
Ti	≤ 0.15	Refinador de grano usado en algunos productos fundidos o forjados
Otros	≤ 0.15 total	Incluye V, Zr, etc., mantenidos bajos para propiedades consistentes

La química de la aleación se centra en el magnesio para el endurecimiento por solución sólida, manteniendo el cobre y el zinc bajos para preservar la resistencia a la corrosión y el comportamiento en soldadura. Niveles menores de cromo y manganeso ayudan a controlar la recristalización y el crecimiento del grano durante el procesamiento, mejorando la tenacidad y resistencia a la corrosión intergranular en piezas fabricadas.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción del 5051 es típico de una aleación 5xxx de resistencia media: en condición recocida (O) presenta resistencia a tracción y límite elástico modestos con elongación relativamente alta, mientras que las condiciones H-temper producidas por trabajo en frío aumentan sustancialmente el límite elástico y la resistencia a la tracción a costa de la ductilidad. El comportamiento del límite elástico es progresivo con el aumento del trabajo en frío y la designación del temple; H12/H14 proporcionan ganancias medibles en límite elástico, mientras que H18 o H32 ofrecen las máximas resistencias alegaables sin tratamiento térmico. La dureza sigue las tendencias del límite elástico y se mide comúnmente para controlar procesos en estampado y conformado.

El desempeño en fatiga es sensible a la condición superficial, procesamiento y ambiente de trabajo; el 5051 pulido y bien soldado presenta vida útil razonable en fatiga de ciclo alto para aplicaciones estructurales, pero las grietas de fatiga se inician preferencialmente en las uniones soldadas y concentradores de tensión. Los efectos del espesor son significativos: calibres más finos se endurecen más fácilmente al frío logrando niveles más altos de resistencia, mientras que placas y extrusiones gruesas retienen más ductilidad residual en temple más blando y pueden ser desafiantes para lograr uniformidad de resistencia a través del espesor sin procesos de sobremecanizado.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (p. ej., H14/H32)	Notas
Resistencia a la Tracción	110–145 MPa	210–275 MPa	Valores dependen del espesor y grado de trabajo en frío
Límite Elástico	40–75 MPa	150–240 MPa	H-temper incrementa límite elástico sustancialmente por endurecimiento por deformación
Elongación	20–35%	6–15%	La ductilidad decrece con el aumento del temple/dureza
Dureza	25–35 HB	55–85 HB	La dureza se correlaciona con el trabajo en frío y se usa para control de calidad en piezas fabricadas

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.68 g/cm³	Típico para aleaciones de aluminio forjado; relación resistencia-peso favorable
Intervalo de Fusión	~605–655 °C	La aleación amplía ligeramente el intervalo de fusión por debajo del punto de fusión del Al puro (660 °C)
Conductividad Térmica	~130 W/m·K	Buena conductividad térmica, algo menor que el aluminio puro
Conductividad Eléctrica	~34–44 % IACS	Reducida respecto al Al puro debido al Mg en solución sólida
Calor Específico	~900 J/kg·K	Calor específico típico de aleaciones de aluminio a temperaturas ambiente
Coeficiente de Expansión Térmica	23.0–24.5 µm/m·K	Coeficiente moderado; importante para conjuntos multimateriales

5051 mantiene muchas de las propiedades físicas atractivas del aluminio: bajo peso y alta conductividad térmica en comparación con los aceros, lo que lo hace útil para gestión térmica y estructuras ligeras. La combinación de densidad y propiedades mecánicas ofrece buena resistencia específica, pero los diseñadores deben considerar la expansión térmica al emparejar 5051 con metales disímiles o cuando se usa en ambientes con ciclos térmicos.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0.4–6 mm	Se trabaja fácilmente en frío; calibres finos alcanzan mayores resistencias en temple H	O, H14, H18, H32	Ampliamente usada para paneles, revestimientos y cerramientos
Placa	6–50 mm	Menor trabajabilidad en frío; frecuentemente suministrada en temple más blando para mecanizado	O, H112, H32	Placas estructurales y componentes fabricados más gruesos
Extrusión	Perfiles complejos	La resistencia depende del trabajo en frío posterior a la extrusión; puede estar estabilizada por envejecimiento	O, H32	Común para marcos, rieles y secciones para uso marino
Tubo	Pared de 1–12 mm	Similar a chapa; opciones soldadas o sin costura afectan propiedades	H14, H32	Usado en tuberías estructurales y conductos expuestos a corrosión
Barra / Varilla	Ø3–100 mm	Barra trefilada aumenta la resistencia; el stock para mecanizado suele ser más blando	O, H18, H22	Accesorios, pasadores y componentes torneados

La ruta de procesamiento (laminado, extrusión, trefilado) afecta la recristalización y la anisotropía en propiedades mecánicas; la chapa y calibres finos son las formas más económicas y las más fáciles de trabajar en frío para lograr temple H de mayor resistencia. Las extrusiones y placas se eligen cuando se requieren características transversales complejas o secciones gruesas, pero pueden necesitar alivio de tensiones adicional o enfriamiento controlado para evitar deformaciones en conjuntos soldados.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	5051	EE.UU.	Designación de Aluminum Association para aleación Mg forjada de la serie 5xxx
EN AW	5051	Europa	EN AW-5051 comúnmente usado; límites químicos y mecánicos similares a AA
JIS	A5051	Japón	Variantes JIS alineadas composicionalmente pero pueden especificar condiciones diferentes de pruebas mecánicas
GB/T	5051	China	Grado según norma china con composición comparable; las tolerancias de procesamiento pueden diferir

Las diferencias entre normas suelen encontrarse en las bandas de tolerancia especificadas, métodos requeridos de pruebas mecánicas y límites permitidos de impurezas, más que en la química fundamental. Los ingenieros deben verificar los certificados de fábrica en aplicaciones críticas para asegurar conformidad con normas locales respecto a propiedades, tratamientos y rutas de procesamiento.

Resistencia a la Corrosión

El 5051 presenta muy buena resistencia a la corrosión atmosférica, característica de la serie 5xxx debido a su contenido de magnesio y bajo nivel de cobre. La aleación forma una película de óxido protectora que proporciona resistencia a la corrosión por picaduras en muchos ambientes exteriores y moderadamente agresivos. En exposiciones marinas y atmósferas ricas en cloruros, el 5051 se comporta bien en comparación con muchas aleaciones 3xxx y 6xxx, aunque inmersión prolongada y aguas estancadas salinas pueden provocar ataques localizados si fallan los recubrimientos superficiales.

La sensibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión (SCC) en 5051 es menor que en aleaciones 5xxx con alto Mg (>3.5% Mg), pero no puede descartarse completamente en componentes altamente cargados en ambientes agresivos. Tensiones residuales de tracción por conformado o soldadura aumentan el riesgo de SCC, por lo que es importante un diseño apropiado, alivio de tensiones post-soldadura y selección de materiales en componentes estructurales críticos. Las interacciones galvánicas deben controlarse cuando 5051 se acopla con metales más nobles como acero inoxidable o cobre; el aislamiento adecuado o ánodos sacrificatorios son medidas comunes de mitigación en ensamblajes marinos y arquitectónicos.

Comparado con otras familias de aleaciones, el 5051 ofrece superior resistencia a la corrosión marina frente a muchas aleaciones tratables térmicamente (por ejemplo, serie 6xxx) que contienen cobre o niveles más altos de zinc, aunque desarrolla una resistencia máxima algo menor que las aleaciones 6xxx envejecidas. Los diseñadores seleccionan frecuentemente 5051 cuando se prioriza la durabilidad en ambientes con cloruros y la soldabilidad sobre la máxima resistencia alcanzable.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

El 5051 se suelda fácilmente con procesos de fusión comunes, incluyendo TIG (GTAW) y MIG (GMAW). Los cordones en 5051 suelen mostrar buena fluidez del baño y baja susceptibilidad a grietas en caliente debido a su composición libre de cobre significativo y contenido moderado de magnesio. Los metales de aporte recomendados son comúnmente 5356 (Al-Mg) para mayor resistencia y buena resistencia a la corrosión, o 4043 (Al-Si) para mejorar la soldabilidad en algunas situaciones; la elección depende de la resistencia post-soldadura deseada y el comportamiento durante el anodizado. Los diseñadores deben considerar el ablandamiento de la ZAT si el metal base está en temple por deformación y seguir prácticas adecuadas de estabilización post-soldadura o tratamientos térmicos locales cuando sea necesario.

Maquinabilidad

La maquinabilidad del 5051 es moderada; se mecaniza más fácilmente que aleaciones de mayor resistencia pero menos que el aluminio comercialmente puro. Se recomiendan herramientas con punta de carburo y geometría de avance positivo para controlar la formación de viruta y evitar borde construido; los refrigerantes o lubricantes mejoran el acabado superficial y la vida útil de la herramienta. Las velocidades de corte son moderadas y las alimentaciones deben optimizarse para evitar el endurecimiento superficial que puede afectar los acabados. Para torneado o fresado de alto volumen, los recubrimientos en herramientas y fijaciones rígidas reducen vibraciones y extienden la vida útil.

Formabilidad

La formabilidad es excelente en la condición recocida (O) y permanece muy buena en temple ligero tipo H, como H12 y H14, haciendo al 5051 apto para embutición profunda, plegado y conformado por estirado. Los radios mínimos de plegado deben referirse al temple y espesor, pero la práctica general para chapa es un radio de 1–3× el espesor en tempers más blandos; radios más cerrados requieren recocido antes de formar o uso de tempers más blandos. El trabajo en frío incrementa significativamente la resistencia y reduce la ductilidad, por lo que las operaciones progresivas deben secuenciarse para evitar fisuras y pueden requerir recocidos intermedios para geometrías complejas.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

El 5051 es una aleación no tratable térmicamente, por lo que no responde a tratamientos de solución y envejecimiento artificial para desarrollo de resistencia; sus cambios mecánicos se logran mediante trabajo en frío controlado y designaciones de temple. Los ciclos térmicos estándar usados para aleaciones tratables (solución y temple seguido de envejecimiento) no son efectivos para generar endurecimiento por precipitación en 5051, por lo que los diseñadores no deben confiar en ganancias de temple T para este grado.

El recocido se usa para restaurar ductilidad tras trabajo en frío intenso; el recocido completo para 5051 normalmente se realiza entre aproximadamente 350–415 °C con enfriamiento controlado para lograr el temple O. Tratamientos de estabilización (por ejemplo, H22 o H32) involucran pasos de baja temperatura o alivio de tensiones para minimizar el envejecimiento por deformación y proveer estabilidad dimensional predecible para fabricación y soldadura. Los programas de trabajo en frío y control de temple forman parte de la ruta de procesamiento en fábrica para entregar material con límites elásticos y resistencia a la tracción objetivo para conformado o uso estructural.

Comportamiento a Alta Temperatura

A temperaturas elevadas, el 5051 pierde resistencia progresivamente conforme el endurecimiento por solución sólida se vuelve menos efectivo y procesos de recuperación se aceleran; las temperaturas prácticas de uso continuo para integridad estructural suelen limitarse a menos de aproximadamente 100 °C en aplicaciones que requieren resistencia nominal. La resistencia a fluencia a temperaturas moderadamente elevadas es limitada comparada con aleaciones especiales para alta temperatura, y cargas sostenidas a temperaturas elevadas causarán deformación medible con el tiempo. La oxidación en aire es mínima porque el aluminio forma un óxido estable, pero la exposición a alta temperatura puede alterar el aspecto superficial y afectar tratamientos o recubrimientos posteriores.

Las uniones soldadas pueden mostrar ablandamiento localizado en la zona afectada por el calor (ZAT) debido a la exposición térmica; los diseñadores deben considerar esto para temperaturas de servicio elevadas porque la ZAT puede ser la región limitante para la retención de resistencia. Para aplicaciones que requieren mayor capacidad térmica, se deben considerar aleaciones alternativas o márgenes de diseño.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se usa 5051
Automotriz	Paneles de carrocería, tanques de combustible	Buena formabilidad, soldabilidad y resistencia a la corrosión
Marina	Paneles de casco, estructuras de cubierta	Superior resistencia a la corrosión por picaduras en cloruros y soldabilidad
Aeroespacial	Accesorios, carenados (no críticos)	Relación favorable resistencia-peso y comportamiento frente a corrosión
Eléctrica/Gestión térmica	Disipadores térmicos, carcasas	Buena conductividad térmica y fabricabilidad
Arquitectura	Revestimientos, fachadas	Resistencia a la intemperie y capacidad estética para anodizado

El 5051 se usa ampliamente cuando se requiere la combinación de resistencia a la corrosión, soldabilidad y resistencia moderada sin el costo ni complejidad de tratamientos térmicos. Su balance de propiedades soporta aplicaciones diversas desde estructuras marinas hasta ensamblajes ligeros fabricados donde las condiciones de servicio y métodos de fabricación determinan la elección de aleación.

Consideraciones para la Selección

Elija 5051 cuando necesite una aleación no tratable térmicamente con mejor resistencia que el aluminio comercialmente puro y superior resistencia a la corrosión en ambientes con cloruros. Es particularmente atractiva cuando se requieren soldadura y conformado y cuando los diseñadores prefieren comportamiento predecible por endurecimiento por deformación en lugar de por envejecimiento.

Comparado con 1100 (aluminio comercialmente puro), el 5051 sacrifica algo de conductividad eléctrica y máxima formabilidad para lograr resistencia sustancialmente mayor y mejor desempeño marino. Comparado con las aleaciones 3xxx (por ejemplo 3003 o 5052), el 5051 ofrece resistencia comparable o ligeramente superior con resistencia similar a la corrosión, situándose como un punto medio entre resistencia y ductilidad. Frente a aleaciones tratables térmicamente como 6061/6063, el 5051 admite soldadura más fácil y mejor resistencia a la corrosión por cloruros aunque no alcanza la resistencia máxima de aleaciones 6xxx envejecidas; use 5051 cuando la resistencia a la corrosión en servicio y la integridad de unión sean prioritarias frente a la máxima resistencia alcanzable.

• Prefiera 5051 para estructuras marinas soldadas y piezas fabricadas expuestas a corrosión.
• Prefiera 6061 si la máxima resistencia estructural y maquinabilidad son críticas y la corrosión está controlada.
• Prefiera 1100/3003 para formabilidad o conductividad eléctrica óptimas donde no se requiere alta resistencia.

Resumen Final

5051 sigue siendo una aleación de aluminio práctica y equilibrada para aplicaciones que requieren un balance robusto de resistencia a la corrosión, soldabilidad y resistencia moderada sin dependencia de tratamientos térmicos. Su comportamiento predecible bajo trabajo en frío y amplia disponibilidad en formas comerciales comunes la convierten en una opción costo-efectiva para tareas de fabricación estructural, transporte y marina donde se requiere durabilidad a largo plazo en ambientes agresivos.