Aluminio 5059: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Resumen Integral

5059 es un miembro de la serie 5xxx de aleaciones de aluminio, ubicándose claramente dentro de la familia Al–Mg. Está principalmente aleado con magnesio y cantidades menores de manganeso y cromo para aumentar la resistencia y mejorar la resistencia a la corrosión en comparación con las aleaciones 5xxx con menor contenido de magnesio.

El principal mecanismo de fortalecimiento del 5059 es el endurecimiento por solución sólida complementado por microaleación y procesamiento termomecánico controlado; no es una aleación convencional endurecible mediante tratamiento térmico. La resistencia se desarrolla mediante trabajo en frío y controlando la química de precipitados y dispersoides durante el procesamiento, proporcionando una buena combinación de alta resistencia y tenacidad retenida.

Las características clave del 5059 incluyen alta resistencia a la tracción y límite elástico para un aluminio no endurecible por tratamiento térmico, resistencia superior a la corrosión marina, buena soldabilidad con metales de aporte adecuados y una formabilidad razonable en estados recocidos. Las industrias típicas que aprovechan el 5059 son la marina y construcción naval, estructuras offshore, transporte (ferrocarril y vehículos especiales) y herrajes de fuselajes donde la resistencia a la corrosión y el ahorro de peso son críticos.

Los ingenieros seleccionan el 5059 cuando necesitan una aleación no endurecible que se acerque a la resistencia de aleaciones endurecibles de nivel inferior manteniendo una resistencia superior al agua de mar y a la corrosión bajo tensión. La aleación se elige a menudo sobre sus pares de la serie 5000 por su mayor resistencia y sobre las aleaciones 6xxx/7xxx cuando se priorizan la resistencia a la corrosión y la soldabilidad.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta	Excelente	Excelente	Recocido completo, mejor ductilidad y capacidad de conformado
H111	Bajo-Medio	Alta	Muy Buena	Muy Buena	Endurecimiento por trabajo leve tras una única deformación, adecuado para conformado moderado
H116	Medio-Alto	Moderada	Buena	Buena	Temple endurecido y estabilizado ampliamente usado en ambientes marinos
H321	Medio-Alto	Moderada	Buena	Buena	Endurecido por trabajo y estabilizado térmicamente mediante pequeño tratamiento térmico
H34 / H36	Alto	Baja-Moderada	Limitada	Buena	Endurecimiento por deformación más intenso para máxima resistencia en estado no endurecible
T (aplicabilidad limitada)	Variable	Variable	Variable	Variable	Algunos templados comerciales T pueden existir tras solución limitada + envejecimiento; no es la ruta primaria de endurecimiento

El temple determina críticamente el equilibrio entre resistencia, ductilidad y capacidad de fabricación del 5059. El material recocido (O) permite embutición profunda, estampado complejo y plegado, mientras que los estilos H1x/H11x ofrecen incrementos progresivos de resistencia con pérdida moderada de elongación, adecuados para piezas formadas pero no fuertemente dobladas.

Los templados con mayor endurecimiento por deformación (H3x/H34/H36) maximizan el límite elástico y la resistencia a la tracción para elementos estructurales pero reducen sustancialmente la capacidad de doblado y formado por estiramiento; la soldadura típicamente revierte la zona afectada por el calor (ZAC) a condiciones más suaves y debe considerarse en el diseño de juntas.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.40	Silicio controlado bajo para limitar intermetálicos frágiles y mantener la tenacidad
Fe	≤ 0.50	Nivel típico de impureza; Fe excesivo forma fases frágiles que reducen la ductilidad
Mn	0.2–1.0	Mejora la resistencia y estructura de grano; ayuda a controlar la recristalización
Mg	4.5–6.0	Elemento principal de endurecimiento, mejora la resistencia a la corrosión en atmósferas marinas
Cu	≤ 0.10	Mantenido bajo para evitar reducción de la resistencia a la corrosión y susceptibilidad a SCC
Zn	≤ 0.25	Bajo contenido de zinc para evitar fisuración en caliente y preservar la resistencia a la corrosión
Cr	0.20–0.50	Elemento de microaleación que refina la estructura de grano y estabiliza propiedades mecánicas
Ti	≤ 0.10	Refinador de grano cuando se añade en pequeñas cantidades durante fundición/extrusión
Otros (cada uno)	≤ 0.05	Elementos menores y residuales; total generalmente limitado

La química de la aleación está ajustada para maximizar el endurecimiento por solución sólida impulsado por Mg mientras se mantienen bajos el cobre y el zinc para preservar la resistencia a la corrosión. El cromo y el manganeso se agregan intencionalmente para refinar la estructura granular, inhibir la recristalización durante el procesamiento termomecánico y estabilizar la resistencia tras soldadura o exposición térmica.

Propiedades Mecánicas

En servicio, el perfil de resistencia a la tracción y límite elástico del 5059 depende fuertemente del temple y espesor. El material recocido ofrece resistencia modesta (comparable a muchas aleaciones 5xxx) con alta elongación, mientras que los templados endurecidos y estabilizados entregan niveles altos de límite elástico que se aproximan a aleaciones endurecibles de grado inferior. El desempeño en fatiga es generalmente bueno para una aleación de grado marino, siempre que la condición superficial y detalles de soldadura minimicen concentradores de tensión.

La resistencia al límite elástico en templados de alta resistencia es alta mientras que la ductilidad retenida es moderada; los ingenieros deben considerar radios de curvatura reducidos y menor formabilidad en frío al seleccionar templados tipo H3x. La dureza se correlaciona con el trabajo en frío; los templados de alta resistencia muestran durezas sustancialmente incrementadas y elongaciones reducidas, y el espesor afecta notablemente dado que secciones gruesas tienden a tener endurecimiento efectivo levemente inferior tras el procesamiento.

La resistencia a la fatiga por corrosión cíclica y a la corrosión bajo tensión es superior a muchas aleaciones con contenido de cobre, haciendo al 5059 atractivo para estructuras soldadas en ambientes marinos. Tanto el espesor como el temple influyen en la resistencia a la fatiga; miembros más gruesos proporcionan mejor distribución de carga pero pueden dificultar el endurecimiento total por deformación en producción.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (rango H116 / H36)	Notas
Resistencia a la Tracción	~220–300 MPa	~400–480 MPa	Amplio rango que depende del grado de endurecimiento por deformación y estabilización
Límite Elástico	~100–170 MPa	~350–420 MPa	Los templados de alta resistencia ofrecen límite elástico excepcional para aluminio no endurecible
Elongación	~18–26%	~6–12%	El recocido es altamente dúctil; los templados endurecidos sacrifican ductilidad para resistencia
Dureza (HB)	~55–75 HB	~120–150 HB	La dureza aumenta con el trabajo en frío y el tratamiento de estabilización

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.66 g/cm³	Típico de aleaciones Al–Mg; menor que el acero, permite reducción de peso
Rango de Fusión	Solidus ~555–620 °C; Líquido hasta ~650–660 °C	La aleación desplaza el solidus por debajo del líquido del Al puro; útil para consideraciones de fundición
Conductividad Térmica	~130–160 W/(m·K)	Menor que el Al puro pero aún favorable para gestión térmica comparado con aceros
Conductividad Eléctrica	~28–40 %IACS	Reducida respecto al Al puro debido a Mg y aleación; suficiente para muchas aplicaciones conductoras
Calor Específico	~900 J/(kg·K)	Similar a otras aleaciones de aluminio, efectivo para diseño de masa térmica
Coeficiente de Expansión Térmica	~23–24 ×10^-6 /K (20–100 °C)	Coeficiente típico del aluminio; debe considerarse en ensamblajes con metales disímiles

El conjunto de propiedades físicas hace al 5059 atractivo donde se requiere un metal de baja densidad y buena conductividad térmica junto con alta resistencia y resistencia a la corrosión. La conductividad térmica y eléctrica son inferiores al aluminio puro pero aún muy superiores a los aceros, permitiendo diseños más livianos en aplicaciones de disipación de calor y distribución eléctrica.

Las características de fusión y solidus son relevantes para la soldadura y uniones por fusión; el comportamiento de solidificación y la susceptibilidad a fisuras en caliente están influenciados por elementos menores y deben manejarse mediante diseño de juntas y selección de metales de aporte.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento Mecánico	Temple Común	Notas
Chapa	0.5–6.0 mm	Uniforme en espesores delgados; trabajable en frío	O, H111, H116	Ampliamente usada para paneles, revestimiento de cascos y componentes conformados
Placa	6–80+ mm	Eficiencia de endurecimiento por deformación en frío ligeramente reducida en espesores pesados	H116, H36	Placas estructurales para construcción naval y transporte donde se requiere alto límite elástico
Extrusión	Perfiles hasta secciones transversales grandes	La resistencia depende de la velocidad de extrusión y el estiramiento posterior	O, H111, H116	Perfiles complejos para marcos estructurales y accesorios
Tubo	Diámetros variados, espesor de pared variable	Resistencia similar a la chapa cuando es estirado en frío	O, H116	Utilizado para tubería estructural en ambientes corrosivos
Barra/Varilla	Diámetros hasta 300 mm	Buena resistencia a tracción/límite elástico según el temple	O, H116, H36	Accesorios mecanizados y componentes forjados

La ruta de fabricación afecta el balance final de propiedades: la chapa y placa laminadas se estabilizan comúnmente para mantener la resistencia después de la soldadura, mientras que los perfiles extruidos pueden ser homogeneizados por solución y estirados para controlar tensiones residuales. Los productos en placa y con espesores gruesos pueden ser más difíciles de trabajar en frío de forma homogénea, requiriendo procesos adaptados para alcanzar las resistencias objetivo.

Las aplicaciones típicas para cada forma reflejan compensaciones entre fabricabilidad y desempeño final: chapa para paneles conformados y revestimiento de cascos, placa para miembros estructurales soldados, extrusiones para accesorios de precisión y rieles, y barra/varilla para piezas mecanizadas que aprovechan la resistencia y resistencia a la corrosión de la aleación.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	5059	USA	Designación de la Aluminum Association/AA primaria
EN AW	5059	Europa	EN AW-5059 es la designación europea común, química y temperes similares
JIS	A95059 (aprox)	Japón	Las designaciones locales se corresponden con UNS/AA con algunas diferencias en límites de impurezas
GB/T	Al–Mg5.5–Cr (aprox)	China	Las normas chinas pueden usar nombres de composición nominal en lugar de números AA

Las normas entre regiones están ampliamente armonizadas para aleaciones 5xxx, pero existen diferencias sutiles en límites máximos de impurezas, ventanas exactas de magnesio y condiciones especificadas para ensayos mecánicos. Estas variaciones pueden provocar pequeñas diferencias en valores garantizados de resistencia a la tracción/límite elástico y desempeño frente a la corrosión del material suministrado.

Al abastecerse internacionalmente, verifique los certificados de fábrica y especificaciones de compra para los límites exactos de composición, definiciones de temple y requisitos de ensayos mecánicos para garantizar intercambiabilidad en aplicaciones estructurales críticas.

Resistencia a la Corrosión

5059 exhibe excelente resistencia a la corrosión atmosférica y es particularmente robusto en ambientes marinos y con presencia de cloruros. El alto contenido de magnesio favorece la formación de una película de óxido protectora y ayuda a mantener un comportamiento pasivo; la adición de cromo y el control del cobre mantienen baja la susceptibilidad a la corrosión localizada por picaduras y al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC).

En pruebas de comportamiento marino, 5059 suele superar a muchas aleaciones de las series 6xxx y 7xxx que contienen niveles mayores de cobre o zinc; también muestra mejor resistencia relativa frente a algunas aleaciones 5xxx con menor contenido de Mg bajo condiciones prolongadas de niebla salina e inmersión. La compatibilidad galvánica es favorable cuando se acopla con aceros inoxidables, titanio o aleaciones de aluminio compatibles, aunque los diseñadores deben implementar medidas aislantes cuando se combinan con metales más nobles como cobre o latón.

La resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es una ventaja significativa de 5059 comparado con aleaciones de alta resistencia con contenido de Cu; sin embargo, el temple alto por trabajo en frío y tensiones de tracción corrosivas aún pueden inducir SCC en ambientes severos. Los conjuntos soldados deben diseñarse para evitar esfuerzos de tracción en la zona afectada por el calor (HAZ) y utilizar metales de aporte compatibles y tratamientos post-soldadura cuando sea aplicable.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

5059 se suelda fácilmente mediante procesos de fusión comunes como TIG (GTAW) y MIG (GMAW) con buen desempeño de junta cuando se usan metales de aporte adecuados. Los rellenos recomendados para muchas aplicaciones 5xxx incluyen AlMg4.5Mn (5183) o AlMg5 (5356, según la aplicación), seleccionados para controlar ductilidad y resistencia a la corrosión en el metal de soldadura. El riesgo de fisuras por solidificación es menor que en muchas aleaciones 6xxx y 7xxx, pero ocurre ablandamiento en la HAZ y el diseño de la junta debe contemplar la reducción local de resistencia tras la soldadura.

Mecanizado

La mecanizabilidad es moderada a regular; la aleación no es la más fácil de maquinar debido a la tendencia a producir virutas continuas y a veces pegajosas a bajas velocidades de corte. Herramientas de carburo con ángulo de ataque positivo y rompi-virutas agresivos, junto con altas velocidades de alimentación y buena refrigeración/lubricación, mejoran la productividad. El acabado superficial y la vida útil de herramienta son sensibles al temple y al tamaño de sección, por lo que los parámetros de mecanizado deben adaptarse al temple específico suministrado.

Conformabilidad

La conformabilidad es excelente en temple O y disminuye conforme se fortalece la aleación por trabajo en frío. Los radios de curvado deben seguir pautas conservadoras en temperes endurecidos; el recocido antes del conformado es una práctica común para formas complejas. Los mejores resultados se obtienen con temple O o ligeramente trabajado y usando técnicas controladas de doblado y formado por estirado, en lugar de estampado agresivo en temple de alta resistencia.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

5059 es fundamentalmente una aleación no tratable térmicamente; no desarrolla dureza máxima mediante tratamiento de solución y envejecimiento artificial como las aleaciones de la serie 6xxx. Los ciclos tradicionales de solución y envejecimiento no producen los mismos mecanismos de fortalecimiento porque el Mg permanece en solución sólida y el endurecimiento no está dominado por precipitados.

Los ajustes de resistencia se logran mediante procesamiento termomecánico y endurecimiento por deformación, seguido de tratamientos de estabilización (e.g., estabilización térmica leve o estirado controlado) para fijar estructuras de dislocaciones deseables. El recocido (O) devuelve la aleación a un estado completamente blando, facilitando operaciones de conformado, mientras que el trabajo en frío controlado incrementa la resistencia a costa de la ductilidad.

En estructuras soldadas, los cambios localizados de temple en la HAZ pueden reducir la resistencia; el tratamiento térmico post-soldadura generalmente no recupera las propiedades originales y los diseñadores deben prever márgenes de diseño mecánico o retrabajo mecánico localizado cuando sea necesario.

Comportamiento a Alta Temperatura

5059 mantiene resistencia útil hasta temperaturas moderadas, pero experimenta pérdida progresiva de resistencia por encima de aproximadamente 100 °C bajo servicio continuo. La exposición a corto plazo a temperaturas elevadas (hasta ~150 °C) es tolerada, pero la exposición prolongada acelera el ablandamiento y puede reducir la resistencia a la fluencia.

La oxidación es limitada gracias a la capa protectora de óxido de aluminio, pero las temperaturas elevadas pueden alterar la química superficial y acelerar interacciones galvánicas con metales disímiles. En la HAZ, temperaturas elevadas durante la soldadura pueden causar ablandamiento localizado tipo sobre-envejecimiento y coarsening microestructural que reducen la fatiga y propiedades de fluencia.

Se recomienda limitar la temperatura de servicio continuo a valores conservadores cuando se requiera alta retención de resistencia, y validar el comportamiento a fluencia/fretting de juntas y elementos de fijación para aplicaciones con cargas sostenidas a temperatura elevada.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se Usa 5059
Marina	Revestimiento de casco y estructuras de cubierta	Alta relación resistencia-peso con excelente resistencia a la corrosión en agua de mar
Offshore / Energía	Elementos estructurales de plataformas	Resistencia al SCC y corrosión por cloruros en conjuntos soldados
Aeroespacial / Defensa	Accesorios y soportes estructurales	Alto límite elástico y tenacidad donde la resistencia a la corrosión es esencial
Transporte	Rieles y estructuras livianas	Reducción de peso con resistencia superior y buena soldabilidad
Electrónica / Térmica	Chasis y disipadores de calor	Conductividad térmica adecuada combinada con integridad estructural

El 5059 se selecciona para componentes que deben resistir ambientes severos minimizando peso y permitiendo soldadura y fabricación a escala productiva. Su combinación de resistencia, resistencia a la corrosión y facilidad de fabricación lo convierte en una aleación preferida para aplicaciones marinas y estructurales exigentes donde se priorizan la vida útil larga y la fiabilidad de juntas.

Consideraciones para la Selección

Elija 5059 cuando necesite un aluminio de alta resistencia, no tratable térmicamente, con resistencia a la corrosión grado marino y buena soldabilidad. Es especialmente adecuado para componentes estructurales soldados con exposición prolongada a cloruros.

En comparación con el aluminio comercialmente puro (por ejemplo, 1100), el 5059 sacrifica conductividad y extrema formabilidad a cambio de una resistencia mucho mayor y una superior resistencia a la corrosión; use 1100 únicamente cuando la conductividad eléctrica/termal o la máxima ductilidad sean el requisito principal. En comparación con aleaciones comúnmente endurecidas por deformación como 3003 o 5052, el 5059 ofrece mayor resistencia mientras proporciona una resistencia a la corrosión marina comparable o mejor, aunque es más costoso y menos formable en temple endurecido. En comparación con aleaciones tratables térmicamente como 6061/6063, el 5059 suele preferirse cuando el desempeño en corrosión soldada y la resistencia a la corrosión por esfuerzos (SCC) son más importantes que la resistencia máxima absoluta.

Al especificar, considere los compromisos entre resistencia, formabilidad y costo: elija templas recocidas o ligeramente trabajadas para conformado, y templas estabilizadas y endurecidas por deformación para elementos estructurales. Verifique la disponibilidad en laminadores para los espesores y templas requeridos, y confirme el metal de aporte y procedimientos de soldadura calificados para uniones críticas.

Resumen Final

El 5059 sigue siendo una aleación de aluminio relevante y técnicamente atractiva para la ingeniería moderna donde se requiere un equilibrio de alta resistencia no tratable térmicamente, soldabilidad y superior resistencia a la corrosión marina. Su química de aleación y opciones de procesamiento proporcionan a los diseñadores una forma práctica de reducir peso manteniendo la integridad estructural a largo plazo en ambientes agresivos.