Aluminio 5080: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones
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Descripción General Completa
La aleación 5080 pertenece a la familia de aluminio-magnesio serie 5xxx, clasificada como una aleación no tratable térmicamente (endurecible por deformación en frío). Su principal mecanismo de fortalecimiento es el endurecimiento por solución sólida debido al magnesio, combinado con el endurecimiento por deformación a través del trabajo en frío.
Los elementos principales de aleación típicos son el magnesio en varios porcentajes en peso, con bajas adiciones de manganeso y cromo para controlar la estructura de grano y la recristalización. Esta composición química dota a la 5080 de un equilibrio entre resistencia media-alta, buena ductilidad en estados recocidos, excelente resistencia a la corrosión en agua de mar y generalmente favorable soldabilidad.
Entre las características clave se incluyen una relación resistencia-peso favorable en comparación con grados comunes de aluminio puro, resistencia a la corrosión por picaduras y corrosión bajo depósitos en ambientes marinos, y formabilidad razonable en estados blandos. Las industrias que comúnmente utilizan aleaciones serie 5xxx como la 5080 incluyen construcción naval y estructuras marinas, recipientes a presión, componentes estructurales y equipos fabricados donde se requieren resistencia a la corrosión y resistencia moderada.
Los ingenieros seleccionan la 5080 cuando se requiere una combinación de resistencia superior al entregarse respecto a aleaciones 1xxx, mayor resistencia a la corrosión marina frente a muchas aleaciones tratables térmicamente y buena soldabilidad. Se elige normalmente en lugar de aleaciones 1xxx o 3xxx de menor resistencia cuando la rigidez y el límite elástico son importantes, y frente a las aleaciones 6xxx/7xxx cuando la resistencia a la corrosión y la reparación por soldadura son prioridades.
Variantes de Temple
| Temple | Nivel de Resistencia | Elongación | Formabilidad | Soldabilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Bajo | Alta | Excelente | Excelente | Condición completamente recocida; mejor formabilidad y resistencia a la corrosión |
| H111 / H112 | Bajo-Moderado | Alta-Moderada | Buena | Excelente | Ligero endurecimiento por deformación debido a formado o procesamiento |
| H14 | Moderado | Moderado | Regular | Excelente | Endurecido al 25%; usado para formado moderado con mayor resistencia |
| H18 | Alto | Bajo | Pobre | Excelente | Endurecido total; usado para piezas que requieren rigidez y baja deformación |
| H116 / H321 | Moderado-Alto | Moderado | Regular | Buena | Temples comerciales con alivio controlado de tensiones para estructuras soldadas |
| T5 (si es envejecido artificialmente) | Moderado-Alto | Moderado | Regular | Buena | Algunas aplicaciones usan tratamientos tipo T5 para estabilidad dimensional |
| T6 / T651 (raro) | Moderado-Alto | Moderado | Regular | Buena | Raro y con beneficio limitado porque la aleación no es principalmente tratable térmicamente |
El temple para la 5080 se logra predominantemente por trabajo en frío (temple H) y alivio de tensiones en lugar de tratamientos clásicos de solución y envejecimiento. El material recocido (O) ofrece la mejor formabilidad por estiramiento y la máxima elongación, mientras que aumentar los números H intercambia ductilidad por limite elástico y resistencia.
Las estructuras soldadas se suministran comúnmente en variantes H116/H321 cuando se requiere control de relajación; los temples H mantienen buena soldabilidad pero presentan ablandamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) adyacente a las soldaduras que debe considerarse en el diseño.
Composición Química
| Elemento | % Rango | Notas |
|---|---|---|
| Si | 0.40 máx. | Impureza; reducida para mantener ductilidad y resistencia a la corrosión |
| Fe | 0.40 máx. | Formador de intermetálicos; controlado para limitar iniciación de fractura |
| Mn | 0.30–1.0 | Proporciona refinamiento de grano y mejora resistencia y tenacidad |
| Mg | 3.8–4.9 | Elemento principal de fortalecimiento; crítico para comportamiento anticorrosivo |
| Cu | 0.10 máx. | Mantener bajo para preservar resistencia a la corrosión y soldabilidad |
| Zn | 0.25 máx. | Bajo para evitar reducción de la resistencia a la corrosión |
| Cr | 0.05–0.25 | Controla estructura de grano y reduce recristalización/sensibilización |
| Ti | 0.05 máx. | Refinador de grano en procesamiento cast o trabajado |
| Otros (incluyendo Zr) | Balance/traza | Elementos menores para control microestructural; total otros típicamente <0.15% |
El desempeño de la aleación está dominado por el magnesio, que aporta la mayor parte del endurecimiento por solución sólida y contribuye a la resistencia a la corrosión marina. El manganeso y el cromo son microaleaciones añadidas deliberadamente para controlar el tamaño de grano, limitar la recristalización y reducir la susceptibilidad a la corrosión intergranular durante ciclos térmicos. Los niveles bajos de cobre y zinc se mantienen para no comprometer la resistencia a la corrosión ni la soldabilidad, mientras que silicio y hierro se mantienen bajos como impurezas inevitables.
Propiedades Mecánicas
La 5080 presenta un comportamiento típico de endurecimiento por trabajo en tensión: la chapa recocida exhibe alta elongación con resistencia al límite elástico relativamente baja, y el trabajo en frío progresivo aumenta la resistencia al límite elástico y a la tracción máxima mientras reduce la ductilidad. La resistencia al límite elástico y a la tracción dependen fuertemente del temple y del espesor, con productos con temple H que proporcionan un aumento sustancial en el límite elástico al 0.2% de tensión con pérdida en elongación. La dureza sigue la misma tendencia y se correlaciona con el contenido de magnesio y el nivel de deformación en frío más que con el envejecimiento.
El desempeño a fatiga es moderado para la familia 5xxx; la condición superficial, uniones soldadas y tensiones residuales dominan la vida a fatiga. Las secciones más gruesas de 5080 tienden a tener resistencia medida ligeramente inferior debido al recocido de laminación, cambios en el tamaño de grano y perfiles de tensiones residuales; los diseñadores deben aplicar propiedades dependientes del espesor extraídas de los certificados del laminador para componentes críticos. La tenacidad al impacto a temperatura ambiente es generalmente buena, pero se deteriora cuando la aleación ha sido severamente trabajada en frío o soldada intensamente sin alivio de tensiones post-soldadura.
En estructuras corrosivas o soldadas, el diseño debe considerar el ablandamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) que reduce localmente el límite elástico y la resistencia a la tracción; el diseño mecánico debe tratar las uniones soldadas como zonas de resistencia potencialmente baja e incorporar factores de seguridad o refuerzos adecuados. Para aplicaciones a presión o estructurales, la práctica estándar de ingeniería recomienda utilizar datos certificados de propiedades mecánicas del proveedor ligados a espesores y temple específicos.
| Propiedad | O/Recocido | Temple Clave (ej. H116/H18) | Notas |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | 220–300 MPa (rango típico) | 260–350 MPa (dependiendo del trabajo en frío) | Resistencia última varía con temple y espesor |
| Límite elástico (0.2% offset) | 90–180 MPa | 200–320 MPa | Límite elástico aumenta fuertemente con trabajo en frío; H18 en extremo alto |
| Elongación | 20–30% | 6–18% | Condición recocida presenta máxima elongación |
| Dureza (HB) | 40–60 HB | 60–95 HB | Brinell correlacionado con temple y contenido de Mg |
Propiedades Físicas
| Propiedad | Valor | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | 2.66 g/cm³ | Típica para aleaciones Al-Mg; usada para cálculos de masa |
| Rango de fusión | 570–645 °C | Rango de sólido-líquido depende ligeramente del contenido de aleación |
| Conductividad térmica | ≈130 W/m·K | Reducida respecto a Al puro por aleación; aún buena para disipación de calor |
| Conductividad eléctrica | ~30–40 % IACS | Menor que Al puro; disminuye con aumento de Mg y trabajo en frío |
| Calor específico | ≈0.90 kJ/kg·K | Típico para aleaciones de aluminio a temperatura ambiente |
| Coeficiente de expansión térmica | ≈23.5 µm/m·K | Expansión lineal similar a otras aleaciones de Al; considerar en diseño |
El conjunto de propiedades físicas sitúa a la 5080 entre aleaciones de aluminio moderadamente conductoras; la conductividad térmica es adecuada para muchas aplicaciones de disipación o transferencia de calor, aunque inferior al Al puro y ciertas aleaciones 1xxx. Los valores de densidad y expansión térmica apoyan el diseño estructural ligero, pero requieren atención cuando se une a materiales disímiles con diferentes coeficientes de expansión.
La conductividad eléctrica es degradada respecto al aluminio puro y disminuye aún más con el trabajo en frío y elevada aleación. Cuando la conducción eléctrica es crítica, la 5080 es menos favorable que grados de aluminio de baja aleación o puro.
Formas de Producto
| Forma | Espesor/Tamaño típico | Comportamiento de Resistencia | Temple Común | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Chapa | 0.5–6.0 mm | Resistencia uniforme dependiente del espesor | O, H111, H116, H18 | Común para revestimiento de casco, paneles y ensamblajes fabricados |
| Placa | 6–150 mm | Resistencias reportadas ligeramente menores en mayores espesores | O, H116, H321 | Usada para elementos estructurales y componentes que soportan presión |
| Extrusión | Secciones hasta 300 mm | La resistencia depende del perfil de sección y trabajo en frío | O, H111, H14 | Tubos, perfiles usados donde se requieren ensamblajes soldados |
| Tubo | 1.0–25 mm de espesor de pared | Similar a chapa/placa; soldadura y trabajo en frío afectan propiedades | O, H112, H321 | Para presión y manejo de fluidos donde se necesita resistencia a la corrosión |
| Barra/Vara | Diámetros hasta 200 mm | Normalmente suministrado recocido o temple cuarto/duro | O, H14, H18 | Componentes mecanizados y forjados en bruto |
Las rutas de procesamiento varían según la forma del producto: chapa y placa se suelen laminar y recocer con acabados controlados de fábrica, mientras que las extrusiones requieren control preciso de la química del lingote y el enfriamiento para mantener una microestructura homogenizada. La placa y las secciones pesadas a menudo se entregan con temple de alivio de tensiones para minimizar la deformación durante la soldadura y fabricación.
Los diseñadores deben considerar que las operaciones de conformado y fabricación cambian el temple local y las tensiones residuales; puede requerirse recocido o pre-deformación controlada para ensamblajes complejos para lograr el desempeño mecánico deseado.
Grados Equivalentes
| Norma | Grado | Región | Notas |
|---|---|---|---|
| AA | 5080 | USA | Designación primaria en listados de Aluminum Association |
| EN AW | 5080 | Europa | Sigue normas EN; límites químicos similares a la designación AA |
| JIS | A5080 (donde se usa) | Japón | Las variantes JIS pueden tener límites de impurezas ligeramente distintos |
| GB/T | 5080 (o equivalente EN) | China | Norma china comúnmente alineada con rangos químicos AA/EN |
Aunque las designaciones AA, EN, JIS y GB/T para 5080 son nominalmente equivalentes, existen diferencias sutiles en límites permitidos de impurezas, pruebas requeridas (UL/UT/END), y rangos de propiedades mecánicas aceptadas para formas de producto y temple específicos. La adquisición entre regiones requiere una cuidadosa referencia cruzada de certificados de fábrica para confirmar composición exacta, designación de temple y criterios de aceptación para aplicaciones críticas. Las normas de material también pueden prescribir distintos historiales de laminación o tratamiento térmico que influyen en la microestructura entregada y el rendimiento.
Resistencia a la Corrosión
5080 ofrece robusta resistencia a la corrosión atmosférica y marina gracias a su contenido significativo de magnesio y bajo contenido de cobre. La aleación forma una capa estable protectora de óxido y resiste mejor que muchas series tratables térmicamente la corrosión por picaduras y grietas en agua de mar; por ello es preferida para cascos, cubiertas y equipos offshore.
Sin embargo, las aleaciones de la familia 5xxx con contenidos de magnesio superiores a aproximadamente 3% pueden ser susceptibles a sensibilización y posterior corrosión intergranular al exponerse a temperaturas elevadas (típicamente durante soldadura) a menos que el cromo u otros estabilizadores estén presentes en niveles efectivos. Por tanto, la correcta selección de material de aporte, procedimientos de soldadura y tratamientos post-soldadura son importantes para limitar la degradación a largo plazo.
Se deben esperar interacciones galvánicas cuando 5080 se combina con metales más nobles (aceros inoxidables, aleaciones de cobre); se recomiendan materiales aislantes o recubrimientos protectores para evitar corrosión local acelerada. Comparado con aleaciones de series 6xxx y 7xxx, 5080 es superior en ambientes naturales de agua de mar pero ofrece menor resistencia máxima que algunas aleaciones tratables térmicamente que pueden requerir protección anticorrosiva adicional.
Propiedades de Fabricación
Soldabilidad
5080 es fácilmente soldable con procesos TIG (GTAW) y MIG (GMAW); las aleaciones de aporte recomendadas típicamente son 5183 (Al-Mg) y 5356 para igualar el contenido de magnesio y preservar la resistencia a la corrosión. El riesgo de grietas en caliente es bajo comparado con aleaciones altas en cobre, pero se requiere especial atención a la suavización en la ZAT y posible sensibilización en secciones con mayor Mg. La limpieza previa a la soldadura para eliminar contaminantes y el control del aporte térmico para limitar el tiempo en temperaturas de sensibilización son buenas prácticas.
Maquinabilidad
La maquinabilidad de 5080 es moderada; no es tan fácil de cortar como algunas aleaciones 6xxx y 2xxx. Se recomienda el uso de herramientas de carburo, con velocidades de corte moderadas y mayores avances para evitar la formación de rebaba adherida. El acabado superficial y el control de virutas se ven afectados por el temple y la microestructura; los templados con trabajo en frío intenso aumentan las fuerzas de corte y reducen la maquinabilidad. El uso de refrigerante y estrategias para romper virutas son importantes para la vida útil sostenida de la herramienta.
Formabilidad
La formabilidad es excelente en templados O, permitiendo estampado profundo, estirado y dobleces complejos con radios de punzón pequeños. Los radios mínimos de doblado dependen del temple y espesor, pero típicamente varían entre 1.0–2.5 × el espesor del material para muchas aplicaciones en chapa; los templados H exigen radios mayores. Debido a que el conformado incrementa el límite elástico mediante trabajo en frío, se usan programas de conformado progresivo y recocidos intermedios para deformaciones severas para evitar grietas.
Comportamiento al Tratamiento Térmico
Al ser una aleación no tratable térmicamente, 5080 no responde a tratamiento de solución y envejecimiento de la misma forma que las aleaciones de series 6xxx o 7xxx. En cambio, sus propiedades mecánicas se controlan mediante trabajo en frío (laminado, trefilado, doblado) y tratamientos térmicos de estabilización como recocidos de alivio de tensiones.
El recocido completo (temple O) se realiza a temperaturas elevadas para restaurar ductilidad y reducir tensiones residuales; el trabajo en frío posterior incrementa límites elásticos y resistencias a la tracción. Intentos de envejecimiento artificial o tratamiento en solución no producen el mismo tipo de endurecimiento por precipitación observado en aleaciones tratables térmicamente, por lo que los ciclos térmicos se utilizan principalmente para controlar la recristalización y sensibilidad a la corrosión en lugar de crear microestructuras de alta resistencia máxima.
Desempeño a Alta Temperatura
La resistencia operativa de 5080 disminuye con la temperatura; el servicio estructural útil suele limitarse a temperaturas inferiores a unos 100–150 °C para aplicaciones bajo carga. Por encima de este rango, ocurre un ablandamiento significativo y el tiempo a temperatura acelera cambios microestructurales que reducen la capacidad de carga.
La oxidación a alta temperatura no es severa comparada con metales ferrosos, pero la exposición prolongada puede provocar escamación superficial y cambios en el comportamiento a la corrosión. En zonas soldadas, la exposición a temperaturas elevadas puede agravar el ablandamiento en la ZAT y la sensibilización; los diseñadores deben evitar ciclos térmicos que excedan los límites recomendados o aplicar tratamientos térmicos posteriores cuando sea necesario.
Aplicaciones
| Industria | Componente Ejemplo | Por qué se usa 5080 |
|---|---|---|
| Marina | Paneles de casco, superestructuras | Excelente resistencia a la corrosión en agua de mar y resistencia razonable |
| Automotriz | Camas de remolques, paneles de carga | Buena relación resistencia-peso y formabilidad para piezas estampadas |
| Aeroespacial | Accesorios no críticos, carenados | Resistencia a la corrosión con densidad favorable para estructuras secundarias |
| Vaso a Presión/Almacenamiento | Tanques y piezas a presión | Buena soldabilidad y resistencia a muchos ambientes acuosos |
| Electrónica/Térmico | Chasis y disipadores de calor moderados | Equilibrio entre conductividad térmica y propiedades estructurales |
5080 se especifica comúnmente cuando la resistencia a la corrosión y la soldabilidad determinan la selección del material, mientras que se requiere resistencia moderada y buena formabilidad. Su combinación de propiedades lo convierte en una opción económica para aplicaciones estructurales, marinas y de fabricación general donde la resistencia máxima por envejecimiento no es requisito principal.
Consejos para la Selección
Elija 5080 cuando necesite un equilibrio de moderada a alta resistencia, excelente resistencia marina a la corrosión y buena soldabilidad propia de la serie 5xxx. Es particularmente adecuado para estructuras y componentes soldados expuestos a agua de mar o atmósferas industriales donde la protección posterior a la fabricación debe ser mínima.
Comparado con aluminio comercialmente puro (1100), 5080 sacrifica algo de conductividad eléctrica y térmica y presenta formabilidad ligeramente menor a cambio de resistencia al límite elástico y a la tracción sustancialmente mayores. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, 5080 ofrece mayor resistencia y a menudo mejor desempeño en agua de mar pero puede ser menos conformable en templados más duros. Frente a aleaciones tratables térmicamente como 6061/6063, 5080 proporciona mejor resistencia natural a la corrosión y soldabilidad a costa de menor resistencia máxima por envejecimiento; elija 5080 cuando la resistencia a la corrosión y la reparabilidad por soldadura sean más importantes que la máxima resistencia estática.
Resumen Final
La aleación 5080 sigue siendo una aleación de ingeniería práctica para aplicaciones que requieren una combinación de resistencia a la corrosión, soldabilidad y resistencia estructural moderada. Su capacidad de endurecimiento por trabajo, química controlada y disponibilidad en múltiples formas de producto la convierten en una opción versátil para usos marinos, estructurales y de fabricación general donde la durabilidad en ambientes agresivos es una prioridad.