Aluminio 5083: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Resumen Completo

5083 forma parte de la serie 5xxx de aleaciones de aluminio trabajadas, caracterizadas por tener el magnesio como principal elemento de aleación. Es una aleación no tratable térmicamente, endurecida por deformación, que obtiene su resistencia principalmente por el fortalecimiento en solución sólida debido al magnesio y por el trabajo en frío durante la fabricación.

Los principales componentes de aleación son el magnesio (aproximadamente entre 4 y 4.9%) con pequeñas adiciones de manganeso y cromo que refinan la estructura de grano y mejoran la resistencia y la resistencia a la corrosión. Las características típicas incluyen una alta relación resistencia-peso para una aleación no tratable térmicamente, excelente resistencia al agua de mar y atmósferas marinas, buena soldabilidad y formabilidad aceptable dependiendo del temple y espesor.

Las industrias que comúnmente especifican el 5083 incluyen la construcción naval y estructuras marinas, tanques criogénicos, recipientes a presión, transporte pesado, y algunas aplicaciones automotrices y aeroespaciales donde se priorizan la resistencia a la corrosión y la tolerancia al daño. Los ingenieros seleccionan el 5083 cuando una combinación de alta resistencia a la corrosión ambiental y en agua salada, resistencia moderada a alta, y excelente soldabilidad superan la necesidad de las mayores resistencias máximas disponibles en aleaciones tratables térmicamente.

Comparado con otras familias de aluminio, el 5083 es elegido cuando la durabilidad ambiental a largo plazo y la tenacidad son críticas. Se prefiere sobre muchas aleaciones 6xxx y 7xxx para estructuras soldadas de gran escala en servicio marino o criogénico, ya que no sufre el mismo tipo de fragilización en la zona afectada por el calor ni pérdida significativa de resistencia a la corrosión tras la soldadura.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta	Excelente	Excelente	Recocido completo, máxima ductilidad para conformado
H111	Bajo-Medio	Alta	Muy Buena	Excelente	Mínimo endurecimiento por trabajo en producción, uso general
H112	Medio	Moderada	Buena	Excelente	Condición estándar comercial endurecida por deformación
H32	Medio-Alto	Moderada	Regular	Excelente	Endurecida por deformación y estabilizada; mayor resistencia retenida
H116	Medio-Alto	Moderada	Regular	Excelente	Estabilizada para mejorar la resistencia a la corrosión por exfoliación en servicio marino
H321	Medio	Moderada	Buena	Excelente	Estabilizada mediante tratamiento antiprecipitación para controlar fases en los bordes de grano

El temple en 5083 se logra mediante trabajo mecánico (serie H) o por recocido (O). La elección del temple establece el equilibrio entre resistencia y ductilidad: más trabajo en frío aumenta el límite elástico y la resistencia a la tracción mientras reduce la elongación y formabilidad, y los temple estabilizados (H116/H321) sacrifican algo de ductilidad por una mejor resistencia a la corrosión en ambientes agresivos.

La selección del temple también influye en el conformado y el comportamiento post-soldadura, ya que los temple endurecidos por deformación pueden ablandarse parcialmente por temperaturas elevadas durante la soldadura o por recocidos limitados, alterando las propiedades mecánicas locales y la distribución de tensiones residuales.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.40	Impureza que puede formar intermetálicos frágiles si es excesiva
Fe	≤ 0.40	Contribución mínima a la resistencia; exceso disminuye resistencia a la corrosión
Mn	0.40–1.00	Refinamiento de grano y resistencia, ayuda a la resistencia a la recristalización
Mg	4.0–4.9	Elemento principal de fortalecimiento, proporciona endurecimiento en solución sólida y resistencia a la corrosión
Cu	≤ 0.10	Mantenido bajo para preservar la resistencia a la corrosión; pequeñas cantidades pueden aumentar la resistencia
Zn	≤ 0.25	Impureza menor; se evita Zn alto para limitar susceptibilidad a corrosión por esfuerzo
Cr	0.05–0.25	Controla la estructura de grano, mejora resistencia y corrosión tras procesamiento termo-mecánico
Ti	≤ 0.15	Refinador de grano en pequeñas cantidades durante la fundición y producción de lingotes
Otros	Resto Al; trazas posibles de B, Zr	Balance aluminio; microaleaciones traza para ajustar propiedades

El magnesio es el principal impulsor del rendimiento: incrementa la resistencia a tracción y límite elástico mediante el fortalecimiento en solución y también promueve la resistencia a la corrosión en agua de mar al estabilizar la película de óxido. El manganeso y el cromo se añaden para estabilizar la estructura de grano durante el laminado y la exposición térmica, lo que mejora la tenacidad e impide la recristalización. El cobre bajo y el control de hierro/silicio mantienen la resistencia galvánica y a la picadura, fundamentales para aplicaciones marinas.

Propiedades Mecánicas

El 5083 presenta un comportamiento dúctil a tracción con notable endurecimiento por deformación; en estado recocido el material cede a tensiones relativamente bajas pero puede aceptar grandes deformaciones plásticas, mientras que en temple endurecido por deformación los límites elástico y de tracción aumentan sustancialmente a costa de la elongación. La dureza se correlaciona con el temple: el O recocido es el más blando y formable, mientras que H32/H116 muestran valores superiores de dureza Brinell/Vickers consistentes con su mayor resistencia elástica. El desempeño a fatiga es generalmente bueno para una aleación no tratable térmicamente debido a la ductilidad y resistencia a la propagación de grietas, aunque la vida a fatiga es sensible al acabado superficial, calidad de la soldadura y tensiones residuales en la superficie.

El espesor tiene un efecto notorio: la chapa fina generalmente alcanza mayor resistencia aparente por la textura inducida por laminado, mientras que la placa gruesa puede ser más blanda y mostrar menor elongación; las secciones más gruesas requieren control cuidadoso del temple y enfriamiento post-soldadura para evitar suavizado en la zona afectada por el calor o concentración de tensiones residuales. Las estructuras soldadas retienen buena resistencia estática pero las zonas afectadas por calor pueden presentar reducción de límite elástico respecto al material base según temple y diseño de junta; la selección adecuada de aportes y procedimientos de soldadura mitigan problemas comunes.

Para datos de diseño es habitual referenciar rangos de resistencia a tracción y límite elástico en lugar de valores únicos, porque los resultados varían con temple, espesor y vía de procesamiento. Los ingenieros deben consultar certificados de proveedor y normas relevantes para conocer las resistencias de diseño exactas permitidas para cálculos estructurales y factores de seguridad.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (p.ej. H116/H32)	Notas
Resistencia a Tracción (MPa)	220–270	320–370	Valores dependen de espesor y trabajo en frío; H116/H32 son temple estructurales comunes
Límite Elástico (MPa)	35–90	200–260	YS recocido bajo; temple H muestra aumento sustancial en límite elástico
Elongación (%)	20–30	10–16	Recocido muestra alta ductilidad; temple endurecido reduce elongación
Dureza (HB)	~30–50	~70–95	Rangos aproximados; dureza aumenta con trabajo en frío y estabilización de aleación

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.66 g/cm³	Menor que el acero; buena relación resistencia-peso para aplicaciones estructurales
Rango de Fusión	~570–645 °C	Rango de fusión aleado por debajo del pico de fusión del Al puro, el rango sólido-líquido varía con impurezas
Conductividad Térmica	~110–125 W/m·K (20 °C)	Alta conductividad térmica comparada con aceros, útil para disipación de calor
Conductividad Eléctrica	~30–38 % IACS	Menor que aluminio puro por aleación; adecuada para algunas aplicaciones eléctricas
Capacidad Calorífica	~900 J/kg·K	Típica para aleaciones de aluminio cerca de temperatura ambiente
Coeficiente de Expansión Térmica	~23.5 ×10⁻⁶ /K	Alta expansión térmica; se debe considerar el ciclado térmico en ensamblajes con materiales disímiles

La relativamente alta conductividad térmica y baja densidad del 5083 lo hacen atractivo cuando se requieren disipación de calor y diseño ligero, como en intercambiadores de calor y estructuras de vehículos. El coeficiente de expansión térmica es grande comparado con aceros, por lo que las deformaciones térmicas diferenciales y el diseño de juntas deben considerarse en ensamblajes mixtos.

El comportamiento de fusión y ablandamiento determina los procedimientos de soldadura y los rangos de procesamiento térmico; la exposición térmica por encima de aproximadamente 200–300 °C puede afectar los temple endurecidos por deformación mediante recuperación parcial y ablandamiento, por lo que se debe controlar la temperatura para preservar las propiedades en servicio.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temperamentos Comunes	Notas
Chapa	0,5–6 mm	Mayor resistencia aparente debido al laminado en frío	O, H111, H32, H116	Amplia disponibilidad; usada para chapas de casco, paneles y cerramientos
Placa	6–200 mm	Puede ser más blanda en secciones gruesas; la resistencia depende del proceso de laminado	H116, H32, H112	Placas de gran espesor para cascos de barcos, recipientes a presión y tanques criogénicos
Extrusión	Perfiles complejos, hasta varios metros	La resistencia varía con el espesor de sección y el envejecimiento	H111, H112	Perfiles estructurales y refuerzos; requiere control cuidadoso de la temperatura de extrusión
Tubo	Diámetro exterior y espesor variables	Buena resistencia a la presión cuando está trabajado en frío	O, H111	Intercambiadores de calor y tuberías marinas; la calidad de la soldadura es crítica
Barra/Terraja	Diámetro según aplicación	Resistencia uniforme; mecanizado moderado	O, H111	Accesorios, elementos de fijación y componentes mecanizados

Las chapas y placas se producen con distintos programas de laminado y tratamientos de solución; la chapa se lamina en frío normalmente con tolerancias ajustadas, lo que genera texturización e influencia la conformabilidad y anisotropía. Las extrusiones y barras obtienen su resistencia y microestructura del trabajo en caliente y enfriamiento posterior; las variaciones en el espesor del perfil producen diferencias locales en las propiedades mecánicas que deben considerarse en el diseño.

Las diferencias en el procesamiento rigen la elección: por ejemplo, la placa para construcción naval suele suministrarse en temperamento H116 para garantizar resistencia a la corrosión y mejor retención de resistencia tras la soldadura, mientras que la chapa para estampado complejo normalmente se entrega en temper O o temperados ligeros H para maximizar la formabilidad.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	5083	EE.UU.	Designación común de la Aluminum Association usada en Norteamérica
EN AW	5083	Europa	EN AW-5083 correlaciona con AA 5083; las especificaciones europeas enfatizan las clases de corrosión por exfoliación
JIS	A5083	Japón	La designación JIS se alinea de cerca pero puede tener límites distintos de impurezas y prácticas de ensayo
GB/T	5083	China	La norma china usa designación numérica similar pero pueden existir diferencias en composición/tolerancias

Las diferencias sutiles entre normas pueden afectar los límites admisibles de impurezas, métodos de ensayo y calificación de temperamentos y formas de producto. Los compradores deben confirmar que los certificados de fábrica cumplen con la especificación regional específica y con cualquier requisito material particular del proyecto, especialmente en aplicaciones marinas o criogénicas críticas donde difieren los criterios de aceptación para corrosión por exfoliación o tenacidad.

Resistencia a la Corrosión

El 5083 muestra excelente resistencia a la corrosión atmosférica y es particularmente apto para ambientes marinos porque la matriz rica en Mg forma una película de óxido protectora y adherente. En agua de mar y zonas de salpicadura, la aleación resiste mucho mejor la corrosión por picaduras y la corrosión general que muchas aleaciones tratables térmicamente de las series 6xxx y 7xxx, siempre que los contenidos de cobre y zinc se mantengan bajos y se usen temperamentos adecuados (p. ej., H116).

La susceptibilidad a agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es mucho menor en 5083 que en aleaciones tratables térmicamente de alta resistencia, aunque el SCC localizado puede ocurrir bajo tensiones elevadas y ciertas químicas ambientales. El comportamiento galvánico es favorable comparado con aceros inoxidables y aleaciones de cobre debido a su potencial relativamente noble entre aleaciones de aluminio, pero los diseñadores deben evitar el contacto directo con materiales más catódicos sin aislamiento y drenaje adecuados.

Comparado con aleaciones de endurecimiento por trabajo de la serie 3xxx, el 5083 ofrece mejor resistencia y resistencia a la corrosión comparable; comparado con aleaciones tratables térmicamente de la serie 6xxx, el 5083 suele proporcionar mejor resistencia a la corrosión marina a largo plazo a costa de una menor resistencia máxima alcanzable. Tratamientos superficiales, anodizado y recubrimientos protectores se aplican comúnmente cuando se requiere protección adicional contra la corrosión o acabado estético.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

El 5083 es altamente soldable mediante procesos de fusión comunes incluyendo MIG (GMAW), TIG (GTAW) y soldadura por arco sumergido, y responde bien a los procedimientos de soldadura cuando se emplean adecuados ajustes de juntas, limpieza y prácticas pre/post soldadura. Los alambres de aportación recomendados suelen ser 5356 (Al–Mg) para buena resistencia y resistencia a la corrosión en el metal de soldadura; el filler 5183 es otra opción para secciones gruesas y soldaduras marinas críticas donde se requieren propiedades coincidentes.

El riesgo de agrietamiento en caliente es bajo comparado con aleaciones de aluminio de alto contenido en cobre, aunque el control de porosidad y defectos de soldadura sigue siendo necesario; la contaminación y la presencia excesiva de películas de óxido aumentan la incidencia de porosidad. La zona afectada por el calor (HAZ) puede ablandarse en el metal base endurecido por deformación cuando las temperaturas máximas de soldadura recocen localmente la región; el diseño y la secuencia de pasadas de soldadura, así como tratamientos mecánicos post-soldadura, mitigan la distorsión y pérdida de resistencia.

Mecanizado

El 5083 tiene mecanizabilidad moderada; es menos fácil de mecanizar que el aluminio puro y algunas otras aleaciones en forma debido a su mayor resistencia y tendencia al endurecimiento por trabajo. Las herramientas deben ser de geometría positiva alta, con cortadores de carburo o acero rápido revestido, y las velocidades de corte son típicamente menores que para aleaciones de la serie 6xxx para evitar el endurecimiento del viruta y la adhesión de la herramienta.

El control de virutas puede ser desafiante en secciones de pared delgada; el uso de herramientas afiladas, lubricación/refrigerante eficaz y velocidades de avance controladas produce acabado superficial y control dimensional aceptables. La precisión y el acabado se degradan con el aumento del contenido de Mg y con la anisotropía inducida por temperamento, por lo que se recomiendan tolerancias adicionales y ensayos de mecanizado para componentes críticos.

Conformabilidad

La conformabilidad depende mucho del temperamento y del espesor; el temperamento O totalmente recocido ofrece excelente capacidad de estirado y embutición, mientras que los temperamentos H32/H116 reducen la conformabilidad y exigen radios de curvatura mayores. Los radios mínimos de doblado dependen del espesor y temperamento de la chapa, pero suelen ser mayores que para aleaciones más dúctiles de las series 1xxx o 3xxx; se debe prever el rebote elástico y compensarlo en el diseño del utillaje.

El trabajo en frío aumenta la resistencia mediante endurecimiento por deformación, permitiendo que los componentes se formen y luego se usen en condición de mayor resistencia, pero las operaciones sucesivas de conformado y el calentamiento local (e.g., por soldadura) pueden producir propiedades mecánicas desiguales. El conformado en caliente y las técnicas de conformado incremental extienden la conformabilidad para formas complejas sin recocido completo.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

El 5083 es una aleación no tratable térmicamente cuyo fortalecimiento se consigue principalmente por aleación en solución sólida y por trabajo en frío, en lugar de por endurecimiento por precipitación. Los tratamientos térmicos orientados a la solución y envejecimiento artificial usados en las series 6xxx y 7xxx son inefectivos aquí porque el Mg está en solución sólida y no precipita fases endurecedoras sensibles al envejecimiento.

El recocido (ablandamiento) se logra calentando en el rango de recuperación/recristalización, típicamente entre 300 °C y 400 °C por tiempos que dependen del espesor de la sección, lo que reduce la densidad de dislocaciones y restaura la ductilidad. El trabajo en frío (laminado, doblado) se usa para aumentar el límite elástico y la resistencia última mediante acumulación de dislocaciones; operaciones de estabilización y envejecimiento natural controlado pueden usarse para optimizar la resistencia a la corrosión y minimizar la exfoliación inducida por esfuerzo.

Temperamentos como H116 incorporan secuencias que limitan la susceptibilidad a corrosión por exfoliación controlando los precipitados en los límites de grano y pueden incluir pasos controlados de solución y envejecimiento natural durante el procesamiento en fábrica. Los diseñadores deben reconocer que la soldadura expone zonas locales a ciclos térmicos que actúan como recocidos localizados y pueden modificar las propiedades mecánicas y comportamiento a la corrosión.

Comportamiento a Alta Temperatura

A temperaturas elevadas, la resistencia mecánica del 5083 disminuye significativamente respecto a los valores a temperatura ambiente; por encima de ~150–200 °C la aleación experimenta ablandamiento marcado y capacidad de carga reducida. La exposición prolongada a altas temperaturas reduce la resistencia al fluencia y aumenta la susceptibilidad a la recuperación microestructural; por ello, las temperaturas de servicio continuo se limitan típicamente muy por debajo de 200 °C en aplicaciones portantes.

La oxidación es menor comparada con los aceros porque el aluminio forma un óxido protector, pero la exposición prolongada a temperaturas elevadas puede alterar la química superficial y acelerar procesos en los límites de grano que podrían reducir la tenacidad. En conjuntos soldados, la zona afectada por el calor puede convertirse en punto crítico de pérdida de resistencia a temperaturas elevadas de servicio, por lo que los márgenes de diseño y la gestión térmica deben considerar el ablandamiento localizado.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se usa 5083
Marina	Revestimiento del casco, superestructura, mamparos	Excelente resistencia a la corrosión en agua de mar y buena relación resistencia-peso para grandes estructuras soldadas
Automotriz/Transporte	Remolques, paneles de cisterna, marcos estructurales	Tenacidad, soldabilidad y tolerancia al daño para aplicaciones de alta exigencia
Aeroespacial	Estructuras secundarias, accesorios	Alta resistencia específica y buena resistencia a la fatiga para componentes no estructurales primarios
Criogénica	Tanques de GNL, recipientes criogénicos	Conserva la tenacidad a bajas temperaturas y resiste la corrosión bajo tensión en ambientes criogénicos
Energía/Recipientes a presión	Cilindros a presión e intercambiadores de calor	Buena soldabilidad y resistencia a la corrosión para fluidos contenidos

El 5083 se selecciona para componentes donde se requiere una combinación robusta de resistencia a la corrosión, soldabilidad y tenacidad, particularmente en grandes estructuras soldadas y aplicaciones criogénicas. Su fiabilidad bajo cargas cíclicas y en ambientes agresivos lo ha convertido en un material fundamental para constructores navales e industrias que requieren estructuras metálicas duraderas y de bajo mantenimiento.

Consideraciones de Selección

Elija 5083 cuando la resistencia a la corrosión en ambientes marinos o químicamente agresivos y la buena soldabilidad sean factores clave de diseño, y cuando se acepte una resistencia moderada a alta sin tratamiento térmico. Es una opción sólida para estructuras soldadas, tanques criogénicos y carrocerías de transporte donde la durabilidad a largo plazo es más importante que la resistencia máxima absoluta.

Comparado con aluminio comercialmente puro como el 1100, el 5083 ofrece mayor resistencia y mejor resistencia a la fatiga a costa de una pequeña reducción en la conductividad eléctrica y térmica y una facilidad de conformado ligeramente inferior. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo en frío como 3003 o 5052, el 5083 usualmente proporciona mayor resistencia y una resistencia a la corrosión marina comparable o mejor, a un costo de material modestamente mayor. Frente a aleaciones tratables térmicamente como 6061 y 6063, el 5083 ofrece superior resistencia a la corrosión y rendimiento en zonas soldadas para usos marinos y criogénicos, aunque no puede alcanzar las máximas resistencias que proporcionan las aleaciones endurecidas por precipitación.

En la adquisición, equilibre disponibilidad y costo frente al ambiente de servicio: si la exposición marina y la calidad de la soldadura son determinantes, prefiera el 5083 (H116 para aplicaciones marinas); si se necesitan máxima ligereza y la mayor resistencia límite/yield y resistencia a la tracción con soldadura limitada, considere alternativas tratables térmicamente en la serie 6xxx o 7xxx.

Resumen Final

El 5083 sigue siendo muy relevante debido a su combinación única de resistencia por solución sólida basada en Mg, excelente resistencia a la corrosión en agua de mar y robusta soldabilidad, lo que lo convierte en un material de referencia para aplicaciones marinas, criogénicas y estructuras pesadas donde la longevidad y la tolerancia al daño son prioritarias.