Aluminio 5150: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción Completa

5150 es una aleación de aluminio catalogada dentro de la serie 5xxx, una familia definida por el magnesio como elemento principal de aleación. Esta serie se caracteriza por aleaciones que no son tratables térmicamente y que se fortalecen principalmente mediante el endurecimiento por solución sólida y por deformación plástica, en lugar del endurecimiento por precipitación utilizado en las aleaciones 6xxx y 7xxx.

Los principales elementos de aleación en el 5150 son aluminio con una fracción significativa de magnesio, junto con cantidades menores de manganeso, cromo y hierro como residuos típicos. El mecanismo de fortalecimiento es predominantemente el endurecimiento por deformación (trabajo en frío) y el fortalecimiento por solución sólida del Mg en solución; no hay una respuesta significativa de envejecimiento a tratamientos convencionales de temple tipo T.

Las características clave del 5150 incluyen una alta resistencia a temperaturas elevadas para una aleación no tratable térmicamente, muy buena resistencia a la corrosión en muchas condiciones atmosféricas y marinas, y generalmente buena conformabilidad en temple blando. La soldabilidad es favorable con procesos MIG/TIG cuando se utilizan metales de aporte adecuados, y el 5150 se selecciona frecuentemente donde se requiere un equilibrio entre resistencia, soldabilidad y resistencia a la corrosión, como en aplicaciones marinas, de transporte y ciertas estructuras.

En comparación con otras familias de aluminio, el 5150 se elige cuando los diseñadores necesitan mejor resistencia que el aluminio puro o las aleaciones 3xxx endurecidas por trabajo en frío, pero quieren evitar el costo, la sensibilidad a la deformación o la menor resistencia a la corrosión de las aleaciones tratables térmicamente de alta resistencia. Su combinación de desempeño mecánico y resistencia al agua de mar lo hace atractivo para cascos, elementos estructurales y componentes que deben conformarse y luego soldarse.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Baja	Alta (20–35%)	Excelente	Excelente	Recocido completo, máxima ductilidad
H111	Moderada	Buena (15–25%)	Muy buena	Muy buena	Levemente trabajado en frío, uso general
H14	Moderado-Alto	Moderada (10–20%)	Buena	Muy buena	Endurecido por deformación en un solo paso, temple común para chapa
H22	Alta	Moderada (8–15%)	Regular	Buena	Endurecido por deformación y estabilizado térmicamente
H32	Alta	Moderada (8–12%)	Regular	Buena	Endurecido por deformación y luego estabilizado para soldadura
H116	Alta	Inferior (6–12%)	Limitada	Buena	Endurecido por deformación y alivio de tensiones para uso marino
H321	Alta	Inferior (6–12%)	Limitada	Buena	Trabajado en frío y estabilizado mediante tratamientos a baja temperatura

El temple influye fuertemente en el desempeño mecánico y el comportamiento de conformado del 5150. Los temple más blandos (O, H111) ofrecen la mejor capacidad de estiramiento y embutición profunda, mientras que los temple superiores incrementan la resistencia por mayor densidad de dislocaciones a costa de la elongación y la capacidad de doblado.

Al seleccionar un temple, considere operaciones posteriores como doblado, embutición y soldadura: elija temple más blando para conformados extremos o H32/H116 para conjuntos soldados que requieren mayor resistencia en estado fabricado y menor distorsión posterior a la soldadura.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	0.10–0.40	Elemento impureza; niveles altos de Si reducen ductilidad y aumentan ligeramente resistencia
Fe	0.40–1.00	Residuo típico; forma intermetálicos que pueden afectar el acabado superficial
Mn	0.10–0.50	Mejora resistencia y control de estructura de grano
Mg	3.0–5.5	Elemento principal de fortalecimiento; incrementa resistencia y resistencia a la corrosión
Cu	0.00–0.20	Controlado para preservar resistencia a la corrosión; pequeñas cantidades aumentan resistencia
Zn	0.00–0.25	Bajos niveles; niveles altos pueden disminuir resistencia a la corrosión
Cr	0.05–0.30	Controla estructura de grano y mejora resistencia a la recristalización
Ti	0.00–0.10	Refinador de grano; usado en pequeñas cantidades para procesamiento fundido o trabajado
Otros	0.05–0.15	Elementos traza e impurezas; balance Al

El contenido de Mg es el factor dominante que define el comportamiento mecánico y la resistencia a la corrosión del 5150: a medida que aumenta el Mg, se incrementa el fortalecimiento por solución sólida y el comportamiento sacrificial en ambientes marinos mejora. Elementos menores como Mn y Cr se controlan deliberadamente para refinar la estructura de grano, estabilizar dislocaciones durante el proceso y reducir la susceptibilidad a fallos ligados a los límites de grano.

Propiedades Mecánicas

El 5150 muestra un comportamiento a tracción típico de las aleaciones 5xxx con alto contenido de Mg: una curva de endurecimiento por deformación relativamente plana después del límite elástico y buena elongación uniforme en temple blando. El límite elástico y la resistencia máxima a la tracción aumentan con el trabajo en frío y la estabilización, mientras que la ductilidad y la elongación total disminuyen; por lo tanto, los compromisos son previsibles y repetibles para el control de producción.

La dureza correlaciona con el temple y el trabajo en frío; el 5150 recocido es relativamente blando y muy trabajable, mientras que los temple Hxx pueden alcanzar niveles de dureza adecuados para componentes estructurales con carga moderada. La resistencia a la fatiga es generalmente buena para una aleación no tratable térmicamente, aunque es sensible a la condición superficial y al ablandamiento por zona afectada por soldadura (HAZ), por lo que el diseño debe controlar el acabado, las muescas y los perfiles de soldadura.

El espesor influye en las propiedades: al disminuir el espesor, cambia el endurecimiento por deformación alcanzable durante el conformado, y las velocidades de enfriamiento durante cualquier estabilización térmica afectan las tensiones residuales. Para formas de placa gruesa, el tamaño del grano y la respuesta al trabajo en frío pueden diferir, requiriendo verificación de propiedades específicas por temple.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (H116/H32)	Notas
Resistencia a la tracción	120–170 MPa	280–350 MPa	Amplio rango debido a nivel de Mg y trabajo en frío; valores varían según proveedor y espesor
Límite elástico	40–90 MPa	180–300 MPa	El límite elástico aumenta notablemente con el endurecimiento y estabilización
Elongación	20–35%	6–15%	La ductilidad disminuye conforme aumenta la resistencia; depende del espesor
Dureza	25–45 HB	80–120 HB	Dureza Brinell correlaciona con temple y trabajo en frío

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.66 g/cm³	Típico de aleaciones trabajadas de Al-Mg
Rango de Fusión	570–645 °C	Rango sólido-líquido influenciado por elementos de aleación
Conductividad térmica	120–150 W/m·K	Menor que el aluminio puro pero aún alta para uso disipador de calor
Conductividad eléctrica	28–40 % IACS	Reducida por Mg y otros solutos en comparación con aluminio puro
Calor específico	~0.90 J/g·K	Aproximado a temperatura ambiente
Expansión térmica	23–24 ×10^-6 /K	Similar a muchas aleaciones de aluminio; considerar en diseño de uniones

El 5150 conserva la favorable conductividad térmica y capacidad calorífica de las aleaciones de aluminio, lo que lo hace útil para componentes que requieren disipación razonable de calor. Su conductividad eléctrica es inferior al aluminio puro pero aceptable para muchas aplicaciones estructurales o de barras colectoras donde la conductividad no es el requisito principal.

El coeficiente de expansión térmica debe considerarse cuando se combina 5150 con materiales disímiles, especialmente en ensamblajes marinos o automotrices con cambios cíclicos de temperatura. La densidad y el rango de fusión son consistentes con aleaciones trabajadas de Al-Mg, influyendo en la evitación de fundición y los procesos de soldadura.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento Mecánico	Estados Comunes	Notas
Chapa	0.3–6.0 mm	Buena respuesta al trabajo en frío	O, H111, H14, H32	Usada para paneles de carrocería, carcasas y piezas conformadas
Placa	6–100+ mm	Menor ductilidad en estado laminado; secciones más pesadas	O, H111, H22	Placa estructural para aplicaciones marinas y de transporte
Extrusión	Secciones transversales de varios mm hasta más de 200 mm	La orientación influye en el límite elástico y resistencia a la tracción direccionalmente	O, H112, H32	Perfiles para marcos, rieles y extrusiones estructurales
Tubo	Diámetro exterior 10–300 mm	El trabajo en frío afecta redondez y propiedades mecánicas	O, H111, H32	Tuberías soldadas o sin costura para uso estructural
Barra / Varilla	Diámetro 5–200 mm	Propiedades típicas de barra laminada	O, H111	Usadas para piezas mecanizadas y sujetadores

Las chapas se usan comúnmente donde se requiere conformado y soldadura posterior; las chapas de calibre fino pueden alcanzar altas deformaciones durante el conformado antes de que el envejecimiento sea un problema. La placa se produce para componentes estructurales; las secciones más gruesas requieren control cuidadoso del laminado y la estabilización por solución/pulso para mantener propiedades uniformes a lo largo del espesor.

Las extrusiones permiten secciones transversales complejas donde la anisotropía del laminado es aceptable o puede diseñarse; las barras y varillas se suministran típicamente en estados más blandos para mecanizado, y se trabajan en frío si se necesita mayor resistencia.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	5150	USA	Designación de la Aluminium Association para esta aleación de trabajo con magnesio
EN AW	5150	Europa	La designación EN suele coincidir con la serie AA, pero verificar hojas técnicas del proveedor
JIS	A5150	Japón	Existen equivalentes japoneses con niveles similares de Mg; verificar especificaciones mecánicas
GB/T	5150	China	Los números de norma chinos pueden variar ligeramente; rangos químicos comúnmente alineados

La equivalencia entre normas es generalmente cercana para aleaciones laminadas 5xxx, pero los fabricantes y organismos normativos pueden aplicar límites diferentes para elementos residuales y requisitos mecánicos. Los ingenieros deben verificar los certificados de suministro y revisiones normativas regionales para asegurar que las tolerancias químicas y mecánicas exactas cumplan con el diseño.

Diferencias sutiles suelen aparecer en los residuos permitidos de Fe/Si/Mn, definiciones de estado y rangos de espesor permitidos; estos factores pueden afectar la conformabilidad, el comportamiento de soldadura y los umbrales de corrosión en aplicaciones críticas.

Resistencia a la Corrosión

5150 ofrece muy buena resistencia a la corrosión atmosférica, representativa de aleaciones 5xxx con alto contenido de Mg, con mejor desempeño en ambientes marinos y costeros comparado con aleaciones Al-Cu. Su resistencia a la picadura y corrosión general es favorable cuando la aleación está limpia y con acabado adecuado, especialmente si se aplican recubrimientos protectores o anodizado.

En ambientes marinos, 5150 exhibe buena resistencia a la exposición a agua de mar; sin embargo, el diseño debe considerar interacciones galvánicas con materiales más nobles. El acoplamiento con aceros inoxidables o aleaciones ricas en cobre sin aislamiento adecuado puede causar corrosión acelerada del aluminio.

La susceptibilidad a la corrosión por esfuerzo (SCC) en aleaciones 5xxx tiende a aumentar con mayores niveles de Mg y estados de mayor resistencia; los estados estabilizados como H116 están formulados para mitigar SCC bajo condiciones de soldadura y servicio. Comparado con las series 6xxx y 7xxx, 5150 generalmente es más resistente a la corrosión intergranular en condiciones fabricadas, pero menos resistente que el aluminio puro para corrosión uniforme.

La compatibilidad galvánica, los recubrimientos protectores y el diseño de juntas son controles críticos para implementaciones marinas e industriales. Usado correctamente, 5150 ofrece un excelente balance entre resistencia a la corrosión y rendimiento mecánico frente a muchas alternativas comerciales.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

5150 tiene buena soldabilidad con métodos comunes protegidos por gas (MIG/GMAW, TIG/GTAW) cuando se usan metales de aporte apropiados de la serie 5xxx (por ejemplo, equivalentes a ER5356 o ER5183). El riesgo de fisuras por calentamiento es bajo a moderado; controlar la entrada de calor y la estabilización pre/post soldadura reduce el ablandamiento de la zona afectada por el calor (HAZ) y las distorsiones por tensiones residuales.

Las soldaduras pueden mostrar una reducción localizada de resistencia donde la HAZ está ablandada respecto al material base trabajado en frío; el uso de tratamientos de estabilización (tipo H116) y procedimientos mecanizados reduce la variabilidad. Evitar aportes con contenido significativo de cobre si la resistencia a la corrosión es prioritaria.

Mecanización

La mecanización del 5150 es moderada; la aleación mecaniza mejor que muchas aleaciones Al-Mg más antiguas y duras, pero peor que aleaciones de aluminio mejoradas para mecanizado específicamente diseñadas para torneado. Se recomienda herramientas de carburo con geometría de filo positivo y montajes rígidos; velocidades de corte moderadas y flujo generoso de refrigerante reducen el borde adherido y mejoran el acabado superficial.

La formación de viruta tiende a ser en cintas continuas; pueden requerirse rompevirutas o cortes interrumpidos en piezas delgadas. Ángulo de punta de taladro y estrategias de taladrado por ciclos facilitan controlar la formación de rebabas y la calidad de los agujeros en componentes de chapa fina.

Conformabilidad

La conformabilidad en frío es excelente en estados blandos (O, H111), permitiendo embutición profunda, doblado e hidroformado con radios cerrados cuando se considera el rebote elástico. Al avanzar a estados H32/H116, hay que aumentar radios de curvatura y ajustar holguras de punzón/matriz por elongación reducida.

El conformado en caliente puede ampliar la ventana de conformabilidad para formas complejas, y secuencias controladas de pre-deformación mejoran la consistencia. Para requerimientos severos de conformado, es recomendable especificar O o H111 y considerar estabilización post-conformado si la pieza será soldada.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

5150 es una aleación no tratable térmicamente; el fortalecimiento mecánico se logra principalmente mediante trabajo en frío (endurecimiento por deformación) y la retención de magnesio en solución sólida. La estabilización térmica (horneado a baja temperatura o alivio de tensiones) puede usarse tras conformado o soldadura para fijar propiedades mecánicas y reducir tensiones residuales sin el endurecimiento por precipitación típico de aleaciones 6xxx.

Los ciclos de tratamiento en solución y envejecimiento usados en aleaciones tratables no producen fortalecimiento significativo en 5150, por lo que los ciclos T6/T7 no aplican. El recocido restaura ductilidad mediante recristalización; recocidos controlados seguidos de enfriamiento rápido producen una condición O dúctil adecuada para conformados extensos.

El endurecimiento por trabajo es repetible y puede diseñarse en el proceso de fabricación: típicamente, las piezas se conforman en estados O o H111, luego se trabajan en frío hasta alcanzar un estado Hxx con la resistencia deseada, seguido posiblemente de un horneado de estabilización para minimizar envejecimiento natural o relajación de tensiones durante el servicio.

Comportamiento a Alta Temperatura

5150 mantiene resistencia moderada a temperaturas elevadas pero presenta pérdida progresiva de resistencia cuando la temperatura se acerca a 150–200 °C, con ablandamiento notable por encima de estos rangos. Para exposiciones intermitentes hasta ~150 °C, la aleación mantiene desempeño mecánico útil; no se recomienda servicio continuo a temperaturas superiores para aplicaciones con carga.

La oxidación es mínima para aleaciones de aluminio a temperaturas típicas de servicio, pero pueden ocurrir formación de escamas y cambios superficiales en ambientes térmicos agresivos o exposiciones prolongadas a temperaturas elevadas. La HAZ cerca de las soldaduras puede experimentar ablandamiento adicional con calentamiento localizado, por lo que controlar la entrada de calor en soldadura y aplicar estabilización post-soldadura es importante en ciclos térmicos.

La resistencia a la fluencia a temperatura elevada es limitada respecto a aleaciones especializadas resistentes al calor, por lo que 5150 debe evitarse para componentes estructurales sometidos a cargas sostenidas a alta temperatura. Considerar aleaciones o diseños alternativos donde la temperatura y esfuerzo mantenidos se superpongan significativamente.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Razón para Usar 5150
Marina	Paneles de casco, estructuras de cubierta	Excelente resistencia a la corrosión en agua de mar y buena formabilidad
Automotriz y Transporte	Componentes ligeros de chasis, tanques	Alta relación resistencia/peso y soldabilidad para ensamblajes fabricados
Aeroespacial (secundario)	Herrajes, soportes	Buena resistencia y resistencia a la corrosión para piezas no estructurales primarias
Electrónica y Gestión Térmica	Carcasas, disipadores de calor	Conductividad térmica adecuada combinada con formabilidad
Arquitectura	Fachadas, revestimientos	Acabados duraderos y resistencia a la corrosión en instalaciones costeras

5150 se selecciona cuando los diseñadores necesitan un aluminio resistente a la corrosión, soldable y con mayor resistencia que las aleaciones puras o serie 3xxx, pero sin las complicaciones de procesado de aleaciones tratables de alta resistencia. Su versatilidad en conformado, soldadura y mecanizado moderado lo hace adecuado para elementos estructurales fabricados.

Perspectivas de selección

Al elegir 5150, priorice aplicaciones que requieran resistencia a la corrosión de grado marino, buena soldabilidad y resistencia de moderada a alta proporcionada por el endurecimiento por trabajo. Seleccione templas más suaves para conformados complejos y H32/H116 para estructuras soldadas que requieran un desempeño predecible en servicio.

En comparación con aluminio comercialmente puro (por ejemplo, 1100): 5150 intercambia una mayor resistencia por una conductividad eléctrica algo reducida y una pérdida modesta en la conformabilidad intrínseca; elija 1100 cuando la conductividad y facilidad de conformado sean factores primarios. En comparación con aleaciones comunes endurecidas por trabajo (por ejemplo, 3003 / 5052): 5150 típicamente ofrece mayor resistencia con una resistencia a la corrosión similar o mejor, pero puede ser menos conformable que 3003 en los mismos templas. En comparación con aleaciones tratables térmicamente (por ejemplo, 6061 / 6063): 5150 no alcanza las máximas resistencias del envejecimiento de la serie 6xxx, pero ofrece mejor resistencia a la corrosión por agua de mar y una fabricación más sencilla (menor distorsión, sin ciclos de temple/envejecimiento), lo que lo hace preferible para estructuras marinas o de transporte soldadas.

Lista práctica de selección: - Use O o H111 para operaciones severas de conformado y transicione a H32/H116 si se requieren soldadura y resistencia en servicio. - Especifique metales de aporte apropiados (aportes de la serie 5xxx) para la compatibilidad de corrosión en soldaduras. - Verifique los certificados de fábrica para el contenido de Mg y definiciones de temple para controlar la susceptibilidad a la corrosión por esfuerzo (SCC) y las propiedades mecánicas esperadas.

Resumen final

5150 sigue siendo una opción relevante y pragmática cuando los diseñadores requieren un aluminio resistente a la corrosión, soldable y con resistencia elevada alcanzable mediante trabajo en frío. Su equilibrio entre conformabilidad (en templas más suaves), respuesta predecible al endurecimiento por trabajo y durabilidad de grado marino lo convierte en una aleación confiable para aplicaciones en transporte, marina y estructuras fabricadas.