Aluminio 5154: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción Completa

El 5154 es un miembro de la serie 5xxx de aleaciones de aluminio-magnesio, caracterizado por tener al magnesio como principal elemento de aleación y un comportamiento de endurecimiento no susceptible a tratamientos térmicos. Pertenece a la familia Al–Mg que ofrece un equilibrio entre resistencia moderada a alta, excelente resistencia a la corrosión y buena soldabilidad, lo que lo hace adecuado cuando se requiere una combinación de conformabilidad, resistencia y durabilidad marina.

Los principales constituyentes típicos de la aleación son el magnesio (elemento principal), con adiciones controladas de manganeso y trazas de cromo, hierro, silicio y otros elementos para controlar la estructura del grano y la respuesta al endurecimiento por deformación. La resistencia se desarrolla principalmente mediante el endurecimiento por solución sólida proporcionado por el magnesio y por endurecimiento por deformación (trabajo en frío); no responde a tratamientos térmicos de solubilización y envejecimiento como las aleaciones de las series 6xxx o 7xxx.

Las características clave del 5154 incluyen una resistencia superior a la del aluminio comercialmente puro y muchas aleaciones 3xxx, muy buena resistencia a la corrosión por agua de mar y atmosférica, excelente soldabilidad utilizando aleaciones de aporte apropiadas, y buena conformabilidad en estados recocidos. Las industrias típicas incluyen componentes de carrocería y estructuras automotrices, naval y construcción de barcos, recipientes a presión y tuberías, fabricación general de chapa metálica y ciertas estructuras secundarias aeroespaciales.

Los ingenieros eligen el 5154 frente a alternativas cuando la especificación requiere un material formable y resistente a la corrosión que mantenga una resistencia práctica tras la soldadura y un trabajo en frío moderado. Se selecciona donde una aleación no susceptible a tratamiento térmico que evite ciclos de envejecimiento post-soldadura y ofrezca un rendimiento consistente en placa o chapa es ventajosa.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Baja	Alta	Excelente	Excelente	Estado completamente recocido para máxima conformabilidad
H111	Media	Moderada	Buena	Excelente	Leve endurecimiento por deformación, control de propiedades en un solo paso
H14	Media-Alta	Baja-Moderada	Regular	Excelente	Estado cuarto duro derivado de trabajo en frío
H16	Alta	Baja	Pobre-Moderada	Excelente	Estado medio duro por endurecimiento por deformación
H32	Media-Alta	Moderada	Buena	Excelente	Endurecida por deformación y estabilizada mediante tratamiento térmico ligero
H34 / H36	Alta	Baja	Limitada	Excelente	Niveles fuertes de trabajo en frío, usados donde se requiere mayor resistencia

El temple del 5154 se logra mediante trabajo en frío (templados H) o mediante recocido (O) en lugar de endurecimiento por precipitación. El temple seleccionado determina el equilibrio entre resistencia, ductilidad y conformabilidad; el estado recocido O ofrece máxima elongación para formado, mientras que los grados H proporcionan mayor resistencia a costa de una menor doblabilidad.

Las transiciones de temple se controlan comúnmente mediante laminado y enfriamiento controlado, o por estabilización térmica ligera para evitar efectos de envejecimiento natural; la entrada de calor de soldadura puede revertir localmente los templados H hacia un ablandamiento en nivel O en la zona afectada por el calor (ZAT), por lo que la selección del temple debe considerar los procesos posteriores de soldadura y fabricación.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.40	Desoxidante e impureza; mantenido bajo para preservar ductilidad
Fe	≤ 0.40	Elemento impureza; forma intermetálicos que afectan la estructura de grano
Mn	0.20–0.80	Control de estructura de grano, mejora resistencia y resistencia a la corrosión
Mg	3.1–4.3	Elemento principal de endurecimiento; proporciona endurecimiento por solución sólida
Cu	≤ 0.10	Bajo contenido para limitar pérdida de resistencia a la corrosión
Zn	≤ 0.25	Menor; controlado para limitar pérdida de resistencia por formación de intermetálicos
Cr	≤ 0.30	Agregado en pequeñas cantidades para controlar crecimiento de grano y recristalización
Ti	≤ 0.15	Refinador de grano; presente en trazas
Otros (cada uno)	≤ 0.05–0.15	Elementos en trazas y residuos; total otros limitado

El magnesio es el principal impulsor del rendimiento en el 5154: a mayor Mg, aumentan el límite elástico y la resistencia a la tracción mediante el endurecimiento por solución sólida, pero también se incrementa el riesgo de sensibilización relacionada con el magnesio si se suelda incorrectamente o se expone a ciertos ciclos térmicos. El manganeso y el cromo se utilizan para estabilizar la microestructura contra la recristalización y para refinar el tamaño de grano; hierro y silicio son impurezas controladas que influyen en partículas intermetálicas y distribución de fases secundarias con impacto en la tenacidad y la fatiga.

Propiedades Mecánicas

El 5154 muestra un amplio espectro de comportamiento tensil dependiendo del temple y el espesor, con condiciones recocidas que brindan alta ductilidad y templados por trabajo en frío con límites elásticos y resistencias a la tracción mucho mayores. El límite elástico en placas recocidas es moderado, permitiendo operaciones de conformado significativas, mientras que los templados H incrementan el límite elástico en decenas de MPa debido a la acumulación de dislocaciones. La elongación en temple O comúnmente excede 20–30 % en chapa de calibre fino, mientras que condiciones con fuerte trabajo en frío reducen la elongación a porcentajes de un solo dígito.

La dureza se correlaciona con el temple y el trabajo en frío; los valores Vickers o Brinell aumentan con templados H y reducción en frío. El desempeño a fatiga se ve influenciado por el acabado superficial, espesor y tensiones residuales introducidas por conformado o soldadura; como ocurre con muchas aleaciones Al–Mg, superficies bien preparadas y un adecuado diseño post-soldadura reducen los efectos de concentración de tensiones. El efecto del espesor es notable: calibres más finos generalmente presentan una mayor resistencia a la tracción para un dado temple debido a un mayor trabajo en frío y esfuerzo de laminación durante el procesamiento.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (H14 / H111)	Notas
Resistencia a la tracción (MPa)	190–240 MPa	250–330 MPa	Valores variables con espesor y procesamiento; templados H aumentan la resistencia máxima
Límite elástico (0,2% offset, MPa)	70–140 MPa	150–260 MPa	Templados H comúnmente duplican o más el límite en estado recocido
Elongación (%)	20–35%	6–18%	La elongación disminuye conforme aumenta la dureza/resistencia
Dureza (HV)	40–60 HV	70–110 HV	La dureza crece con el trabajo en frío; se correlaciona con el límite elástico

Los diseñadores deben utilizar certificados del proveedor y probetas de ensayo para obtener valores precisos de resistencia y elongación para el temple y espesor específicos, ya que los programas de laminación, exposición térmica y post-procesos modifican significativamente los datos mecánicos.

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.66 g/cm³	Típica de las aleaciones Al–Mg; usada en cálculos de masa y rigidez
Rango de fusión	~570–650 °C	El líquido/solidus ligeramente inferior frente a Al puro (660 °C)
Conductividad térmica	~120–150 W/m·K	Menor que Al puro; suficiente para muchas aplicaciones de disipación térmica
Conductividad eléctrica	~30–45 %IACS	Reducida por la aleación; menor que Al puro o series de baja aleación
Calor específico	~900 J/kg·K	Típico de aleaciones de aluminio; útil para análisis de transitorios térmicos
Coeficiente de expansión térmica	~23–24 µm/m·K	Coeficiente lineal cercano a otras aleaciones Al; relevante para deformaciones térmicas

Las propiedades físicas del 5154 son típicas de aleaciones de aluminio de resistencia media: buena conductividad térmica y baja densidad lo hacen atractivo donde el peso y el comportamiento térmico son importantes. La conductividad eléctrica y térmica se reduce respecto al aluminio comercialmente puro debido al magnesio y otras adiciones de aleación, pero sigue siendo favorable para muchas aplicaciones estructurales y de disipación de calor donde se requiere conductividad junto con resistencia mecánica.

Los diseñadores deben considerar el coeficiente de expansión térmica de la aleación al unirla con materiales disímiles; las diferencias de expansión y potencial galvánico pueden determinar la selección de sujetadores y requerimientos de aislamiento en ambientes de servicio.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Templados Comunes	Notas
Chapa	0.3–6.0 mm	La resistencia varía según el temple y el laminado	O, H111, H14	Forma más común para paneles de carrocería, recipientes a presión y fabricación general
Placa	6–150 mm	Ductilidad menor en secciones más gruesas; limitaciones del temple por laminado	O, H32, H34	Usada para elementos estructurales y piezas fabricadas más gruesas
Extrusión	Espesor de pared 1–25 mm, perfiles variables	La resistencia está influida por el estabilizado T4 y el trabajo en frío	H112, H32	Secciones complejas para marcos estructurales y componentes marinos
Tubo	Diámetro exterior 6–200 mm	El comportamiento depende de los ciclos de estirado y recocido	O, H32	Tubos soldados y sin costura para sistemas de fluidos y estructuras
Barra/Bastón	Ø 3–100 mm	Usualmente con mayor resistencia en estado trabajado	H14, H16	Usados para componentes mecanizados y accesorios

Las chapas y calibres delgados son las formas más utilizadas y se producen con programas de laminado controlados para entregar los templados requeridos. Las placas y extrusiones requieren historiales térmicos diferentes y pueden ser más difíciles de trabajar en frío; las secciones más pesadas suelen necesitar recocido de solución o control de recristalización durante la fabricación.

La selección de la forma del producto debe considerar los procesos de fabricación como el estirado, estampado, plegado o soldadura, ya que cada forma impone distintas estructuras de grano iniciales y estados de tensiones residuales que influyen en el desempeño final de la pieza y los procesos posteriores necesarios.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	5154	EE.UU.	Designación estándar de Aluminum Association
EN AW	5154	Europa	Normalmente citado como EN AW-5154 en normas europeas
JIS	A5154	Japón	JIS sigue típicamente composición y uso similares
GB/T	5154	China	La designación china se alinea con la serie internacional

En todas las normas la designación 5154 se conserva frecuentemente, con pequeñas diferencias en los límites permitidos de impurezas y requerimientos de certificación. Las normas europeas y asiáticas pueden establecer límites ligeramente distintos en elementos traza o especificar diferente nomenclatura de templados y protocolos de ensayo, por lo que especificar norma y temple en los documentos de compra evita ambigüedades.

Diferencias regionales pequeñas pueden afectar aplicaciones sensibles a la corrosión intergranular o que requieren propiedades mecánicas específicas; los ingenieros de compras deben solicitar certificados de fábrica y aclarar la norma aplicable.

Resistencia a la Corrosión

5154 ofrece muy buena resistencia general a la corrosión atmosférica y es ampliamente utilizado en ambientes marinos y costeros debido a su alto contenido de magnesio combinado con elementos menores controlados. Resiste mejor la corrosión uniforme en agua de mar y ambientes salobres que muchas aleaciones tratables térmicamente y muchas aleaciones con cobre, siempre que las zonas soldadas y uniones con sujetadores estén adecuadamente diseñadas y protegidas.

En ambientes con cloruros puede ocurrir picaduras en sitios localizados como bordes, rayaduras o pares galvánicos; una buena preparación de superficie, recubrimientos y protección catódica pueden mitigar la picadura. La sensibilización (precipitación de fase β en límites de grano) es un riesgo para aleaciones Al–Mg con alto contenido de Mg si se exponen a temperaturas cercanas a 65–180 °C por tiempos prolongados; esta sensibilización puede aumentar la susceptibilidad a corrosión intergranular, especialmente en zonas afectadas por soldadura (HAZ).

5154 tiene mejor resistencia a la corrosión bajo esfuerzo que muchas aleaciones 2xxx y 7xxx, pero no es inmune: bajo tensión sostenida en ambientes cloruros corrosivos existe riesgo de SCC aunque relativamente bajo comparado con aleaciones tratables térmicamente de alta resistencia. Al unirla a materiales más nobles la corrosión galvánica es un aspecto de diseño; usar capas aislantes y selección adecuada de sujetadores reduce el riesgo de ataque acelerado.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

5154 se suelda fácilmente con procesos por fusión comunes como GTAW (TIG) y GMAW (MIG), y produce soldaduras sólidas con electrodos y procedimientos pre/post adecuados. Se recomiendan aleaciones de aporte Al–Mg como 5356 o 5183 para igualar resistencia y resistencia a la corrosión y minimizar riesgo de fisuración en caliente; la selección del aporte debe considerar requisitos de servicio y regímenes de soldadura pulsada vs convencional. El riesgo de fisuración en caliente es bajo comparado con algunas aleaciones de alta resistencia, pero el ablandamiento de la ZAC y la potencial sensibilización con altos niveles de Mg requieren atención a la entrada térmica y protección post-soldadura.

Maquinabilidad

La maquinabilidad de 5154 es moderada y generalmente inferior a las aleaciones serie 6xxx que se templen para facilitar el corte. Se prefieren herramientas de carburo o carburo recubierto con geometría positiva y borde fuerte, y la aplicación de refrigerante mejora la evacuación de viruta y el acabado superficial. Las velocidades se mantienen conservadoras en comparación con aleaciones de fácil mecanizado; la alimentación y profundidad de corte deben optimizarse para evitar acumulación de borde y controlar formación de rebabas.

Conformabilidad

La conformabilidad es excelente en temple recocido O y práctica en templados H suaves; radios de doblado en O pueden ser tan estrechos como 1–2T para muchos perfiles dependiendo del espesor y herramienta. El trabajo en frío aumenta el límite de elasticidad y reduce conformabilidad, por lo que operaciones complejas de estampado y embutición profunda prefieren templados O o con poco endurecimiento por deformación. El rebote elástico es típico en aleaciones de aluminio y debe compensarse en el diseño de herramientas, especialmente en templados H donde el límite elástico más alto incrementa la recuperación elástica.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

Como aleación serie 5xxx, 5154 no es tratable térmicamente; su resistencia se obtiene por fortalecimiento por solución sólida y endurecimiento por trabajo en frío. No existe un ciclo de envejecimiento por precipitación beneficioso comparable a las aleaciones 6xxx. Los tratamientos térmicos se enfocan por tanto en recocido y estabilizado más que en secuencias solución/envejecimiento.

El recocido total (O) restaura ductilidad permitiendo la recristalización y puede realizarse a temperaturas típicas para aleaciones Al–Mg (usualmente 350–420 °C por tiempos adecuados), seguido de enfriamiento controlado. El trabajo en frío se utiliza para obtener templados H; tratamientos de estabilización (calentamiento ligero) pueden usarse para minimizar efectos del envejecimiento natural y fijar un temple deseado. Las estructuras soldadas pueden tratarse térmicamente solo para recocer o aliviar tensiones; estas operaciones disminuyen la resistencia obtenida por trabajo previo en frío.

Desempeño a Alta Temperatura

5154 mantiene propiedades mecánicas utilizables a temperaturas moderadamente elevadas, pero la resistencia disminuye conforme aumenta la temperatura al ser menos efectivo el fortalecimiento por solución sólida y aumentar el movimiento de dislocaciones. Se recomiendan temperaturas continuas de servicio típicamente por debajo de 100–150 °C para evitar pérdida notable de resistencia y prevenir posibles efectos de sensibilización si se expone a ciertos rangos de temperatura/tiempo.

La oxidación es mínima gracias a la película protectora de óxido de aluminio, y no se produce la escamación rápida característica de aleaciones ferrosas. Sin embargo, la exposición a ciclos térmicos y soldadura puede crear zonas localizadas HAZ con propiedades ablandadas y desempeño a corrosión alterado. Para aplicaciones con carga a temperaturas elevadas, los diseñadores suelen seleccionar aleaciones resistentes al calor o reducir esfuerzos permisibles para 5154.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se Usa 5154
Automotriz	Paneles de carrocería, componentes estructurales internos	Buena conformabilidad, resistencia a la corrosión, resistencia aceptable para piezas estructurales secundarias
Marina	Paneles de casco, superestructura, tuberías	Excelente resistencia a corrosión en agua de mar y soldabilidad para fabricación naval
Aeroespacial	Accesorios secundarios, carenados	Alta resistencia relativa a peso para estructuras secundarias y buenas características de fabricación
Electrónica	Carcasas, disipadores térmicos	Baja densidad y buena conductividad térmica para carcasas livianas
Recipientes a Presión / Tanques	Tanques, componentes para LPG	Resistencia a la corrosión y soldabilidad combinadas con resistencia adecuada en geometrías conformadas

5154 se elige en estas aplicaciones donde un conjunto balanceado de propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y flexibilidad de fabricación reduce costos en el ciclo de vida y simplifica la manufactura. Su naturaleza no tratable térmicamente simplifica el procesamiento manteniendo mayores resistencias que muchas alternativas de bajo aleado.

Consejos para la Selección

5154 es una opción pragmática cuando se necesita un aluminio resistente a la corrosión con mejor resistencia que el aluminio comercialmente puro, manteniendo buena conformabilidad y soldabilidad. Comparado con 1100 (comercialmente puro), 5154 sacrifica algo de conductividad eléctrica y térmica y la máxima conformabilidad a cambio de un límite elástico y resistencia a tracción sustancialmente mayores, haciéndolo preferible para chapas estructurales y partes marinas.

En comparación con aleaciones comúnmente endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, la 5154 generalmente ofrece una mayor resistencia manteniendo una resistencia a la corrosión similar o ligeramente mejor; elija 5154 cuando el diseño requiera esa resistencia adicional dentro de la familia Al–Mg. En comparación con aleaciones tratables térmicamente como 6061 o 6063, la 5154 proporciona un mejor comportamiento frente a la corrosión post-soldadura y evita la complejidad del tratamiento térmico; seleccione 5154 cuando la soldabilidad y una resistencia a la corrosión constante sean prioritarias sobre las resistencias máximas más altas que ofrecen las aleaciones tratables térmicamente.

Para la adquisición, equilibre el costo y la disponibilidad con los requisitos de temple y espesor, y verifique los certificados de molino para el contenido de Mg y las pruebas de propiedades mecánicas cuando la fatiga, la soldadura o la exposición marina sean factores críticos del diseño.

Resumen Final

La 5154 continúa siendo una aleación Al–Mg ampliamente utilizada porque combina de manera única un rendimiento mecánico reforzado por solución sólida con una excelente resistencia a la corrosión y versatilidad en la fabricación; su facilidad de soldadura, buena conformabilidad en estado recocido y comportamiento fiable en diversas formas de producto la mantienen relevante para aplicaciones en automoción, marítimas y en ingeniería estructural general.