Aluminio 5251: Composición, Propiedades, Guía de Estado y Aplicaciones

Visión General Integral

5251 es un miembro de las aleaciones de aluminio serie 5xxx, que son aleaciones a base de magnesio, no tratables térmicamente, que ofrecen un equilibrio entre resistencia y resistencia a la corrosión. Su composición química lo sitúa dentro de las aleaciones Al-Mg(-Mn), donde el magnesio es el principal soluto de endurecimiento por solución sólida y el manganeso proporciona un control secundario de la estructura de grano.

La resistencia en 5251 se obtiene principalmente mediante el endurecimiento por solución sólida y el trabajo en frío; la aleación no puede fortalecerse significativamente mediante tratamiento térmico de precipitación. Las características clave incluyen resistencia moderada a alta para una aleación no tratable térmicamente, buena resistencia a la corrosión atmosférica y marina, excelente conformabilidad en condición recocida y buena soldabilidad con procesos típicos de fusión de aluminio.

Las industrias típicas que utilizan 5251 incluyen paneles interiores y exteriores automotrices, componentes estructurales marinos, sistemas arquitectónicos y de construcción, además de ciertas aplicaciones en transporte e ingeniería general. Los ingenieros seleccionan 5251 cuando los diseñadores requieren una aleación resistente a la corrosión con mejor resistencia que el aluminio comercialmente puro y superior conformabilidad en comparación con muchas aleaciones tratables térmicamente.

5251 se elige sobre otras aleaciones cuando se requiere una combinación de capacidad de conformado en frío, resistencia moderada y rendimiento superficial duradero, manteniendo bajos los costos de fabricación y evitando ciclos de envejecimiento. Su perfil de servicio a menudo lo hace preferible frente a aleaciones que sacrifican resistencia a la corrosión para obtener mayor resistencia máxima.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta (18–30%)	Excelente	Excelente	Totalmente recocido; óptimo para embutición profunda y conformados complejos
H12	Bajo–Medio	Moderada (12–20%)	Muy buena	Muy buena	Trabajo en frío ligero para un leve aumento de resistencia
H14	Medio	Moderada (10–18%)	Buena	Muy buena	Cuartohard; común en aplicaciones en chapa
H22	Medio	Moderada (10–18%)	Buena	Muy buena	Estabilizado térmicamente tras recocido parcial
H24	Medio–Alto	Menor (8–14%)	Regular	Buena	Endurecido por deformación y parcialmente recocido
H32	Alto	Baja (6–12%)	Limitada	Buena	Endurecido por deformación y estabilizado; temple estructural común
Temple T (T5 / T6 / T651)	No Aplica	No Aplica	No Aplica	No Aplica	5251 es una aleación no tratable térmicamente; los temper T no son aplicables

El temple tiene un efecto decisivo en el rango mecánico del 5251: O provee máxima ductilidad para conformado mientras que los templados H entregan incrementos progresivos en límite elástico y resistencia a la tracción a costa de la elongación. La soldabilidad se mantiene buena en todos los templados porque 5251 no depende del endurecimiento por envejecimiento, aunque las zonas afectadas por el calor localmente reblandecerán los estados endurecidos por deformación y pueden reducir la resistencia local.

Composición Química

Elemento	Intervalo %	Notas
Si	≤ 0.25	Impureza; contenido bajo para preservar la resistencia a la corrosión
Fe	≤ 0.40	Impureza común que puede formar intermetálicos que afectan la ductilidad
Mn	0.20–0.80	Controla la estructura de grano y la recuperación; reduce la recristalización
Mg	2.0–3.0	Elemento principal de endurecimiento por solución sólida; mejora la resistencia a la corrosión
Cu	≤ 0.10–0.15	Mantenido bajo para evitar reducción en resistencia a la corrosión
Zn	≤ 0.20	Minoritario; pequeñas cantidades toleradas sin gran cambio en propiedades
Cr	≤ 0.25	Puede estar presente para controlar el crecimiento de grano y mejorar resistencia a la recristalización
Ti	≤ 0.15	Refinador de grano cuando se añade intencionalmente; usualmente residual
Otros	≤ 0.05 cada uno / ≤ 0.15 total	Elementos traza y residuos limitados por normas

La composición del 5251 está diseñada para aprovechar el endurecimiento por solución sólida impulsado por magnesio, minimizando elementos que fomentan la formación de intermetálicos o corrosión localizada. Mn y Cr actúan como estabilizadores de microestructura y ayudan a la aleación a conservar resistencia después del trabajo en caliente, mientras que Cu bajo y Fe y Si controlados mantienen la resistencia a la corrosión alta y buena ductilidad.

Propiedades Mecánicas

5251 exhibe un comportamiento a tracción característico de la familia 5xxx trabajada en frío: dúctil y tenaz en estado recocido, con un aumento pronunciado en límite elástico y resistencia a la tracción al endurecerse por deformación. La resistencia al límite elástico aumenta significativamente con los templados H, mientras que las relaciones resistencia a tracción/límite elástico permanecen moderadas, entregando características de deformación plástica predecibles útiles para operaciones de conformado. La elongación disminuye conforme la resistencia aumenta, por lo que las operaciones de conformado y conformado final deben secuenciarse antes o controlarse durante el endurecimiento por deformación.

La dureza se correlaciona con el temple; las aleaciones recocidas presentan baja dureza Brinell/Vickers mientras que los templados H elevan la dureza a rangos útiles para aplicaciones estructurales. El comportamiento a fatiga es generalmente favorable para exposiciones marinas y atmosféricas gracias a un modo de fractura dúctil y resistencia a la corrosión localizada; sin embargo, los límites de fatiga disminuyen con el aumento del espesor y deterioro superficial. El espesor afecta tanto el límite elástico como el comportamiento de conformado: los calibres más delgados se forman más fácilmente, mientras que las secciones más gruesas mantienen mayor resistencia a través del espesor y pueden ser menos susceptibles a fisuras durante el doblado.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (H32)	Notas
Resistencia a la tracción	95–155 MPa	240–310 MPa	Rango depende del trabajo en frío y espesor; H32 provee fuerza estructural típica
Límite elástico	30–80 MPa	170–220 MPa	Aumento sustancial de O a H32 debido al endurecimiento por deformación
Elongación	18–30%	6–12%	La elongación disminuye a medida que aumenta la dureza del temple
Dureza	20–45 HB	70–95 HB	Dureza Brinell aproximada; varía con temple y procesamiento

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.68 g/cm³	Típico de aleaciones Al-Mg; buena relación resistencia-peso
Rango de fusión	≈ 600–655 °C	Rango solidus-liquidus típico de aleaciones de aluminio forjadas
Conductividad térmica	≈ 120–150 W/m·K	Inferior al aluminio puro pero aún alta; útil para gestión térmica
Conductividad eléctrica	≈ 28–38 % IACS	Reducida respecto a aluminio puro por la aleación; adecuada para algunas aplicaciones conductoras
Calor específico	≈ 0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	Estándar para aleaciones de aluminio; útil para cálculos de masa térmica
Coeficiente de expansión térmica	≈ 23–24 µm/m·K	Comparable con otras aleaciones de Al; importante en ensamblajes multimaterial

5251 mantiene propiedades favorables de transporte térmico y eléctrico comparado con muchas aleaciones estructurales, lo que lo hace útil en aplicaciones donde se requiere tanto conformabilidad como conducción de calor. La densidad y la expansión térmica soportan diseños ligeros y térmicamente estables, pero los diseñadores deben considerar reducciones moderadas en conductividad respecto al aluminio puro cuando se requiere precisión térmica o eléctrica.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de resistencia	Templados comunes	Notas
Chapa	0.3–4.0 mm	Consistente con el temple; calibres delgados más fáciles de conformar	O, H14, H24, H32	Forma más común para paneles automotrices y arquitectónicos
Placa	4–25 mm	Mayor resistencia a través del espesor; menos conformable	H22, H24, H32	Usada en componentes estructurales que requieren rigidez
Extrusión	Secciones transversales variables	Resistencia depende del trabajo en frío posterior a la extrusión	O, H14	Perfiles extruidos frecuentemente trabajados para aumentar resistencia
Tubo	Pared 0.5–6.0 mm	Resistencia y fatiga dependen del trabajo y grosor de pared	O, H14, H32	Usados en sistemas estructurales ligeros y tubería marina
Barra/Rollo	6–100 mm	Secciones macizas conservan buena maquinabilidad	O, H12, H14	Usadas para componentes mecanizados, accesorios y tornillería

Las diferencias en la forma del producto controlan los templados disponibles y las propiedades mecánicas finales; las chapas delgadas se producen y procesan para máxima conformabilidad mientras que las placas y extrusiones gruesas se ofrecen para componentes estructurales sometidos a carga. Rutas de procesamiento como laminado en frío, recocido y estabilización se utilizan para ajustar ductilidad o resistencia antes de la fabricación y acabado final.

Grados equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	5251	EE.UU.	Designación estándar americana de aleación para 5251 fabricado en caliente
EN AW	5251	Europa	Versión EN que se alinea estrechamente con la composición y los tratamientos AA
JIS	A5251 (aprox.)	Japón	Las normas japonesas hacen referencia a grados comparables Al-Mg; verificar especificaciones locales
GB/T	5251 (aprox.)	China	La designación china usa numeración similar; verificar tolerancias locales

Las tablas de equivalencia son aproximadas porque las especificaciones regionales pueden diferir en límites permitidos de impurezas, certificaciones de procesos y definiciones de tratamiento. Al sustituir aleaciones entre normas, los ingenieros deben verificar la química, propiedades mecánicas y requisitos de certificación en lugar de basarse únicamente en la correspondencia numérica.

Resistencia a la corrosión

El 5251 presenta buena resistencia a la corrosión atmosférica típica de las aleaciones Al-Mg; una película natural de óxido de aluminio combinada con la presencia de magnesio proporciona un desempeño mejorado en ambientes exteriores y ambientes poco agresivos. Funciona bien para exposiciones generales marinas y costeras, aunque la resistencia localizada a picaduras depende del acabado superficial y del contenido de Mg en comparación con aleaciones con mayor contenido de Mg.

La susceptibilidad a la corrosión bajo tensión en el 5251 es baja en relación con algunas aleaciones Al-Mg de mayor resistencia; dado que no es endurecida por precipitación, evita mecanismos de SCC asistidos por precipitados que afectan a ciertas aleaciones tratables térmicamente. El contacto con metales más nobles o materiales catódicos puede generar pares galvánicos; los diseñadores deben evitar el acoplamiento directo con aceros inoxidables o cobre sin barreras de aislamiento cuando se espera humedad continua.

En comparación con las aleaciones de la serie 6xxx, el 5251 ofrece mayor resistencia general a la corrosión pero menor resistencia máxima. Frente a las aleaciones 3xxx y 1xxx, el 5251 sacrifica ligeramente la conformabilidad y la conductividad eléctrica a favor de mayor capacidad estructural y mejor comportamiento frente a cloruros.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

El 5251 se suelda fácilmente con procesos MIG (GMAW) y TIG (GTAW) utilizando alambres de aporte de aluminio de las series 4xxx y 5xxx. Los consumibles recomendados incluyen ER4043 (silicio) para minimizar riesgos de fisuración y ER5356 o ER5183 (aportes Al-Mg) cuando es importante igualar resistencia y resistencia a la corrosión; se debe minimizar la porosidad mediante un buen ajuste de junta y limpieza. El riesgo de fisuración en caliente es bajo comparado con aleaciones tratables térmicamente, pero la ZAT en tratamientos endurecidos por deformación disminuye la resistencia local al ablandarse.

Mecanizado

La mecanizabilidad del 5251 es buena a moderada y generalmente mejor que la de aleaciones 5xxx de mayor resistencia debido a su equilibrio de ductilidad y resistencia; no es un aluminio de mecanizado fácil. Herramientas de carburo con filo de ataque positivo y estrategias de alta alimentación y baja velocidad ofrecen los mejores acabados superficiales y vida útil de herramienta. El control de viruta se logra normalmente con herramientas afiladas y refrigerante adecuado; evitar endurecimiento excesivo en la zona de corte inmediata.

Conformabilidad

La conformabilidad en el tratamiento O es excelente para embutición profunda, doblado y estampado complejo, con retroceso de elasticidad (springback) relativamente bajo comparado con tratamientos de aleaciones más fuertes. Los radios de doblado recomendados dependen del espesor y tratamiento pero generalmente siguen reglas estándar para aluminio (p. ej., radio interior ≥ 1–2× espesor para tratamientos H y ≥ 0.5–1× espesor para tratamiento O). El trabajo en frío es la principal vía de endurecimiento, por lo que es habitual el formado secuencial y recocidos de recuperación controlada para alcanzar geometrías complejas sin fisuras.

Comportamiento al tratamiento térmico

El 5251 se clasifica como una aleación no tratable térmicamente; no puede lograr endurecimiento significativo por precipitación mediante tratamientos de solubilización y envejecimiento. Intentar aplicar tratamientos tipo T no producirá incrementos de resistencia como en aleaciones 6xxx y 7xxx y puede ocasionar efectos microestructurales indeseables.

El endurecimiento por trabajo en frío es el principal mecanismo para aumentar el límite elástico y la resistencia a la tracción. El recocido estándar (p. ej., recocido total a O) restituye la ductilidad mediante recuperación y recristalización; tratamientos de estabilización (designados H3x/H4x) se utilizan para minimizar cambios posteriores en propiedades mecánicas durante fabricación o servicio.

Comportamiento a alta temperatura

Las temperaturas elevadas reducen progresivamente la resistencia del 5251, con un ablandamiento apreciable a partir de 100–150 °C según el tratamiento y nivel de esfuerzo. La exposición continua a temperaturas cercanas al rango de fusión de la aleación no es adecuada; para usos intermitentes a temperaturas elevadas, los diseñadores deben considerar la reducción de capacidad de carga y la aceleración de los mecanismos de fluencia.

La oxidación a temperaturas de servicio se limita a la formación de una película estable de óxido de aluminio que es protectora; no hay formación significativa de escamas ni fragilización como ocurre en algunos aceros. La estabilidad térmica de los tratamientos endurecidos por deformación es moderada, por lo que exposiciones prolongadas a temperaturas moderadamente elevadas pueden relajar tensiones residuales y disminuir el límite elástico en tratamientos H, especialmente cerca de soldaduras y zonas de alta deformación.

Aplicaciones

Industria	Componente de ejemplo	Por qué se usa 5251
Automotriz	Paneles interiores y exteriores de carrocería	Buena conformabilidad y resistencia moderada; resistencia a la corrosión
Marina	Paneles estructurales y accesorios no críticos	Resistencia al agua salada y buen comportamiento a la fatiga
Aeroespacial	Accesorios secundarios y carenados	Relación fuerza-peso favorable y resistencia a la corrosión para piezas no críticas
Electrónica	Estructuras y disipadores térmicos	Conductividad térmica y estabilidad frente a la corrosión
Arquitectura	Paneles muro cortina y revestimientos	Conformabilidad para formas complejas y durabilidad exterior a largo plazo

El 5251 ocupa un nicho práctico donde se requieren simultáneamente conformabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia estructural razonable, y donde el tratamiento térmico añadiría costos o complejidad. Se utiliza ampliamente en chapa y perfiles extruidos que sufren operaciones de conformado significativas antes de la implementación final.

Recomendaciones para la selección

El 5251 es una opción lógica cuando el ingeniero requiere más resistencia que el aluminio comercialmente puro (p. ej., 1100) pero aún necesita buena conformabilidad y resistencia a la corrosión. En comparación con el 1100, el 5251 intercambia mayor resistencia y una conductividad eléctrica/térmica ligeramente inferior por capacidad estructural y mejor comportamiento anticorrosión en ambientes con cloruros.

Comparado con otras aleaciones endurecidas por deformación en frío como 3003 y 5052, el 5251 generalmente se sitúa más cerca del 5052 en resistencia y resistencia a la corrosión, ofreciendo un desempeño marino comparable pero con conformabilidad a menudo superior a variantes fuertemente trabajadas en frío. Cuando los diseñadores necesitan aleaciones tratables térmicamente más fuertes como el 6061, se selecciona el 5251 si se priorizan resistencia a la corrosión, soldabilidad o conformabilidad en el tratamiento O sobre la máxima resistencia alcanzable.

Elija 5251 cuando las secuencias de fabricación involucren conformado en frío o soldadura significativos y se espere exposición atmosférica o marina a largo plazo; balanceando costo y disponibilidad frente a resistencias máximas ligeramente inferiores a las alternativas tratables térmicamente.

Resumen final

El 5251 sigue siendo una aleación Al-Mg relevante y práctica para ingeniería moderna porque combina conformabilidad, soldabilidad y resistencia a la corrosión con un rango de resistencia funcional logrado mediante trabajo en frío. Su comportamiento predecible en diferentes tratamientos, amplia disponibilidad en productos y desempeño probado en aplicaciones automotrices, marinas y arquitectónicas lo convierten en una elección confiable cuando se requiere un aluminio duradero y conformable.