Aluminio 5454: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Resumen Completo

5454 es un miembro de la serie 5xxx (Al-Mg) de aleaciones de aluminio trabajadas en caliente, caracterizada por tener al magnesio como el principal elemento de aleación. A menudo se especifica como AlMg3 en la nomenclatura europea y se sitúa en el rango de resistencia media de las aleaciones de magnesio, equilibrando el rendimiento mecánico con una excelente resistencia a la corrosión.

Los principales elementos de aleación son el magnesio y adiciones controladas de manganeso para mejorar la resistencia y la estructura del grano. El 5454 es una aleación no susceptible a tratamiento térmico; su endurecimiento se logra principalmente mediante el fortalecimiento por solución sólida aportado por el magnesio y el endurecimiento por deformación durante el trabajo en frío, en lugar de tratamientos térmicos por precipitación.

Las características clave del 5454 incluyen una buena resistencia a la tracción para una aleación no tratable térmicamente, fuerte resistencia a la corrosión marina y atmosférica, muy buena soldabilidad por los procesos comunes de fusión y buena conformabilidad en estados recocidos o ligeramente trabajados. Industrias típicas que usan el 5454 incluyen la marina, transporte, recipientes a presión y fabricaciones estructurales generales donde se requieren resistencia a la corrosión y resistencia moderada.

Los ingenieros seleccionan el 5454 sobre otras aleaciones cuando necesitan una combinación de mayor resistencia que el aluminio comercialmente puro y mejor resistencia a la corrosión que algunas aleaciones de mayor resistencia. A menudo se elige cuando la soldabilidad, el rendimiento posterior a la soldadura y la durabilidad en servicio en ambientes con cloruros son más importantes que alcanzar la máxima resistencia relativa al peso disponible en aleaciones tratables térmicamente.

Variantes de temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta (20–35%)	Excelente	Excelente	Estado completamente recocido para máxima ductilidad
H111 / H112	Bajo–Moderado	Alta–Moderada	Muy Buena	Excelente	Ligeramente endurecido por deformación o trabajado; comúnmente suministrado para fácil conformado
H14	Moderado	Moderado (8–15%)	Bueno	Excelente	Cuarto endurecido, común en aplicaciones de chapa con resistencia mejorada
H16	Moderado–Alto	Reducido	Regular–Bueno	Excelente	Medio endurecido, compromiso de mayor resistencia a costa de algo de ductilidad
H18	Alto	Bajo	Limitado	Excelente	Completamente endurecido, usado donde se requieren altas resistencia y rigidez
H24	Moderado	Moderado	Bueno	Excelente	Endurecido por deformación y parcialmente recocido; equilibrio entre conformabilidad y resistencia
T5 / T6 / T651	No típico	No típico	No típico	No típico	Designaciones de temple para aleaciones tratables térmicamente; generalmente no aplicables al 5454

El temple tiene una influencia directa y predecible en las propiedades del 5454 porque es una aleación no tratable térmicamente. Los temperamentos recocidos (O) maximizan la ductilidad y la resistencia a la corrosión, siendo la mejor opción para embutición profunda y operaciones severas de conformado en frío.

A medida que aumenta el endurecimiento por deformación (de H14 a H18) aumentan la resistencia a la tracción y al límite elástico mientras que la elongación y la capacidad de doblado disminuyen. Debido a que el 5454 no responde a secuencias de solución + envejecimiento, el control del temple se logra por procesamiento mecánico y recocidos controlados en lugar de tratamientos de precipitación.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.30	Impureza; mantenida baja para preservar el rendimiento frente a la corrosión y la ductilidad
Fe	≤ 0.40	Formador de intermetálicos; controlado para limitar degradación de tenacidad
Mn	0.40–1.20	Mejora la resistencia y la estructura del grano; ayuda a controlar la recristalización
Mg	2.6–3.6	Elemento principal de fortalecimiento; proporciona endurecimiento por solución sólida y resistencia a la corrosión
Cu	≤ 0.10	Mantenido bajo para evitar disminución de resistencia a la corrosión y efectos galvánicos
Zn	≤ 0.20	Minoritario; exceso puede reducir resistencia a la corrosión
Cr	≤ 0.25	Añadido en pequeñas cantidades en algunas variantes para controlar estructura y recristalización del grano
Ti	≤ 0.15	Refinador de grano en variantes fundidas; efecto menor en productos trabajados
Otros	≤ 0.15 cada uno, ≤ 0.35 total	Residuos y adiciones traza; controlados para mantener propiedades de la aleación

El contenido relativamente alto de magnesio (alrededor del 3 % en peso) es el factor dominante en el comportamiento mecánico y frente a la corrosión del 5454. Las adiciones de manganeso son intencionales y moderadas; ayudan a contrarrestar el debilitamiento en los límites de grano y contribuyen a la resistencia sin perjudicar la resistencia a la corrosión. Los bajos niveles de cobre y silicio aseguran que la película de óxido que se forma de forma natural permanezca protectora en atmósferas marinas e industriales.

Propiedades Mecánicas

El 5454 exhibe un perfil de resistencia a la tracción y límite elástico característico de aleaciones de la serie 5xxx de resistencia media, con una ductilidad significativa en temperamentos recocidos y ganancias progresivas de resistencia con el endurecimiento por deformación. La resistencia al límite elástico aumenta sustancialmente entre los temperamentos O y los semiduros/completamente duros mientras que la resistencia a la tracción también se incrementa, pero típicamente a costa de una reducción más marcada en la elongación. La aleación muestra buena tenacidad y capacidad de absorción de energía comparado con muchas aleaciones de aluminio tratables térmicamente de mayor resistencia.

El desempeño a fatiga es razonable en ambientes libres de cloruros pero es sensible a la condición superficial, soldaduras y concentradores de tensión. Las uniones soldadas comúnmente presentan ablandamiento en la zona afectada por el calor (ZAC) en comparación con el metal base endurecido por deformación; el diseño debe considerar la reducción local del límite elástico y del límite de fatiga. El espesor y la forma del producto influyen en los valores mecánicos; las placas más gruesas suelen mostrar un límite elástico medible ligeramente inferior debido a la heterogeneidad microestructural y la posible presencia de esfuerzos residuales.

Los incrementos de dureza se correlacionan con el nivel de endurecimiento por deformación; la aleación recocida tiene valores bajos en Brinell/Vickers, mientras que los temperamentos H16–H18 alcanzan valores de dureza sustancialmente mayores. La correlación entre dureza y resistencia a la tracción es lo suficientemente robusta para controles rápidos en planta, aunque se recomienda realizar ensayos completos de tracción para componentes críticos y ensamblajes soldados.

Propiedad	O/Recocido	Temperamento Clave (ej. H16/H18)	Notas
Resistencia a la tracción (UTS)	~95–150 MPa	~200–310 MPa	Amplio rango según temple y forma del producto; diferencias entre chapa y placa
Resistencia al límite elástico (0.2% offset)	~30–70 MPa	~120–240 MPa	El ablandamiento en ZAC por soldadura puede reducir la resistencia local en ensamblajes soldados
Elongación (A50 o A5)	~20–35%	~4–15%	Recocido ofrece máxima ductilidad; temple completamente duro limita elongación
Dureza (HB)	~25–45 HB	~60–110 HB	La dureza se correlaciona con el nivel de trabajo en frío y es útil para control de procesos

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.66–2.70 g/cm³	Típica de aleaciones Al-Mg trabajadas, usada en cálculos de masa y rigidez
Rango de fusión	~590–645 °C	Solidus y liquidus varían con la composición exacta e impurezas
Conductividad térmica	~120–150 W/m·K	Inferior al aluminio puro pero aún alta; importante para disipadores y diseño térmico
Conductividad eléctrica	~32–38 %IACS	Reducida respecto al aluminio puro debido a las adiciones de aleación
Calor específico	~880–910 J/kg·K	Útil para cálculos térmicos transitorios y capacidad calorífica
Coeficiente de expansión térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Coeficiente típico para aleaciones de aluminio

La densidad y propiedades térmicas hacen al 5454 atractivo para estructuras donde la masa y disipación térmica son importantes, como cascos marinos y cabezales de intercambiadores de calor. Su conductividad térmica sigue siendo suficientemente alta para muchas tareas de gestión térmica, aunque no tan alta como el aluminio puro o algunas aleaciones 6xxx con distintas microestructuras.

La conductividad eléctrica es moderada; el 5454 no se elige para conductores donde se requiere alta %IACS, pero puede usarse donde se necesita combinación de rendimiento mecánico/corrosión y conductividad adecuada. Las consideraciones de expansión térmica son estándar para el diseño en aluminio y deben considerarse en estructuras mixtas.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento Mecánico	Templas Comunes	Notas
Chapa	0.3–6 mm	Uniforme; sensible a la dirección de laminado	O, H111, H14, H16	Ampliamente usada para paneles, cajas y revestimientos marinos
Placa	6–150 mm	Límite elástico ligeramente inferior medido en secciones gruesas	O, H111	Usada para componentes estructurales y partes sometidas a presión
Extrusión	Perfiles hasta secciones grandes	La resistencia varía con la sección y el enfriamiento	O, H111, H14	Buena para marcos estructurales y rieles; requiere control de proceso para la distribución de Mg
Tubo	Diámetros de hasta varios cientos de mm	Buena resistencia axial y circunferencial cuando es trabajado en frío	O, H16, H18	Común para tuberías marinas y de transporte y tubos estructurales
Barra/Tvarilla	Varios diámetros	Alta uniformidad en sección transversal	H14–H18	Usadas para accesorios mecanizados, elementos de fijación y piezas fabricadas

La ruta de procesamiento y la forma del producto cambian el comportamiento mecánico y los templas logrables. Las chapas laminadas en espesores delgados a medianos responden de forma predecible a los procesos de endurecimiento por deformación y recocido, mientras que las placas más gruesas necesitan laminado más agresivo y enfriamiento controlado para obtener propiedades uniformes.

Las extrusiones y tubos requieren atención a la homogeneización y control de porosidad interna debido a que las aleaciones ricas en Mg pueden mostrar segregación en secciones gruesas. La selección del temple en la etapa de producto es fundamental para adecuar las operaciones de conformado y los requerimientos de servicio final.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	5454	USA	Designación de la Aluminum Association frecuentemente usada en especificaciones norteamericanas
EN AW	5454	Europa	Designación europea común (AlMg3); estandarizada en EN 573/754 para productos forjados
JIS	A5454	Japón	Variante según la Norma Industrial Japonesa con contenido de Mg y requisitos mecánicos similares
GB/T	5454	China	Grado estándar chino alineado con rangos químicos y mecánicos internacionales

La equivalencia entre normas es generalmente cercana pero no idéntica; los límites permisibles de impurezas y los métodos requeridos para pruebas de propiedades mecánicas pueden variar. Los ingenieros deben verificar certificados de molino y normas nacionales para límites dependientes del espesor, templas y rutas de procesamiento permitidas antes de definir criterios de aceptación del material.

Resistencia a la Corrosión

El 5454 tiene una fuerte resistencia a la corrosión atmosférica y es particularmente adecuado para ambientes marinos debido a que la matriz rica en magnesio forma una película de óxido/hidróxido tenaz y auto-reparable. En condiciones estancadas y ricas en cloruros, pueden ocurrir picaduras localizadas si las películas superficiales se dañan o si existen acoplamientos galvánicos agresivos, pero el 5454 tiene un mejor desempeño que muchas aleaciones con cobre en esos ambientes.

La susceptibilidad a la corrosión por tensión (SCC) en 5454 es baja comparada con aleaciones de aluminio de mayor resistencia, aunque el riesgo de SCC puede aumentar bajo tensiones de tracción en ambientes cálidos con cloruros combinados con tensiones residuales por soldadura. Las prácticas de diseño recomiendan evitar sobrecargas de tracción, controlar tensiones residuales de soldadura y usar tratamientos posteriores o protección catódica en servicios severos.

Las interacciones galvánicas deben gestionarse cuando 5454 se combina con metales más nobles que el aluminio (p. ej., acero inoxidable, cobre), especialmente en exposiciones marinas. El uso de fijaciones compatibles, capas aislantes o ánodos sacrificatorios reduce el ataque galvánico y prolonga la vida útil comparado con emparejamientos no controlados.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

El 5454 se suelda fácilmente con métodos comunes de fusión como MIG (GMAW) y TIG (GTAW). Las aleaciones de aporte recomendadas suelen ser ER5356 o ER5183 para soldaduras de mayor resistencia o resistencia a la corrosión, elegidas para coincidir con la química base y controlar la porosidad y ductilidad. El riesgo de fisuración en caliente es bajo en comparación con algunas aleaciones serie 2xxx y 7xxx, pero es común el ablandamiento del HAZ y la pérdida de endurecimiento por deformación; las estructuras soldadas deben diseñarse para tolerar reducciones locales del límite elástico.

Mecanizado

La mecanizabilidad del 5454 es moderada a aceptable en comparación con aleaciones de fundición de aluminio-silicio o de fácil mecanizado; se maquila mejor que muchas aleaciones forjadas de alta resistencia pero menos fácilmente que aluminio puro. Se recomienda usar herramientas de carburo o acero rápido afiladas, velocidades de avance moderadas a altas y velocidades de corte bajas con buena refrigeración/lubricación para manejar virutas continuas y evitar la acumulación en el filo. El acabado superficial y la precisión dimensional son generalmente buenos con herramientas y velocidades optimizadas para aleaciones de aluminio.

Conformabilidad

La conformabilidad es excelente en estado recocido y se mantiene buena en templas ligeramente trabajadas; los procesos de embutición profunda y estampado complejo favorecen templas O o H111. Los radios mínimos de doblado dependen del temple y espesor; la práctica habitual en taller usa radios interiores de 2–3 veces el espesor para H14/H16 y de 1–2 veces el espesor en chapa completamente recocida. El trabajo en frío incrementa límite elástico y resistencia a la tracción pero reduce la elongación y puede introducir rebote del muelle, que debe considerarse en el diseño de matrices.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

El 5454 es una aleación no apta para tratamiento térmico y no responde a los ciclos convencionales de solución y envejecimiento usados en aleaciones serie 6xxx o 7xxx. Los intentos de tratamiento de solución y envejecimiento no producirán mecanismos de endurecimiento por precipitación efectivos en estas familias de aleaciones tratables térmicamente.

Las propiedades mecánicas se controlan por endurecimiento por trabajo y procesos térmicos como el recocido. Las temperaturas de recocido completo para aleaciones 5xxx forjadas están típicamente en el rango de 300–415 °C según la forma del producto y el espesor; se utilizan recocidos controlados en horno y posterior templado o enfriamiento lento para restaurar la ductilidad y ablandar el material.

Recocidos intermedios o parciales (p. ej., para producir templas H24 o estabilizados) se usan para lograr equilibrios particulares entre resistencia y formabilidad. Ciclos de estabilización o alivio de tensión a baja temperatura pueden reducir tensiones residuales sin modificar significativamente la resistencia de la aleación.

Desempeño a Alta Temperatura

La resistencia del 5454 disminuye con la temperatura creciente y se reduce moderadamente incluso a temperaturas de servicio elevadas moderadas (por encima de ~100 °C). La exposición prolongada a temperaturas cercanas a 150–200 °C degradará aún más las propiedades mecánicas por recuperación y cambios microestructurales, por lo que las temperaturas continuas de servicio se limitan generalmente muy por debajo de esos valores.

La oxidación a alta temperatura no es una preocupación severa para aleaciones de aluminio debido a la capa protectora de óxido, pero las temperaturas elevadas aceleran el crecimiento del óxido y pueden afectar el acabado superficial y recubrimientos. Las zonas soldadas y las regiones afectadas por el calor pueden mostrar ablandamiento reforzado bajo exposición a temperaturas elevadas; el diseño debe considerar fluencia y relajación si se involucran cargas y temperaturas sostenidas.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Razón para Usar 5454
Automotriz	Líneas de combustible, paneles de carrocería no estructurales	Buena conformabilidad, soldabilidad y resistencia a la corrosión
Marina	Revestimiento del casco, paneles de superestructura	Excelente resistencia a la corrosión marina y relación resistencia-peso
Aeroespacial	Estructuras secundarias, paneles de acceso	Resistencia a la corrosión y resistencia razonable para estructuras no primarias
Electrónica	Cajas, disipadores térmicos	Conductividad térmica adecuada con durabilidad frente a la corrosión
Recipientes a Presión / Tanques	Tanques de almacenamiento, tuberías	Buena soldabilidad y resistencia al agua de mar y atmósferas industriales

La combinación del 5454 de soldabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia media lo hace una opción versátil en múltiples industrias. Es especialmente preferido para componentes expuestos a atmósferas corrosivas donde se necesitan ventajas de costo y peso del aluminio sin sacrificar la durabilidad en servicio.

Consideraciones para la Selección

Elija 5454 cuando requiera una aleación que equilibre resistencia a la corrosión, soldabilidad y resistencia moderada sin depender de tratamiento térmico. Es particularmente adecuada para aplicaciones marinas, de transporte y estructurales generales donde el desempeño post-soldadura y la resistencia a ambientes con cloruros son prioritarios.

En comparación con aluminio comercialmente puro (p. ej. 1100), el 5454 ofrece una resistencia a la tracción y límite elástico sustancialmente mayores a costa de conductividades eléctrica y térmica moderadamente reducidas. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo comunes como 3003 o 5052, el 5454 generalmente proporciona mayor resistencia y resistencia equivalente o superior a la corrosión marina, haciéndolo preferente para usos en placas para cascos y estructuras.

En comparación con aleaciones tratables térmicamente como 6061 o 6063, el 5454 no alcanzará la misma resistencia máxima pero se elige a menudo cuando la superior resistencia a la corrosión, la fabricación más sencilla (soldadura sin post-tratamiento térmico) y mejor ductilidad en ciertos templas son más importantes que la resistencia máxima.

Resumen Final

El 5454 sigue siendo una aleación relevante y de amplio uso porque ofrece una combinación sólida de resistencia a la corrosión, soldabilidad y rendimiento mecánico de nivel medio sin la complejidad del tratamiento térmico. Su idoneidad para ambientes marinos y corrosivos, junto con un comportamiento predecible de fabricación en formas de chapa, placa y extrusión, la mantiene como una opción práctica para diseñadores y fabricantes que buscan soluciones de aluminio duraderas y rentables.