Aluminio 5754: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones
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Descripción General Completa
5754 es un miembro de la serie 5xxx de aleaciones de aluminio, una familia Al‑Mg caracterizada por el magnesio como principal elemento aleante. Se suministra comúnmente en formas de producto trabajado y está clasificada bajo las designaciones EN AW‑5754 y AA‑5754; su contenido de Mg (~2.6–3.6 % en peso) lo ubica entre las aleaciones comerciales de magnesio no tratables térmicamente con mayor resistencia.
El fortalecimiento en el 5754 se logra principalmente mediante el endurecimiento por solución sólida y el trabajo en frío más que por tratamiento térmico de precipitación. Como aleación no tratable térmicamente, sus propiedades se ajustan por deformación en frío y procesamiento termomecánico en lugar de ciclos de solubilización/envejecimiento.
Las características clave del 5754 incluyen una resistencia elevada en comparación con el aluminio comercial puro y muchas aleaciones de las series 3xxx y 1xxx, buena a muy buena resistencia a la corrosión en ambientes atmosféricos y marinos, buena soldabilidad usando metales de aporte Al‑Mg, y buena conformabilidad especialmente en estado recocido. Las industrias típicas que emplean 5754 son componentes de carrocería y estructurales automotrices, fabricaciones marítimas y offshore, recipientes a presión y aplicaciones generales de chapa/placa donde se requieren resistencia, resistencia a la fatiga y buen desempeño frente a la corrosión.
Los ingenieros eligen 5754 sobre otras aleaciones cuando se requiere un equilibrio entre resistencia moderada a alta, resistencia fiable a la corrosión y buena conformabilidad en frío sin los costos ni las limitaciones de procesamiento de las aleaciones tratables térmicamente. Se selecciona frecuentemente cuando la soldadura es habitual y el contenido elevado de magnesio mejora la resistencia sin comprometer la durabilidad en aplicaciones marinas.
Variantes de Temple
| Temple | Nivel de Resistencia | Elongación | Conformabilidad | Soldabilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Bajo | Alta (20–30%) | Excelente | Excelente | Totalmente recocido, máxima ductilidad para conformados complejos |
| H111 | Medio | Moderada (12–20%) | Buena | Muy buena | Ligero endurecimiento por deformación, comúnmente suministrado para uso general |
| H22 | Medio-Alto | Menor (8–15%) | Regular-Buena | Muy buena | Condición cuarto temple, equilibrio entre resistencia y conformabilidad |
| H24 | Alta | Baja-Moderada (6–12%) | Regular | Buena | Endurecido por deformación y parcialmente estabilizado para mayor resistencia |
| H34 | Alta | Baja (4–10%) | Limitada | Buena | Endurecimiento más fuerte para aplicaciones que requieren límite elástico superior |
El temple modifica el 5754 principalmente introduciendo densidad de dislocaciones mediante deformación en frío (templados H) o eliminando el trabajo en frío en el temple O. El recocido O ofrece la mejor ductilidad para embutición profunda y doblados complejos.
A medida que aumenta el trabajo en frío, el límite elástico y la resistencia a la tracción aumentan mientras que la elongación y la doblabilidad disminuyen; la soldabilidad se mantiene generalmente buena en todos los templados, pero el diseño de juntas debe considerar la menor ductilidad en templados más duros.
Composición Química
| Elemento | Rango % | Notas |
|---|---|---|
| Si | 0.40 max | Impureza; bajo contenido de silicio ayuda a mantener la ductilidad |
| Fe | 0.40 max | Impureza típica; puede formar intermetálicos que afectan la conformabilidad |
| Mn | 0.50 max | Controla la estructura de grano e incrementa la resistencia y resistencia a la recristalización |
| Mg | 2.6–3.6 | Elemento principal de fortalecimiento, mejora la resistencia a la corrosión y endurecimiento por deformación |
| Cu | 0.10 max | Bajo contenido para evitar reducción de la resistencia a la corrosión |
| Zn | 0.20 max | Impureza menor; mayor Zn puede reducir ductilidad |
| Cr | 0.30 max | Microaleación para control de la estructura de grano y limitar crecimiento de grano |
| Ti | 0.15 max | Refinador de grano durante fundición/prácticas de fusión |
| Otros (cada uno) | 0.05 max | Límites de otros elementos traza para mantener rendimiento consistente |
El magnesio es la palanca dominante de desempeño en 5754; su concentración regula la resistencia base, la respuesta al endurecimiento por deformación y la resistencia a la picadura en ambientes con cloruros. El manganeso y cromo están presentes en niveles bajos para refinar el tamaño de grano y estabilizar la aleación durante el procesamiento termomecánico.
Los bajos límites de cobre y hierro preservan la resistencia a la corrosión y ductilidad de la aleación, mientras que los contenidos controlados de silicio y titanio apoyan un comportamiento consistente durante laminado y extrusión.
Propiedades Mecánicas
En comportamiento a tracción, el 5754 exhibe un modo de fractura dúctil con buena elongación uniforme en templados recocidos y elongación progresivamente menor conforme aumenta el endurecimiento por deformación. El límite elástico y la resistencia a la tracción máxima escalan con el temple: la condición O enfatiza elongación y conformabilidad, mientras que los templados H aportan incrementos sustanciales en límite elástico para aplicaciones estructurales. La dureza se correlaciona con la densidad de dislocaciones creada por el trabajo en frío; la dureza Brinell aumenta notablemente de O a H34 mientras que la resistencia a la fatiga se beneficia de mayor resistencia base pero puede ser sensible a la condición superficial y al espesor.
El desempeño a fatiga del 5754 es favorable para las aleaciones Al‑Mg en comparación con purezas comerciales de menor resistencia, porque el endurecimiento moderado por solución sólida mejora los umbrales de iniciación de grietas. Los efectos de espesor son significativos: las chapas de menor espesor generalmente exhiben mayor resistencia aparente debido al laminado en frío, y los límites en doblado/conformado cambian con el espesor y temple. El acabado superficial y las tensiones residuales de conformado o soldadura también afectan materialmente la vida a fatiga.
| Propiedad | O/Recocido | Temple Clave (H111/H22) | Notas |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la Tracción (UTS) | 115–155 MPa | 220–265 MPa | La UTS aumenta significativamente con endurecimiento por deformación; valores varían según espesor y especificaciones del proveedor |
| Límite Elástico (0.2% de deformación permanente) | 35–65 MPa | 125–170 MPa | El límite elástico aumenta drásticamente en templados H; el diseño debe usar datos certificados de temple para factores de seguridad |
| Elongación (A50mm) | 20–30% | 8–18% | La ductilidad disminuye con el temple; la elongación mínima depende del espesor y procesamiento |
| Dureza (HB) | 25–35 HB | 60–85 HB | La dureza Brinell sigue la resistencia y el trabajo en frío |
Propiedades Físicas
| Propiedad | Valor | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | 2.66 g/cm³ | Típica para aleaciones trabajadas Al‑Mg; relevante para cálculos de masa y rigidez |
| Rango de Fusión | ~605–650 °C (sólido a líquido) | Rango de fundición aleada; comportamiento de solidificación controlado por elementos menores |
| Conductividad Térmica | ~120–160 W/m·K | Inferior al aluminio puro pero aún alta, útil para aplicaciones de gestión térmica |
| Conductividad Eléctrica | ~28–36 % IACS | Reducida respecto a aluminio puro debido al Mg; afecta diseño de conductores y consideraciones de EMI |
| Calor Específico | ~900 J/kg·K | Aproximadamente similar a otras aleaciones de aluminio; útil para análisis térmicos transitorios |
| Coeficiente de Expansión Térmica | ~23.5 ×10⁻⁶ /K | Coeficiente lineal típico para diseño estructural en ciclos térmicos |
El 5754 conserva muchas de las características térmicas y eléctricas deseables del aluminio a cambio de una reducción en conductividad y estabilidad conductiva debido a la aleación. Los valores de densidad y expansión térmica son críticos para unir materiales disímiles y para ensamblajes de precisión donde el movimiento térmico diferencial puede inducir tensiones.
El rango de fusión/solidus guía procesos de fabricación como brasado y prácticas de fundición; se requiere control térmico cuidadoso para evitar fusión incipiente de fases secundarias y para asegurar una microestructura adecuada para procesamiento trabajado.
Formas de Producto
| Forma | Espesor/Tamaño Típico | Comportamiento de Resistencia | Temple Común | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Chapa | 0.3–6.0 mm | La resistencia varía con temple y reducción de laminado | O, H111, H22, H24 | Ampliamente usada en paneles automotrices y cubiertas marinas |
| Placa | 6–30 mm | Ductilidad menor, puede suministrarse en templados endurecidos H | H24, H34 | Placa estructural para recipientes a presión y bastidores |
| Extrusión | Varias secciones transversales | La resistencia depende del temple post-extrusión; se usa endurecimiento por deformación | O, H111 | Perfiles para barandillas, transportadores y secciones estructurales |
| Tubo | 0.5–10 mm de espesor de pared | Similar al comportamiento de chapa; el espesor de pared es crítico para cargas de presión | H111, H22 | Tubos para intercambiadores de calor y líneas de fluidos donde se requiere resistencia a la corrosión |
| Barra / Varilla | Ø5–100 mm | Puede laminase o trefilarse en frío para mayor resistencia | H111, H34 | Componentes mecanizados, accesorios y elementos de fijación en ambientes sensibles a la corrosión |
Las chapas y calibres delgados son las formas de producto más comunes y están optimizadas para embutición profunda, remachado y hidroconformado en estados O y templados ligeros H. Las placas y extrusiones se utilizan donde se necesitan secciones de mayor resistencia; los perfiles extruidos pueden suministrarse en condición O para conformado o en templados endurecidos para uso final.
Las diferencias en el procesamiento (laminado vs extrusión vs trefilado) influyen en la direccionalidad del grano y la anisotropía; los diseñadores deben considerar las propiedades direccionales para orientaciones críticas de doblado, estirado y fatiga.
Grados Equivalentes
| Norma | Grado | Región | Notas |
|---|---|---|---|
| AA | 5754 | USA | Designación de la American Aluminum Association para aleación forjada |
| EN AW | 5754 | Europa | Designación EN; frecuentemente referida como AlMg3.5 en normas europeas de materiales |
| JIS | A5754 | Japón | Norma Industrial Japonesa usa la nomenclatura A5754 para composición similar |
| GB/T | AlMg3.5 | China | Norma china que frecuentemente lista la aleación por contenido nominal de Mg como AlMg3.5 |
La equivalencia entre normas es funcional pero no absoluta; los rangos de composición nominal y las impurezas permitidas pueden variar ligeramente entre certificados de proveedores y normas regionales. Estas pequeñas diferencias pueden influir en los límites de conformabilidad, acabado superficial para anodizado y propiedades mecánicas certificadas, por lo que las llamadas de especificación y los certificados de material deben revisarse para componentes críticos.
Al comprar a nivel global, los ingenieros deben solicitar informes detallados de análisis químico y pruebas mecánicas, y prestar atención a las definiciones de temple (por ejemplo, los límites geométricos y de deformación del H111 pueden interpretarse diferente por molinos en distintas regiones).
Resistencia a la Corrosión
El 5754 presenta muy buena resistencia a la corrosión atmosférica y se desempeña bien en ambientes marinos y con presencia de cloruros en comparación con muchas familias de aluminio. El contenido relativamente alto de Mg incrementa la susceptibilidad a picaduras localizadas si la superficie sufre daños mecánicos o si existen aniones agresivos sin recubrimientos protectores; sin embargo, cuando se protege con recubrimientos o películas anodizadas, el 5754 exhibe larga vida útil en exposiciones a agua de mar.
El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es generalmente bajo para el 5754 en comparación con algunas aleaciones de aluminio de alta resistencia, pero la sensibilidad al SCC aumenta con mayores niveles de magnesio y con tensiones residuales de tracción provenientes de conformado o soldadura. Los diseñadores deben mitigar el riesgo de SCC controlando concentraciones de tensión, aplicando tratamientos post-soldadura y utilizando los tempers adecuados.
Las consideraciones galvánicas son importantes: el 5754 es catódico frente a aceros y metales más nobles y anódico frente al aluminio puro en algunas condiciones; se requieren aislamientos apropiados, ánodos sacrificiales o recubrimientos en conjuntos multimetálicos. En comparación con la serie 6xxx (Al-Mg-Si), el 5754 ofrece superior resistencia a la corrosión localizada pero menor adherencia de pintura tras anodizado; frente a la serie 3xxx (Al-Mn) ofrece mayor resistencia mecánica y resistencia a cloruros similar o ligeramente mejorada.
Propiedades de Fabricación
Soldabilidad
El 5754 es fácilmente soldable mediante TIG, MIG/GMAW y soldadura por resistencia usando consumibles y parámetros adecuados. Las aleaciones de aporte recomendadas para uniones comunes son 5356 o 5183 (aportes Al-Mg) para igualar la resistencia del metal base y minimizar problemas galvánicos y de corrosión; se deben evitar aportes con alto contenido de silicio salvo que sean necesarios para procesos específicos. El riesgo de fisuración en caliente es relativamente bajo para esta familia de aleaciones, pero las soldaduras pueden presentar ductilidad reducida y ablandamiento local en la zona afectada por el calor; puede ser necesario un acabado mecánico post-soldadura y alivio de tensiones para piezas críticas en fatiga.
Mecanizado
La mecanizabilidad del 5754 es moderada a difícil en comparación con la serie 6xxx debido a su mayor ductilidad y tendencia al endurecimiento por deformación. Se recomienda herramienta de carburo con filo positivo, ángulos de corte altos y buenos rompevirutas; las velocidades de corte deben ajustarse para evitar rebordeado y controlar la temperatura de la herramienta. El acabado superficial y la formación de rebabas pueden controlarse con herramientas afiladas, refrigerante suficiente y avances por diente mínimos; barras extruidas y placas gruesas pueden requerir alivio de tensiones previo para mejor estabilidad dimensional.
Conformabilidad
La conformabilidad es excelente en la condición recocida total O, permitiendo radios de curvatura ajustados y operaciones de embutición profunda con mínima deformación elástica. Los radios mínimos típicos de doblado interior para chapa en condición O pueden ser 1–2× espesor para doblados simples, mientras que los tempers H generalmente requieren 3–6× espesor para evitar fisuras. El trabajo en frío incrementa la resistencia pero reduce la elongación; para estampados complejos es aconsejable planificar la secuencia de conformado para aprovechar el estado O en los mayores estirados y usar endurecimiento ligero para el conformado final.
Comportamiento al Tratamiento Térmico
Como aleación no tratable térmicamente, el 5754 no responde a tratamientos de solución y precipitación para aumentar la resistencia; en cambio, las propiedades mecánicas se controlan mediante trabajo en frío y recocido. El recocido (ablandamiento total) se logra calentando hasta el rango donde ocurre la recristalización, típicamente entre 300–415 °C dependiendo del tiempo y del trabajo previo en frío, seguido de un enfriamiento lento; esto restaura la ductilidad pero reduce la resistencia.
El endurecimiento por deformación mediante laminado en frío, trefilado o doblado incrementa el límite elástico y la resistencia a la tracción aumentando la densidad de dislocaciones; el grado de fortalecimiento alcanzable está correlacionado con la cantidad de deformación plástica. Los tempers de estabilización o recocido parcial (por ejemplo, H24) se logran mediante procesos térmicos controlados que alivian algunas tensiones residuales sin ablandar completamente el material.
Desempeño a Alta Temperatura
Las temperaturas elevadas aceleran los procesos de recuperación y recristalización en el 5754, resultando en una pérdida medible del límite elástico y la resistencia a la tracción a temperaturas relativamente modestas. El servicio continuo a temperaturas superiores a ~100 °C reducirá progresivamente la resistencia de cedencia, y exposiciones por encima de ~150–200 °C provocarán ablandamiento significativo y cambios microestructurales que afectan el desempeño mecánico.
La oxidación a temperaturas atmosféricas típicas es mínima gracias al óxido protector de aluminio, pero la exposición prolongada a altas temperaturas aumenta la formación de escamas y puede alterar la química superficial importante para recubrimientos y adhesiones. En zonas soldadas o afectadas por calor, los ciclos térmicos pueden causar ablandamiento localizado y crecimiento de grano; el diseño debe limitar la exposición sostenida a altas temperaturas o aplicar estabilización térmica post-soldadura cuando sea factible.
Aplicaciones
| Industria | Ejemplo de Componente | Razón para Usar 5754 |
|---|---|---|
| Automotriz | Paneles de carrocería, estructuras internas | Equilibrio entre conformabilidad, resistencia y resistencia a la corrosión para piezas visibles y estructurales |
| Marina | Cubiertas, herrajes de casco, placas estructurales | Resistencia superior a la corrosión por cloruros y buena soldabilidad para servicio en agua salada |
| Aeroespacial | Accesorios secundarios, paneles interiores | Buena relación resistencia-peso y resistencia a la fatiga para estructuras no primarias |
| Electrónica | Disipadores térmicos, carcasas | Conductividad térmica y resistencia a la corrosión combinadas con conformabilidad |
| Vasos a Presión | Tanques y tuberías de baja presión | Resistencia a la corrosión y facilidad de fabricación para recipientes ligeros |
El 5754 se especifica a menudo cuando se requiere una combinación de resistencia isotrópica en chapa, robusta resistencia a la corrosión y fabricación costo-efectiva. Su capacidad de soldarse con aportes comunes Al-Mg y tolerar ambientes marinos lo convierte en una opción preferida para una gran variedad de componentes estructurales y revestidos.
Aspectos para la Selección
El 5754 es una elección práctica cuando los diseñadores necesitan mayor resistencia que el aluminio comercialmente puro (1100) manteniendo gran parte de la conformabilidad y resistencia a la corrosión. Frente al 1100, el 5754 sacrifica algo de conductividad eléctrica y térmica pero gana resistencia de cedencia y tracción significativa para usos estructurales.
En comparación con aleaciones comunes endurecidas por trabajo como 3003 y 5052, el 5754 generalmente presenta mayor resistencia y ofrece igual o superior resistencia a la corrosión por cloruros; se selecciona cuando se necesita una chapa más fuerte sin pasar a sistemas tratables térmicamente. Frente a aleaciones tratables térmicamente como 6061, el 5754 no alcanza las máximas resistencias pero es preferido para soldaduras extensivas y aplicaciones donde se requiere resistencia continua a la corrosión o mayor ductilidad; evita la distorsión y sensibilidad térmica asociadas con tratamientos de solubilización y envejecimiento.
Se recomienda seleccionar 5754 cuando el diseño requiere un punto intermedio de resistencia, conformabilidad y durabilidad marina, y cuando la soldadura y el conformado en frío son operaciones frecuentes; se deben verificar los efectos de temper y espesor con respecto a los requerimientos de fatiga y conformado del componente.
Resumen Final
El 5754 sigue siendo una aleación Al-Mg ampliamente usada porque combina resistencia por solución sólida, resistencia a la corrosión confiable y excelentes características de fabricación en una forma forjada costo-efectiva. Su naturaleza no tratable térmicamente simplifica la manufactura y lo hace particularmente adecuado para aplicaciones soldadas, conformadas en frío y marinas donde se requiere durabilidad a largo plazo y desempeño mecánico predecible.