Aluminio 6060: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones
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Descripción Completa
La aleación 6060 es parte de la familia de aluminio-magnesio-silicio de la serie 6xxx, ubicada químicamente y en aplicaciones cerca de las 6063 y 6061. Principalmente es una aleación Al-Mg-Si donde el silicio y el magnesio se combinan para formar precipitados de Mg2Si que proporcionan endurecimiento por envejecimiento durante el tratamiento térmico.
El mecanismo de fortalecimiento de la 6060 es el endurecimiento por precipitación (tratable térmicamente) más que el simple endurecimiento por deformación, aunque algunas propiedades mecánicas pueden ajustarse mediante endurecimiento por deformación en condiciones de temple H. Sus características clave incluyen resistencia de moderada a buena, muy buena resistencia a la corrosión en ambientes atmosféricos, buena extrudabilidad y soldabilidad, y buena conformabilidad en condición recocida.
Las industrias típicas que utilizan la 6060 incluyen sistemas arquitectónicos y de construcción, extrusiones de propósito general, molduras automotrices y componentes estructurales de baja carga, y algunas carcasas electrónicas y elementos disipadores de calor. La aleación se elige frecuentemente sobre otras similares cuando se requiere un equilibrio entre extrudabilidad, acabado superficial, resistencia a la corrosión y resistencia económica en lugar de la máxima resistencia máxima.
Los diseñadores suelen seleccionar la 6060 cuando la calidad del perfil de extrusión, la apariencia tras anodizado o el control dimensional estricto son prioridades, o cuando la aplicación se beneficia de un contenido de aleantes más bajo que simplifica la soldadura y el acabado superficial. Su combinación de facilidad de conformado y endurecimiento por envejecimiento controlado la hace una opción práctica para perfiles estructurales de esfuerzo medio y componentes arquitectónicos.
Variantes de Temple
| Temple | Nivel de Resistencia | Elongación | Conformabilidad | Soldabilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Bajo | Alta | Excelente | Excelente | Condición totalmente recocida, óptima para conformado y doblado |
| H14 | Medio-Bajo | Moderada | Buena | Excelente | Endurecida por deformación a estado semi-duro, conformado limitado |
| T5 | Medio | Moderada | Regular | Buena | Enfriada tras extrusión y envejecida artificialmente, común en extrusiones |
| T6 | Medio-Alto | Moderado-Bajo | Limitada | Buena | Tratada en solución y envejecida artificialmente para máxima resistencia |
| T651 | Medio-Alto | Moderado-Bajo | Limitada | Buena | T6 con alivio de tensiones por estirado; mayor estabilidad dimensional |
El temple influye fuertemente en el comportamiento mecánico y de conformado ya que la 6060 es endurecible por envejecimiento y responde tanto al tratamiento en solución más envejecimiento artificial como a la deformación en frío. El material recocido (O) ofrece la mejor ductilidad y resistencia al límite elástico mínima, por lo que es el estado preferido para operaciones extensas de conformado.
Las condiciones templadas como T5 y T6 aumentan los límites elástico y último mediante la precipitación controlada de Mg2Si, mientras que las variantes tipo H ofrecen propiedades intermedias por endurecimiento en frío; la elección del temple depende de si la prioridad es conformado, soldadura o estabilidad dimensional.
Composición Química
| Elemento | Rango % | Notas |
|---|---|---|
| Si | 0.30–0.60 | El silicio forma precipitados de Mg2Si con Mg para permitir el endurecimiento por envejecimiento. |
| Fe | ≤0.35 | El hierro es un impuro que forma intermetálicos; mayor Fe reduce el acabado de extrusión. |
| Mn | ≤0.10 | Rol menor; puede afectar marginalmente la estructura de grano y resistencia. |
| Mg | 0.35–0.60 | El magnesio se combina con Si para formar precipitados que fortalecen la aleación. |
| Cu | ≤0.10 | Cantidades pequeñas pueden aumentar la resistencia pero reducir la resistencia a la corrosión. |
| Zn | ≤0.20 | Limitado; zinc alto no es común y puede afectar el comportamiento de precipitación. |
| Cr | ≤0.05 | Trazas ayudan a controlar la estructura de grano y recristalización. |
| Ti | ≤0.10 | Usado frecuentemente como refinador de grano en pequeñas cantidades durante la producción de palanquillas. |
| Otros | ≤0.15 cada uno; total ≤0.35 | Incluye Ni, Pb, Sn, Bi y otros residuales con influencia limitada en bajos niveles. |
El silicio y el magnesio son la pareja funcional para el endurecimiento por precipitación; su proporción controla la fracción volumétrica y distribución de los precipitados Mg2Si. El hierro y otras impurezas influyen en la calidad superficial de extrusión y pueden formar intermetálicos gruesos que disminuyen ligeramente la tenacidad y estética.
Elementos traza como cromo y titanio se utilizan principalmente para modificar el tamaño de grano y la recristalización durante la producción de palanquillas y el procesamiento termo-mecánico, lo que puede afectar el acabado superficial final y la uniformidad mecánica.
Propiedades Mecánicas
La 6060 presenta un amplio espectro de comportamientos mecánicos dependiendo del temple y espesor de la sección, típico de las aleaciones Al-Mg-Si tratables térmicamente. En condición recocida, la aleación ofrece excelente ductilidad con bajo límite elástico, permitiendo embutición profunda y operaciones complejas de doblado. Con tratamiento térmico de solución y envejecimiento artificial adecuado (T6), las resistencias a tracción y límite elástico aumentan considerablemente, pero la elongación y conformabilidad disminuyen en consecuencia.
La dureza sigue el estado de precipitación y generalmente aumenta al pasar de O a T6, con mejoras correspondientes en límites elástico y resistencia máxima. El desempeño en fatiga es moderado y depende fuertemente del acabado superficial, estado de tensiones residuales y la presencia de concentradores de esfuerzo o partículas intermetálicas gruesas. El espesor tiene un efecto pronunciado: perfiles extruidos y chapas delgadas pueden envejecerse de forma más homogénea y lograr propiedades consistentes, mientras que placas más gruesas pueden mostrar microestructuras en gradiente y requerir tratamientos térmicos ajustados.
Los diseñadores deben considerar el ablandamiento de la ZAT (zona afectada por el calor) al soldar templas endurecidas por precipitación, así como el posible sobreenvejecimiento cuando los componentes se exponen a temperaturas elevadas durante el servicio o procesos secundarios.
| Propiedad | O/Recocido | Temple Clave (T6) | Notas |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | ~100–130 MPa | ~170–230 MPa | El rango de resistencia depende de la sección transversal y ciclo exacto de temple. |
| Límite elástico | ~30–70 MPa | ~120–170 MPa | El límite elástico aumenta marcadamente con T5/T6; los valores en temple H están en medio. |
| Elongación | ~20–30% | ~6–12% | La ductilidad disminuye con el aumento de resistencia y reducción del tamaño de precipitados. |
| Dureza (HB) | ~25–40 HB | ~55–75 HB | La dureza Brinell se correlaciona con el envejecimiento; valores dependen del temple y práctica en molino. |
Propiedades Físicas
| Propiedad | Valor | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | 2.70 g/cm³ | Típico para aleaciones de aluminio, usado en cálculo de masa y peso. |
| Rango de Fusión | ~610–650 °C | El aluminio aleado presenta un intervalo de fusión inferior al punto de fusión del Al puro. |
| Conductividad Térmica | ~160–180 W/m·K | Menor que el Al puro pero aún alta; buena para componentes disipadores de calor. |
| Conductividad Eléctrica | ~30–35 %IACS | Reducida respecto al aluminio puro debido a los elementos de aleación. |
| Calor Específico | ~900 J/kg·K | Dependiente de la temperatura, pero útil para cálculos de gestión térmica. |
| Coeficiente de Expansión Térmica | ~23–24 µm/m·K | Coeficiente moderado; debe considerarse en ensamblajes con metales disímiles. |
La 6060 ofrece buena conductividad térmica y eléctrica entre las aleaciones estructurales de aluminio, lo que favorece usos en disipadores de calor y carcasas eléctricas donde se requiere resistencia moderada y transferencia térmica. La conductividad térmica relativamente alta combinada con rigidez aceptable proporciona buen comportamiento ante ciclos térmicos para muchas aplicaciones no críticas de alta temperatura.
Los diseñadores deben tener en cuenta la expansión térmica en ensamblajes multimateriales y considerar que la conductividad y capacidad térmica varían con el temple y contenido de impurezas.
Formas de Producto
| Forma | Espesor/Tamaño Típico | Comportamiento de Resistencia | Temple Común | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Chapa | 0,3–6 mm | Uniforme en calibres delgados; fácil de conformar en frío | O, H14, T4 | Usada para paneles, fachadas, piezas estructurales delgadas |
| Placa | >6 mm hasta 50 mm | Puede presentar gradientes de temple tras tratamiento térmico | O, T6 | Menos común; usada donde se requieren secciones extruidas más gruesas |
| Extrusión | Secciones transversales variables | Excelentes homogeneidad en extrusiones | T5, T6, T651 | Ampliamente usada para perfiles arquitectónicos y estructurales |
| Tubo | Ø pequeño a más de 200 mm | Buena consistencia; soldado o sin costura | O, T6 | Usado para estructuras de marcos, transportadores y manejo de fluidos |
| Barra / Varilla | Ø pocos mm hasta 100 mm | Comportamiento típico de barra; mecanizable | O, T6 | Usado para piezas torneadas y pequeños elementos estructurales |
Las operaciones de conformado y el procesamiento posterior varían entre formas de producto debido a las tasas de enfriamiento, espesor de sección y tensiones residuales introducidas durante extrusión y laminado. Las extrusiones tienden a tener un mejor acabado superficial y control dimensional, haciéndolas comunes para aplicaciones arquitectónicas que requieren anodizado y tolerancias estrictas.
Las chapas son preferidas para conformado en frío y trabajos de paneles debido a su mejor doblabilidad, mientras que las placas y barras más gruesas requieren tratamientos térmicos más agresivos y pueden ser más difíciles de obtener en temple uniforme debido a limitaciones en el enfriamiento.
Grados Equivalentes
| Norma | Grado | Región | Notas |
|---|---|---|---|
| AA | 6060 | USA | Designación de la American Aluminum Association para aleación trabajada. |
| EN AW | AlMgSi0.5 | Europa | Designación europea común; composiciones aproximadas similares a la familia 6060/6063. |
| JIS | A6060 | Japón | Designación japonesa para aleación trabajada con composición y usos similares. |
| GB/T | 6060 | China | Norma china comúnmente alineada con límites químicos y mecánicos internacionales del 6060. |
Los grados equivalentes reflejan composiciones y prácticas de procesamiento comparables, pero pequeñas diferencias en los límites de impurezas, propiedades mecánicas requeridas y rangos permitidos de elementos pueden afectar el acabado de la extrusión y la respuesta al envejecimiento. Las designaciones europeas EN AW suelen referir el contenido nominal de Mg y Si en fracción de masa y pueden agrupar 6060 con aleaciones como 6063 para uso comercial.
Al sustituir material entre regiones o normas, verifique los certificados de fábrica específicos para tolerancias críticas como contenido de Fe, impurezas residuales y propiedades mecánicas en el temple previsto.
Resistencia a la Corrosión
El 6060 ofrece buena resistencia a la corrosión atmosférica debido a la formación de una película estable de óxido de aluminio y a un contenido moderado de aleantes que minimiza la actividad galvánica en comparación con sistemas de mayor aleación. En ambientes rurales y urbanos, la aleación se comporta bien, especialmente cuando se anodiza o pinta, y típicamente resiste corrosión general sin mantenimiento extensivo.
En atmósferas marinas o ricas en cloruros, el 6060 es utilizable para muchas aplicaciones estructurales pero es menos resistente a la picadura que aleaciones 5xxx ricas en magnesio; tratamientos superficiales como anodizado, recubrimientos y selladores mejoran notablemente el desempeño. La corrosión por tensión es poco común en 6060 a resistencias típicas de servicio, pero la corrosión localizada puede agravarse en juntas pintadas o selladas donde las grietas atrapan cloruros.
Las interacciones galvánicas deben considerarse al unir 6060 con materiales más nobles como aceros inoxidables o aleaciones de cobre; capas aislantes o ánodos sacrificatorios son comúnmente usados para mitigar ataque galvánico. Comparado con aleaciones de alta resistencia serie 7xxx, el 6060 suele tener mejor resistencia a la corrosión pero menor resistencia máxima y resistencia a la fatiga.
Propiedades de Fabricación
Soldabilidad
El 6060 se suelda fácilmente con procesos de fusión comunes como TIG y MIG, mostrando baja susceptibilidad a fisuras en caliente comparado con ciertos sistemas de alta aleación. Aleaciones de aporte recomendadas incluyen ER4043 (Al-Si) y ER5356 (Al-Mg) según la necesidad de resistencia a la corrosión o mayor resistencia mecánica en la soldadura. Las zonas afectadas por calor en temple previamente envejecido se reblandecen al coarsificar los precipitados, por lo que el diseño de soldadura y tratamientos térmicos post-soldadura o restauración mecánica deben considerarse para uniones críticas en carga.
Mecanizado
La mecanización del 6060 es moderada; no es una aleación de fácil mecanizado pero responde bien a herramientas de carburo, geometrías afiladas y montajes rígidos. Las velocidades y avances para torneado y fresado son intermedios respecto a aluminio puro y aleaciones más duras, y la lubricación con refrigerantes a base de aceite reduce el borde adherido y mejora el acabado superficial. La formación de viruta tiende a ser continua y dúctil; medidas de control de viruta como herramientas segmentadas o rompedoras de viruta son beneficiosas en mecanizado de producción.
Conformabilidad
La conformabilidad es excelente en el temple recocido (O), permitiendo radios cerrados, embutidos profundos y formas extruidas complejas con riesgo mínimo de agrietamiento. En temple T5/T6 la conformabilidad se reduce significativamente, debiendo considerarse el rebote elástico en el diseño de herramientas; radios pequeños son factibles en O pero requieren radios mayores o recocido intermedio para tempers T. Al trabajar en frío hacia tempers H, se recomienda conformado incremental para evitar defectos superficiales y controlar tolerancias dimensionales finales.
Comportamiento al Tratamiento Térmico
El 6060 es una aleación Al-Mg-Si tratable térmicamente y sigue la ruta general de solución y envejecimiento común en la serie. El tratamiento de solución típicamente se realiza alrededor de 520–560 °C para disolver Mg2Si en solución sólida sobresaturada, seguido de enfriamiento rápido (normalmente en agua) para retener los átomos solutos en solución. Los ciclos de envejecimiento artificial varían pero comúnmente ocurren entre 160–220 °C por varias horas para precipitar partículas finamente dispersas de Mg2Si que aumentan la resistencia; T5 indica enfriamiento desde el procesamiento seguido de envejecimiento artificial, mientras que T6 indica tratamiento completo de solución más envejecimiento artificial.
T651 indica T6 con estirado controlado o alivio de tensión para minimizar tensiones residuales y distorsión. También ocurre envejecimiento natural (a temperatura ambiente) en cierto grado después del enfriamiento, cambiando las propiedades mecánicas en días o semanas; en producción esto se controla especificando tempers y calendarios de envejecimiento adecuados. El sobreenvejecimiento a temperaturas elevadas coarsifica precipitados, reduce límite elástico y aumenta ductilidad.
Comportamiento a Alta Temperatura
La resistencia del 6060 disminuye con el incremento de temperatura debido a coarsificación de precipitados y aumento de la difusión soluta; la temperatura útil sostenida para carga mecánica suele limitarse a aproximadamente 100–150 °C. Por encima de estas temperaturas, ocurre una reducción significativa del límite elástico y resistencia a la tracción, y la estabilidad dimensional puede verse comprometida por fenómenos de recuperación y sobreenvejecimiento. La oxidación del aluminio es mínima en comparación con aleaciones ferrosas debido a la formación de una película protectora de Al2O3, pero la exposición prolongada a altas temperaturas puede afectar la apariencia superficial y las características de anodizado.
Las zonas soldadas y regiones afectadas por calor son particularmente susceptibles a pérdidas de resistencia bajo exposición térmica debido a la disolución o coarsificación de precipitados, por lo que el diseño para servicio a temperaturas elevadas debe considerar secciones más gruesas, aleaciones alternativas o tratamientos térmicos controlados post-soldadura para restaurar propiedades mecánicas.
Aplicaciones
| Industria | Ejemplo de Componente | Por qué se usa 6060 |
|---|---|---|
| Arquitectura / Construcción | Marcos de ventanas y puertas, perfiles para muros cortina | Buena extrudabilidad, apariencia anodizada y control dimensional |
| Automotriz | Adornos, rieles, extrusiones estructurales de baja carga | Balance entre manufacturabilidad y resistencia moderada |
| Marino | Elementos estructurales no críticos, barandillas | Resistencia razonable a la corrosión y opciones de acabado superficial |
| Electrónica | Carcasas y disipadores de calor | Conductividad térmica y extrudabilidad para perfiles complejos |
| Fabricación General | Tuberías, pasamanos, armazones de mobiliario | Conformabilidad y calidad de acabado para aplicaciones de consumo |
El 6060 se usa ampliamente donde la apariencia del perfil, el comportamiento al anodizado y la producción económica de extrusiones complejas son importantes. Su resistencia moderada combinada con excelente acabado superficial y desempeño en corrosión lo hacen versátil para componentes estructurales no de alta resistencia y elementos decorativos en construcción.
Aspectos para la Selección
Al seleccionar 6060, priorice aplicaciones que requieran buena extrudabilidad, calidad consistente de anodizado y resistencia moderada en lugar de máxima resistencia mecánica. Elija el temple recocido O para componentes con intenso conformado y T5/T6 cuando se necesite estabilidad dimensional post-proceso y mayor resistencia.
En comparación con el aluminio comercialmente puro (1100), el 6060 sacrifica algo de conductividad eléctrica y térmica y presenta una formabilidad ligeramente reducida a cambio de una resistencia sustancialmente mayor y una mejor estabilidad mecánica. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo en frío como 3003 o 5052, el 6060 ofrece una mayor resistencia potencial mediante el endurecimiento por precipitación, manteniendo una resistencia a la corrosión competitiva, aunque las aleaciones 5xxx conservan mejor resistencia a la corrosión marina en ambientes altamente cargados de cloruros. En comparación con aleaciones tratables térmicamente estrechamente relacionadas como 6061 o 6063, el 6060 suele ser preferido por el acabado superficial y el control dimensional en extrusión, aunque la resistencia máxima alcanzable es inferior a la del 6061; seleccione 6060 cuando la extrudabilidad y la estética del anodizado sean más importantes que los requisitos máximos de resistencia.
Resumen Final
La aleación 6060 sigue siendo una opción relevante y práctica de aluminio para perfiles extruidos y aplicaciones de carga moderada debido a su combinación de buena extrudabilidad, acabado superficial, resistencia a la corrosión y respuesta predecible al envejecimiento. Su conjunto equilibrado de propiedades la convierte en una solución rentable para aplicaciones arquitectónicas, molduras automotrices y tareas generales de fabricación donde la formabilidad y el acabado son tan importantes como el rendimiento mecánico.