Aluminio 6070: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones
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Resumen Integral
La aleación de aluminio 6070 pertenece a la serie 6xxx de aleaciones de aluminio, caracterizadas por tener magnesio y silicio como sus principales elementos de aleación. El equilibrio de aleación en 6070 la sitúa entre composiciones tratables térmicamente y endurecibles por envejecimiento, que responden a tratamientos de solución y envejecimiento artificial para desarrollar una resistencia útil mientras mantienen buena extrudabilidad y acabado superficial.
El principal mecanismo de fortalecimiento para 6070 es el endurecimiento por precipitación mediante la formación de Mg2Si (silicuro de magnesio) durante ciclos de envejecimiento controlados. Esto le proporciona a la 6070 una combinación de resistencia moderada a alta, buena ductilidad en temple suave, y una respuesta térmica predecible que resulta atractiva para extrusiones estructurales y piezas mecanizadas.
Las características clave de la 6070 incluyen una favorable relación resistencia-peso, resistencia competente a la corrosión en ambientes atmosféricos y buena soldabilidad cuando se usan metales de aporte adecuados y tratamientos post-soldadura. La conformabilidad en estados recocidos y parcialmente trabajados en frío es buena, permitiendo operaciones de plegado y embutido; sin embargo, los temple de envejecimiento máximo reducen la ductilidad y requieren consideración en operaciones de conformado.
Las industrias típicas que emplean la 6070 incluyen la automotriz (componentes estructurales y de chasis), ferrocarriles y transporte masivo (estructuras extruidas), maquinaria industrial (perfiles y accesorios) y algunas aplicaciones marinas donde se requiere un equilibrio entre resistencia, facilidad de fabricación y desempeño ante la corrosión. Los ingenieros seleccionan la 6070 cuando necesitan una aleación de la serie 6xxx que ofrezca metalurgia amigable para extrusión con propiedades máximas competitivas y estabilidad dimensional frente a otras aleaciones 6xxx.
Variantes de Temple
| Temple | Nivel de Resistencia | Elongación | Conformabilidad | Soldabilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Bajo | Alta (20–35%) | Excelente | Excelente | Condición totalmente recocida para conformado y unión |
| H14 | Moderado | Moderada (10–18%) | Buena | Buena | Endurecida por deformación, limitada por capacidad de trabajo en frío |
| T4 | Moderado | Moderada-Alta (12–25%) | Buena | Buena | Tratada térmicamente por solución y envejecida naturalmente; buen equilibrio entre conformabilidad y resistencia |
| T5 | Moderado-Alto | Moderada (8–15%) | Regular-Buena | Buena | Enfriada desde temperatura elevada de conformado y envejecida artificialmente |
| T6 | Alta | Baja-Moderada (8–12%) | Limitada | Buena | Tratada térmicamente por solución y envejecida artificialmente para resistencia máxima |
| T651 | Alta | Baja-Moderada (8–12%) | Limitada | Buena | Variante de T6 con alivio de tensiones mediante estirado para reducir tensiones residuales |
Los temple en 6070 controlan el estado de precipitación de Mg2Si y cualquier recuperación microestructural tras el trabajo en frío, lo que determina directamente la respuesta a la tracción y al límite elástico. Los diseñadores eligen O o T4 para operaciones de conformado y T6/T651 para componentes estructurales terminados donde se requiere estabilidad dimensional y resistencia máxima.
Composición Química
| Elemento | Rango % | Notas |
|---|---|---|
| Si | 0.2–0.8 | El silicio se combina con magnesio para formar precipitados Mg2Si, controlando la respuesta al endurecimiento por envejecimiento. |
| Fe | 0.05–0.40 | El hierro es una impureza común; forma intermetálicos que pueden reducir ductilidad y acabado superficial. |
| Mn | 0.00–0.10 | El manganeso refina la estructura de grano e incrementa ligeramente la resistencia; típicamente bajo en 6070. |
| Mg | 0.35–0.9 | El magnesio es el principal elemento de fortalecimiento junto con Si para producir precipitados Mg2Si. |
| Cu | 0.05–0.25 | El cobre puede estar presente en pequeñas cantidades para ajustar resistencia y cinética de envejecimiento, pero un alto Cu compromete la resistencia a la corrosión. |
| Zn | 0.00–0.20 | El zinc es usualmente bajo; un Zn elevado puede aumentar resistencia pero también sensibilidad a corrosión por tensión. |
| Cr | 0.00–0.10 | El cromo ayuda a controlar el crecimiento de grano y puede reducir recristalización durante el tratamiento térmico. |
| Ti | 0.00–0.10 | El titanio se usa en trazas como refinador de grano para mejorar propiedades mecánicas y calidad superficial. |
| Otros | Balance hasta 100 (cada uno ≤0.05) | Aportaciones pequeñas controladas y residuos (e.g., Zr, V) pueden estar presentes para optimizar propiedades en extrusión y envejecimiento. |
La proporción Mg–Si y el contenido absoluto de Mg y Si determinan la fracción volumétrica y coherencia de los precipitados formados durante el envejecimiento, lo que establece la resistencia máxima alcanzable. Elementos traza como Cr, Ti y pequeñas cantidades de Cu o Zn se usan para modificar el comportamiento de recristalización, tamaño de grano y respuesta a la corrosión para rutas de procesamiento y aplicaciones específicas.
Propiedades Mecánicas
El comportamiento a la tracción de la 6070 es típico de aleaciones 6xxx tratables térmicamente: muestra un aumento pronunciado tanto en límite elástico como en resistencia a la tracción máxima con envejecimiento artificial, acompañado por una disminución de ductilidad. En condiciones recocidas o T4 la aleación presenta buena elongación uniforme y absorción de energía adecuada para conformado y gestión de energía por impacto; en condiciones máximas T6/T651, la aleación proporciona mayor rigidez y capacidad de carga con elongación reducida.
La resistencia al límite elástico y la resistencia a la tracción son sensibles al espesor de la sección e historia térmica; extrusiones delgadas o secciones laminadas pueden alcanzar propiedades cercanas al pico más rápidamente que placas más gruesas debido a enfriamiento más rápido y tratamiento térmico más uniforme. La dureza se correlaciona con el estado de precipitación y es un proxy conveniente para resistencia durante el control de proceso; el sobreenvejecimiento reduce dureza y propiedades de tracción pero puede mejorar la tenacidad y reducir la susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión.
La resistencia a la fatiga de 6070 en estado envejecido máximo es moderada y se beneficia de acabados superficiales lisos, control de tensiones residuales y tratamientos adecuados de granallado o alivio de tensiones. La presencia de partículas intermetálicas (fases ricas en hierro) puede ser sitios de iniciación de grietas por fatiga, por lo que el control de niveles de impurezas y parámetros de extrusión es importante para aplicaciones de alto ciclo.
| Propiedad | O/Recocida | Temple Clave (e.g., T6/T651) | Notas |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | 100–150 MPa | 250–320 MPa | Amplios rangos reflejan tamaño de sección y tratamiento de envejecimiento; valores citados son rangos típicos de ingeniería. |
| Límite elástico | 40–70 MPa | 200–280 MPa | El límite varía fuertemente con temple y trabajo previo en frío; T651 proporciona mejor estado de tensiones residuales. |
| Elongación | 20–35% | 8–12% | La ductilidad disminuye conforme aumenta la resistencia; la elongación también depende del espesor de sección. |
| Dureza | 30–60 HB | 80–120 HB | La dureza sigue las propiedades de tracción; instrumental para control de calidad durante envejecimiento y fabricación. |
Propiedades Físicas
| Propiedad | Valor | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | ~2.70 g/cm³ | Densidad típica de aleaciones de aluminio; útil para cálculos de masa y rigidez. |
| Rango de Fusión | ~555–650 °C | Los rangos de solidus–líquido varían según aleación e impurezas; proporcionan ventanas de proceso para fundición y soldadura. |
| Conductividad térmica | ~130–160 W/m·K | Inferior al aluminio puro debido a la aleación; aun así buena para aplicaciones de disipación de calor. |
| Conductividad eléctrica | ~28–38 %IACS | Reducida respecto a Al puro por aleación; aceptable para componentes estructurales con función eléctrica combinada. |
| Calor específico | ~0.88–0.92 J/g·K | Típico para aleaciones de aluminio; relevante para análisis térmico transitorio. |
| Coeficiente de expansión térmica | ~23–24 µm/m·K (20–100 °C) | Coeficiente similar a otras aleaciones Al–Mg–Si; importante para tolerancias de ensamblaje. |
Las propiedades físicas hacen que la 6070 sea atractiva donde se necesita baja masa combinada con conductividad térmica razonable, como en partes estructurales disipadoras de calor. El coeficiente relativamente alto de expansión térmica debe considerarse en ensamblajes con materiales disímiles para evitar desplazamientos dimensionales o tensiones durante ciclos de temperatura.
Formas de Producto
| Forma | Espesor/Tamaño Típico | Comportamiento de Resistencia | Temple Común | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Chapa | 0.5–6 mm | Uniforme a lo largo del espesor cuando es laminada en frío | O, T4, T5, T6 | Común para paneles, placas de cubierta y piezas de embutición superficial |
| Placa | 6–50+ mm | Puede mostrar menor homogeneidad en secciones gruesas | O, T4, T6 | Secciones más gruesas requieren tratamiento térmico ajustado para envejecimiento uniforme |
| Extrusión | Dependiente del perfil (puestas delgadas a nervios gruesos) | A menudo tratada térmicamente tras la extrusión para lograr T5/T6 | T5, T6, T651 | Ampliamente usada para secciones transversales complejas y estructuras |
| Tubo | Ø 10–200+ mm | El método de soldadura o extrusión afecta la estructura del grano | O, T4, T6 | Usado para tuberías estructurales y colectores hidráulicos |
| Barra/Barral | Ø 3–100 mm | La maquinabilidad varía según el temple; barras trefiladas pueden ser más resistentes | O, H14, T6 | Stock para componentes mecanizados y sujetadores |
Las chapas y extrusiones son las formas de producto dominantes para el 6070, con extrusiones que aprovechan la química compatible con la extrusión de esta aleación para perfiles largos y complejos. La placa y secciones gruesas requieren un procesamiento térmico cuidadoso para asegurar la solución homogénea y el envejecimiento a través del espesor, y la barra/barral es preferida para componentes que requieren mecanizado o trabajo en frío posterior.
Grados Equivalentes
| Norma | Grado | Región | Notas |
|---|---|---|---|
| AA | 6070 | USA | Designación ANSI/AA para la aleación comercial; referencia principal en hojas de datos de proveedores. |
| EN AW | 6070 | Europa | La designación EN AW-6070 se usa comúnmente para perfiles extruidos y productos forjados. |
| JIS | — | Japón | No existe un equivalente exacto 1:1 en JIS; comparable con ciertas aleaciones de Al–Mg–Si para extrusión. |
| GB/T | — | China | China puede listar un equivalente cercano dentro de la familia Al–Mg–Si, a menudo igualado por composición y temple. |
Diferencias sutiles entre normas regionales pueden surgir de niveles ligeramente distintos de impurezas permitidas, designación de temple y requisitos de ensayos. Al sustituir entre normas, los ingenieros deben verificar los límites de composición, requisitos mecánicos en los tempers especificados y los protocolos de tratamiento térmico o pruebas exigidos.
Resistencia a la Corrosión
En ambientes atmosféricos, el 6070 exhibe una resistencia a la corrosión típica de las aleaciones de la serie 6xxx, proporcionando buena resistencia a la oxidación general y al picado bajo condiciones normales de servicio. La presencia de Mg y Si genera una película estable de óxido protector que limita la tasa de corrosión uniforme; sin embargo, el ataque localizado puede iniciarse en daños mecánicos o en sitios con partículas intermetálicas.
La exposición marina acelera los desafíos de corrosión; aunque el 6070 tiene un comportamiento razonable en atmósferas ligeramente salinas, la inmersión prolongada o zonas de salpicadura pueden promover el picado y la corrosión por grietas si no se utilizan recubrimientos protectores o anodizado. Tratamientos superficiales adecuados, recubrimientos anódicos y aislamiento catódico respecto a materiales más nobles son estrategias comunes de mitigación en aplicaciones marinas.
La susceptibilidad a la corrosión por tensión (SCC) en aleaciones Mg–Si tratables térmicamente es moderada y tiende a aumentar con tempers de mayor resistencia y con la presencia de tensiones residuales a tracción. Las interacciones galvánicas con aceros inoxidables y aleaciones de cobre pueden ser significativas debido al potencial electroquímico del aluminio; se requieren frecuentemente capas aislantes o protección catódica de sacrificio en ensamblajes con metales diferentes.
Comparado con aleaciones de la serie 5xxx (Al–Mg), el 6070 generalmente tiene una resistencia a SCC ligeramente menor en condiciones envejecidas al pico, pero mejor resistencia y acabado superficial. Comparado con aleaciones de la serie 2xxx (Al–Cu), el 6070 ofrece superior resistencia a la corrosión pero menor resistencia última, por lo que es una opción preferida cuando el rendimiento frente a corrosión y la facilidad de fabricación son prioritarios.
Propiedades de Fabricación
Soldabilidad
El 6070 suelda bien con procesos comunes de soldadura por fusión como TIG y MIG utilizando metales de aporte adecuados diseñados para aleaciones Al–Mg–Si. Los aportes recomendados suelen ser 4043 (Al–Si) o 5356 (Al–Mg) dependiendo de la resistencia requerida, ductilidad y consideraciones de corrosión; 4043 ofrece excelente fluidez y menor tendencia a fisuras en caliente, mientras que 5356 aporta mayor resistencia en el cordón. El riesgo de fisura por solidificación es moderado en aleaciones 6xxx; controlar el diseño de junta, restricciones, aporte térmico y selección de aporte minimiza fisuras. El suavizado en la zona afectada por el calor (ZAC) ocurre localmente en tempers envejecidos al pico, por lo que puede ser necesario envejecimiento artificial postsoldadura o alivio mecánico de tensiones para restaurar propiedades uniformes.
Maquinabilidad
La maquinabilidad del 6070 es típica para aleaciones forjadas Al–Mg–Si y es generalmente buena a excelente en tempers recocidos y parcialmente envejecidos. Herramientas de carburo con filo positivo, acero rápido o herramientas con recubrimiento PVD funcionan bien a velocidades moderadas de corte manteniendo buen acabado; las velocidades superficiales recomendadas suelen variar entre 200–600 m/min según geometría y refrigeración. Las virutas tienden a ser continuas y dúctiles; se requiere control cuidadoso de la evacuación y la velocidad de avance para evitar acumulación de viruta y asegurar estabilidad dimensional. Para piezas con tolerancias ajustadas, el mecanizado final en condición T4 seguido de envejecimiento puede controlar distorsiones.
Conformabilidad
La conformabilidad en tempers O y T4 es alta, permitiendo doblados con radios internos relativamente pequeños y operaciones convencionales de estampado sin agrietamientos excesivos. Para piezas embutidas o conformadas en profundidad, usar tempers recocidos o ligeramente envejecidos y pasos progresivos de conformado preserva integridad superficial y conformabilidad. Las recomendaciones de radio de doblado usualmente siguen relaciones R/t comparables con otras aleaciones 6xxx; doblados cerrados en tempers envejecidos al pico suelen requerir precalentamiento o alivio de tensiones posterior al conformado. El trabajo en frío aumenta la resistencia por endurecimiento por deformación pero reduce la ductilidad, por lo que los diseñadores deben planificar secuencias de conformado manteniendo temper más blando en la conformación final cuando sea posible.
Comportamiento al Tratamiento Térmico
Como aleación tratable térmicamente de la serie 6xxx, el 6070 responde predeciblemente al tratamiento de solución, temple y envejecimiento artificial para desarrollar resistencia mediante precipitación controlada. Las temperaturas típicas de tratamiento de solución son del orden de 510–540 °C para disolver Mg2Si en solución sólida, seguidas de un temple rápido para retener la solución sobresaturada. El envejecimiento artificial subsecuente a temperaturas entre 160–200 °C promueve la precipitación controlada de partículas finas y coherentes de Mg2Si que aumentan la resistencia a valores máximos.
Las transiciones de temper siguen el patrón canónico de la serie 6xxx: T4 indica tratamiento de solución y envejecimiento natural, T5 denota enfriado desde temperatura elevada y envejecido artificialmente, y T6 representa tratamiento de solución y envejecido artificial hasta condición estable y máxima resistencia. El sobreenvejecimiento a temperaturas más altas o tiempos prolongados coarsifica los precipitados, disminuyendo la resistencia pero mejorando la tenacidad y reduciendo la susceptibilidad a corrosión por tensión. Para componentes críticos, los rangos de proceso para la solución y envejecimiento deben validarse con ensayos de dureza y tracción para asegurar las propiedades objetivo.
Para rutas de procesamiento sin tratamiento térmico, como el trabajo en frío, el 6070 puede endurecerse por deformación (tempers línea H), pero la resistencia máxima alcanzable es menor que la de la precipitación máxima; por lo tanto, el tratamiento térmico sigue siendo la ruta principal para aplicaciones de alta resistencia. El recocido completo devuelve la aleación a un estado recristalizado y dúctil adecuado para operaciones de conformado.
Desempeño a Alta Temperatura
El 6070 exhibe una pérdida progresiva de resistencia con el aumento de temperatura, como otras aleaciones Al–Mg–Si, con rigidez estructural útil y capacidad de carga típicamente limitadas a temperaturas de servicio por debajo aproximadamente de 150–175 °C. Por encima de estas temperaturas, la estabilidad de los finos precipitados Mg2Si disminuye, causando ablandamiento y reducción del límite elástico; la exposición prolongada a temperaturas elevadas puede acelerar los efectos de sobreenvejecimiento y coarsificación.
La oxidación a temperaturas de servicio típicas es mínima debido a la película protectora de óxido de aluminio; sin embargo, la exposición prolongada a alta temperatura en atmósferas oxidantes puede afectar el acabado superficial y la estabilidad dimensional. En zonas soldadas, el sobreenvejecimiento en la ZAC es una preocupación clave en excursiones de temperatura durante la fabricación; los diseñadores deben considerar tratamientos térmicos post-soldadura o esfuerzos permisibles conservadores para aumentos de temperatura en servicio.
Aplicaciones
| Industria | Componente Ejemplo | Por qué se Usa 6070 |
|---|---|---|
| Automotriz | Rieles de chasis extruidos, travesaños | Buenas propiedades de extrusión, equilibrio entre resistencia y ahorro de peso |
| Marina | Perfiles estructurales y armazones | Resistencia a la corrosión aceptable con recubrimientos adecuados y buena facilidad de fabricación |
| Aeroespacial | Accesorios secundarios, miembros estructurales interiores | Relación favorable resistencia-peso y respuesta predecible al tratamiento térmico |
| Electrónica | Estructuras disipadoras de calor | Combinación de resistencia mecánica y conductividad térmica para carcasas y soportes |
El 6070 se utiliza donde la combinación de extrudabilidad, calidad del acabado y resistencia por envejecimiento permiten perfiles complejos que además están listos para mecanizado o soldadura. Su equilibrio de propiedades físicas y mecánicas lo convierte en una opción versátil para aplicaciones estructurales y de fabricación de nivel medio.
Recomendaciones de Selección
Elija 6070 cuando necesite una aleación Al–Mg–Si tratable térmicamente que ofrezca buena extrudabilidad, acabado superficial y una ruta predecible a la máxima resistencia sin el mayor costo o dificultad de mecanizado de las aleaciones 2xxx o 7xxx de alta resistencia. Es especialmente atractiva para extrusiones largas y perfiles estructurales que requieren tratamientos térmicos posteriores al conformado.
En comparación con el aluminio comercialmente puro (p. ej., 1100), el 6070 sacrifica algo de conductividad eléctrica y térmica y una formabilidad ligeramente reducida para obtener una resistencia al límite elástico y a la tracción sustancialmente mayor. Frente a aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, el 6070 ofrece una resistencia máxima superior después del envejecimiento, a costa de una resistencia a la corrosión algo menor en ciertas condiciones marinas y un procesamiento térmico algo más complejo.
En comparación con aleaciones tratables térmicamente comunes como 6061 o 6063, el 6070 puede ser preferible cuando se requieren perfiles específicos de extrusión, mejor acabado superficial o cinéticas de envejecimiento ligeramente diferentes; puede ofrecer mejor extrudabilidad o apariencia superficial en algunos perfiles a pesar de presentar una resistencia máxima similar o marginalmente inferior, por lo que la selección depende con frecuencia de la disponibilidad del proveedor y el control específico del proceso.
Resumen Final
El aluminio 6070 sigue siendo una aleación relevante de la serie 6xxx para ingenieros que buscan un punto medio entre formabilidad, extrudabilidad y resistencia por envejecimiento para perfiles estructurales y componentes fabricados. Su comportamiento predecible de endurecimiento por precipitación, resistencia a la corrosión aceptable y compatibilidad con técnicas estándar de fabricación lo convierten en una opción práctica en aplicaciones automotriz, marina e industrial donde el equilibrio entre rendimiento y manufacturabilidad es clave.