Aluminio 6160: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones
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Resumen Integral
La aleación 6160 es un miembro de la serie 6xxx de aleaciones de aluminio (familia Al-Mg-Si) caracterizada por endurecimiento por precipitación mediante la formación de Mg2Si. Sus principales elementos de aleación son silicio y magnesio, típicamente balanceados para promover un endurecimiento por envejecimiento controlable y buena extrudabilidad.
El mecanismo de fortalecimiento para 6160 es el endurecimiento por precipitación tratable térmicamente; alcanza una resistencia útil mediante tratamiento de solución, temple y envejecimiento artificial en lugar de endurecimiento por trabajo. Sus características típicas incluyen resistencia moderada a alta para la familia 6xxx, buena resistencia a la corrosión en muchas atmósferas, favorable soldabilidad con aportes apropiados y razonable conformabilidad en frío según el temple.
El 6160 se utiliza en extrusiones estructurales, componentes y molduras automotrices, perfiles ferroviarios y arquitectónicos, así como en fijaciones aeroespaciales especializadas donde se requiere un equilibrio entre extrudabilidad, maquinabilidad y resistencia obtenida por endurecimiento por envejecimiento. Los ingenieros eligen 6160 cuando se necesita un compromiso entre extrudabilidad y respuesta predecible a la precipitación, por encima de aleaciones que enfatizan máxima resistencia (serie 7xxx) o máxima conformabilidad/conductividad (serie 1xxx).
Variantes de Temple
| Temple | Nivel de Resistencia | Elongación | Formabilidad | Soldabilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Baja | Alta (>20%) | Excelente | Excelente | Recocido completo, máxima ductilidad para conformado |
| H111 | Baja-Moderada | Alta | Muy buena | Muy buena | Ligeramente trabajado en frío, control limitado de propiedades |
| H14 | Moderada | Moderada | Buena | Muy buena | Endurecido por deformación en un solo paso, sin tratamiento térmico |
| T4 | Moderada | Moderada-Alta | Buena | Muy buena | Tratado térmicamente en solución y envejecido de forma natural |
| T5 | Moderada-Alta | Moderada | Buena | Muy buena | Enfriado tras conformado y envejecido artificialmente |
| T6 | Alta | Moderada (8–15%) | De regular a buena | Buena | Tratado térmicamente en solución y envejecido artificialmente |
| T61 / T651 | Alta | Moderada | De regular a buena | Buena | Alivio de tensiones tras temple (T651) para piezas estructurales |
El temple altera significativamente el equilibrio entre resistencia y ductilidad en 6160; el temple recocido O ofrece la mejor formabilidad para embutición profunda y dobleces complejos mientras que el T6 proporciona la resistencia estática máxima para aplicaciones estructurales. Los programas de envejecimiento (T5 vs T6) modifican el tamaño y distribución de precipitados, lo que afecta la resistencia a fatiga, la respuesta en la zona afectada por calor (ZAC) durante soldadura y la resistencia a la corrosión por fisuración bajo tensión.
Composición Química
| Elemento | Rango % | Notas |
|---|---|---|
| Si | 0.6–1.0 | Controla la precipitación de Mg2Si; mejora fluidez y extrudabilidad |
| Fe | 0.15 máx | Elemento impurity; altos niveles forman intermetálicos que reducen ductilidad |
| Mn | 0.05 máx | En pequeñas cantidades ayuda a controlar la estructura del grano |
| Mg | 0.45–0.9 | Se combina con Si para formar precipitados de Mg2Si que fortalecen |
| Cu | 0.05–0.25 | Pequeñas adiciones pueden aumentar resistencia pero reducir resistencia a corrosión |
| Zn | 0.2 máx | Normalmente bajo; niveles más altos no son para 6160 |
| Cr | 0.1 máx | Niveles traza ayudan a controlar estructura de grano y recristalización |
| Ti | 0.1 máx | Refinador de grano cuando se añade intencionalmente |
| Otros (cada uno) | 0.05 máx | Residuos y elementos traza mantenidos bajos; total otros limitado |
La relación Si/Mg y cantidades absolutas determinan la cinética de precipitación y la resistencia máxima alcanzable tras envejecimiento artificial. Las adiciones traza y residuos controlan el tamaño de grano, el comportamiento de recristalización y la tendencia a formar intermetálicos gruesos que pueden ser sitios de iniciación de fatiga.
Propiedades Mecánicas
En comportamiento a tracción, 6160 muestra la clásica respuesta de endurecimiento por precipitación: baja resistencia y alta elongación en condición recocida y resistencia a tracción y límite elástico elevados tras envejecimiento artificial. El límite elástico en condición de máximo envejecimiento suele acercarse a una gran fracción de la resistencia a tracción última, con capacidad moderada de endurecimiento por deformación; la elongación disminuye conforme aumenta la fracción volumétrica de precipitados. El desempeño a fatiga está fuertemente influenciado por el acabado superficial, estado del tratamiento térmico y la presencia de defectos de fundición/extrusión; extrusiones adecuadamente envejecidas muestran buenas propiedades de fatiga de alto ciclo para aplicaciones estructurales en aluminio.
El espesor afecta tanto la eficacia del temple como la uniformidad de precipitación; las secciones más gruesas pueden quedar subenvejecidas en zonas centrales tras programas típicos de temple, conduciendo a resistencias y vida a fatiga menores comparadas con extrusiones de pared delgada. La dureza se correlaciona bien con la resistencia a tracción en 6160 y sirve como un práctico indicador en taller para el estado de envejecimiento; los rangos de dureza Vickers o Brinell son útiles para confirmar envejecimiento sin depender exclusivamente de los ciclos tiempo-temperatura.
| Propiedad | O/Recocido | Temple clave (p.ej. T6) | Notas |
|---|---|---|---|
| Resistencia a Tracción | ~100–140 MPa | ~240–290 MPa | T6 ofrece UTS significativamente mayor por precipitación de Mg2Si |
| Límite Elástico | ~50–90 MPa | ~210–260 MPa | Aumento pronunciado tras tratamiento en solución + envejecimiento artificial |
| Elongación | >20% | ~8–15% | Ductilidad reducida en estado de máximo envejecimiento, aún adecuada para muchas partes estructurales |
| Dureza (HB) | ~30–45 HB | ~65–95 HB | Dureza aumenta en proporción directa con la respuesta al envejecimiento |
Propiedades Físicas
| Propiedad | Valor | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | 2.70 g/cm³ | Típico para aleaciones de aluminio trabajadas |
| Rango de Fusión | 555–650 °C | Intervalo sólido-líquido influenciado por aleantes; evitar sobrecalentamiento durante el procesamiento |
| Conductividad Térmica | ~160–180 W/m·K | Buen transporte térmico respecto a aceros; útil para componentes disipadores de calor |
| Conductividad Eléctrica | ~30–40 % IACS | Menor que aluminio puro por aleación; aceptable para conductores estructurales no optimizados para conductividad |
| Calor Específico | ~0.90 kJ/kg·K | Típico para aleaciones de Al; importante para consideraciones de masa térmica |
| Coeficiente de Expansión Térmica | ~23–24 µm/m·K (20–100°C) | Coeficiente relativamente alto; la expansión diferencial debe considerarse en ensamblajes |
La combinación de baja densidad y buena conductividad térmica hace que 6160 sea atractivo donde se requiere gestión térmica sensible al peso. El rango de fusión y comportamiento de expansión térmica de la aleación dictan ventanas de proceso para brazing, soldadura y diseño de ciclos térmicos.
Formas de Producto
| Forma | Espesor/Tamaño Típico | Comportamiento de Resistencia | Temples Comunes | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Chapa | 0.5–6.0 mm | Secciones delgadas envejecen uniformemente; buen acabado superficial | O, T4, T5, T6 | Usada para paneles ligeros y molduras |
| Placa | 6–25 mm | Secciones más gruesas pueden sufrir retrasos en el temple y subenvejecimiento | O, T6 (tras temple adecuado) | Placas estructurales para cargas moderadas |
| Extrusión | Espesor de pared 1–20 mm; perfiles complejos | Excelente respuesta al envejecimiento; la microestructura extruida afecta propiedades | O, T4, T5, T6, T651 | Forma principal para 6160; ampliamente usada en sectores arquitectónico y transporte |
| Tubo | Diámetro exterior desde pequeño hasta varios cientos de mm | La soldadura y el tratamiento térmico afectan propiedades de pared | O, T6 | Tubos sin costura o soldados para uso estructural y arquitectónico |
| Barra/Barreno | Diámetros hasta 200 mm | Respuesta al envejecimiento similar a extrusiones; maquinabilidad adecuada | O, T6 | Usado para componentes mecanizados y elementos de fijación |
Las extrusiones son la forma de producto dominante para 6160, aprovechando su química diseñada para buen flujo en prensa y precipitación controlada durante el envejecimiento post-extrusión. La placa y secciones más gruesas requieren prácticas de temple adaptadas y a veces estrategias de envejecimiento específicas para evitar núcleos subenvejecidos y propiedades variables a través de la sección transversal.
Grados equivalentes
| Norma | Grado | Región | Notas |
|---|---|---|---|
| AA | 6160 | EE. UU. | Designación principal en listados de Aluminum Association |
| EN AW | 6160 | Europa | A menudo listado como EN AW‑6160; los límites químicos y mecánicos varían ligeramente según la norma |
| JIS | A6160 (aprox.) | Japón | Las normas locales pueden listar 6160 o proporcionar equivalentes cercanos como familias A6xxx |
| GB/T | 6160 (aprox.) | China | Las designaciones chinas pueden alinearse con familia 6xxx; verificar especificación exacta para límites mecánicos |
Las referencias cruzadas directas entre regiones requieren consultar textos específicos de cada norma porque las definiciones de temple, niveles permitidos de impurezas y criterios de aceptación de propiedades mecánicas pueden variar. Cuando no existe un equivalente formal, los ingenieros suelen sustituir por aleaciones cercanas de la familia 6xxx como 6063 o 6061 tras pruebas de validación.
Resistencia a la corrosión
La aleación 6160 presenta buena resistencia general a la corrosión atmosférica, característica de las aleaciones Al‑Mg‑Si, formando una película de óxido estable que protege contra el ataque uniforme. En atmósferas industriales o ligeramente contaminadas, el óxido permanece protector, pero en ambientes marinos ricos en cloruros la susceptibilidad a la corrosión por picadura aumenta, especialmente en soldaduras, superficies mecanizadas y en presencia de tensiones residuales a tracción.
El riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión es relativamente bajo comparado con aleaciones serie 7xxx de alta resistencia, pero puede presentarse en tempers envejecidos a pico bajo esfuerzo combinado de tracción y exposición a cloruros corrosivos; el diseño debe evitar restricciones triaxiales a tracción en ambientes agresivos. La interacción galvánica favorece la protección del aluminio cuando se combina con metales más nobles; en conjuntos con acero o cobre se recomiendan aislamientos eléctricos o recubrimientos compatibles para prevenir corrosión galvánica acelerada.
En comparación con aleaciones 5xxx (Al-Mg), 6160 suele tener resistencia ligeramente menor en ambientes de cloruros puros debido a la presencia de silicio y la microestructura de precipitados, pero generalmente supera a muchas aleaciones tratables térmicamente en desempeño equilibrado cuando la protección anticorrosiva se combina con requerimientos moderados de resistencia.
Propiedades de fabricación
Soldabilidad
6160 se suelda fácilmente por procesos TIG y MIG cuando se utilizan aleaciones de aporte adecuadas y diseño correcto de juntas; aportes comunes incluyen Al‑Si (p.ej., 4043) y Al‑Mg‑Si (p.ej., variantes 5356) según requerimientos de servicio. La soldadura provoca suavizado en la zona afectada por el calor (HAZ) debido a la disolución y coarsening de precipitados endurecedores, por lo que a menudo se requiere tratamiento térmico post-soldadura o diseño considerando reducción permisible de resistencia local. El riesgo de agrietamiento en caliente es bajo pero puede aumentar con contenidos altos de cobre o mala adecuación de la junta, por lo que es importante controlar parámetros de soldadura y limpieza.
Mecanizado
Como aleación endurecible por envejecimiento natural, 6160 se mecaniza razonablemente bien en estado solubilizado y en tempers suaves; la capacidad de mecanizado es moderada comparada con aleaciones de fundición libres de viruta. Se recomienda herramienta de carburo con filo positivo y rotura efectiva de viruta; velocidades y avances moderados a altos producen buen acabado superficial, pero el temple y el grado de envejecimiento influirán fuertemente en la vida útil de la herramienta. El uso de refrigerante y adecuada evacuación de virutas es importante para evitar borde adherido y desgarro superficial.
Conformabilidad
La mejor formabilidad se logra en condiciones O, T4 o H111, donde la ductilidad es máxima; los radios mínimos de doblado típicos oscilan entre 2–4 veces el espesor del material según geometría de la pieza y utillaje. El trabajo en frío en tempers H es posible pero reduce la resistencia máxima por envejecimiento; para conformados complejos con requerimiento de resistencia, puede especificarse conformado en O o T4 seguido de tratamiento de solución o envejecimiento artificial.
Comportamiento al tratamiento térmico
6160 es una aleación tratable térmicamente que responde a solubilización, temple y envejecimiento artificial para desarrollar resistencia mediante precipitación de Mg2Si. Las temperaturas típicas de solubilizado son de 520–550 °C para disolver Mg y Si en solución sólida; el temple debe ser suficientemente rápido para retener el soluto para el posterior envejecimiento.
El envejecimiento artificial para condiciones T5/T6 se realiza comúnmente a 150–190 °C por varias horas para alcanzar dureza y resistencia máximas; el envejecimiento a temperatura menor proporciona mayor tenacidad y mejor resistencia a la corrosión por tensión en detrimento de la máxima resistencia. Las variantes T651 incluyen estirado para alivio de tensiones o enderezado térmico tras temple para estabilizar dimensiones y reducir tensiones residuales antes del envejecimiento.
Desempeño a alta temperatura
A medida que aumenta la temperatura, 6160 presenta reducción de límite elástico y resistencia a la tracción debido al crecimiento de precipitados y disminución de la resistencia de la matriz; los límites prácticos para servicio continuo se establecen frecuentemente por debajo de 120 °C en aplicaciones estructurales. La exposición a corto plazo a temperaturas mayores (150–200 °C) acelera el sobreenvejecimiento y reduce las propiedades mecánicas, por lo que diseños para servicio a temperaturas elevadas deben validarse con ciclos de envejecimiento dirigidos y pruebas de fluencia.
La oxidación es mínima para aluminio a temperaturas moderadas, pero se debe considerar la degradación de propiedades mecánicas en la zona afectada por el calor tras soldadura y en componentes sometidos a ciclos térmicos, especialmente cuando la estabilidad dimensional y la vida a fatiga son críticas.
Aplicaciones
| Industria | Componente ejemplo | Por qué se usa 6160 |
|---|---|---|
| Automotriz | Rieles estructurales extruidos, molduras y subchasis | Buena extrudabilidad y endurecimiento por envejecimiento para resistencia moderada y reducción de peso |
| Marítima | Pasamanos arquitectónicos y perfiles estructurales | Balance de resistencia a la corrosión y conformabilidad para estructuras fabricadas |
| Aeroespacial | Fijaciones secundarias y soportes no críticos | Relación resistencia-peso favorable y buena mecanización para piezas complejas |
| Electrónica | Chasis y perfiles disipadores de calor | Conductividad térmica combinada con secciones transversales complejas y extrudibles |
6160 es preferido en aplicaciones donde se requieren perfiles extruidos complejos con comportamiento predecible de endurecimiento por precipitación y buena mecanización para operaciones secundarias. Su equilibrio de propiedades lo hace una opción común para sectores de transporte y arquitectura donde se requieren resistencia moderada y buen desempeño anticorrosivo.
Consejos de selección
Use 6160 cuando la extrudabilidad y el endurecimiento controlado por precipitación sean prioridades y cuando el diseño demande resistencia de moderada a alta tras envejecimiento sin la alta resistencia o susceptibilidad a SCC de aleaciones 7xxx. En comparación con aluminio comercialmente puro (1100), 6160 sacrifica algo de conductividad eléctrica y térmica y conformabilidad para ganar resistencia sustancialmente mayor y mejor utilidad estructural. Frente a aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, 6160 ofrece mayor resistencia máxima mediante tratamiento térmico manteniendo resistencia a la corrosión comparable en muchas atmósferas, aunque la conformación en 3003/5052 puede ser más sencilla para embutidos profundos complejos.
Comparado con aleaciones comunes 6xxx como 6061 o 6063, 6160 se selecciona donde se requiere flujo de extrusión específico o respuesta de envejecimiento ligeramente diferente; puede ofrecer mejor extrudabilidad o distinto balance mecánico para ciertas geometrías de perfil aunque su resistencia máxima sea similar o marginalmente menor. Considere disponibilidad de material, requerimientos de acabado y limitaciones de calificación como factores decisivos junto con compensaciones mecánicas al elegir aleación.
Resumen final
La aleación 6160 sigue siendo una aleación Al‑Mg‑Si relevante y práctica para extrusiones y componentes estructurales mecanizados donde se requiere balance entre extrudabilidad, endurecimiento por precipitación predecible y resistencia anticorrosiva adecuada. Su versatilidad a través de tempers y respuesta productiva frente a tratamientos térmicos la convierte en una opción útil para diseñadores enfocados en reducción de peso y perfiles complejos manufacturables.