Aluminio 6951: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Resumen Completo

6951 forma parte de la serie 6xxx de aleaciones de aluminio, que se clasifican ampliamente como aleaciones Al-Mg-Si y son tratables térmicamente mediante endurecimiento por precipitación. Pertenece a un subgrupo de aleaciones 6xxx que incluyen cobre moderado y cantidades controladas de zinc y cromo para aumentar la resistencia y modificar la cinética de envejecimiento, manteniendo un buen comportamiento frente a la corrosión.

Los principales elementos de aleación en 6951 incluyen magnesio y silicio (para la fase de endurecimiento Mg2Si), con cobre como acelerador intencional de resistencia y endurecimiento. Pequeñas adiciones de cromo, titanio y cantidades controladas de hierro y manganeso se utilizan para controlar la estructura del grano, la recristalización y la formación de dispersoides que afectan la tenacidad, el comportamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) y la vida a fatiga.

El principal mecanismo de endurecimiento es el endurecimiento por precipitación combinado con un endurecimiento por trabajo limitado; el tratamiento de solución seguido de envejecimiento artificial produce finos precipitados de Mg-Si (y modificados por Cu) que bloquean las dislocaciones. Las características clave incluyen una relación resistencia-peso elevada en comparación con aleaciones estándar 6xxx, buena resistencia general a la corrosión, soldabilidad razonable con cierto riesgo de ablande en la HAZ y buena conformabilidad en estados más blandos.

Las industrias típicas que utilizan 6951 son subestructuras y accesorios aeroespaciales, equipos de defensa, componentes automotrices de alto rendimiento y algunas piezas estructurales marinas donde se requiere un equilibrio entre resistencia, resistencia a la corrosión y capacidad de fabricación. Los ingenieros eligen 6951 cuando se necesitan mayores resistencias máximas y una relación favorable fatiga-peso sin los costos, restricciones de fabricación o problemas de anodizado asociados con las aleaciones más resistentes de la serie 7xxx.

Variantes de Tratamiento Térmico

Estado	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recocido para conformado y embutido
H111 / H11	Bajo-Medio	Medio-Alto	Muy Bueno	Bueno	Ligero endurecimiento por deformación, conserva algo de formabilidad
H14	Medio	Medio	Bueno	Bueno	Endurecimiento por deformación en una etapa para mayor límite elástico
T4	Medio	Medio-Alto	Bueno	Bueno	Envejecido natural tras tratamiento de solución; propiedades intermedias
T5	Medio-Alto	Medio	Regular	Bueno	Enfriado después de conformado y envejecido artificialmente
T6	Alto	Bajo-Medio	Limitada	Bueno (con ablande en HAZ)	Tratado en solución y envejecido artificialmente para máxima resistencia
T651	Alto	Bajo-Medio	Limitada	Bueno (con ablande en HAZ)	T6 más alivio de tensiones por estirado; común en aeroespacial
H24/H34	Medio-Alto	Medio	Regular	Bueno	Combinación de endurecido por deformación y envejecimiento artificial para propiedades controladas

El tratamiento térmico tiene un efecto de primer orden en resistencia, ductilidad y formabilidad en 6951, utilizándose los estados O y serie H para conformados pesados y embutido profundo. T6 y T651 ofrecen las resistencias estáticas más altas y mejor desempeño a fatiga, pero reducen la formabilidad y aumentan la sensibilidad a la entrada de calor durante la soldadura.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	0.4–1.0	Se combina con Mg para formar precipitados de Mg2Si que endurecen
Fe	0.1–0.5	Impureza que forma intermetálicos; controlada para limitar fragilización
Mn	0.05–0.3	Modificador de estructura del grano; pequeñas cantidades mejoran tenacidad
Mg	0.6–1.3	Elemento principal de endurecimiento vía Mg2Si; controla el endurecimiento por envejecimiento
Cu	0.6–1.5	Aumenta resistencia, acelera envejecimiento y afecta corrosión y HAZ
Zn	0.05–0.30	Adición menor para ajustar resistencia y respuesta al envejecimiento
Cr	0.05–0.35	Controla recristalización, formación de dispersoides y estabilidad de la HAZ
Ti	0.02–0.15	Refinador de grano usado en procesos de fundición/extrusión
Otros	Balance (incluyendo trazas de Zr, B)	Pequeñas adiciones e impurezas para control de procesos

La química de 6951 está ajustada para favorecer la precipitación Mg-Si con Cu actuando como modificador de resistencia y envejecimiento. Las proporciones de silicio y magnesio controlan la fracción volumétrica y estabilidad de los precipitados Mg2Si, mientras que el Cu modifica la secuencia y estabilidad térmica de los precipitados para obtener mayores resistencias máximas. El cromo y elementos traza forman dispersoides que limitan el crecimiento del grano y mejoran las propiedades de la HAZ y fatiga.

Propiedades Mecánicas

El comportamiento a tracción de 6951 es característico de las aleaciones Al-Mg-Si-Cu tratables térmicamente: tras el tratamiento de solución y envejecimiento artificial se produce un gran aumento de la resistencia debido a la formación de precipitados finos. La relación límite elástico/resistencia a la tracción depende del estado y proceso, y en condiciones de envejecimiento máximo se pueden observar altos límites de prueba con elongaciones moderadas. La elongación en estado recocido es alta para conformado, pero disminuye sustancialmente en T6/T651, donde el material es más susceptible a estricción localizada.

La dureza sigue la misma tendencia que la resistencia a la tracción y es un proxy útil en taller para verificar el tratamiento térmico; la dureza aumenta aproximadamente de 2 a 3 veces de O a T6 en espesores comparables. El desempeño a fatiga se beneficia de precipitados finos y distribuidos uniformemente, así como de una microestructura controlada; el acabado superficial, tensiones residuales y espesor influyen fuertemente en el límite a fatiga. Los efectos de espesor son significativos porque secciones más grandes conducen a distribuciones de precipitados más gruesas y velocidades de enfriamiento menores, lo que puede reducir la resistencia máxima alcanzable y modificar el comportamiento de ablande en la HAZ.

Propiedad	O/Recocido	Estado Clave (ej. T6/T651)	Notas
Resistencia a tracción	110–180 MPa	320–420 MPa	Rango amplio según espesor, envejecimiento y química exacta
Límite elástico	55–110 MPa	280–380 MPa	El límite de prueba aumenta notablemente con envejecimiento artificial
Elongación	18–30%	8–15%	La ductilidad disminuye en estados de envejecimiento máximo; el espesor afecta los valores
Dureza	25–50 HB	90–140 HB	La dureza se correlaciona con la densidad y distribución de precipitados

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.78 g/cm³	Típico para aleaciones familiares Al-Mg-Si
Rango de Fusión	555–640 °C	Intervalo aproximado de solidus a líquido
Conductividad térmica	~140–160 W/m·K	Ligeramente reducida respecto a aluminio puro debido a la aleación
Conductividad eléctrica	~30–38 %IACS	Inferior al aluminio puro; depende del estado
Calor específico	~880–910 J/kg·K	Cercano al valor del aluminio puro
Coeficiente de expansión térmica	~23.5–24.5 µm/m·K	Coeficiente de expansión lineal típico para aleaciones de Al

Estas propiedades físicas hacen que 6951 sea atractivo donde se requiera bajo peso y gestión térmica, aunque la conductividad es sacrificada por la aleación para obtener resistencia. La expansión térmica y la conductividad deben considerarse en ensamblajes con materiales disímiles, ya que las incompatibilidades pueden inducir fatiga térmica y tensiones en las juntas.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Estados Comunes	Notas
Chapa	0.4–6.0 mm	La resistencia disminuye ligeramente con mayor espesor	O, H14, T4, T6	Usada para paneles conformados y carcasas
Placa	>6 mm hasta 100 mm	Menor sensibilidad a temple; menor resistencia máxima que chapa delgada	O, T6	Componentes estructurales y bases de maquinaria
Extrusión	Perfiles de varios metros	Buena resistencia en T6/T651 después del envejecimiento	T5, T6, T651	Perfiles complejos para accesorios y rieles
Tubo	Diámetros y espesores variados	Soldados o sin costura; propiedades según proceso	Hx, T5, T6	Líneas de fluidos, tubos estructurales
Barra/Varilla	Diámetros hasta 200 mm	Se requiere microestructura homogenizada para propiedades uniformes	O, T6	Accesorios, componentes mecanizados

El factor forma y la ruta de procesamiento controlan las velocidades de enfriamiento y recristalización, que influyen en la resistencia y tenacidad final en 6951. Las extrusiones y chapas delgadas pueden ser enfriadas rápidamente y alcanzar fácilmente los estados máximos, mientras que las placas gruesas requieren control cuidadoso del proceso y potencialmente tratamientos termomecánicos para acercarse a propiedades similares.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	6951	EE.UU.	Designación utilizada en literatura del fabricante/producto
EN AW	No tiene equivalente directo	Europa	Alternativas comunes más cercanas: EN AW-6061 / EN AW-6082 según la aplicación
JIS	No tiene equivalente directo	Japón	No existe una designación JIS estándar que corresponda directamente a 6951
GB/T	No tiene equivalente directo	China	Se pueden especificar aleaciones locales con química similar; verificar datos

No existe una referencia cruzada exacta y única para muchas variantes patentadas como la 6951; los usuarios deben verificar la composición química y las propiedades en lugar de confiar solo en equivalencias nominales. En la práctica, 6061 o 6082 se utilizan frecuentemente como análogos funcionales para comparaciones de diseño, pero el contenido de cobre y la respuesta al envejecimiento en la 6951 producen diferentes resistencias máximas y sensibilidad en la zona afectada por el calor (HAZ).

Resistencia a la Corrosión

En ambientes atmosféricos, la 6951 ofrece una resistencia general a la corrosión sólida comparable a otras aleaciones de la serie 6xxx, favorecida por la formación de una capa estable de óxido y un contenido de cobre moderado en comparación con aleaciones de la serie 2xxx o 7xxx. La resistencia a la corrosión localizada es buena pero depende del tratamiento térmico y el acabado superficial; los tratamientos de envejecimiento en estado de máxima dureza que contienen cobre pueden presentar menor resistencia a la corrosión por picaduras frente a aleaciones con bajo contenido de cobre.

La exposición marina requiere precauciones: la 6951 tiene un desempeño aceptable en condiciones offshore y en zonas de salpicaduras, pero puede necesitar recubrimientos, anodizado o protección catódica para inmersiones prolongadas en agua de mar agresiva. La susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión es moderada y se ve influida por el temple y las tensiones residuales; las condiciones con envejecimiento máximo y tensiones residuales a tracción son más vulnerables que el material en estado recocido o relajado por esfuerzos.

Las interacciones galvánicas siguen el comportamiento estándar del aluminio: al estar en contacto con metales más nobles (acero inoxidable, cobre/latón) la 6951 corroerá preferentemente a menos que esté eléctricamente aislada; el anodizado mejora la resistencia superficial y reduce el acoplamiento galvánico. En comparación con aleaciones reforzadas con magnesio de la serie 5xxx, la 6951 sacrifica algo de resistencia marina innata a cambio de mayor resistencia y mejor capacidad de endurecimiento por envejecimiento.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

Es factible soldar la 6951 mediante procesos comunes por fusión (TIG, MIG), aunque la aleación presenta cierto ablandamiento en la HAZ debido a la disolución y coarsening de los precipitados endurecedores. La selección de aleaciones de aporte con resistencia compatible (ej. 4043, 5356 según requisitos de unión) y tratamientos térmicos pre/post soldadura pueden mitigar parte de la pérdida de resistencia. El riesgo de fisuración en caliente es moderado y está influenciado por el diseño de la junta, velocidad de avance y limpieza; el correcto ajuste de la junta y control de la composición del charco son importantes.

Maquinabilidad

La maquinabilidad de la 6951 es típica de aleaciones tratables térmicamente Al-Mg-Si y es generalmente buena en condiciones T6/T651 debido a la mayor dureza que favorece una formación estable de viruta. Herramientas de carburo con ángulo positivo y refrigerante adecuado proporcionan los mejores tiempos de ciclo; las velocidades de corte pueden ser altas comparadas con aceros, pero deben seleccionarse para evitar la acumulación de viruta adherida. El acabado superficial y control dimensional son excelentes, aunque las tensiones residuales del mecanizado pueden afectar piezas críticas para fatiga, por lo que se recomienda planificación del proceso y posibles operaciones de alivio de tensiones.

Conformabilidad

El conformado se favorece en templas más blandas (O, H1x, T4) donde la capacidad de estampado y radios de curvatura son excelentes; a medida que se endurece el temple (H2x, H14) la conformabilidad disminuye pero mejora el control del rebote elástico. En T6/T651 la aleación tiene capacidad limitada para conformado en frío y es propensa a fisurarse en radios cerrados; el tratamiento de solución seguido de re-envejecimiento o conformado en caliente pueden usarse para lograr geometrías complejas con mínima fisuración. Los radios mínimos recomendados y la tolerancia en las deformaciones deben determinarse mediante pruebas para geometrías críticas.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

Como aleación tratable térmicamente, la 6951 responde al tratamiento convencional de solución y envejecimiento artificial. El tratamiento de solución se realiza a temperaturas suficientes para disolver Mg2Si y fases con cobre (típicamente en el rango 510–540 °C para muchas aleaciones 6xxx), seguido de un enfriamiento rápido para retener una solución sólida sobresaturada. Las tasas de enfriamiento adecuadas son críticas para maximizar el volumen de soluto disponible para la precipitación y resistencia máxima posteriores.

El envejecimiento artificial (T5/T6) precipita finas fases Mg-Si (y con cobre); la cinética de envejecimiento es más rápida y las resistencias máximas mayores con modificación por cobre, pero la estabilidad térmica y el comportamiento de sobreenvejecimiento deben controlarse para evitar una caída excesiva de propiedades. Las transiciones de temple T son reversibles dentro de ciertos límites: las piezas pueden ser tratadas en solución y envejecidas artificialmente a T6, o conformadas parcialmente en frío y envejecidas a variantes H2x/H3x para combinaciones específicas de límite elástico y tenacidad. Para rutas sin tratamiento térmico, se emplea trabajo en frío incremental y recocido para ajustar propiedades cuando es aplicable.

Desempeño a Alta Temperatura

La 6951 experimenta una pérdida progresiva del límite elástico y resistencia máxima por encima de temperaturas típicas de servicio; se espera una degradación significativa de la resistencia por encima de ~150 °C al coarsen y disolverse los precipitados. La oxidación en aire es menor a temperaturas moderadas elevadas debido a una capa de alumina estable, pero la exposición térmica a largo plazo modificará la estructura de los precipitados y reducirá la resistencia a fatiga y estática.

Las zonas afectadas por el calor de las soldaduras son particularmente susceptibles a ablandamiento a temperaturas locales elevadas por disolución de precipitados y sobre-envejecimiento; diseñar para menores entradas térmicas, envejecimiento post-soldadura o tratamientos térmicos localizados puede restaurar una porción significativa de la resistencia original. Para servicio prolongado a alta temperatura, se deben considerar aleaciones de aluminio para alta temperatura o materiales no-aluminio según los requisitos de fluencia.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se usa 6951
Automotriz	Refuerzos estructurales, soportes de chasis	Alta resistencia específica, buen comportamiento a fatiga
Marina	Rigidizadores y subestructuras	Balance entre resistencia a corrosión y resistencia mecánica
Aeroespacial	Accesorios, elementos estructurales menores	Relación resistencia-peso favorable y HAZ controlada con T651
Defensa	Montajes de armas y carcasas endurecidas	Alta resistencia estática con buena maquinabilidad
Electrónica	Carcasas y disipadores térmicos	Buena conductividad térmica y maquinabilidad

La 6951 se elige en aplicaciones donde se requiere una aleación 6xxx de mayor resistencia sin pasar a series más pesadas o más sensibles a la corrosión. Su maquinabilidad y versatilidad en formatos permiten a diseñadores especificar componentes complejos que se beneficien de una resistencia máxima superior manteniendo un desempeño aceptable frente a la corrosión.

Consejos de Selección

Utilice 6951 cuando necesite una mayor resistencia máxima que las aleaciones 6xxx estándar manteniendo una resistencia razonable a la corrosión y buena maquinabilidad. Es una opción práctica para componentes de resistencia media a alta donde la vida a fatiga es un parámetro de diseño y los templas T6/T651 son aceptables.

Comparada con aluminio comercial puro (ej. 1100), la 6951 sacrifica conductividad eléctrica y térmica y mayor conformabilidad a cambio de un aumento considerable en resistencia y resistencia a fatiga. En comparación con aleaciones endurecidas por deformación como 3003 o 5052, la 6951 ofrece límites elásticos y resistencias a tracción mucho mayores pero con menor resistencia marina innata y menor conformabilidad en frío. Frente a aleaciones tratables comunes como 6061 o 6063, la 6951 puede ser preferida cuando se requiere un balance diferente entre resistencia, respuesta al envejecimiento y comportamiento a fatiga, aunque no siempre ofrece mayores resistencias máximas que las mejores aleaciones 7xxx o especializadas 2xxx.

Resumen Final

La 6951 sigue siendo relevante para la ingeniería moderna donde se requiere un balance diseñado de resistencia por precipitación endurecimiento, desempeño a fatiga y resistencia razonable a la corrosión. Su flexibilidad en el proceso para chapa, placa y extrusión combinado con su maquinabilidad confiable la convierten en una candidata fuerte para aplicaciones aeroespaciales, defensa y automotriz de alto desempeño donde las relaciones optimizadas de resistencia-peso son esenciales.