Aluminio A357: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

A357 es una aleación de fundición de aluminio-silicio-magnesio tratable térmicamente, comúnmente especificada como AlSi7Mg en la notación europea y como AA A357 en listados ASTM/ASME. Pertenece a la familia de aleaciones de fundición Al–Si–Mg (frecuentemente agrupadas conceptualmente con las series 3xx/4xx de aleaciones forjadas por su carácter de aleación, pero formalmente identificadas como aleación de fundición), donde el silicio es el elemento principal de aleación con magnesio añadido para permitir el endurecimiento por precipitación.

El fortalecimiento de A357 se logra principalmente mediante tratamiento térmico en solución seguido de temple y envejecimiento artificial (endurecimiento por precipitación) para producir precipitados Mg2Si; también es posible cierto ajuste de propiedades mediante modificación (Sr, Na) y refinamiento de grano (Ti, B). Las características clave incluyen una relación resistencia-peso favorable en condiciones T6/T651, buena capacidad de fundición y estabilidad dimensional, resistencia moderada a la corrosión en ambientes atmosféricos y generalmente aceptable soldabilidad usando metales de aporte apropiados; la formabilidad es limitada en comparación con aleaciones forjadas en estados envejecidos al pico.

Las industrias típicas incluyen piezas de fundición para tren motriz y estructuras automotrices, componentes estructurales secundarios y soportes aeroespaciales, fundiciones industriales generales y algunos productos marinos y de consumo donde se prefieren componentes fundidos. Los ingenieros eligen A357 para piezas fundidas de formas complejas que requieren un equilibrio entre alta resistencia estática, comportamiento razonable a fatiga y buen acabado superficial de fundición, y cuando se necesitan respuestas tratables térmicamente (T6/T651) sin el aumento de cobre o zinc de aleaciones aeroespaciales de alta resistencia.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Baja	Alta	Excelente	Excelente	Recocido completo, óptimo para conformado y mecanizado.
T4	Media	Media-Alta	Buena	Buena	Tratado térmicamente en solución y envejecido naturalmente; propiedades intermedias.
T5	Medio-Alta	Media	Regular	Buena	Enfriado desde la fundición y envejecido artificialmente; usado cuando no se aplica tratamiento en solución.
T6	Alta	Baja-Media	Limitada	Buena (con post-tratamiento térmico)	Tratado en solución, templado y envejecido artificialmente para máxima resistencia.
T651	Alta	Baja-Media	Limitada	Buena (con post-tratamiento térmico)	T6 con alivio de tensiones por estirado; común para fundiciones dimensionalmente estables.
F	Variable	Variable	Variable	Variable	Como fabricado, propiedades dependen de procesamiento posterior; no estandarizado.

El temple tiene una influencia de primer orden en el desempeño mecánico y la procesabilidad porque el ciclo solución/envejecimiento precipita Mg2Si para aumentar la resistencia mientras reduce la ductilidad. La condición completamente recocida (O) optimiza la ductilidad y la facilidad para conformado o mecanizado, mientras que las condiciones T6/T651 maximizan la resistencia a la tracción y al límite elástico a expensas de la elongación y formabilidad; la soldadura usualmente requiere envejecimiento local o tratamiento térmico post-soldadura para recuperar propiedades.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	6.5–7.5	Elemento principal de aleación para capacidad de fundición, fluidez y resistencia mediante silicio eutéctico.
Fe	≤0.20–0.30	Impureza que forma intermetálicos (fases ricas en Fe) que pueden fragilizar y reducir la ductilidad.
Mn	≤0.10	Minoritario; ayuda a modificar la morfología de intermetálicos de Fe cuando está presente.
Mg	0.35–0.60	Endurecimiento por precipitación de Mg2Si; controla la respuesta al tratamiento térmico.
Cu	≤0.20	Generalmente bajo; aumenta la resistencia pero puede reducir la resistencia a la corrosión y aumentar riesgo de corrosión por tensión (SCC).
Zn	≤0.10	Típicamente residual; efecto limitado de endurecimiento a estos niveles.
Cr	≤0.10	Controla la estructura de grano y puede limitar el crecimiento de grano durante el proceso.
Ti	0.02–0.10	Usado para refinamiento de grano durante solidificación (sistemas Ti-B comunes).
Otros (cada uno)	≤0.05–0.15	Residuos y modificadores intencionados (Sr para modificación de silicio, Sr ~0.01).

La química de la aleación está optimizada para equilibrar fundibilidad, respuesta al tratamiento térmico y desempeño contra corrosión. El silicio determina la estructura eutéctica y promueve la fluidez, el magnesio proporciona la base para el endurecimiento por precipitación, y los bajos contenidos de cobre/hierro mantienen la susceptibilidad a corrosión y fragilización por intermetálicos a niveles manejables.

Propiedades Mecánicas

A357 muestra variaciones sustanciales en el comportamiento a tracción y límite elástico impulsadas por el temple y el método de fundición. En condiciones T6/T651 la aleación alcanza resistencia a la tracción y límite elástico relativamente altos para un material de fundición Al–Si–Mg debido a una fina dispersión de precipitados Mg2Si y refinamiento del silicio eutéctico, mientras que la condición recocida exhibe elongación mucho mayor y menor límite elástico. La dureza sigue la resistencia a tracción y aumenta notablemente con el envejecimiento; los valores de dureza Brinell o Vickers aumentan desde niveles suaves, fácilmente mecanizables en O, hasta niveles mucho más altos en T6.

El comportamiento a fatiga de A357 es generalmente superior a fundiciones hipereutécticas de aluminio-silicio más frágiles debido a la morfología controlada del silicio y el tratamiento térmico que reducen sitios de iniciación de grietas; no obstante, la vida a fatiga es sensible a defectos de fundición, porosidad y acabado superficial. El espesor y tamaño de sección influyen en la velocidad de enfriamiento durante la solidificación, lo que afecta la microestructura y por ende las propiedades mecánicas; las secciones más gruesas enfrían más lentamente, promoviendo silicio más grueso y menor resistencia alcanzable tras el tratamiento térmico.

Las condiciones superficiales, modificaciones post-fundición y técnicas de mitigación de porosidad (fundición asistida por vacío, desgasificado y diseño adecuado de alimentadores) mejoran directamente la consistencia mecánica y desempeño a fatiga en componentes estructurales.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (T6/T651)	Notas
Resistencia a la tracción (MPa)	140–190	260–320	Amplio rango dependiendo del método de fundición y espesor de sección.
Límite elástico (MPa)	60–110	200–260	El límite elástico aumenta sustancialmente tras tratamiento en solución y envejecimiento.
Elongación (%)	10–18	4–8	La ductilidad se reduce en condiciones envejecidas al pico; modo de fractura usualmente mezcla dúctil-frágil.
Dureza (HB)	40–70	85–120	La dureza Brinell aumenta con el envejecimiento y morfología más fina del silicio eutéctico.

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.65–2.68 g/cm³	Típica para aleaciones de fundición Al–Si; útil para cálculos de masa/peso.
Rango de fusión	~560–635 °C	Solidus y líquidus dependen del contenido exacto de Si y modificadores; eutéctico influye en el rango de solidificación.
Conductividad térmica	120–150 W/m·K	Inferior al Al puro debido a la aleación y presencia de silicio; aún buena para disipación térmica comparado con aceros.
Conductividad eléctrica	~30–40 % IACS	Reducida comparada con aluminio puro; la conductividad disminuye con trabajo en frío y aleación.
Calor específico	~0.89 kJ/kg·K	Típico para aleaciones de aluminio, usado en cálculos térmicos.
Expansión térmica	22–24 µm/m·K	Coeficiente de expansión térmica lineal similar a otras aleaciones Al–Si; importante para ensamblajes con materiales disímiles.

Las propiedades físicas hacen que A357 sea atractivo cuando se requiere un metal de baja densidad y buena conductividad térmica pero no es esencial la conductividad eléctrica total del aluminio puro. Los datos de expansión térmica y conductividad son críticos al diseñar ensamblajes con aceros, compuestos o recubrimientos, ya que la expansión diferencial puede provocar tensiones o fallos de sellado.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	Raro; fundiciones delgadas 1–6 mm	Variable; típicamente menor que chapa laminada	O, T5	Disponibilidad limitada; usado en procesos especializados de chapa fundida.
Placa	6–100 mm (segmentos de placa fundida)	Propiedades dependientes de la sección	O, T6/T651	Las fundiciones tipo placa muestran propiedades reducidas en secciones gruesas debido al coarsening.
Extrusión	Poco común	No aplicable	—	A357 normalmente no se utiliza para extrusión; la composición y el proceso de fundición lo hacen inadecuado.
Tubo	Fundido o mecanizado a partir de toletes; tamaños variables	Dependiente del proceso de fundición y tratamiento térmico	O, T6	Los tubos fundidos son menos comunes que los tubos laminados; se usan para secciones transversales complejas.
Barra/Bastón	Toletes y forjas fundidos	Variable; tratable térmicamente	O, T6	A menudo producidos como lingotes o toletes para mecanizado posterior en componentes.

A357 es principalmente una aleación para fundición, y la mayoría de las formas comerciales son fundiciones en arena, molde permanente o inversión y lingotes/toletes. Las diferencias en el proceso (por ejemplo, molde permanente versus fundición en arena) cambian las velocidades de enfriamiento y por tanto la microestructura y las propiedades mecánicas finales; los diseñadores deben ajustar el método de fundición, el espesor de sección y el temple al diseño de carga y condiciones de fatiga previstas.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	A357	USA	Designación común ASTM para fundiciones; usado en especificaciones aeroespaciales y automotrices.
EN AW	AlSi7Mg	Europa	Equivalente europeo general; tolerancias de composición y procedimientos de tratamiento térmico pueden variar.
JIS	ADC10/ADC12 (aprox.)	Japón	Las aleaciones de la serie ADC son para fundición a presión similares en contenido de Si; ADC12 tiene mayor Cu y propiedades diferentes.
GB/T	AlSi7Mg (o análogo A357)	China	Normas locales que reflejan EN/ASTM pero con variaciones en tolerancias químicas y mecánicas según productor.

La equivalencia es aproximada porque las prácticas de fundición, límites de impurezas y protocolos de tratamiento térmico varían según la región y organismo normativo. Los ingenieros deben verificar datos de propiedades mecánicas e instrucciones de tratamiento térmico al sustituir entre normas para asegurar equivalencia funcional en componentes críticos.

Resistencia a la Corrosión

A357 muestra en general buena resistencia a la corrosión atmosférica para una aleación de aluminio para fundición debido a la matriz rica en silicio y bajo contenido de cobre que reducen tendencias galvánicas en ambientes típicos. La película natural de óxido de aluminio proporciona protección básica, aunque la corrosión localizada puede iniciarse en partículas intermetálicas o defectos de fundición donde la película pasiva se ve interrumpida.

En ambientes marinos o con cloruros, A357 tiene un desempeño moderado pero no tan robusto como aleaciones marinas especializadas (p. ej., serie Al–Mg 5xxx); la exposición prolongada a niebla salina o zonas de salpicaduras requiere recubrimientos protectores, anodizado o aislamiento catódico para evitar picaduras. La susceptibilidad a fisuración por corrosión bajo tensión es relativamente baja gracias al bajo contenido de cobre y niveles moderados de Mg, aunque tensiones elevadas combinadas con ambientes agresivos pueden provocar SCC en aplicaciones críticas.

Las interacciones galvánicas requieren atención: combinado con metales más nobles (p. ej., acero inoxidable, aleaciones de cobre), A357 será anodico y corroerá preferentemente si está expuesto a un electrolito; habitualmente se emplean materiales aislantes o recubrimientos protectores para evitar corrosión acelerada. Comparado con aleaciones laminadas serie 6xxx, A357 ofrece resistencia similar a la corrosión pero con la advertencia de que la porosidad relacionada con la fundición o distribución de intermetálicos puede localizar ataques.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

A357 puede soldarse con técnicas comunes de fusión como TIG (GTAW) y MIG (GMAW) usando metales de aporte apropiados; para aleaciones Al–Si de fundición, ER4043 (Al–5Si) es un aporte usado ampliamente porque mejora la compatibilidad al silicio y reduce el riesgo de fisura en caliente. El riesgo de fisura en caliente es moderado en aleaciones fundidas debido a la solidificación restringida y a las estructuras eutécticas gruesas, por lo que la limpieza previa, buen diseño de junta y control de entrada de calor son esenciales. Es esperable una suavización en la zona afectada por el calor (ZAC) en material T6 ya que el calentamiento disuelve precipitados; se recomienda revenido posterior de solubilización y envejecimiento o envejecido artificial local para recuperar propiedades mecánicas según sea necesario.

Mecanizado

La mecanizabilidad de A357 es generalmente buena comparada con muchas aleaciones fundidas con alto contenido de silicio porque su contenido de silicio y morfología eutéctica modificada reducen el desgaste de herramienta frente a aleaciones hipereutécticas. Herramientas de carburo con geometría de filo positivo y parámetros de mecanizado a alta velocidad proporcionan buena productividad; el refrigerante inundado o la lubricación por nebulización mejoran la evacuación de virutas y vida útil de herramientas. El mecanizado de secciones gruesas en material T6 requiere considerar dureza y control de virutas; cavidades y nervios delgados deben diseñarse para evitar vibraciones y distorsión.

Conformabilidad

La conformabilidad en frío es limitada en temple envejecido máximo (T6/T651) debido a la ductilidad reducida, mientras que las condiciones recocidas (O) o solubilizadas (T4) ofrecen mayor doblabilidad y formabilidad por estirado. Los radios mínimos recomendados para doblado dependen de espesor y temple, pero suelen ser mayores que en aleaciones laminadas dúctiles; los diseñadores suelen especificar conformado en temple O seguido de tratamiento térmico final para alcanzar requerimientos geométricos y mecánicos. Procesos de conformado incremental para piezas fundidas son posibles pero requieren control cuidadoso de calor y tensiones residuales.

Comportamiento Frente al Tratamiento Térmico

A357 es una aleación fundida tratable térmicamente y responde a ciclos térmicos convencionales Al–Si–Mg usados para producir temple T6/T651. El tratamiento de solubilización se realiza típicamente a 520–540 °C por tiempo suficiente para disolver Mg y modificar parcialmente las redes de silicio; el tiempo depende del espesor de sección y debe equilibrar homogeneización con el riesgo de fusión incipiente de componentes de bajo punto de fusión. El enfriamiento rápido a temperatura ambiente atrapa soluto en solución sólida sobresaturada y prepara la pieza para envejecimiento artificial a 150–200 °C que precipita finas partículas Mg2Si y desarrolla niveles de resistencia objetivo.

El temple T5 se obtiene por envejecimiento artificial tras el enfriamiento desde la fundición; se usa cuando el tratamiento de solubilización completo no es práctico. El T651 añade estirado para alivio de tensiones después del templado para minimizar tensiones residuales y mejorar estabilidad dimensional, siendo importante para fundiciones a presión o piezas de alta precisión. El sobreenvejecido a temperaturas mayores o tiempos excesivos coarsen los precipitados y reduce la resistencia máxima mientras mejora la ductilidad.

Comportamiento a Alta Temperatura

Las propiedades mecánicas de A357 se degradan progresivamente con el aumento de temperatura debido al coarsening de precipitados y la reducción de la efectividad del endurecimiento sólido; típicamente se mantiene resistencia estática útil hasta aproximadamente 125–150 °C, con un ablandamiento significativo por encima de este rango. La resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas es modesta y inferior a la de aleaciones especializadas de aluminio o níquel para altas temperaturas, por lo que A357 no se recomienda para aplicaciones con cargas prolongadas sobre ~150 °C.

En temperaturas elevadas, la oxidación se limita a la formación de una película estable de alúmina, pero la formación de escamas superficiales e interacciones con atmósferas agresivas pueden ser problemáticas en exposiciones prolongadas. La soldadura o ciclos térmicos localizados pueden alterar aún más la microestructura en la ZAC y regiones adyacentes, generando zonas con resistencia reducida y mayor susceptibilidad a fluencia o fatiga en servicio a altas temperaturas.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Por qué se usa A357
Automotriz	Carcasas de transmisión, carcasas de bombas, soportes estructurales	Buena fundibilidad, alta resistencia tras temple T6 y producción rentable para geometrías complejas.
Marina	Carcasas de cajas de engranajes, componentes de bombas	Resistencia razonable a la corrosión y buena resistencia/peso para ambientes húmedos con recubrimientos.
Aeroespacial	Accesorios, soportes, carcasas estructurales no críticas	Resistencia tratable térmicamente y estabilidad dimensional en T651 para elementos estructurales menos críticos.
Electrónica	Disipadores de calor y carcasas	Conductividad térmica y geometría fundida para gestión térmica integrada.

A357 es preferido cuando la geometría de la pieza se beneficia de la fundición, se requieren propiedades estáticas a nivel T6, y se valoran ahorros de peso y desempeño térmico para ventajas a nivel de sistema. Un diseño adecuado para calidad de fundición y procesos posteriores asegura rendimiento consistente en estas industrias.

Información para la Selección

Al seleccionar A357, considérelo principalmente cuando un componente fundido requiera una resistencia tratable térmicamente combinada con una resistencia razonable a la corrosión y buena fundibilidad; es una buena opción para piezas de forma compleja y resistencia media que se benefician del envejecimiento T6/T651 y la estabilidad dimensional. Para aplicaciones que priorizan la ductilidad y conformabilidad, especifique los temple O o T4 o elija una aleación en estado trabajado; para servicio prolongado a temperaturas elevadas o regímenes de fatiga extremos, considere alternativas.

Comparado con aluminio comercialmente puro (1100), A357 sacrifica conductividad eléctrica y térmica y superior conformabilidad a cambio de una resistencia mucho mayor y mejor estabilidad dimensional tras el tratamiento térmico. En comparación con aleaciones comúnmente endurecidas por trabajo en frío como 3003 o 5052, A357 ofrece una resistencia máxima sustancialmente mayor cuando se envejece, aunque puede tener una resistencia a la corrosión comparable o ligeramente menor en ambientes con cloruros; utilice A357 cuando la complejidad de la fundición y la resistencia sean más importantes que una amplia conformación en frío. Frente a aleaciones forjadas tratables térmicamente comunes como 6061/6063, A357 proporciona mejor fundibilidad y mecanismos de endurecimiento por precipitación comparables; A357 es preferida cuando se requieren geometrías fundidas complejas y menor densidad a pesar de una resistencia máxima ligeramente inferior a algunas aleaciones 6xxx forjadas.

Resumen Final

A357 sigue siendo una aleación de aluminio fundido relevante y ampliamente utilizada porque combina una excelente fundibilidad con una respuesta robusta al tratamiento térmico que proporciona alta resistencia estática, desempeño razonable en fatiga y comportamiento aceptable frente a la corrosión para muchos componentes estructurales y mecánicos. La selección adecuada del método de fundición, el temple y los tratamientos post-proceso permite a los diseñadores aprovechar sus fortalezas manejando las limitaciones en conformabilidad y desempeño a temperaturas elevadas.