Aluminio A380: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones
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Resumen Integral
A380 es una aleación comercial de aluminio para fundición a presión que pertenece a la familia Al-Si-Cu, en lugar de la clásica serie de aluminios trabajados como 3xxx, 6xxx o 7xxx. Se clasifica típicamente entre las aleaciones de fundición Al–Si (a menudo referenciadas junto con ADC12/EN AC‑46000) y está formulada para aplicaciones de fundición a presión de alto volumen donde se requieren geometrías complejas y alta precisión dimensional.
Los principales elementos de aleación son silicio (Si) en el rango eutéctico a hipoeutéctico y cobre (Cu) en niveles suficientes para permitir el endurecimiento por precipitación; hierro (Fe), magnesio (Mg) y trazas de titanio (Ti) y manganeso (Mn) están presentes para controlar las características de fundición y la microestructura. El fortalecimiento es una combinación de microestructura en estado colado (Si eutéctico y fases intermetálicas), endurecimiento por precipitación limitado por Cu/Mg y algunos efectos de endurecimiento por trabajo producidos por operaciones secundarias; A380 no es una aleación puramente trabajable por deformación en frío.
Las características clave de A380 incluyen buena fundibilidad, excelente estabilidad dimensional en fundición a presión, resistencia estática moderada a alta para aleaciones coladas, conductividad térmica y eléctrica razonables para muchas aplicaciones de carcasas y envolventes, y resistencia a la corrosión aceptable para exposiciones atmosféricas generales. La soldabilidad y conformabilidad son limitadas en comparación con los grados de aluminio trabajados; la reparación por soldadura y el tratamiento térmico posterior a la fundición son posibles pero requieren controles de proceso.
Las industrias típicas que usan A380 son la automotriz (carcasas de transmisión, envolventes, soportes), electrónica de consumo (envolventes), carcasas para pequeños motores y bombas, y componentes industriales generales fundidos donde la geometría y la economía son importantes. Los ingenieros seleccionan A380 cuando el equilibrio entre fundibilidad, precisión dimensional, resistencia adecuada y bajo costo por pieza pesa más que la necesidad de alta ductilidad o desempeño a alta temperatura.
Variantes de Temple
| Temple | Nivel de Resistencia | Elongación | Conformabilidad | Soldabilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| O (Recocido) | Bajo | Alta | Buena para conformado limitado | Buena (con precaución) | Suavizado por recocido en horno; raramente usado para piezas finales fundidas |
| Estado Colado (AC) | Moderado | Baja–Moderada | Limitada | Regular — problemas de porosidad | Condición típica de entrega tras fundición a presión; microestructura controla la resistencia |
| T5 (Edad artificial) | Moderado–Alto | Bajo | Limitada | Regular — elección del material de aporte crítica | Frecuentemente aplicado para mejorar propiedades mecánicas sin tratamiento de solución completo |
| T6 (Tratado en solución y envejecido) | Alto | Bajo | Pobre | Difícil — suavizado de zona afectada por calor (ZAC) | Puedes aumentar la resistencia, pero con riesgos de distorsión y apertura de porosidad |
| H (trabajado en frío, limitado) | Moderado | Menor | Pobre | N/A | Raro en fundición a presión; uso limitado donde se aplica deformación local |
El temple afecta a A380 modificando el equilibrio relativo entre resistencia y ductilidad a través de cambios microestructurales y comportamiento de precipitación. El material en estado colado ofrece la mejor fidelidad dimensional desde el molde, el T5 aumenta la resistencia con mínima distorsión, y el T6 completo puede maximizar la resistencia a costa de mayor procesamiento, mayor riesgo de distorsión y ganancias limitadas debido a la porosidad de fundición.
Composición Química
| Elemento | Rango % | Notas |
|---|---|---|
| Si | 7.5–9.6 | Elemento principal que controla la fluidez y la contracción; forma fases eutécticas/finas de Si. |
| Fe | 0.6–1.3 | Impureza que forma intermetálicos (β‑AlFeSi) que afectan la ductilidad y tolerancia a la porosidad. |
| Mn | ≤0.35 | Controla la morfología de los intermetálicos de Fe; mejora la tenacidad marginalmente. |
| Mg | 0.1–0.45 | Contribuye al endurecimiento por envejecimiento combinado con Cu; papel menor en resistencia. |
| Cu | 1.5–3.5 | Contribuyente principal al endurecimiento por precipitación y la resistencia tras envejecimiento. |
| Zn | ≤0.2 | Bajos niveles; contribución menor a la resistencia por solución sólida. |
| Cr | ≤0.1 | Trazas usadas para controlar la estructura de grano y la recristalización en algunas variantes. |
| Ti | 0.02–0.2 | Refinador de grano usado durante la fusión para controlar el tamaño de grano colado. |
| Otros | Balance Al (más trazas de Pb/Sn ≤0.05) | El aluminio es el balance; elementos traza controlados para limpieza de la fundición. |
El contenido de Si controla las características de fundición — fluidez, alimentación y contracción — y el tamaño y morfología de las partículas de Si influyen tanto en la resistencia como en la resistencia a la fatiga. El cobre y el magnesio permiten el fortalecimiento por precipitación durante el envejecimiento artificial, pero la efectividad del tratamiento térmico se ve limitada por defectos de fundición y fases intermetálicas que reducen la ductilidad y la vida a fatiga en comparación con aleaciones trabajadas.
Propiedades Mecánicas
A380 exhibe un comportamiento a tracción típico de aleaciones de fundición a presión de rango medio: resistencia última relativamente alta para una fundición con límite elástico bajo a moderado y elongación limitada. Los valores de resistencia última y límite elástico dependen mucho de los parámetros de fundición, niveles de porosidad y temple; fundiciones más densas con control de hidrógeno y atrapes de óxidos muestran mayor resistencia y mejor resistencia a la fatiga.
La elongación generalmente es baja comparada con aluminio trabajado; la elongación al fallo comúnmente se sitúa en el rango de 1–6% para los estados colado y tratados térmicamente, y la ductilidad sólo puede mejorar modestamente mediante recocido. La dureza se correlaciona con el temple y el tratamiento térmico — la dureza Brinell aumenta desde valores moderados en condición recocida hasta valores más altos tras envejecimiento T5/T6, pero la presencia de intermetálicos frágiles y Si grueso limita la tenacidad y la resistencia a la fatiga.
El comportamiento a fatiga es sensible a la condición superficial y a los defectos de fundición; la vida a fatiga suele ser menor que en aleaciones trabajadas con resistencia estática comparable y mejora con prensado isostático en caliente, granallado o mecanizado para remover defectos superficiales. El espesor y el tamaño de la sección influyen en las tasas de enfriamiento y microestructura; las secciones delgadas se enfrían rápidamente produciendo microestructuras más finas y propiedades mecánicas algo mejores, mientras que las secciones gruesas son más susceptibles a la porosidad y a estructuras eutécticas gruesas.
| Propiedad | O/Recocida | Temple Clave (Colado / T5 / T6) | Notas |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (UTS) | 135–220 MPa | 250–340 MPa | Amplio rango debido a práctica de fundición y porosidad; T5/T6 en rango superior. |
| Límite elástico (0.2% de deformación permanente) | 55–125 MPa | 110–210 MPa | T6 incrementa límite por precipitación; colado varía con microestructura. |
| Elongación | 4–12% | 1–6% | Ductilidad limitada en formas coladas; recocido mejora pero reduce resistencia. |
| Dureza (HB) | 50–85 HB | 75–110 HB | Dureza aumenta con envejecimiento artificial; variabilidad local por intermetálicos. |
Propiedades Físicas
| Propiedad | Valor | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | ~2.78 g/cm³ | Ligeramente superior a aluminio puro debido al contenido de Si/Cu/Fe. |
| Rango de fusión | ~500–575 °C | Fusión parcial/eutéctica comienza cerca de la temperatura eutéctica; rango sólido-líquido debido a aleación. |
| Conductividad térmica | ~90–120 W/m·K (25 °C) | Inferior al aluminio puro por Si e intermetálicos; adecuada para carcasas y dispersión de calor. |
| Conductividad eléctrica | ~20–35 % IACS | Reducida respecto a aluminio puro; disminuye con mayor Cu/Si. |
| Calor específico | ~0.88–0.92 J/g·K | Típico de aleaciones de aluminio; relevante para modelado térmico. |
| Coeficiente de expansión térmica | ~21–23 µm/m·K | Similar a otras aleaciones Al–Si de fundición; diseñar para desajuste térmico en ensamblajes. |
El conjunto de propiedades físicas hace que A380 sea atractivo para componentes que requieren estabilidad dimensional, disipación térmica moderada y puesta a tierra eléctrica, manteniendo bajo peso. La conductividad térmica y el calor específico hacen a A380 adecuado para funciones moderadas de disipación térmica, pero los diseñadores deben considerar la menor conductividad frente a aluminio puro cuando la disipación de calor es función principal. La expansión térmica es típica de aluminio y debe ser acomodada en ensamblajes multimateriales para evitar esfuerzos térmicos y degradación galvánica.
Formas de Producto
| Forma | Espesor/Tamaño Típico | Comportamiento Mecánico | Temple Común | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Chapa | Raramente suministrada | No típico | N/A | A380 no se produce comúnmente como chapa laminada; para aplicaciones en chapa se usan las series 5xxx/6xxx. |
| Placa | Limitada (placas fundidas más delgadas) | Variable según espesor | Como fundido / T5 | Existen algunas placas coladas o thixocast, pero son poco comunes; a menudo requieren mecanizado. |
| Extrusión | No aplica | N/A | N/A | A380 es una aleación para fundición a presión y no es adecuada para procesos de extrusión. |
| Tubo | Raramente suministrado | N/A | N/A | Las formas tubulares por colada a presión son muy limitadas; se usan ocasionalmente tubos soldados a partir de piezas en bruto coladas. |
| Barra/Tvar | Barras/lingotes colados para refundición | Similar a la colada | Como fundido | Se suministra principalmente como lingotes o shot para refundición en colada a presión, no como barras laminadas para fabricación. |
A380 es fundamentalmente una aleación para fundición a presión y su forma principal de producto son componentes fundidos producidos directamente a partir de moldes de alta presión. Las formas trabajadas como chapa, placa y extrusiones son poco comunes debido a que la química de la aleación y la microestructura de fundición no están optimizadas para el procesamiento en frío; los fabricantes generalmente eligen aleaciones laminadas para esas formas. Cuando las necesidades funcionales lo requieren, las fundiciones se mecanizan a tolerancias finales o se combinan con insertos y operaciones secundarias en lugar de depender del conformado.
Grados Equivalentes
| Norma | Grado | Región | Notas |
|---|---|---|---|
| AA | A380 | USA | Designación común para la industria de fundición a presión y especificaciones de fundiciones. |
| EN AW | EN AC‑46000 (AlSi8Cu3(Fe)) | Europa | Aproximadamente equivalente; la nomenclatura enfatiza la familia química y contenido de Fe. |
| JIS | ADC12 | Japón | Equivalente ampliamente referenciado en Asia con contenido similar de Si/Cu y comportamiento de fundición. |
| GB/T | AlSi9Cu (aprox.) | China | Las normas locales pueden listar AlSi9Cu3 o similar como equivalentes prácticos; la química puede diferir ligeramente. |
Las diferencias sutiles entre los equivalentes regionales derivan de las tolerancias permitidas en Cu, Si y Fe, además de niveles de impurezas permitidas y métodos de prueba de propiedades mecánicas. ADC12 y EN AC‑46000 son frecuentemente tratados como casi equivalentes a A380 para diseño y compra, pero los fabricantes deben confirmar rangos químicos, opciones de tratamiento térmico temporales y certificación de propiedades mecánicas antes de listar piezas de manera cruzada.
Resistencia a la Corrosión
A380 tiene una resistencia aceptable a la corrosión atmosférica general, sustentada por la película nativa de óxido de aluminio, y se comporta bien en ambientes interiores controlados donde los agentes de picado son mínimos. La presencia de cobre reduce la resistencia a la corrosión global comparado con aleaciones laminadas con bajo contenido de Cu; puede ocurrir corrosión localizada, especialmente en ambientes con cloruros y en zonas con depósitos que retienen humedad.
En situaciones marinas o de alta concentración de cloruros, A380 muestra mayor susceptibilidad a la corrosión por picado y a la corrosión por grietas que aleaciones laminadas 5xxx/6xxx que contienen poco o nada de cobre; es común especificar recubrimientos protectores y sellantes para servicio a largo plazo. No es común la corrosión por fisura bajo tensión para A380 en servicio típico, pero el riesgo aumenta cuando se combinan esfuerzos tensiles, alta actividad de cloruros y temperaturas elevadas; los diseñadores deben ser conservadores para aplicaciones estructurales marinas.
Las interacciones galvánicas hacen que A380 sea anódico frente a muchos aceros y aleaciones de cobre; cuando están acoplados en agua de mar o electrolitos agresivos, el componente de aluminio corroerá preferencialmente a menos que esté eléctricamente aislado o protegido con recubrimientos y ánodos de sacrificio. En comparación con otras familias de aleaciones, A380 sacrifica algo de resistencia a la corrosión a cambio de fundibilidad y economía dimensional; si la resistencia a la corrosión es crítica, se recomienda elegir aleaciones con bajo Cu o sistemas de protección.
Propiedades de Fabricación
Soldabilidad
La soldadura de fundición a presión A380 es factible pero presenta desafíos: la porosidad, gases atrapados y óxidos en microestructuras de fundición aumentan el riesgo de defectos en soldadura. Se recomiendan comúnmente la soldadura TIG y MIG con varillas de aporte Al-Si (por ejemplo, ER4043 o ER4047) para coincidir con la base rica en silicio y reducir la tendencia a agrietamientos en caliente; ER5356 puede usarse para mayor resistencia pero aumenta la susceptibilidad a fisuras en fundiciones Al–Si. El precalentamiento a 150–200 °C, el rectificado hasta metal sano, y tratamientos térmicos post‑soldadura o el martillado pueden mejorar la calidad de la soldadura; sin embargo, el ablandamiento en la zona afectada por el calor y la apertura de porosidad suelen limitar la resistencia en reparaciones.
Mecanizado
A380 es considerada razonablemente mecanizable para una aleación colada; las partículas eutécticas de Si reducen la formación de rebabas y fomentan la rotura de viruta, mientras que la dureza moderada permite velocidades de avance mayores que el aluminio puro más blando. La herramienta de carburo con geometría de ángulo positivo y refrigerante adecuado es estándar para mecanizado de alto volumen; las velocidades de corte son similares a otras aleaciones de aluminio pero la vida útil de la herramienta depende del contenido de Si y compuestos intermetálicos abrasivos. Acabados finos requieren control del avance y la geometría de la herramienta para evitar vibraciones y desprendimiento de partículas de silicio.
Conformabilidad
El conformado de A380 es limitado porque las fundiciones no son dúctiles como el aluminio laminado. Los radios de curvatura deben ser conservadores y las operaciones locales de conformado a menudo resultan en agrietamiento o fractura debido a la baja elongación; los diseñadores típicamente evitan conformados en frío intensos de fundiciones A380. Los mejores resultados en conformado se logran diseñando características en el molde, usando insertos o seleccionando aleaciones laminadas más dúctiles para requerimientos posteriores; el recocido puede mejorar la ductilidad pero reduce significativamente la resistencia.
Comportamiento de Tratamiento Térmico
Aunque A380 contiene Cu y Mg que permiten cierto endurecimiento por precipitación, la respuesta al tratamiento térmico está limitada por la microestructura y porosidad en el estado como fundido. El tratamiento de solución se realiza típicamente a temperaturas alrededor de 495–540 °C para disolver fases solubles, seguido de enfriamiento rápido y envejecido artificial a 150–200 °C para precipitar fases endurecedoras; esto produce condiciones T6 o T5 dependiendo si se realiza solución completa.
Las limitaciones prácticas incluyen distorsión, apertura de porosidad y películas de óxido durante el tratamiento de solución que pueden reducir la precisión dimensional y la vida a fatiga; por ello muchos fabricantes de fundición a presión prefieren T5 (envejecido directo) o procesos controlados de envejecido para equilibrar ganancias de resistencia con estabilidad dimensional. Para comportamiento no tratable térmicamente, A380 puede ablandarse mediante recocido en horno para aumentar ductilidad en conformado limitado, y el trabajo en frío local aumenta ligeramente la dureza, pero no sustituye aleaciones laminadas completas.
Comportamiento a Alta Temperatura
La resistencia de A380 disminuye con la temperatura y la aleación se recomienda generalmente para servicio continuo por debajo de aproximadamente 150 °C en aplicaciones con carga. El servicio a temperatura elevada acelera el ablandamiento de estructuras endurecidas por envejecido y puede promover el crecimiento de precipitados, reduciendo tanto la resistencia estática como la vida a fatiga; exposiciones prolongadas por encima de ~200 °C no son típicas para componentes A380. La oxidación del aluminio es generalmente protectora, pero a temperaturas más altas los intermetálicos y la expansión diferencial pueden causar microgrietas y reducir la integridad de sellado en ensamblajes.
Las secciones soldadas o reparadas desarrollan zonas afectadas por el calor (HAZ) donde ocurre sobreenvejecido o ablandamiento; las excursiones de alta temperatura pueden exacerbar el ablandamiento de HAZ y reducir capacidades de caminos de carga, por lo que los diseñadores deben considerar la reducción de resistencia local y evitar colocar uniones críticas atornilladas o soldadas en zonas de alta temperatura.
Aplicaciones
| Industria | Ejemplo de Componente | Por qué se usa A380 |
|---|---|---|
| Automotriz | Carcasas de transmisión, carcasas de cuerpos de válvula, soportes | Excelente fundibilidad a presión, precisión dimensional, costo efectivo para piezas de alto volumen |
| Marina |