Aluminio A390: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

A390 es una aleación de fundición de aluminio-silicio hipereutéctica dentro de la familia de materiales fundidos Al‑Si‑Cu‑Mg del estilo 3xx/4xx, en lugar de una serie trabajada 6xxx o 7xxx. Su química está dominada por un muy alto contenido de silicio (típicamente ~17–19 wt%) con cobre y magnesio como elementos secundarios para el endurecimiento, combinados con bajos niveles de hierro, manganeso y trazas de titanio para el control y modificación del grano.

El mecanismo principal de fortalecimiento es el endurecimiento por precipitación de la matriz de aluminio mediante intermetálicos Cu/Mg tras tratamiento de solubilización y envejecimiento artificial, junto con un refuerzo microestructural proveniente de las partículas duras de silicio primario distribuidas en la matriz. Esto convierte a A390 en una aleación de fundición tratable térmicamente con una microestructura y respuesta mecánica distinta a las aleaciones trabajadas endurecidas por deformación.

Las características clave incluyen alta resistencia al desgaste y a la compresión en contacto debido a las grandes partículas duras de Si, buena estabilidad dimensional tras el tratamiento térmico, resistencia a la corrosión moderada que se reduce por la adición de cobre, y ductilidad y formabilidad limitadas en comparación con aleaciones trabajadas comunes. Las industrias típicas que usan A390 son automotriz (pistones, camisas de cilindros, insertos de desgaste), componentes hidráulicos y neumáticos, bombas y algunos componentes pesados de motores donde la resistencia al desgaste y la fundibilidad son críticas.

Los ingenieros eligen A390 cuando se requiere una combinación de resistencia al desgaste hipereutéctica, fundibilidad en formas complejas y la capacidad de alcanzar condiciones endurecidas tipo T6; se selecciona sobre aleaciones fundidas con menor contenido de Si cuando la estabilidad superficial bajo contacto deslizante o abrasivo y el control dimensional termal estricto son prioritarios.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Notas
En estado bruto (F)	Bajo–Moderado	Bajo (1–4%)	Pobre	Limitada	Microestructura en estado de fundición; Si primario presente; ductilidad mínima
O / Recocido	Bajo	Moderado	Mejorada respecto a F	Limitada	Matriz suavizada mediante solubilización/recocido para alivio de tensiones
T5 (Envejecido artificialmente en fundición enfriada)	Moderado	Bajo (1–3%)	Pobre	Limitada	Envejecimiento artificial rápido desde fundición enfriada sin solubilización previa
T6 (Tratamiento de solubilización + envejecimiento artificial)	Alto	Bajo (0.5–3%)	Pobre	Limitada	Resistencia máxima para A390; típico para pistones y partes de desgaste
T7 / Sobreenvejecido	Moderado	Bajo (1–4%)	Pobre	Limitada	Estabilizado, mejora estabilidad térmica a costa de la máxima resistencia

El temple tiene un efecto pronunciado en A390 porque la morfología del silicio y la distribución de los precipitados Cu/Mg controlan directamente la resistencia y tenacidad. El tratamiento de solubilización seguido de enfriamiento y envejecimiento artificial (T6) maximiza la resistencia de la matriz, pero hace poco para mejorar la elongación debido a que las grandes partículas de Si primario permanecen como factor limitante.

En términos prácticos, los diseñadores intercambian ductilidad por dureza y resistencia al desgaste: condiciones en estado bruto y T5 se usan cuando se prefiere mínimo procesamiento térmico, mientras que T6 se especifica cuando se necesitan mayores resistencias a la tracción y al límite elástico y mejor resistencia a la fatiga.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	17.0–19.0	Fase primaria de endurecimiento y desgaste; contenido hipereutéctico que produce partículas primarias de Si.
Fe	0.6–1.2	Elemento formador de intermetálicos; en exceso produce fases frágiles de Fe y reduce fatiga.
Mn	0.2–0.6	Modifica intermetálicos de Fe; mejora ligeramente la tenacidad.
Mg	0.3–0.6	Contribuye al endurecimiento por precipitación con Cu formando Mg2Si y precipitados complejos.
Cu	3.5–4.5	Principal endurecedor por precipitación; mejora resistencia pero reduce resistencia a la corrosión.
Zn	≤0.25	Minoritario; usualmente impureza, poco efecto de endurecimiento.
Cr	≤0.2	Captura Fe y estabiliza microestructura en algunas fundiciones.
Ti	0.02–0.12	Refinador de grano para fundiciones, controla nucleación de matriz Al.
Otros (Ni, Sr, modificadores Sr)	≤0.5 cumul.	Ni se puede añadir para estabilidad a alta temperatura; Sr se usa para modificar Si en algunas fundiciones.

La alta fracción de silicio produce una microestructura bifásica de matriz Al y partículas duras de Si que dominan la resistencia al desgaste y rigidez. El cobre y magnesio forman precipitaciones tras el tratamiento térmico que elevan significativamente resistencia y dureza, mientras que hierro y manganeso controlan intermetálicos frágiles que afectan la fatiga y fractura. Pequeñas adiciones de Ti o Sr se usan durante el proceso de fundición para refinar la estructura del grano y modificar la morfología de partículas de silicio, mejorando las propiedades de fundición.

Propiedades Mecánicas

A390 exhibe una combinación de resistencia relativamente alta a compresión y desgaste con ductilidad a tracción limitada debido a su fase hipereutéctica de silicio. En condición T6, la matriz de aluminio contribuye con un límite elástico y resistencia a la tracción significativos por los precipitados Cu/Mg, pero la elongación sigue siendo baja y la fractura suele estar controlada por las partículas frágiles de silicio y los intermetálicos. El desempeño a fatiga depende en gran medida de la calidad de la fundición, la porosidad y el tamaño/distribución de partículas primarias de Si; acabados superficiales finos y tratamientos térmicos pueden mejorar la vida a fatiga pero no eliminan el comportamiento de iniciación de grietas controlado por Si.

El espesor y tamaño de sección afectan fuertemente porque la velocidad de enfriamiento durante la solidificación determina el tamaño y distribución del Si primario y el espaciamiento eutéctico; secciones más gruesas enfrían más lento, produciendo Si más grueso y propiedades mecánicas inferiores. La dureza se correlaciona con el temple y la microestructura: la dureza en fundición es moderada y aumenta sustancialmente tras solubilización y envejecimiento artificial para condiciones T6, donde los valores en HB se acercan a los requeridos para componentes resistentes al desgaste.

Propiedad	Estado Bruto / Recocido (F/O)	Temple Clave Típico (T6)	Notas
Resistencia a la Tracción (UTS)	140–220 MPa	280–360 MPa	Valores T6 dependen de tiempo/temperatura de tratamiento; gran variabilidad por porosidad y morfología de Si.
Límite Elástico (desplazamiento 0.2%)	70–140 MPa	220–320 MPa	El límite elástico aumenta bruscamente con T6; en fundición es bajo y variable.
Elongación (A%)	1–6%	0.5–3%	Ductilidad baja típica; mayor elongación posible en fundiciones delgadas y refinadas.
Dureza (HB)	70–110 HB	110–160 HB	Dureza aumenta con el envejecimiento; alta dureza correlaciona con resistencia al desgaste.

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.75 g/cm³	Ligera mayor que aluminio puro debido a Cu; alto Si marginalmente reduce la densidad.
Rango de Fusión (solidus–líquidus)	~520–585 °C	Aleación hipereutéctica con amplio rango de solidificación; Si primario cristaliza temprano.
Conductividad Térmica	~90–120 W/m·K	Inferior al aluminio puro y aleaciones bajas en Si; conductividad reducida por Cu y partículas de Si.
Conductividad Eléctrica	~25–35 %IACS	La aleación y los intermetálicos reducen la conductividad comparado con aluminio comercial puro.
Calor Específico	~0.88–0.95 kJ/kg·K	Típico de aleaciones de aluminio; varía ligeramente con temperatura y composición.
Expansión Térmica (20–200 °C)	~21–23 µm/m·K	Coeficiente influenciado por alto Si; CTE globalmente reducido respecto a aluminio trabajado.

La microestructura tipo compuesto de A390 (matriz Al con partículas duras de Si) reduce la conductividad térmica y eléctrica respecto al aluminio puro, pero mejora la estabilidad al desgaste y dimensional térmica en contactos deslizantes. El comportamiento de fusión y solidificación es importante para el diseño del proceso de fundición, ya que la cristalización del Si primario puede impactar el alimentación, la contracción y el desgaste de herramientas durante moldeo por fundición a presión y moldes permanentes.

Formas del producto

Forma	Grosor/tamaño típico	Comportamiento mecánico	Temple común	Notas
Chapa	No típico	N/D	N/D	A390 no se produce como chapa laminar fina; no apto para laminado o conformado.
Placa	Limitado / Fundiciones gruesas (≥10 mm)	Variable según sección	F, T5, T6	Placas gruesas pueden producirse por fundición por gravedad o en molde permanente para piezas pesadas.
Extrusión	No aplicable	N/D	N/D	A390 es una aleación para fundición y no se utiliza para extrusión.
Tubo	Raro como tubo fundido	Variable	F, T6	Tubos fundidos posibles para componentes hidráulicos especializados; no común.
Barra/Bastón	Barras de lingote/blancos para forja	Variable	F, T6	Normalmente se suministra como piezas fundidas o lingotes para mecanizado posterior; barra laminada poco común.

A390 se suministra y utiliza principalmente en formas fundidas — fundición a presión de alta presión, fundición por gravedad/molde permanente y fundición precisa en arena son las rutas de producción habituales. El alto contenido de silicio de la aleación promueve baja dilatación térmica y reducción de contracción, pero aumenta el desgaste de herramientas y moldes, por lo que la práctica en fundición y los materiales de herramientas son consideraciones clave. Los diseñadores deben planificar formas cercanas a la neta para minimizar el mecanizado posterior y seleccionar procesos de fundición coherentes con los espesores requeridos para controlar la morfología del silicio y la porosidad.

Grados equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	A390	EE.UU.	Designación de fundición según Aluminium Association para aleación hipereutéctica Al‑Si‑Cu‑Mg.
EN AW / EN AC	AlSi17Cu4 / EN AC‑43400 (aprox.)	Europa	Existen aproximaciones simplificadas en EN; verificar especificaciones químicas y mecánicas según norma específica.
JIS	ADCxx (aprox.)	Japón	No existe equivalente JIS exacto; algunas aleaciones ADC son similares pero difieren en balance Cu/Si.
GB/T	A390 (o AlSi17Cu4)	China	Normas chinas pueden usar designaciones análogas; comprobar especificaciones locales para límites exactos.

Las referencias cruzadas a normas internacionales son aproximadas porque las normas de fundición emplean diferentes tolerancias, límites de impurezas y requisitos de ensayos mecánicos. Los ingenieros deben comparar tablas completas de composición química y condiciones de ensayo mecánico (método de fundición, tratamiento térmico, límites de porosidad) cuando sustituyen grados entre regiones.

Resistencia a la corrosión

A390 presenta resistencia moderada a la corrosión atmosférica típica de las aleaciones fundidas Al‑Si, pero el contenido relativamente alto de cobre reduce su resistencia comparado con aleaciones bajas en cobre. En atmósferas industriales o rurales poco corrosivas, la aleación forma una película protectora de óxido, pero partículas de cobre e intermetálicos pueden actuar como cátodos locales e incrementar riesgo de picaduras y corrosión localizada, especialmente si la matriz no está bien pasivada.

La exposición marina es más desafiante: ambientes con cloruros aceleran la corrosión por picaduras y grietas, y la presencia de cobre agrava el ataque localizado. Para servicio marino o en ambientes agresivos con cloruros, generalmente se requieren recubrimientos protectores, anodizado (cuando procede) o medidas de diseño sacrificial.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es menos frecuente en aleaciones fundidas con alto refuerzo de Si que en aleaciones de Al‑Cu laminadas de alta resistencia bajo fuerte tensión, pero las tensiones residuales por fundición y tratamiento térmico combinadas con ambientes corrosivos pueden promover fisuración en sitios de defectos como porosidad o grandes partículas de Si. Las interacciones galvánicas son importantes: A390 es anódico frente a muchos aceros inoxidables y aleaciones de níquel, por lo que se corroerá preferencialmente; se recomienda aislamiento o sistemas de recubrimiento adecuados. Comparado con aleaciones laminadas 5xxx y 6xxx, A390 sacrifica algo de resistencia a la corrosión por mayor resistencia al desgaste y a la tracción en piezas fundidas.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Soldar A390 es difícil y generalmente se desaconseja porque el Si primario y los intermetálicos causan fisuración en caliente y zonas de mala fusión. La fusión local con TIG o MIG puede producir metal de soldadura frágil y un ablandamiento significativo en la ZAC; los aportes deben seleccionarse para equilibrar ductilidad y resistencia a la corrosión, y los tratamientos térmicos pre y post soldadura tienen eficacia limitada. Para soldaduras de reparación se requieren aportes Al‑Si‑Cu formulados especialmente y control estricto de entrada térmica, temperatura interpaso y limpieza, pero con frecuencia se prefieren reparaciones mecanizadas y atornilladas.

Mecanizado

El comportamiento al mecanizado es bueno en muchos casos porque la fase dura de Si actúa como abrasión de corte en servicio, aumentando desgaste de herramienta pero permitiendo altas velocidades de arranque de viruta; se recomienda herramienta de carburo y uso de fluidos de corte para controlar temperatura y evacuación de viruta. Índices típicos de mecanizabilidad superan a muchas aleaciones laminadas por la matriz fracturable y partículas frágiles de Si, aunque la vida útil de la herramienta depende en gran medida de la morfología de las partículas de silicio y la porosidad de fundición. El mecanizado a alta velocidad con montajes rígidos, plaquitas PCBN o carburo recubierto, y estrategias de corte interrumpido funcionan bien para componentes A390.

Conformabilidad

El conformado en frío y plegado convencional son muy limitados debido a baja ductilidad y la presencia de grandes fases primarias de Si que promueven fisuración. Desformados pequeños y locales son posibles en piezas recocidas o tratadas especialmente, pero el conformado típico debe planificarse mediante fundición cerca de la geometría final. Existen técnicas de conformado en caliente y semisólido para aleaciones fundidas Al‑Si, pero requieren procesos dedicados y no son comunes para componentes estándar A390 fundidos.

Comportamiento al tratamiento térmico

A390 es una aleación fundida hipereutéctica tratable térmicamente donde un tratamiento de solución controlado y envejecimiento artificial generan la estructura precipitada deseada en la matriz de aluminio. Las temperaturas típicas de tratamiento de solución oscilan entre 500–540 °C durante tiempos dependientes del espesor para disolver los constituyentes solubles Cu y Mg, seguidos de un temple rápido para retener una solución sólida sobresaturada. El envejecimiento artificial se realiza comúnmente entre 150–200 °C por períodos de 2 a 10 horas para alcanzar la resistencia máxima T6; tiempos y temperaturas se optimizan según tamaño del componente y propiedades deseadas.

Dado que las partículas primarias de Si son estables a temperaturas de tratamiento térmico, éste modifica las propiedades de la matriz sin cambiar apreciablemente el contenido frágil de Si; por eso las mejoras en elongación son limitadas. El sobreenvejecimiento (T7) produce un crecimiento de los precipitados para mejorar estabilidad térmica y relajación de tensiones a costa de resistencia máxima, lo que puede ser un compromiso útil para estabilidad dimensional a alta temperatura. En piezas fundidas, controlar la severidad del temple y minimizar la distorsión y tensiones residuales inducidas son aspectos prácticos; algunos fundidos requieren dispositivos para tratamiento de solución o medios de temple modificados para controlar distorsión.

Comportamiento a alta temperatura

Las propiedades mecánicas de A390 se degradan con la temperatura creciente debido al crecimiento de los precipitados y la reducción de resistencia de la matriz; la resistencia estructural útil habitualmente disminuye por encima de ~150–200 °C. Para servicio continuo a temperaturas elevadas, las condiciones T7 o sobreenvejecidas ofrecen mejor estabilidad aunque con menor resistencia a temperatura ambiente, mientras que exposiciones cortas a temperaturas más altas pueden causar revertido parcial del envejecimiento y pérdida de resistencia. La oxidación del aluminio es mínima comparada con metales férricos, pero la presencia de intermetálicos ricos en cobre puede afectar el comportamiento a la corrosión en ambientes oxidantes o con cloruros.

La zona afectada por el calor durante calentamiento localizado (soldadura, fricción) puede sufrir ablandamiento y fragilización; el diseño debe contemplar fluencia, relajación de tensiones y deriva dimensional en aplicaciones a alta temperatura. Para exposición térmica cíclica, la dilatación diferencial entre la matriz de Al y las partículas duras de Si puede producir microfisuras con el tiempo, por lo que la geometría del componente y soportes deben mitigar concentraciones de tensiones térmicas.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de componente	Razón para usar A390
Automotriz	Pistones y faldas de pistón	Si hipereutéctico aporta resistencia al desgaste y reducción de la dilatación térmica; buena estabilidad dimensional.
Automotriz / Tren motriz	Camisetas de cilindro, anillos de desgaste	Alta dureza superficial y propiedades de desgaste lubricado para contactos deslizantes.
Hidráulica / Neumática	Cuerpos de válvulas, carcasas de bombas	Fundibilidad en geometrías complejas y buena resistencia tras T6.
Maquinaria industrial	Rodamientos y casquillos	Resistencia al desgaste y resistencia a la compresión para cargas de contacto repetidas.
Electrónica / Térmica	Carcasas resistentes al calor (limitado)	Buena estabilidad térmica y mecanizabilidad para piezas de precisión.

A390 se elige cuando los componentes requieren alta resistencia al desgaste, estabilidad dimensional bajo ciclos térmicos y capacidad para fundir formas complejas cercanas a la neta. Su combinación de microestructura de silicio hipereutéctico y matriz endurecida por precipitación lo hace especialmente adecuado para componentes de movimiento alternativo o deslizante donde la vida útil bajo carga de contacto es crítica.

Información para la Selección

El A390 es adecuado cuando se priorizan la resistencia al desgaste y la fundibilidad sobre la ductilidad y la conductividad eléctrica; elija A390 para pistones, revestimientos e inserciones de desgaste donde el silicio hipereutéctico proporciona superficies deslizantes duraderas. En comparación con el aluminio comercialmente puro (1100), el A390 sacrifica considerablemente la conductividad eléctrica y la conformabilidad a cambio de una muchísima mayor dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la compresión bajo cargas de contacto.

Frente a aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, el A390 ofrece una resistencia al desgaste mucho mayor y una resistencia alcanzable más alta tras el tratamiento T6, pero típicamente presenta menor resistencia a la corrosión y una conformabilidad mucho menor; esas aleaciones forjadas son mejores cuando el formado y la corrosión son preocupaciones principales. En comparación con aleaciones forjadas tratables térmicamente comunes como 6061/6063, el A390 proporciona superior resistencia al desgaste abrasivo y al agarrotamiento, además de mejor estabilidad dimensional térmica en componentes fundidos, y es preferido donde la complejidad casi neta de la fundición y el desgaste prevalecen sobre la mayor ductilidad pico de tracción de las aleaciones forjadas serie 6xxx.

Resumen Final

El A390 sigue siendo una aleación de fundición importante en ingeniería donde la morfología de silicio hipereutéctico, la fundibilidad en geometrías complejas y las propiedades de matriz endurecida por precipitación coinciden para ofrecer alta resistencia al desgaste y estabilidad dimensional. Sus fortalezas específicas lo convierten en una elección frecuente para componentes de deslizamiento y recíprocos de alta exigencia en aplicaciones automotrices e industriales, siempre que los diseñadores consideren su ductilidad limitada y los compromisos en corrosión.