Aluminio A413.0: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

A413.0 pertenece a la familia de aluminio 4xxx, una serie basada en silicio que enfatiza la soldabilidad y la fluidez en fundición/forjado más que las máximas resistencias en condiciones de temple. La aleación está formulada con silicio como elemento principal, complementado con adiciones controladas de magnesio y cobre para permitir el endurecimiento por precipitación y mejorar el rendimiento mecánico. El fortalecimiento en A413.0 se consigue principalmente mediante una combinación de tratamiento de solución seguido de envejecimiento artificial (endurecimiento por precipitación), con una respuesta limitada al trabajo en frío para los componentes conformados en frío. Sus características típicas incluyen resistencia de moderada a alta en estados tratados térmicamente, buena resistencia a la corrosión en muchas atmósferas, excelente soldabilidad debido al silicio y una conformabilidad adecuada en templas más blandas.

A413.0 se encuentra comúnmente en componentes estructurales y de carrocería automotriz, carcasas y soportes de tren motriz, accesorios marinos y componentes que requieren un equilibrio entre la capacidad de fundición/extrusión y el rendimiento mecánico. La aleación es elegida cuando los diseñadores necesitan un aluminio que acepte soldadura fácilmente, manteniendo niveles intermedios de resistencia tras tratamiento térmico —un compromiso práctico entre las aleaciones 3xxx/5xxx no tratables térmicamente y las familias 6xxx/2xxx tratables con alta resistencia. En la fabricación, el contenido de silicio de A413.0 mejora el acabado superficial y reduce la tendencia a agrietamiento en caliente durante el unido y la fundición, lo que simplifica la fabricación y disminuye los rechazos. Para aplicaciones que requieren buena maquinabilidad, estabilidad dimensional tras el tratamiento térmico y resistencia a la corrosión sin los costos o complejidad de manejo de aleaciones 2xxx o 7xxx de alta resistencia, A413.0 es frecuentemente seleccionado.

El atractivo de A413.0 proviene de un diseño metalúrgico equilibrado: el silicio proporciona un rango de solidificación bajo y compatibilidad con rellenos de soldadura, el magnesio y el cobre aportan potencial para endurecimiento por precipitación, y los elementos de transición menores (Ti, Cr) refinar la microestructura y controlan el crecimiento de grano. La aleación presenta cinéticas de envejecimiento predecibles y una ventana de procesamiento relativamente amplia para el tratamiento de solución y envejecimiento en comparación con aleaciones de alta resistencia más sensibles a la velocidad de enfriamiento. Esto hace que A413.0 sea atractiva para fabricantes OEM y talleres que valoran la robustez del proceso, propiedades mecánicas repetibles y menores tasas de rechazo durante soldadura y tratamiento térmico. Su combinación de costo moderado, disponibilidad y facilidad de fabricación frecuentemente inclina la elección hacia A413.0 para aplicaciones estructurales de rendimiento medio.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Baja	Alta (18–25%)	Excelente	Excelente	Estado totalmente recocido para conformado y unión
H14	Baja–Moderada	Moderada (12–18%)	Buena	Excelente	Trabajo en frío ligero; bueno para piezas conformadas simples
T5	Moderada	Moderada (8–14%)	Regular	Excelente	Enfriado tras trabajo en caliente y envejecido artificialmente para alivio de tensiones
T6	Alta	Baja–Moderada (6–12%)	Reducida	Buena	Tratado en solución y envejecido a pico para máxima resistencia
T651	Alta	Baja–Moderada (6–12%)	Reducida	Buena	Tratado en solución, alivio de tensiones por estirado, envejecido artificialmente

El temple influye de forma determinante en el equilibrio entre la conformabilidad y el rendimiento mecánico final en A413.0. Los templas blandos O y H ligeros se usan cuando se requiere conformado en frío extenso o embutición profunda, mientras que los templas T5/T6/T651 se emplean cuando la resistencia y estabilidad dimensional post-tratamiento térmico son prioritarias.

El cambio entre templas modifica la resistencia a la fatiga, los niveles de tensiones residuales y la susceptibilidad al rebote elástico (springback); por ello los diseñadores deben seleccionar el temple adecuado según las operaciones de conformado y las cargas de servicio previstas. El mejor desempeño en soldadura se obtiene en templas blandos, aunque piezas en condición T6 pueden soldarse con relleno adecuado y tratamiento térmico posterior para restaurar la resistencia en la zona afectada por el calor (HAZ).

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	6.0–12.0	Elemento principal de aleación; mejora la fluidez, reduce el rango de fusión y aumenta la soldabilidad
Fe	0.2–1.2	Elemento impureza que forma intermetálicos; controlado para limitar la fragilización
Mn	0.05–0.6	Modificador de estructura de grano y contribuyente a la resistencia en algunos templas
Mg	0.3–1.4	Proporciona endurecimiento por precipitación (Mg2Si) en combinación con Si
Cu	0.2–1.5	Mejora la resistencia a través de precipitación pero puede reducir la resistencia a la corrosión si es excesivo
Zn	0.05–0.5	Minoritario; puede influir marginalmente en resistencia y comportamiento frente a la corrosión
Cr	0.05–0.3	Controla la estructura granular y limita la recristalización durante el procesamiento térmico
Ti	0.02–0.2	Refinador de grano para fundiciones y extrusiones; mejora la confiabilidad mecánica
Otros (incluido el resto Al)	Balance	Adiciones traza (B, Zr) pueden especificarse para control especial del procesamiento

La composición química apunta a una matriz dominada por silicio con magnesio y cobre suficientes para permitir un endurecimiento por envejecimiento predecible mediante precipitados de Mg–Si y Cu. El silicio reduce la temperatura de solidez y disminuye el cambio de forma en la solidificación, lo que beneficia procesos de fundición y soldadura. Cantidades pequeñas de elementos de transición como Cr y Ti actúan como refinadores de grano e inhibidores de recristalización, mejorando la tenacidad y estabilidad dimensional tras entrada de calor.

El control del hierro y otras impurezas es importante porque el exceso de Fe produce intermetálicos frágiles que disminuyen la ductilidad y la vida a fatiga. El balance entre Mg y Si es crítico para asegurar la fracción volumétrica y composición correcta de los precipitados fortalecedores, mientras que las adiciones de Cu aumentan la resistencia pero requieren estrategias de mitigación en ambientes marinos o con alta concentración de cloruros.

Propiedades Mecánicas

A413.0 en condición recocida exhibe límites de elasticidad y resistencia a la tracción relativamente bajos con alta ductilidad, permitiendo embutición profunda y operaciones complejas de conformado sin agrietamiento. En condiciones tratadas térmicamente (T5/T6/T651), la aleación desarrolla resistencias a límite elástico y tracción última significativamente mayores mediante la formación de finos precipitados, a costa de elongación y menor doblabilidad. El comportamiento a fatiga es muy sensible al proceso; especímenes en temple T6 muestran mejor resistencia a la iniciación de grietas bajo cargas estáticas elevadas, pero la presencia de defectos por fundición o mecanizado y los intermetálicos gruesos pueden dominar la propagación de grietas.

El espesor y la forma del producto influyen fuertemente en la respuesta mecánica porque las velocidades de enfriamiento durante el temple afectan la dispersión de precipitados y el ablandamiento de la zona afectada por el calor en componentes soldados. Las secciones delgadas pueden endurecerse completamente con envejecimiento T6, mientras que las secciones gruesas pueden presentar gradientes en propiedades mecánicas debido a enfriamientos más lentos y diferencias en el crecimiento microestructural. La dureza correlaciona bien con las propiedades a tracción en A413.0; las mediciones de dureza Rockwell o Brinell se usan comúnmente como controles de producción para confirmar el temple y respuesta al envejecimiento.

Propiedad	Recocido/O	Temple Clave (T6/T651)	Notas
Resistencia a la tracción	120–170 MPa	280–360 MPa	T6 ofrece hasta ~2.5× aumento frente a O; el rango depende de la composición exacta y el espesor
Límite elástico	60–100 MPa	220–300 MPa	El límite elástico se aproxima a la resistencia a la tracción en condiciones sobremaduradas; el diseño debe usar valores conservadores del límite elástico
Elongación	18–25%	6–12%	La ductilidad disminuye con el incremento del envejecimiento y los intermetálicos ricos en Si
Dureza	40–60 HB	90–130 HB	La dureza se correlaciona con la respuesta al envejecimiento; se usa para control de calidad del estado de temple

Propiedades físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.68–2.74 g/cm³	Ligeramente dependiente de la aleación; cercano al aluminio puro
Rango de fusión	Solidus ≈ 555–575 °C; Liquidus ≈ 615–645 °C	El Si reduce el solidus respecto al Al puro; afecta las ventanas de fundición y soldadura
Conductividad térmica	100–140 W/m·K	Menor que el aluminio puro pero aún alta comparada con aceros; afectada por Si y elementos de aleación
Conductividad eléctrica	28–42 % IACS	Reducida respecto al aluminio puro debido a solutos y precipitados
Calor específico	0.85–0.92 J/g·K	Similar a otras aleaciones de Al; útil para cálculos de gestión térmica
Expansión térmica	22–24 µm/m·K (20–100 °C)	Típico de aleaciones de Al; considerar expansión diferencial en ensamblajes bimetálicos

A413.0 conserva la favorable baja densidad y alta conductividad térmica propias del aluminio, haciendo que sea una opción atractiva donde se requieren ahorro de peso y disipación de calor. El contenido de silicio reduce la conductividad eléctrica y térmica respecto al aluminio puro, pero no en la medida que impida su uso en aplicaciones disipadoras de calor para electrónica de potencia moderada. El rango de fusión y la temperatura solidus reducida exigen un control riguroso de parámetros de soldadura y fundición para evitar fisuras en caliente y manejar los efectos en la zona afectada térmicamente (ZAT).

La expansión térmica es significativa comparada con aceros o materiales compuestos, por lo que los ensamblajes que combinan materiales diferentes requieren tolerancias para el movimiento térmico diferencial. La combinación de calor específico y conductividad apoya análisis térmicos transitorios en piezas sometidas a cargas térmicas pulsadas.

Formas de producto

Forma	Espesor/Tamaño típico	Comportamiento de resistencia	Temperas comunes	Notas
Chapa	0.5–6.0 mm	Espesor uniforme permite reforzamiento confiable en T6	O, H14, T5, T6	Usada donde se requiere acabado superficial y conformabilidad
Placa	6–100 mm	Secciones gruesas pueden estar sobremaduradas por limitaciones de enfriamiento	O, T5, T6	Requiere control del enfriamiento para evitar zonas blandas en núcleo
Extrusión	Perfiles de 1–100 mm	Buena resistencia longitudinal y control de flujo de grano	O, T5, T6	Adiciones de Ti y Cr mejoran estabilidad en extrusión a altas temperaturas
Tubo	Pared de 1–20 mm	Comportamiento similar a chapa/extrusión; uniones soldadas factibles	O, T5, T6	Usados en tubería estructural, hidráulica y marina
Barra/Bastón	Ø3–200 mm	Bastones pueden estirarse y envejecerse; tamaño de sección impacta el enfriamiento	O, T6	Usados para componentes mecanizados y en ocasiones para sujetadores

La chapa y placa se suelen laminar y reciben tratamientos posteriores de solubilización y envejecimiento para alcanzar las temperas objetivo, mientras que las extrusiones se benefician del mejor flujo que proporciona el silicio para producir paredes delgadas y secciones transversales complejas. La producción de tubos y barras debe considerar la interacción entre tamaño de sección transversal y velocidad de enfriamiento; secciones grandes requieren a menudo técnicas especiales de enfriamiento o envejecimiento interrumpido para obtener propiedades mecánicas uniformes. Los materiales para mecanizado (barras/bastones) se suministran frecuentemente en estados blandos y se endurecen después del conformado en bruto para reducir el desgaste de herramientas y la distorsión.

Las operaciones de conformado son más económicas en estados O o semiendurecidos; el tratamiento térmico final se usa para fijar propiedades mecánicas cuando la estabilidad dimensional es crítica. Los ensamblajes soldados pueden diseñarse para minimizar la distorsión post-soldadura y permitir restauración local o global de propiedades mediante tratamientos térmicos.

Grados equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	A413.0	EE.UU.	Designación Aluminum Association usada en especificaciones norteamericanas
EN AW	No hay equivalente directo	Europa	No existe un código EN AW único que coincida exactamente; EN AW-4032 o EN AW-4047 son análogos cercanos según la proporción de Si/Mg/Cu
JIS	No hay equivalente directo	Japón	Existen aleaciones fundidas/extruidas similares, pero la composición exacta varía entre fabricantes
GB/T	No hay equivalente directo	China	Se pueden usar aleaciones domésticas comparables; se requiere verificación cuidadosa de propiedades

No existe un equivalente internacional universalmente idéntico al A413.0, porque las normas regionales suelen dividir las aleaciones a base de silicio en varios grados más estrechamente definidos. Las normas europeas y asiáticas ofrecen aleaciones con contenidos similares de Si y Mg (por ejemplo, la familia 4032 o variantes modificadas del 4047) que aproximan el equilibrio del A413.0 entre soldabilidad y resistencia tratable térmicamente, pero las diferencias en Cu, Ti y elementos traza generan variaciones medibles en la cinética de envejecimiento y resistencia a la corrosión. Al hacer sustituciones, los ingenieros deben comparar rangos de composición reales, curvas de respuesta al tratamiento térmico y propiedades mecánicas certificadas, en lugar de depender solo del nombre nominal del grado.

La referencia cruzada debe realizarse usando reportes certificados de ensayos de material y pruebas mecánicas comparativas para componentes críticos, en especial cuando la vida a fatiga, tenacidad a la fractura o resistencia a la corrosión son parámetros de diseño. Cuando se requiere certificación regulatoria o aprobación aeroespacial, es obligatorio usar el grado exacto especificado o un equivalente validado.

Resistencia a la corrosión

A413.0 presenta una resistencia atmosférica a la corrosión generalmente buena, similar a muchas aleaciones Al–Si, beneficiándose de la capa pasiva de óxido de aluminio y del impacto modesto del silicio en la estabilidad electroquímica. En ambientes marinos o ricos en cloruros, la aleación tiene un comportamiento aceptable, aunque es más susceptible a la picadura localizada que las aleaciones 5xxx altas en magnesio; recubrimientos protectores o anodizados son comúnmente aplicados para servicio a largo plazo. La susceptibilidad a la corrosión por esfuerzo (SCC) es baja a moderada según la tempera; las condiciones T6 con tensiones residuales a tracción y ambientes agresivos exigen precaución y pueden requerir tratamiento térmico post-soldadura o modificaciones de diseño para mitigar el riesgo de SCC.

Las interacciones galvánicas siguen el comportamiento estándar del aluminio; cuando se ensamblan con metales más nobles (aceros inoxidables, aleaciones de cobre), A413.0 se corroerá preferentemente a menos que se aísle eléctricamente o se provean medidas sacrificatorias. En comparación con las aleaciones 5xxx (Al–Mg), A413.0 sacrifica ligeramente resistencia a la corrosión por grietas y picaduras a cambio de mejor soldabilidad y resistencia tratable térmicamente. Frente a aleaciones serie 6xxx, A413.0 puede tener rendimiento comparable en corrosión atmosférica, pero suele tolerar mejor la soldadura sin desajustes de relleno debido al efecto favorable del silicio en la solidificación.

Tratamientos superficiales como anodizado, conversión cromatada y recubrimientos orgánicos extienden la vida útil dramáticamente y son habituales en aplicaciones marinas y exteriores. Los diseñadores deben evaluar la química local de la aleación y tempera, ya que pequeñas diferencias en contenido de Cu y Mg afectan materialmente el comportamiento a la corrosión en ambientes agresivos.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

A413.0 se suelda bien con procesos estándar TIG y MIG gracias al efecto beneficioso del silicio sobre la reducción de fisuras en caliente y la promoción de baños fundidos fluidos. Aleaciones de aporte recomendadas incluyen ER4043 (Al–Si) para soldaduras de propósito general y ER5356 (Al–Mg) donde se requieren mayor resistencia en la unión y compatibilidad aceptable con la base. El riesgo de fisura en caliente es bajo comparado con muchas aleaciones 6xxx y 2xxx, pero es necesario controlar el ajuste de juntas, purga y la entrada de calor para minimizar porosidad e inclusión de óxidos.

Las zonas afectadas térmicamente (ZAT) pos-soldadura pueden experimentar ablandamiento si el metal base estaba en condición de envejecimiento pico; en estos casos se puede usar re-solubilización local o envejecimiento artificial para recuperar propiedades si la geometría y la economía de producción lo permiten. Rara vez se requiere precalentamiento, pero el control de temperatura interpasos y técnicas de alivio de tensiones pueden aplicarse en grandes soldaduras para controlar distorsión.

Mecanizado

La mecanizabilidad de A413.0 es moderada y generalmente mejor que la de aleaciones 2xxx de alta resistencia debido al efecto abrasivo pero rompetrozos del silicio; las herramientas de corte deben seleccionarse por su resistencia al desgaste abrasivo, típicamente insertos de carburo o carburo recubierto. Se recomiendan prácticas de mecanizado con altas tasas de avance y velocidades de corte moderadas para promover segmentación del viruta y controlar la temperatura de la herramienta; se aconseja el uso de refrigerante para eliminar virutas atrapadas y reducir cargas térmicas. El acabado superficial y la vida útil de la herramienta dependen en gran medida del tamaño y distribución de las partículas de Si; un Si fino y homogéneamente distribuido conduce a mejores acabados y menor desgaste de herramienta.

Para componentes con tolerancias ajustadas, realizar un desbaste en temple más blando seguido de un endurecimiento por envejecimiento final y un paso de mecanizado de acabado puede reducir la distorsión y mejorar el control dimensional. El roscado, el tarrajeo y el taladrado de orificios profundos requieren lubricación adecuada y frecuentemente tasas de penetración reducidas para evitar el endurecimiento por deformación o la rotura de la herramienta.

Conformabilidad

La conformabilidad es excelente en condiciones O y H14, permitiendo embuticiones profundas y dobleces complejos con radios internos relativamente pequeños en comparación con las condiciones T6. Los radios mínimos típicos de doblado en chapa recocida están en el rango de 0,5–1,0× grosor para doblados simples, aumentando para condiciones envejecidas T6 y geometrías complejas. El trabajo en frío incrementa la resistencia pero reduce la ductilidad; cuando se requiere conformado intenso, se recomienda formar en estado recocido y luego aplicar el tratamiento térmico final para restaurar o aumentar la resistencia.

El rebote elástico en condición T6 es más pronunciado y debe considerarse en el diseño y validación de matrices. Cuando es necesario el conformado por estirado o trabajo en frío severo, la lubricación y los pasos progresivos de conformado reducen el riesgo de fisuración en sitios intermetálicos enriquecidos en Si.

Comportamiento del Tratamiento Térmico

El tratamiento de solución para A413.0 se realiza típicamente a temperaturas en el rango de 510–540 °C para disolver las fases que contienen Mg y Cu en una matriz de aluminio sobresaturada. Es necesario un enfriamiento rápido hasta temperatura ambiente para mantener el soluto en solución sólida; el control de la tasa de enfriamiento es crítico en secciones gruesas para evitar la formación de precipitados gruesos y la reducción de la respuesta al envejecimiento. El envejecimiento artificial se realiza a 150–190 °C para obtener respuestas T5/T6, con dureza y resistencia máximas alcanzadas tras un tiempo controlado a temperatura según la composición exacta.

El sobreenvejecimiento reduce la resistencia pero mejora la tenacidad y la resistencia a la corrosión por esfuerzo, y puede seleccionarse intencionalmente para componentes que requieren un equilibrio de propiedades. El temple T651 añade una operación controlada de elongación o alivio de tensiones tras el tratamiento de solución para minimizar tensiones residuales y distorsión, mejorando la estabilidad dimensional de las piezas mecanizadas. A413.0 presenta ventanas de envejecimiento razonablemente amplias en comparación con aleaciones 2xxx más sensibles al enfriamiento, haciendo que el control del proceso sea menos crítico pero aún importante para un desempeño repetible.

Para procesos sin tratamiento térmico o cuando este es impráctico, el endurecimiento por trabajo en frío mediante conformado ofrece un aumento incremental de la resistencia, pero no puede alcanzar los niveles máximos disponibles mediante endurecimiento por precipitación. Se utilizan ciclos de recocido para