Aluminio AlSi9Cu3: Composición, Propiedades, Guía de Tratamientos Térmicos y Aplicaciones

Resumen Completo

AlSi9Cu3 es una aleación de aluminio fundido que pertenece a la serie 4xx o más precisamente a la familia Al-Si-Cu; comúnmente se agrupa con aleaciones Al-Si hipoeutécticas para fundición a presión y por gravedad, en lugar de las aleaciones trabajadas en las series 6xxx o 5xxx. La designación indica un contenido nominal de silicio cercano al 9 % en peso y cobre cercano al 3 % en peso, lo que la convierte en una aleación de fundición con contenido medio de silicio y reforzada con cobre, optimizada para un equilibrio entre resistencia y estabilidad térmica.

Los principales elementos de aleación son el silicio (Si), que mejora la fundibilidad y fluidez, y el cobre (Cu), que aporta endurecimiento por precipitación y resistencia a temperaturas elevadas. Las adiciones menores como hierro (Fe), manganeso (Mn) y titanio (Ti) controlan la formación de intermetálicos, la estructura de grano y la alimentabilidad durante la solidificación. El fortalecimiento se logra principalmente mediante tratamiento térmico mediante solubilizado y envejecimiento artificial (temperaturas T), con una contribución secundaria de la microestructura producida durante la solidificación (morfología del Si eutéctico).

Las características clave incluyen buena fundibilidad y estabilidad dimensional, resistencia estática de moderada a alta en condiciones envejecidas, resistencia a la fatiga razonable para piezas fundidas y resistencia aceptable a la corrosión con el tratamiento posterior adecuado. La soldabilidad es limitada en comparación con el aluminio puro pero viable con el uso adecuado de material de aporte y controles térmicos pre y post-soldadura; la conformabilidad es pobre en estado fundido en comparación con aleaciones trabajadas. Las industrias típicas incluyen automotriz (fundiciones de motor y transmisión, fundiciones estructurales), maquinaria industrial, hidráulica y algunas carcasas electrónicas donde se requiere conducción térmica y detalle de fundición.

Los ingenieros seleccionan AlSi9Cu3 cuando la fundibilidad y un equilibrio entre resistencia y estabilidad térmica son más importantes que la máxima ductilidad o conductividad eléctrica. Se prefiere sobre aleaciones con mayor contenido de silicio por su tenacidad y sobre aleaciones Al-Si más simples cuando se requiere resistencia a temperaturas elevadas gracias al cobre; se elige sobre aleaciones trabajadas cuando es necesaria geometría compleja o características integradas de fundición.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta (8–15%)	Limitada (solo fundición)	Buena (controles térmicos pre y post)	Recocido en estado fundido o enfriado naturalmente; condición más blanda.
T1	Baja–Moderada	Moderada (6–12%)	Limitada	Moderada	Enfriado tras fundición y envejecido naturalmente; endurecimiento por precipitación limitado.
T5	Moderado	Baja–Moderada (3–8%)	Pobre	Moderada	Enfriado tras fundición y envejecido artificialmente; común en fundiciones que requieren estabilidad dimensional.
T6	Alta	Baja (2–6%)	Pobre	Difícil	Tratado por solubilizado, templado y envejecido artificialmente; máxima resistencia para muchas aplicaciones.
T7	Moderada–Alta	Moderada (4–8%)	Pobre	Moderada	Condición sobremadurada para mejorar estabilidad térmica y reducir sensibilidad a esfuerzos.

El temple ejerce una influencia fuerte en el rendimiento de AlSi9Cu3 porque las fases ricas en cobre formadas durante el envejecimiento determinan el límite elástico y la resistencia a la tracción. El tratamiento T6 (solubilizado + envejecimiento artificial) produce la mayor resistencia y la menor ductilidad mediante la precipitación de fases ricas en Cu, mientras que los estados O y T1 mantienen mayor elongación pero resistencia estática mucho menor.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	8.0–10.0	Elemento principal de aleación; controla fluidez, contracción y microestructura eutéctica.
Fe	0.3–1.3	Impureza inevitable; forma intermetálicos (β‑AlFeSi) que pueden fragilizar si es excesiva.
Mn	0.05–0.5	Captura Fe para formar intermetálicos menos dañinos; mejora la tenacidad.
Mg	≤0.5	Normalmente bajo en este grado; puede contribuir a precipitados complejos con Cu.
Cu	2.5–3.5	Principal elemento de fortalecimiento mediante precipitación; aumenta resistencia y dureza en caliente.
Zn	≤0.3	Menor; generalmente tratado como impureza sin papel significativo en el endurecimiento.
Cr	≤0.2	Refinador de grano y control de recristalización; efecto pequeño en resistencia.
Ti	≤0.2	Refinador de grano para promover estructura dendrítica fina y mejorar propiedades mecánicas.
Otros (incl. Ni, Pb, Sn)	Balance/rastros	Elementos adicionales en cantidades mínimas; pueden influir en fundibilidad y maquinabilidad en pequeñas dosis.

El silicio determina el comportamiento durante la fundición y la morfología de las placas o partículas de silicio eutéctico, lo que afecta tenacidad y fatiga. El cobre permite el envejecimiento artificial y mayor resistencia a temperaturas elevadas, pero incrementa la susceptibilidad a ciertos tipos de corrosión y requiere control preciso del tratamiento térmico. El hierro y el manganeso controlan los intermetálicos frágiles formados durante la solidificación; su equilibrio es crítico para evitar elongación deficiente y fisuras en caliente.

Propiedades Mecánicas

AlSi9Cu3 exhibe un comportamiento a tracción fuertemente dependiente del tratamiento térmico y la velocidad de enfriamiento durante la solidificación. En estado fundido o recocido (O), la resistencia a la tracción es moderada debido al silicio eutéctico grueso y la matriz blanda; tras envejecimiento T6, la precipitación de fases con cobre aumenta sustancialmente la resistencia a tracción y límite elástico mientras reduce la elongación. El límite elástico suele ser una fracción significativa de la resistencia última en condiciones pico de envejecimiento, reflejando la eficacia de los precipitados de cobre en obstaculizar el movimiento de dislocaciones.

La elongación es limitada en estados T debido a que las partículas de silicio eutéctico actúan como iniciadores de grietas y las fases intermetálicas reducen la ductilidad. La dureza (Brinell o Vickers) aumenta en el orden O < T5 < T6, reflejando las propiedades a tracción; la dureza también es sensible al espesor de sección y la velocidad de enfriamiento durante la fundición. El desempeño a fatiga está ligado a defectos de fundición, porosidad y morfología del silicio eutéctico; alimentaciones y tratamientos térmicos optimizados mejoran el límite de resistencia a fatiga, aunque las aleaciones fundidas generalmente tienen menor resistencia a fatiga que sus equivalentes trabajados.

El espesor de sección influye fuertemente en las propiedades mecánicas porque las secciones más gruesas se enfrían más lento, produciendo microestructuras más gruesas y mayores intermetálicos que reducen resistencia y ductilidad. La homogeneización posterior a la fundición y los tratamientos de solubilizado controlados mitigan gradientes pero no eliminan completamente la variabilidad dependiente del espesor. Los diseñadores deben considerar la anisotropía inducida por la fundición y el mecanizado o eliminación de defectos superficiales para alcanzar el desempeño esperado en fatiga y tracción.

Propiedad	O/Recocido	Temper clave (T6)	Notas
Resistencia a la Tracción (UTS)	120–180 MPa	260–340 MPa	Rango amplio depende del método de fundición, espesor de sección y ciclo de envejecimiento.
Límite elástico (0.2% offset)	60–110 MPa	200–270 MPa	Fracción del límite elástico aumenta con precipitados ricos en Cu y microestructura más fina.
Elongación (% en 50 mm)	8–15%	2–6%	La elongación cae bruscamente tras el envejecimiento pico; secciones más gruesas a veces muestran mayor elongación local.
Dureza (HB)	40–70 HB	90–130 HB	La dureza sigue las propiedades a tracción; también afectada por la morfología del Si eutéctico.

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.70 g/cm³	Típica de aleaciones generales de aluminio; relación resistencia-peso beneficiosa.
Rango de Fusión	Solidus ~520–570 °C; Líquido ~580–650 °C	Las aleaciones Al–Si presentan un rango de congelación debido a la solidificación del eutéctico y fase primaria; valores precisos dependen de la composición.
Conductividad Térmica	~120–160 W/m·K (temperatura ambiente)	Menor que el aluminio puro debido al Si y a los intermetálicos; aún adecuada para disipación térmica en muchas aplicaciones.
Conductividad Eléctrica	~25–36 %IACS	Reducida respecto al aluminio puro por la aleación; no se recomienda donde la alta conductividad es crítica.
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Comparable con otras aleaciones de aluminio; útil para cálculos de masa térmica.
Coeficiente de Expansión Térmica	~21–24 µm/m·K (20–200 °C)	Coeficiente influenciado por el contenido de silicio y la microestructura; importante para el diseño contra esfuerzos térmicos.

Las propiedades físicas reflejan requisitos mixtos para piezas fundidas: la conducción térmica y el calor específico hacen que AlSi9Cu3 sea útil para partes disipadoras de calor, mientras que la densidad mantiene la masa baja. El comportamiento de fusión y solidificación controla la formación de defectos de fundición y la necesidad de alimentación y enfriamiento específicos. La conductividad eléctrica está significativamente reducida comparada con aluminio puro, por lo que esta aleación casi nunca se elige principalmente para aplicaciones eléctricas.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Fundiciones en arena	Espesores de pared 3–50 mm	Variable; microestructura más gruesa en secciones gruesas	O, T1, T5, T6	Amplio uso para componentes de bajo volumen y de mayor tamaño; control de porosidad importante.
Fundiciones a presión	Paredes delgadas 1–8 mm	Microestructura más fina, mayores resistencias	T5, T6	La fundición a presión de alta presión ofrece buen acabado superficial y propiedades reproducibles.
Fundición por gravedad	3–30 mm	Enfriamiento y propiedades intermedias	O, T5, T6	Bueno para piezas de complejidad media con tolerancias más estrictas que la fundición en arena.
Barras/lingotes fundidos	Variable	Comportamiento homogeneizado post-proceso	O, T1	Material base para re-melting y fundición posterior; utilizado para controlar la composición química.
Fundición por inversión	Secciones delgadas a moderadas	Buen control dimensional; resistencia moderada	T5, T6	Empleada donde se requiere geometría intrincada y acabado superficial.

La forma fundida domina la cadena de suministro para AlSi9Cu3, y los diseñadores seleccionan el método de fundición para ajustar la velocidad de enfriamiento, la porosidad y la microestructura. La fundición a presión proporciona la mejor repetibilidad mecánica y un silicio eutéctico fino, aumentando las propiedades a la tracción y fatiga frente a la fundición en arena. Se deben considerar al inicio del diseño del componente las holguras para mecanizado, accesibilidad al tratamiento térmico y la inspección de defectos de fundición.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	AlSi9Cu3	Internacional/EE.UU.	Designación común para aleación fundida; las composiciones pueden variar entre proveedores.
EN AW	AC‑AlSi9Cu3 (o AlSi9Cu3(Fe))	Europa	Las designaciones EN a menudo añaden "(Fe)" para indicar hierro controlado; datos mecánicos siguen EN 1706 cuando aplicable.
JIS	ADC10/ADC11 (similar)	Japón	Las aleaciones de la familia ADC tienen químicas Al–Si–Cu similares pero difieren en límites de impurezas y guías de procesamiento.
GB/T	AlSi9Cu3	China	La norma china utiliza la misma composición nominal pero con tolerancias y requisitos de ensayo que pueden variar.

Las tablas de equivalencias son aproximadas porque cada norma impone diferentes tolerancias en impurezas (Fe, Zn, Mn) y permite pequeñas variaciones en la composición que afectan las características de la fundición y la respuesta al tratamiento térmico. Al sustituir equivalentes, se deben verificar los datos mecánicos, ciclos de tratamiento térmico recomendados y niveles permitidos de defectos, especialmente para piezas críticas en fatiga o a temperatura elevada.

Resistencia a la Corrosión

AlSi9Cu3 exhibe una resistencia moderada a la corrosión atmosférica, típica de las aleaciones de fundición Al–Si; la alumina que se forma de manera natural proporciona una barrera pero el cobre en la matriz puede reducir localmente el rendimiento anticorrosivo. En atmósferas industriales tiene un desempeño adecuado si se pinta o recubre, pero los componentes expuestos y sin tratar pueden desarrollar corrosión por picaduras o corrosión filiforme donde se concentran humedad y contaminantes.

Los ambientes marinos son más agresivos: la corrosión por picaduras y en grietas inducida por cloruros es la principal preocupación para AlSi9Cu3, especialmente en temple T donde los acoplamientos galvánicos con intermetálicos ricos en cobre y las diferencias en la matriz aceleran el ataque localizado. Se aplican comúnmente recubrimientos protectores, ánodos sacrificatorios o tratamientos superficiales resistentes a la corrosión para aplicaciones cercanas a la costa.

La fisuración por corrosión bajo tensión es menos común que en algunas aleaciones forjadas de alta resistencia, pero puede ocurrir bajo esfuerzo tensile en ambientes con cloruros y en condiciones de sobremadurez donde la distribución de intermetálicos crea sitios anódicos. Las interacciones galvánicas con metales disímiles (acero, cobre) deben manejarse con aislamiento o selección de sujetadores compatibles; AlSi9Cu3 es anódico respecto al acero inoxidable y cobre, por lo que el contacto acelera la corrosión de la aleación de aluminio. En comparación con las familias forjadas 5xxx y 6xxx, AlSi9Cu3 sacrifica algo de resistencia natural a la corrosión por mayor desempeño en fundición y resistencia a temperatura elevada.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldadura de fundición AlSi9Cu3 es factible con procesos TIG y MIG pero requiere atención a la porosidad, fisuración en caliente y selección del material de aporte. Use alambres de aporte Al‑Si o Al‑Si‑Cu compatibles con la química de la aleación base para minimizar fisuración en caliente y reducir la formación de eutécticos de bajo punto de fusión en la zona de soldadura. El precalentamiento y control de temperaturas entre pasadas reducen gradientes térmicos y porosidad; el tratamiento térmico post‑soldadura de solución y envejecido puede ser necesario para restaurar resistencia, aunque puede inducir distorsión.

Mecanizado

La mecanización de AlSi9Cu3 es generalmente buena para aleaciones fundidas pero está influida por la morfología del silicio eutéctico y partículas intermetálicas que pueden endurecer las herramientas. Se recomiendan herramientas de carburo con ángulo positivo, alta alimentación y velocidades moderadas; los fluidos de corte ayudan en la evacuación de virutas y control térmico. Las geometrías de insertos que rompen virutas y evitan virutas largas continuas son beneficiosas; el acabado superficial depende del tamaño de las partículas de silicio y puede requerir operaciones secundarias de acabado.

Conformabilidad

Como aleación de fundición, AlSi9Cu3 tiene muy limitada conformabilidad en frío y no puede ser fácilmente estirada ni embutida en profundidad como las aleaciones laminadas. Las operaciones de doblado en secciones delgadas fundidas están limitadas por fragilidad debido al silicio eutéctico y los intermetálicos; los radios mínimos de doblado son generalmente grandes en relación con el espesor y dependen del temple (O es más permisivo que T6). Si se requiere conformado, diseñe piezas para fundición near-net-shape y formación mínima posterior para reducir riesgo de fisuración.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

AlSi9Cu3 es tratable térmicamente: la secuencia clásica es tratamiento de solución, temple y envejecido artificial para desarrollar precipitados basados en cobre y aumentar la resistencia. Las temperaturas típicas de solución rondan 500–540 °C para disolver fases de cobre y silicio; los tiempos de mantenimientos dependen del espesor de sección, comúnmente de 2 a 6 horas para componentes fundidos. El temple rápido (agua) preserva una solución sólida sobresaturada seguido de envejecido artificial a ~160–200 °C por varias horas para precipitar fases endurecedoras y alcanzar propiedades T6.

El sobremadurez (T7) reduce algo la resistencia máxima pero mejora la estabilidad térmica y disminuye la susceptibilidad a fisuración en frío; se usa cuando las piezas operan a temperaturas elevadas o requieren estabilidad dimensional. La solución incompleta o temple deficiente conduce a propiedades heterogéneas y menor resistencia máxima. Para piezas que solo requieren resistencia moderada y mayor ductilidad, se puede usar envejecido natural o T1, pero el máximo potencial del endurecimiento por cobre se logra solo con tratamiento controlado de solución y envejecido artificial.

En escenarios donde el tratamiento térmico es impráctico, se puede obtener algún beneficio mediante trabajo en frío controlado en secciones delgadas fundidas, aunque las aleaciones fundidas responden menos que las laminadas. Los recocidos de homogenización pueden reducir la segregación y disolver intermetálicos gruesos antes del mecanizado final o tratamiento térmico.

Desempeño a Alta Temperatura

AlSi9Cu3 mantiene mejor resistencia mecánica a temperaturas elevadas que muchas aleaciones de fundición Al–Si sin cobre porque los precipitados de cobre proporcionan mayor dureza en caliente. Sin embargo, por encima de aproximadamente 150–200 °C la ventaja de resistencia disminuye a medida que los precipitados coarsen y la matriz se ablanda; la exposición prolongada por encima de 200–250 °C reduce significativamente el límite elástico y la vida a fatiga. Por tanto, los diseñadores deben limitar la temperatura de servicio continua o seleccionar temple sobremaduro que ofrece mayor estabilidad pero menor resistencia.

La oxidación es moderada debido a la película protectora de alumina, pero las altas temperaturas aceleran la formación de escamas y pueden alterar la química superficial; se usan recubrimientos o pinturas protectoras en ambientes de alta temperatura. La zona afectada por el calor (ZAC) alrededor de las soldaduras es susceptible a ablandamiento y disolución de precipitados, lo que reduce la resistencia localizada y puede crear concentradores de esfuerzo; se recomienda tratamiento térmico post‑soldadura para componentes críticos para restaurar propiedades uniformes.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Por qué se usa AlSi9Cu3
Automotriz	Bloques de motor, cabezas de cilindro, carcasas de caja de cambios	Buena fundibilidad, estabilidad térmica y resistencia a temperatura elevada con envejecido por Cu.
Marina	Carcasas de bombas, cuerpos de válvulas (protegidos)	Fundibilidad para formas complejas y resistencia a la corrosión aceptable con recubrimientos.
Aeroespacial	Herrajes estructurales secundarios, carcasas	Relación resistencia-peso favorable y capacidad para fundir geometrías complejas.
Electrónica	Disipadores de calor, envolventes	Conductividad térmica y facilidad para fundir geometrías detalladas para gestión térmica.
Maquinaria Industrial	Cuerpos hidráulicos, piezas de compresores	Estabilidad dimensional, resistencia al desgaste (con tratamientos superficiales) y mecanizabilidad.

AlSi9Cu3 sobresale donde se requiere complejidad funcional, resistencia estática moderada a alta y desempeño térmico en piezas fundidas. La capacidad de la aleación para un envejecido T6 fiable la hace apta para componentes que deben mantener propiedades después de ciclos térmicos y mecanizado.

Información para la Selección

AlSi9Cu3 es una opción práctica cuando un componente fundido requiere una combinación de buena fundibilidad, resistencia a alta temperatura y estabilidad dimensional. Selecciónelo cuando el moldeo próximo a la forma final evite ensamblajes costosos y cuando se pueda aplicar un tratamiento térmico T6 para alcanzar la resistencia requerida.

En comparación con el aluminio comercialmente puro (1100), AlSi9Cu3 sacrifica conductividad eléctrica y conformabilidad, pero ofrece una resistencia estática y a alta temperatura significativamente mayor, lo que lo hace adecuado para fundiciones estructurales. Comparado con aleaciones comunes endurecidas por trabajo en frío como 3003 o 5052, AlSi9Cu3 proporciona mayor resistencia y mejor rendimiento a altas temperaturas a costa de menor ductilidad y potencialmente menor resistencia a la corrosión uniforme. En comparación con aleaciones forjadas tratables térmicamente como 6061, AlSi9Cu3 típicamente presenta menor resistencia específica máxima en secciones delgadas, pero se prefiere cuando la geometría compleja de fundición y las características integradas pesan más que la máxima resistencia alcanzable en extrusiones y forjas trabajadas.

Use una lista corta para la adquisición: confirme el método de fundición y tamaño de secciones, especifique el temple y el programa de tratamiento térmico, exija límites de porosidad y ensayos no destructivos (END) para partes sometidas a fatiga, y verifique tolerancias estándares equivalentes (EN, JIS, GB/T) si se requiere aprovisionamiento cruzado de material.

Resumen Final

AlSi9Cu3 sigue siendo relevante porque cubre un nicho en el que se necesitan fundibilidad, rendimiento térmico y resistencia por endurecimiento por precipitación en un solo sistema material. Su química equilibrada Si–Cu permite a los diseñadores producir piezas complejas y duraderas con tratamiento térmico controlado, convirtiéndolo en un pilar para componentes automotrices, industriales y de gestión térmica donde la fabricación próximo a la forma final y la estabilidad en servicio son prioridades.