Aluminio EN AW-3004: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

EN AW-3004 es una aleación de aluminio de la serie 3xxx (familia Al-Mn-Mg) clasificada dentro de las aleaciones de aluminio-manganeso para trabajo en frío. Es una aleación no susceptible a tratamiento térmico, donde el manganeso es el principal elemento de aleación y el magnesio se utiliza para aumentar la resistencia respecto a las aleaciones base AA3003/3000. La aleación se refuerza principalmente mediante endurecimiento por deformación (trabajo en frío) durante el conformado en frío, con una contribución limitada del endurecimiento por solución sólida debido a Mg y Mn. Sus características típicas incluyen una resistencia moderada a buena para una aleación no tratable térmicamente, buena resistencia a la corrosión en muchos ambientes atmosféricos, excelente conformabilidad en condiciones recocidas y soldabilidad razonable en procesos comunes de arco.

Los sectores clave para EN AW-3004 incluyen el embalaje (especialmente para latas y envases), HVAC y componentes de cerramiento de edificios, perfiles arquitectónicos y componentes generales conformados en chapa utilizados en electrodomésticos y elementos estructurales pequeños. Los ingenieros seleccionan el 3004 cuando necesitan mayor resistencia que en las aleaciones puras y 3003, manteniendo la capacidad de embutición profunda y conformado por rodillo requerida para aplicaciones de calibre fino. Esta aleación suele preferirse frente a aleaciones tratables térmicamente de mayor resistencia cuando la conformabilidad, el acabado superficial y la resistencia a la corrosión son más importantes que la resistencia máxima a la tracción o cuando no es práctico un tratamiento térmico post-conformado.

EN AW-3004 es popular para la fabricación de chapa y bobinas porque su combinación de Mn y Mg proporciona un buen equilibrio entre incremento de resistencia y ductilidad retenida, permitiendo procesos como embutición, estampado y doblado complejo. Ocupa un nicho práctico entre el aluminio puro (excelente conformabilidad pero baja resistencia) y las aleaciones de series 5xxx o 6xxx (mayor resistencia pero con diferentes compromisos en conformado y corrosión), convirtiéndola en una aleación versátil para productos laminados.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alto (20–35%)	Excelente	Excelente	Condición totalmente recocida para máxima ductilidad
H12	Moderado	Bajo (3–8%)	Limitada	Buena	Endurecimiento parcial (conformabilidad moderada)
H14	Moderado-Alto	Moderado (6–12%)	Buena	Buena	Trabajo en frío cuarto duro, común para aplicaciones en chapa
H16	Alto	Bajo (3–8%)	Limitada	Buena	Condición medio dura para mayor resistencia
H18	Muy Alto	Bajo (2–6%)	Menor	Buena	Totalmente dura, máxima resistencia por trabajo en frío
H24	Moderado-Alto	Moderado (6–12%)	Buena	Buena	Endurecida por deformación y parcialmente recocida/estabilizada

El temple controla fuertemente el equilibrio mecánico entre resistencia y ductilidad: el temple recocido O ofrece las mejores características de conformado para embutición profunda y deformaciones complejas, mientras que los temple H, obtenidos por trabajo en frío controlado, elevan progresivamente el límite elástico y la resistencia a la tracción a costa de la elongación. Las uniones soldadas típicamente requieren consideraciones mecánicas posteriores a la soldadura porque los temple H se ablandan localmente en la zona afectada por el calor, por lo que la selección del temple debe considerar operaciones posteriores de conformado y soldadura.

Composición Química

Elemento	% Rango	Notas
Si	≤ 0.6	Elemento impureza; reduce la fluidez del fundido a altos contenidos
Fe	≤ 0.7	Impureza formadora de intermetálicos que afecta el acabado superficial
Mn	1.0–1.5	Principal elemento de aleación para resistencia y control de recristalización
Mg	0.8–1.3	Contribuye al endurecimiento por solución sólida; aumenta respuesta al endurecimiento por deformación
Cu	≤ 0.2	Normalmente bajo; el Cu más alto reduce la resistencia a la corrosión
Zn	≤ 0.2	En pequeña cantidad para evitar efectos adversos en la corrosión
Cr	≤ 0.1	Generalmente no añadido intencionalmente; cantidades pequeñas controlan la estructura de grano
Ti	≤ 0.15	Afinador de grano cuando está presente en pequeñas cantidades
Otros (cada uno)	≤ 0.05; total ≤ 0.15	Elementos residuales y trazas

La composición da al 3004 su comportamiento característico: el manganeso refina la estructura de grano y mejora la resistencia sin una pérdida grave de ductilidad, mientras que el magnesio incrementa el límite elástico y la resistencia a la tracción mediante efectos de solución sólida y una mayor respuesta al endurecimiento por deformación. Se mantienen límites controlados de Fe y Si para preservar la calidad superficial y limitar los intermetálicos frágiles que pueden reducir la conformabilidad y el acabado en aplicaciones decorativas o para stock de latas.

Propiedades Mecánicas

EN AW-3004 presenta un perfil de resistencia a la tracción/límite elástico fuertemente dependiente del temple, con la chapa recocida mostrando alta elongación y menor límite elástico, y los temple H duros proporcionando un aumento notable en el límite elástico y la resistencia a la tracción. En temple laminado y trabajado en frío, la aleación exhibe buena elongación uniforme para calibres finos usados en embutición profunda, pero reduce la elongación total en condiciones totalmente duras; el exponente de endurecimiento por deformación (valor n) es favorable para conformados por estiramiento en temple O y temple parcialmente endurecido. La dureza sigue la resistencia a la tracción; los valores típicos de Brinell o Rockwell aumentan con el trabajo en frío pero permanecen por debajo de los de aleaciones tratables térmicamente.

El comportamiento a fatiga del 3004 es típico de las aleaciones Al-Mn: la capacidad de resistencia es moderada y sensible al acabado superficial, el espesor y las tensiones residuales inducidas por el conformado o la soldadura. Secciones más gruesas y mayor trabajo en frío pueden introducir anisotropía y características microestructurales localizadas que influyen en la iniciación de grietas. El espesor influye en las propiedades mecánicas principalmente a través del camino de endurecimiento por deformación durante el laminado y la estructura resultante del grano; la chapa de calibre fino logra mayores deformaciones durante el laminado, afectando el equilibrio entre resistencia y ductilidad.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (H14/H18)	Notas
Resistencia a la tracción (MPa)	120–160	200–270	Los valores varían con el calibre y grado de trabajo en frío
Límite elástico (MPa)	40–80	120–190	Aumento significativo del límite con temple H
Elongación (%)	20–35	2–12	Alta en O para embutición profunda; baja en H18 para secciones rígidas
Dureza (HB)	25–45	50–85	Dureza Brinell aumenta con el grado de trabajo en frío

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.73 g/cm³	Típico en aleaciones Al-Mn; relevante para diseño sensible al peso
Rango de fusión	640–655 °C	Rango solidus–líquido aproximadamente en este intervalo
Conductividad térmica	~130–160 W/m·K	Inferior al aluminio puro debido a elementos de aleación
Conductividad eléctrica	~30–36 %IACS	Reducida respecto al aluminio puro; afectada por trabajo en frío y composición
Calor específico	~900 J/kg·K	Cercano al del aluminio puro, depende de la temperatura
Coeficiente de dilatación térmica	23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Coeficiente típico de dilatación lineal para aleaciones de aluminio para conformado

EN AW-3004 mantiene una conductividad térmica favorable en comparación con muchos metales estructurales, lo que lo hace útil en aplicaciones donde se requiere dispersión térmica, manteniendo además conformabilidad y resistencia a la corrosión. La conductividad eléctrica está reducida por la aleación y el trabajo en frío, por lo que no es seleccionada donde el rendimiento eléctrico es crítico, pero sigue siendo adecuada para muchas aplicaciones en envolventes conectados a tierra o con unión adhesiva.

La dilatación térmica y el calor específico son importantes en el diseño al unir materiales disímiles o cuando las tolerancias dimensionales a través de ciclos de temperatura son estrictas. El coeficiente relativamente alto de dilatación térmica comparado con los aceros debe considerarse en el diseño de fijaciones y uniones.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento Mecánico	Tratamientos Térmicos Comunes	Notas
Chapa	0.2–4.0 mm	Endurecimiento por deformación durante el laminado en frío; calibres finos a menudo en H14/H18	O, H14, H18	Ampliamente usada para bobinas, estampados, material para latas
Placa	>4.0 mm	Menor endurecimiento por deformación por pasada; comúnmente suministrada recocida o con leve endurecimiento	O, H12	Menos común que la chapa; usada para paneles estructurales más gruesos
Extrusión	Perfiles varios	La resistencia depende del trabajo en frío posterior a la extrusión	O, H14	Uso limitado de extrusión comparado con aleaciones 6xxx
Tubo	Pared 0.3–5.0 mm	Los tubos trefilados en frío pueden suministrarse en H18/H24	O, H14, H18	Usado para conductos HVAC, condensadores, tubos decorativos
Barra/Barrilla	≤ 50 mm diámetro	Las propiedades mecánicas varían según el estado trefilado	O, H14	Menos común, usado para perfiles pequeños y elementos de fijación

Las diferencias de procesamiento entre chapa/bobina y extrusiones son significativas: la chapa se lamina en frío predominantemente y puede producirse con tolerancias de espesor y acabados superficiales muy ajustados, mientras que las extrusiones requieren un ajuste diferente de la aleación y típicamente favorecen la serie 6xxx para estabilidad dimensional. Para 3004, la producción de chapa/bobina y conformado en frío son centrales; las extrusiones y secciones pesadas son menos comunes debido a la menor relación resistencia-peso comparada con aleaciones tratables térmicamente y características diferentes de recristalización.

La forma del producto determina las operaciones posteriores: la chapa delgada en estado recocido (O) permite el embutido profundo y estirado, mientras que los tratamientos H son preferibles para paneles donde se requieren estabilidad dimensional y rigidez sin conformados posteriores pesados.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	3004	EE. UU.	Designación ampliamente usada en Norteamérica
EN AW	3004	Europa	Denominación EN idéntica para familia de aleaciones forjadas
JIS	A3004 (aprox.)	Japón	Designación equivalente de familia; verificar especificación JIS local para límites exactos
GB/T	3004 (aprox.)	China	Normas chinas incluyen composiciones similares Al-Mn-Mg bajo la serie 3xxx

No existen equivalentes exactos uno a uno en todas las normas debido a diferencias en límites de impurezas y protocolos de ensayo, pero AA3004 y EN AW-3004 son esencialmente la misma familia bajo sistemas estadounidense y europeo. Las clases JIS y GB/T se correlacionan de forma similar, pero los usuarios deben verificar límites químicos exactos y requisitos de propiedades mecánicas en la especificación aplicable antes de sustituir; las tolerancias en elementos traza y especificaciones de calidad superficial pueden variar según región y productor.

Resistencia a la Corrosión

EN AW-3004 presenta en general buena resistencia a la corrosión atmosférica típica de las aleaciones de la serie 3xxx, formando un óxido estable que protege el sustrato en exposiciones normales interiores e industriales. Resiste bien la corrosión uniforme y desempeña adecuadamente en ambientes exteriores de corrosividad moderada. El acabado superficial, el tratamiento térmico y las tensiones residuales derivadas del conformado o soldadura influyen en el comportamiento práctico contra la corrosión, por lo que a menudo se aplican tratamientos superficiales o recubrimientos para razones estéticas o de exposición prolongada.

En ambientes marinos o con cloruros, EN AW-3004 presenta resistencia moderada pero es superado por aleaciones 5xxx (Al-Mg) optimizadas específicamente para resistencia en agua de mar. Puede presentarse picado donde hay alta concentración de cloruros; por ello, para servicio marino prolongado sin protección es recomendable seleccionar aleaciones 5xxx o recubrimientos protectores. La susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión es baja comparada con aleaciones tratables térmicamente de alta resistencia, pero la corrosión localizada e interacciones galvánicas pueden acelerar el ataque donde se acoplan metales disímiles.

Galvánicamente, 3004 es anódico respecto a aceros inoxidables y aleaciones de cobre, por lo que se debe tener cuidado en el diseño de uniones y selección de fijaciones para evitar corrosión acelerada. La práctica habitual es aislar el aluminio de metales más nobles o usar fijaciones compatibles y barreras protectoras; en muchas aplicaciones arquitectónicas y de embalaje, su resistencia a la corrosión y acabado superficial son adecuados con anodizado o recubrimientos estándar.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

EN AW-3004 se puede soldar con facilidad mediante procesos de fusión estándar como TIG (GTAW) y MIG (GMAW) con preparación adecuada de juntas y selección de aporte. Los alambres de aporte recomendados incluyen Al-Si (por ejemplo, ER4043) y Al-Mg (por ejemplo, ER5356) según la resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas deseadas en la soldadura; ER5356 aporta mayor resistencia pero fluidez ligeramente inferior comparado con ER4043. Al ser no tratable térmicamente, el ablandamiento en la zona afectada por calor (ZAC) no es por envejecimiento térmico, pero el material base trabajado en frío se ablanda localmente en la ZAC, reduciendo dureza y resistencia localmente; se deben planificar controles de distorsión y operaciones mecánicas post-soldadura. La tendencia a la fisura por calor es baja en aleaciones Al-Mn-Mg pero puede agravarse por mal encaje, contaminantes o excesiva restricción.

Maquinabilidad

La maquinabilidad de 3004 es de moderada a pobre respecto a aleaciones de aluminio de fácil mecanizado; se maquina mejor que aleaciones de alta resistencia pero es menos ideal que grados especializados para corte rápido. El mecanizado típico utiliza herramientas de carburo con velocidades de corte moderadas y avances relativamente altos para evitar formación de rebaba; torneado, taladrado y fresado deben tener en cuenta la formación de virutas adhesivas bajo algunas condiciones de avance/inserto. El uso de refrigerante y estrategias para evacuación de viruta son importantes para mantener acabado superficial y vida útil de herramienta, y el endurecimiento previo (tratamientos en frío) reduce aún más la maquinabilidad comparado con material recocido.

Conformabilidad

La conformabilidad es uno de los puntos fuertes de EN AW-3004 en condiciones recocidas y en tratamientos parcialmente ablandados; admite embutido profundo, estirado y estampado complejo con radios de doblado relativamente pequeños. Los radios mínimos recomendados de doblado interior dependen de espesor y tratamiento, pero típicamente están en el rango de 0.5–1.5× espesor para tratamientos O y H24, requiriendo radios mayores para tratamiento completamente duro H18. Los tratamientos en frío responden predictiblemente a doblados incrementales pero deben anticiparse rebotes y anisotropía en el diseño del utillaje; el conformado en caliente se utiliza ocasionalmente para extender la conformabilidad en calibres más gruesos.

Comportamiento en Tratamiento Térmico

EN AW-3004 es una aleación no tratable térmicamente; las modificaciones de resistencia se consiguen casi exclusivamente mediante trabajo en frío (endurecimiento por deformación) y recocidos. No existe ciclo beneficioso de solución y envejecimiento artificial que produzca los aumentos dramáticos de resistencia vistos en series 6xxx o 7xxx. Los ciclos de recocido para alivio de tensiones y restauración de ductilidad se realizan típicamente entre ~300–415 °C con tiempos de mantenimiento determinados por el espesor de la sección y la recristalización deseada.

El endurecimiento por deformación se logra mediante laminado en frío, trefilado o doblado y es el método principal para obtener tratamientos H; estabilizaciones o recocidos parciales (H2x/H24) se emplean para obtener conjuntos de propiedades intermedias y controlar tensiones residuales. Para control crítico dimensional y de propiedades mecánicas, los fabricantes comúnmente especifican la designación del tratamiento y porcentaje de trabajo en frío en lugar de depender de tratamientos térmicos.

Comportamiento a Alta Temperatura

A temperaturas de servicio elevadas, EN AW-3004 experimenta una pérdida gradual de resistencia y módulo respecto a valores a temperatura ambiente, con ablandamiento significativo por encima de aproximadamente 150–200 °C. La exposición continua por encima de estas temperaturas acelera los procesos de recuperación y recristalización que reducen la resistencia por trabajo en frío, por lo que su uso estructural a alta temperatura es limitado. La oxidación es lenta en temperaturas de servicio típicas y no produce escamación rápida, pero la exposición prolongada en atmósferas oxidantes a alta temperatura genera un engrosamiento superficial típico de aleaciones de aluminio.

Las zonas afectadas por calor de soldadura muestran ablandamiento localizado al recristalizarse regiones trabajadas en frío bajo exposición térmica; el diseño debe considerar la reducción de resistencia local y posibles distorsiones. Para exposiciones intermitentes a temperatura elevada (ciclos cortos o choques térmicos), 3004 mantiene estabilidad dimensional razonable, pero el ciclo repetido acelera cambios microestructurales y degradación de propiedades mecánicas.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se utiliza EN AW-3004
Automotriz	Paneles de moldura, componentes interiores	Buena conformabilidad y resistencia moderada para piezas estampadas y formadas
Empaques	Material para latas de bebidas, tapas	Combinación de dibujabilidad, acabado superficial y mayor resistencia frente a 3003
HVAC / Construcción	Conductos, revestimientos, aleros	Resistencia a la corrosión y facilidad para conformado por rollo y unión de costuras
Electrodomésticos	Paneles exteriores, carcasas	Estética y manufacturabilidad rentable
Electrónica	Disipadores de calor, carcasas	Conductividad térmica combinada con conformabilidad para secciones delgadas

EN AW-3004 se utiliza ampliamente cuando se requieren formado de chapa metálica, resistencia a la corrosión y un acabado superficial favorable sin necesidad de la máxima resistencia a la tracción. Su compatibilidad con recubrimientos comunes y acabados anodizados también respalda aplicaciones arquitectónicas y visibles para el consumidor.

Aspectos para la Selección

Elija EN AW-3004 cuando necesite mayor resistencia que el aluminio comercialmente puro (1100) conservando gran parte de la conformabilidad y resistencia a la corrosión que hacen atractivo al aluminio. En comparación con el 1100, el 3004 sacrifica algo de conductividad eléctrica y ductilidad última a cambio de un aumento notable en el límite elástico y la resistencia a la tracción, convirtiéndolo en una mejor opción para chapa estructural y material para latas.

En comparación con aleaciones próximas endurecidas por deformación como 3003 y 5052, EN AW-3004 se ubica entre ellas: ofrece mayor resistencia que 3003 debido a adiciones de Mg y a menudo mejor conformabilidad que 5052 (que tiene mayor contenido de Mg), mientras que 5052 supera al 3004 en ambientes marinos agresivos con cloruros. En relación con aleaciones tratables térmicamente como 6061 o 6063, el 3004 es preferido para estampado profundo y aplicaciones de chapa con requisitos críticos de superficie a pesar de no alcanzar las máximas resistencias pico, porque evita la distorsión por tratamiento térmico y mantiene un comportamiento superior en formado para espesores delgados.

Para compras y diseño, priorice 3004 cuando el proceso de fabricación incluya conformado en frío extenso y se planeen recubrimientos o anodizado; considere alternativas 5xxx o 6xxx solo si se requiere resistencia al agua de mar o una resistencia estática mucho mayor, respectivamente.

Resumen Final

EN AW-3004 sigue siendo una aleación práctica y ampliamente aplicable para chapa y bobinas laminadas donde se requiere un equilibrio entre conformabilidad, desempeño contra la corrosión, calidad superficial y resistencia moderada. Su dependencia del endurecimiento por deformación en lugar de tratamiento térmico simplifica el procesamiento para muchas cadenas de suministro dominadas por formado y mantiene su relevancia en industrias de empaques, arquitectura y chapa metálica en general.