Aluminio Scalmalloy (Al-Mg-Sc-Zr): Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

Scalmalloy es una aleación propietaria de la familia Al-Mg-Sc-Zr desarrollada para aplicaciones de alto rendimiento donde se requiere una combinación de alta resistencia específica y buena tenacidad a la fractura. No se clasifica dentro de las series clásicas 2xxx/3xxx/5xxx/6xxx/7xxx debido a que es un concepto moderno de aluminio aleado orientado a la fabricación aditiva y formas forjadas especializadas; comúnmente se describe como una aleación Al-Mg-Sc-Zr en lugar de un único número de la serie AA.

Los principales elementos de aleación son magnesio (Mg) para el endurecimiento por solución sólida y reducción de densidad, escandio (Sc) y circonio (Zr) para la precipitación de dispersoides finos y coherentes Al3(Sc,Zr), y un control estricto de hierro, silicio y otros residuos. El endurecimiento se basa principalmente en el endurecimiento por precipitación debido a los dispersoides Al3Sc y Al3(Sc,Zr) que nuclean y fijan los límites de grano; el trabajo en frío contribuye en algunos templeados de aleación trabajada, pero el mecanismo definitorio es el endurecimiento por precipitación tratable térmicamente.

Las características clave incluyen una relación resistencia-peso muy alta en comparación con aleaciones convencionales de aluminio, refinamiento de grano mejorado y resistencia a la recristalización gracias a los dispersoides Sc/Zr, buenas propiedades a fatiga y resistencia a la corrosión competitiva frente a aleaciones de alta resistencia típicas. La conformabilidad y soldabilidad pueden ser excelentes en estados recocidos o tratados adecuadamente, pero requieren un control cuidadoso para preservar la estructura de dispersoides; estos factores hacen que Scalmalloy sea atractivo para las industrias aeroespacial, automovilismo, automoción de alta gama y fabricación aditiva.

Los ingenieros eligen Scalmalloy cuando los factores de diseño priorizan la máxima resistencia específica, microestructura estable durante procesos a temperaturas elevadas y resistencia al crecimiento de grano. A menudo se selecciona por encima de las aleaciones convencionales 6xxx y 7xxx cuando se requiere mayor estabilidad microestructural, vida a fatiga superior o cuando la fabricación aditiva posibilita geometrías complejas que se benefician del comportamiento en metalurgia de polvos de esta aleación.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta	Excelente	Excelente	Completamente recocido, ductilidad máxima para conformado
H14	Medio	Moderada	Buena	Buena	Endurecido por trabajo, aumento del límite elástico con conformabilidad retenida
T5	Medio-Alto	Moderada	Buena	Buena	Enfriado después de trabajo en caliente y envejecido artificialmente
T6	Alto	Baja-Moderada	Regular	Buena	Tratado en solución, templado y envejecido artificialmente para resistencia máxima
T651	Alto	Baja-Moderada	Regular	Buena	Alivio de tensiones tras tratamiento en solución y envejecimiento; usado para dimensiones críticas
AM-As-Built (sin sufijo)	Variable	Variable	Limitada	Variable	Estado de fabricación aditiva; propiedades dependen del proceso y tratamientos posteriores

El temple afecta fuertemente a Scalmalloy controlando el tamaño, densidad y distribución de los dispersoides Al3(Sc,Zr) y posibles precipitados ricos en Mg. El temple recocido O maximiza la ductilidad y conformabilidad, pero sacrifica la mayoría del rendimiento fortalecido por precipitación que define la ventaja de Scalmalloy.

Los tratamientos térmicos como T5/T6 incrementan el límite elástico y la resistencia a la tracción mediante la nucleación y crecimiento controlado de partículas nanoscale Al3(Sc,Zr); el sobreenvejecimiento reduce la resistencia máxima pero puede mejorar la tenacidad y la resistencia a fenómenos de corrosión bajo tensión. Para material fabricado aditivamente, los ciclos térmicos in situ y el envejecimiento post-proceso adaptado pueden obtener propiedades iguales o superiores a las equivalentes T6 forjadas.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.4 (típico)	Bajo control para evitar intermetálicos frágiles; puede variar para producción de polvo
Fe	≤ 0.6 (típico)	Mantener bajo para limitar partículas intermetálicas toscas que reducen tenacidad
Mn	≤ 0.2	Presencia menor y típicamente baja; ayuda a controlar la microestructura si está presente
Mg	~3.0–6.0	Elemento principal para resistencia y reducción de densidad; participa en solución sólida y posibles precipitados ricos en Mg
Cu	≤ 0.2	Bajo contenido para evitar susceptibilidad excesiva a corrosión y fisuración en caliente
Zn	≤ 0.25	Bajo para evitar tendencia a fisuración por corrosión bajo tensión
Cr	≤ 0.1	Típicamente bajo; controlado para evitar fases indeseadas
Ti	≤ 0.1	Niveles traza usados a veces para refinar granos en metalurgia de polvos
Otros (Sc, Zr)	Sc ~0.1–0.7, Zr ~0.05–0.25	Sc y Zr son los elementos distintivos que producen dispersoides estables Al3(Sc,Zr)

El relativamente moderado contenido de Mg proporciona endurecimiento por solución sólida y reduce la densidad respecto al aluminio puro, mientras que las adiciones de escandio y circonio forman dispersoides coherentes L12 Al3(Sc,Zr) que anclan dislocaciones y límites de grano. El control de impurezas como hierro y silicio es crítico porque partículas intermetálicas toscas erosionan el rendimiento a fatiga y anulan algunos beneficios de los dispersoides nanoscale.

Además, Sc y Zr mejoran dramáticamente la resistencia a la recristalización, permitiendo la retención de microestructuras finas durante el trabajo en caliente o fabricación aditiva; esto contribuye directamente a mejorar el límite elástico, la tenacidad y la vida a fatiga en comparación con aleaciones que solo contienen Mg.

Propiedades Mecánicas

Scalmalloy exhibe alta resistencia a la tracción con una relación límite elástico/resistencia a tracción relativamente alta comparada con muchas aleaciones convencionales de aluminio, y este comportamiento depende mucho del temple y la ruta de procesamiento. Los templeados en pico (similares a T6) proporcionan las mayores resistencias últimas y de cedencia mediante dispersoides densos Al3(Sc,Zr), mientras que los templeados recocidos ofrecen elongaciones y capacidad de conformado significativamente superiores. La resistencia a la fatiga es típicamente excelente para su clase de resistencia debido a los granos refinados y la dispersión homogénea de partículas nanoscale que reducen los sitios de iniciación de grietas.

La dureza se correlaciona con la densidad de precipitados y la condición de envejecimiento; la dureza Vickers en material en pico es elevada y mantiene bien sus valores tras exposiciones térmicas en comparación con muchas aleaciones Al-Mg o Al-Zn-Mg. El espesor y el método de fabricación (laminado vs fabricación aditiva en polvo) afectan las propiedades; se pueden observar valores máximos de resistencia algo menores en secciones más gruesas debido a enfriamiento más lento y tendencia al crecimiento de grano, salvo que se optimice el contenido de Zr o el posprocesado. La resistencia a la corrosión y a la fisuración por corrosión bajo tensión suelen ser favorables, pero deben verificarse en función del ambiente de servicio específico, ya que las condiciones de alta resistencia sacrifican parte de la ductilidad por ganancia en resistencia.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (ej. T6)	Notas
Resistencia a la tracción (UTS)	~200–320 MPa	~420–560 MPa (rango típico)	Amplio rango según procesamiento; variantes AM pueden superar valores forjados
Límite elástico	~90–220 MPa	~350–480 MPa (rango típico)	Aumento significativo con precipitación y endurecimiento por deformación
Elongación	~18–35%	~6–15%	Templeados en pico reducen elongación; estados recocidos maximizan conformabilidad
Dureza (HV)	~40–80 HV	~120–180 HV	Dureza correlaciona con densidad de precipitados y estado de envejecimiento

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.68 g/cm³	Levemente inferior al aluminio puro debido al Mg; varía con la composición
Rango de Fusión	Solidus ≈ 580–610 °C; Liquidus ≈ 640–660 °C	Rango aproximado dependiente de la aleación; tratamientos térmicos usan temperaturas bajo solidus
Conductividad Térmica	~100–150 W/m·K	Inferior al aluminio puro por aleación; adecuada para muchas aplicaciones de gestión térmica
Conductividad Eléctrica	~30–45 % IACS	Reducida respecto a aluminio puro por Mg y dispersoides
Calor Específico	~0.88–0.92 J/g·K (≈880–920 J/kg·K)	Típico de aleaciones de aluminio a temperatura ambiente
Coeficiente de Expansión Térmica	~23–25 ×10⁻⁶ /K	Similar al de aleaciones estructurales comunes de aluminio

Las propiedades físicas hacen que Scalmalloy sea atractivo cuando se requieren rigidez específica y buen comportamiento térmico con penalización reducida de masa. La densidad y la expansión térmica son comparables a otras aleaciones Al-Mg, lo que posibilita compatibilidad con muchos sistemas y uniones basados en aluminio sin excesiva expansión diferencial.

La conductividad térmica sigue siendo adecuada para aplicaciones de disipación de calor, aunque los diseñadores deben considerar la reducción respecto al aluminio puro y evaluar recubrimientos superficiales o geometrías de diseño para optimizar los caminos térmicos cuando se utiliza como disipador.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento Mecánico	Temple Común	Notas
Chapa	0,5–6 mm	Buena uniformidad en espesores delgados	O, T5, T6	Ampliamente utilizada para paneles y estructuras conformadas; el temple controla la formabilidad
Placa	>6 mm	La resistencia puede variar con el espesor	T6, T651	Las placas gruesas requieren tratamiento térmico cuidadoso para evitar precipitados gruesos
Extrusión	Perfiles complejos, varios tamaños	Excelente cuando está homogeneizada	T5, T6	El control del grano longitudinal y la resistencia a la recristalización favorecen la extruibilidad
Tubo	Diámetro exterior variable, paredes desde delgadas hasta gruesas	Comportamiento similar al de extrusión	T5, T6	Usado para tubos estructurales y componentes a presión
Barra/Varilla	Diámetros hasta secciones grandes	Buena maquinabilidad en estado recocido	O, Hxx, T6	Barras empleadas para piezas mecanizadas y sujetadores
Polvo / Aditivo (AM)	Partículas de polvo 15–60 µm; construcciones AM variables	En estado as-fabricado puede optimizarse para alta resistencia	AM-As-Built, envejecidos T5/T6	Scalmalloy es ampliamente usado en forma de polvo para procesos aditivos LPBF/EBM

Las diferencias en el procesamiento afectan directamente la microestructura y por tanto el comportamiento mecánico; las formas fabricadas por aditivo pueden requerir tratamientos térmicos específicos post-construcción para lograr el máximo endurecimiento por precipitación, mientras que las placas y extrusiones trabajadas se basan en ciclos convencionales de solución y envejecimiento. La elección de la forma de producto está determinada por la geometría, el acabado superficial, la tolerancia dimensional y la disponibilidad de procesos térmicos de alta temperatura (p. ej., homogeneización de extrusión o ciclos térmicos en AM) para estabilizar las estructuras de dispersoides.

La vía de metalurgia de polvos es un diferenciador clave para Scalmalloy, permitiendo geometrías complejas, altas eficiencias de construcción y microestructuras difíciles de lograr con fundición tradicional o procesos trabajados; los diseñadores deben especificar tanto la forma como el post procesamiento para asegurar las propiedades deseadas.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	Scalmalloy (Al-Mg-Sc-Zr)	EE.UU.	Aleación propietaria; no es una designación oficial de la serie AA
EN AW	No estandarizado / propietario	Europa	Normalmente suministrado como aleaciones propietarias o especificaciones específicas de cliente
JIS	No tiene equivalente directo	Japón	No existe un grado JIS estándar; rendimiento similar comparado con aleaciones Al-Mg-Sc de alta resistencia
GB/T	Grados propietarios / experimentales	China	Los productores locales pueden ofrecer aleaciones Sc-Zr-Mg, pero la composición y el temple exactos varían

No existen equivalentes directos exactos a Scalmalloy en normas convencionales publicadas porque la aleación es propietaria y está optimizada para procesos en polvo y aleación con escandio. Los proveedores europeos y asiáticos suelen presentar aleaciones con Sc como grados propietarios o designaciones experimentales en lugar de números AW estandarizados.

Al comparar con normas, los ingenieros deben tratar Scalmalloy como una familia distinta y verificar los certificados de propiedades químicas y mecánicas de los proveedores; la sustitución exige consideración cuidadosa del contenido de dispersoides y la historia del procesamiento, más que un simple emparejamiento elemento por elemento.

Resistencia a la Corrosión

Scalmalloy generalmente ofrece buena resistencia a la corrosión atmosférica, similar o superior a muchas aleaciones de aluminio de alta resistencia, debido a que la microestructura fina y homogénea limita los sitios galvánicos localizados y los intermetálicos gruesos. En atmósferas neutras y poco corrosivas se comporta bien, especialmente cuando está correctamente envejecida y tratada superficialmente; el anodizado o recubrimientos de conversión mejoran aún más la protección superficial.

En ambientes marinos con cloruros, Scalmalloy muestra resistencia razonable a picaduras en comparación con aleaciones 7xxx de alta resistencia, pero no es tan inherentemente resistente como ciertas aleaciones 5xxx con magnesio diseñadas para exposición en agua de mar. Los diseñadores deben considerar posibles ataques localizados en áreas estancadas o propensas a grietas y especificar recubrimientos apropiados o protección catódica cuando la exposición sea severa.

La susceptibilidad a la corrosión bajo tensión suele ser menor que en familias Al-Zn-Mg (7xxx) de alta resistencia, porque los dispersoides Sc/Zr reducen la precipitación en límites de grano y dificultan la propagación de grietas. Las interacciones galvánicas siguen el comportamiento estándar del aluminio; Scalmalloy permanece anódico respecto a aceros inoxidables y aleaciones de cobre, por lo que se deben considerar contactos aislantes o protección sacrificatoria en ensamblajes de metales mixtos.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldadura de Scalmalloy es factible con técnicas TIG y MIG cuando los procedimientos controlan la entrada de calor y la compatibilidad del material de aporte. Las aleaciones de aportación recomendadas son generalmente a base de Al-Mg o aportes especialmente formulados con Sc si están disponibles, para evitar grandes desajustes composicionales y mantener la ductilidad en la unión. Las zonas afectadas por el calor (ZAC) pueden mostrar reblandecimiento si los dispersoides se coarsen o las distribuciones de precipitados se alteran, por lo que a menudo se usan envejecimientos artificiales post-soldadura o tratamientos térmicos localizados para restaurar propiedades. El riesgo de fisuración en caliente es moderado; el bajo contenido de cobre y el control de silicio ayudan a reducir la susceptibilidad en comparación con algunas aleaciones Al-Zn.

Maquinabilidad

La maquinabilidad en condiciones recocidas es similar a otras aleaciones de aluminio de resistencia media y generalmente favorable con herramientas de carburo afiladas, avances moderados y velocidades de corte elevadas. En temple de máxima resistencia o envejecido aumenta la dureza, lo que puede elevar el desgaste de herramienta y requiere herramientas más robustas y menor profundidad de corte para mantener el acabado superficial. La formación de viruta suele ser continua y dúctil; se recomienda refrigerante para controlar el filo construido y la soldadura de virutas en herramientas. Materiales de herramienta como carburo o diamante policristalino ofrecen buena vida útil en operaciones CNC de alto volumen.

Formabilidad

La formabilidad en frío es mejor en temple O o H, donde la elongación es máxima; los radios mínimos de doblado deben seguir las directrices estándar para aluminio, típicamente 2–3 veces el espesor del material para radios pequeños en chapa recocida. Los temple de máxima resistencia reducen la elongación e incrementan el rebote elástico, por lo que el conformado debe realizarse en temple más blando seguido de solución y envejecimiento si se requiere la resistencia final. El conformado en caliente y las técnicas de formado incremental de chapa se benefician de la resistencia a la recristalización de Scalmalloy, permitiendo formas complejas con retención de microestructura fina. Para embutición profunda, un preenvejecido a condición de resistencia media suele equilibrar la formabilidad y las propiedades finales.

Comportamiento ante Tratamiento Térmico

Scalmalloy es tratable térmicamente y responde principalmente a tratamientos de solución seguidos de temple y envejecimiento artificial para producir una distribución densa de dispersoides Al3(Sc,Zr). Las temperaturas típicas de tratamiento de solución oscilan aproximadamente entre 500–540 °C con temple para retener la sobresaturación de solutos; el envejecimiento artificial posterior a 200–300 °C durante varias horas genera dureza y resistencia máximas. Las adiciones de Zr retardan el crecimiento y coarsening de precipitados Al3Sc, ampliando la ventana de envejecimiento y mejorando la estabilidad térmica respecto a aleaciones sólo con Sc.

Debido a que los precipitados Al3(Sc,Zr) son coherentes y altamente estables, Scalmalloy presenta menor sensibilidad al sobreenvejecimiento que muchas aleaciones convencionales Al-Mg o Al-Zn-Mg, aunque exposiciones prolongadas a temperaturas elevadas eventualmente agrandan los precipitados y reducen la resistencia máxima. Para material fabricado por aditivo, los ciclos térmicos in situ pueden inducir precipitación parcial durante la construcción, y un corto ciclo de solución o envejecimiento directo post-construcción suele ofrecer propiedades mecánicas optimizadas sin necesidad de tratamiento térmico de solución a alta temperatura completo. El trabajo en frío puede usarse para aumentar la resistencia en temple no tratado térmicamente, y el recocido regresa el material a una condición dúctil para conformado o unión.

Comportamiento a Alta Temperatura

Scalmalloy mantiene resistencia útil a temperaturas moderadamente elevadas comparado con muchas aleaciones de aluminio porque los dispersoides Al3(Sc,Zr) resisten el coarsening y continúan obstaculizando el movimiento de dislocaciones. La retención de resistencia es típicamente aceptable hasta aproximadamente 200–250 °C para servicio prolongado, con un ablandamiento progresivo por encima de este rango debido al crecimiento de precipitados y recuperación de la matriz. Excursiones a corto plazo a temperaturas más altas (hasta ~300 °C) pueden ser toleradas sin pérdida catastrófica, pero los diseñadores deben evitar exposiciones sostenidas a esos niveles a menos que estén validadas por pruebas a largo plazo.

La oxidación es típica de las aleaciones de aluminio; las capas protectoras de óxido se forman rápidamente a temperaturas elevadas pero no impiden los cambios estructurales debidos al coarsening de los precipitados. La zona afectada por el calor (ZAC) alrededor de las soldaduras y zonas localmente calentadas puede mostrar reducción de resistencia y debe evaluarse para creep o relajación bajo cargas de servicio a temperaturas elevadas.

Aplicaciones

Industria	Componente de Ejemplo	Por Qué Se Usa Scalmalloy (Al-Mg-Sc-Zr)
Automotriz	Soportes estructurales, componentes de suspensión	Alta resistencia específica y resistencia a la fatiga que reducen la masa y mejoran la durabilidad
Marina	Accesorios estructurales, componentes para embarcaciones pequeñas	Buena relación resistencia-peso y resistencia razonable a la corrosión en ambientes con cloruros
Aeroespacial	Accesorios, soportes, piezas estructurales ligeras	Resistencia a peso excepcional y estabilidad térmica para piezas críticas y ligeras
Motorsport	Jaulas antivuelco, componentes de chasis	Permite un ahorro agresivo de peso manteniendo la resistencia ante impactos
Electrónica	Disipadores térmicos ligeros, estructuras	Equilibrio entre conductividad térmica y rigidez con menor masa
Fabricación Aditiva	Prototipos estructurales complejos y piezas de producción	Aleación optimizada para fusión en lecho de polvo con altas propiedades mecánicas alcanzables

La combinación de alta resistencia, estabilidad durante el procesamiento térmico y buena adaptabilidad a la metalurgia de polvos hace que Scalmalloy sea valiosa en sectores donde se requieren componentes livianos con formas complejas. Su uso en fabricación aditiva ha ampliado la libertad de diseño, permitiendo un rendimiento que iguala o supera a muchas aleaciones de aluminio de alta resistencia producidas convencionalmente.

Consideraciones para la Selección

Elija Scalmalloy cuando los diseñadores necesiten alta resistencia específica y excelente resistencia a la fatiga, y cuando los métodos de fabricación (forjado o aditivo) y el presupuesto permitan una aleación con contenido de escandio. Se selecciona mejor cuando el ahorro de peso, la estabilidad microestructural y la retención de granos finos durante procesos en caliente o ciclos térmicos de fabricación aditiva son requisitos principales.

En comparación con aluminio comercialmente puro (por ejemplo, 1100), Scalmalloy sacrifica conductividad eléctrica y térmica y mejor formabilidad a cambio de una resistencia mucho mayor y mejor desempeño a la fatiga; utilice Scalmalloy cuando la eficiencia estructural pese más que la máxima conductividad. Frente a aleaciones comúnmente endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, Scalmalloy ofrece una resistencia sustancialmente superior con una vida a la fatiga comparable o mejor, aunque en ciertos ambientes marinos la resistencia a la corrosión sacrificatoria de algunas series 5xxx puede ser superior. En comparación con aleaciones comúnmente tratables térmicamente como 6061 o 6063, Scalmalloy suele proporcionar mejor estabilidad térmica y control microestructural; se prefiere cuando se requieren retención de alta resistencia a largo plazo y estabilidad microestructural en piezas complejas o fabricadas aditivamente, a pesar de posibles compromisos en coste y disponibilidad.

Resumen Final

Scalmalloy (Al-Mg-Sc-Zr) sigue siendo relevante porque combina de forma única microestructuras estabilizadas por precipitados con excelentes características de resistencia-peso y fatiga, y se adapta bien a rutas modernas de fabricación como la fabricación aditiva y el procesamiento avanzado en caliente. Su composición personalizada de Mg, Sc y Zr ofrece a los diseñadores una solución de aluminio duradera y de alto rendimiento para aplicaciones estructurales exigentes donde las aleaciones convencionales no pueden cumplir con los requisitos combinados de resistencia, estabilidad y conformabilidad.