Desde el teléfono inteligente que llevas en el bolsillo hasta los aviones que sobrevuelan tu cabeza, el aluminio desempeña un papel fundamental en la ingeniería y la fabricación modernas. Ofrece diversas propiedades, como ligereza, resistencia y resistencia a la corrosión. Sin embargo, no todo el aluminio es igual. Este metal se suele mezclar con otros elementos para formar aleaciones, cada una con propiedades distintas. Esta guía abordará los diferentes tipos de aluminio en la industria de la creación rápida de prototipos.
Tipos de aluminio: aluminio forjado y aluminio fundido
Todas las aleaciones de aluminio se pueden dividir en dos categorías principales: aluminio forjado o aluminio fundido. La diferencia radica en cómo se procesan hasta obtener su forma final.
Aluminio forjado
Las aleaciones forjadas se trabajan mecánicamente, mediante laminación, extrusión o forja, para lograr la forma deseada y mejores propiedades mecánicas. Este proceso de trabajo alinea la estructura del grano del metal, lo que resulta en una mayor resistencia a la tracción y ductilidad en comparación con las aleaciones de aluminio fundido. Las aleaciones de aluminio forjadas son el tipo más común y representan la mayor parte de los productos de aluminio.
Se identifican mediante un sistema de numeración de 4 dígitos (por ejemplo, 7075, 6061) establecido por The Aluminum Association.
- Primer dígito: Indica el elemento o serie de aleación principal.
- Segundo dígito: Indica una modificación de la aleación original.
- Tercer y cuarto dígitos: Identifique la aleación específica dentro de la serie.
Aluminio moldeado
Las aleaciones fundidas se producen fundiendo el aluminio y vertiéndolo en un molde para crear una forma específica. Este método es eficiente para producir geometrías complejas, como bloques de motor o carcasas de transmisión. Si bien tienen una menor resistencia a la tracción que sus contrapartes forjadas, las aleaciones de aluminio fundidas resultan rentables para la producción en grandes volúmenes.
Se identifican mediante un sistema de 3 dígitos con un punto decimal (por ejemplo, 356.0).
- Primer dígito: Indica la serie de aleación.
- Segundo y tercer dígito: Identifique la aleación específica.
- Dígito después del punto decimal: Indica la forma (fundición o lingote).
| Elemento | Aluminio forjado | aluminio fundido |
| Método de producción | Trabajado mecánicamente (laminado, extruido, forjado) | Fundido y vertido en un molde |
| Resistencia a la tracción | Más alto | Más Bajo |
| Conformabilidad | Excelente | Más Bajo |
| Acabado de la superficie | Más suave y consistente | Puede ser más tosco sin un procesamiento secundario. |
| Complejidad de la forma | Mejor para formas más simples y uniformes | Excelente para formas complejas e intrincadas |
| Costo | Puede ser mayor para piezas complejas. | Más rentable para piezas complejas de gran volumen |
| Aplicaciones típicas | Piezas estructurales, chapa metálica, extrusiones | bloques de motor, pistones, carcasas de maquinaria |
Grados de aleaciones de aluminio forjado
La serie de aleaciones forjadas es la más extensa y se divide según el elemento de aleación principal, que determina las características fundamentales del material.
Serie 1000
Esta serie está compuesta de aluminio con una pureza mínima del 99%, con trazas de hierro y silicio como principales impurezas. Estas aleaciones no se pueden fortalecer mediante tratamiento térmico; en cambio, se fortalecen mediante endurecimiento por deformación o trabajo en frío. Su pureza les confiere una resistencia excepcional al ataque químico y a la intemperie, además de una conductividad eléctrica y térmica superior. El aluminio 1100 es un grado comercialmente puro conocido por su excelente trabajabilidad, lo que lo hace ideal para la conformación de formas complejas. Se utiliza ampliamente en las industrias química y alimentaria para tanques y contenedores de almacenamiento. El aluminio 1350 es un grado específico con pureza controlada para garantizar una alta conductividad eléctrica, lo que lo convierte en el estándar para barras colectoras y cableado eléctrico.
Ventajas:
- Resistencia excepcional a la corrosión: Su alta pureza lo hace altamente resistente a los ataques químicos y a la intemperie.
- Excelente trabajabilidad: Es muy suave y dúctil, lo que facilita darle formas complejas.
- Alta conductividad: Posee una conductividad eléctrica y térmica superior, lo que la hace ideal para aplicaciones relacionadas.
Desventajas:
- Resistencia muy baja: Tiene la menor resistencia mecánica de todas las series de aluminio, lo que limita su uso estructural.
- No tratable térmicamente: Su resistencia solo puede incrementarse mediante trabajo en frío (endurecimiento por deformación).
- Mala maquinabilidad: Su blandura puede hacer que sea “gomoso” y difícil de mecanizar limpiamente.
Serie 2000
El cobre es el principal elemento de aleación en esta serie, lo que permite que estas aleaciones adquieran una resistencia significativa mediante tratamiento térmico de solubilización y endurecimiento por precipitación. Poseen una de las mejores relaciones resistencia-peso de cualquier aleación de aluminio, comparable a la del acero dulce. Sin embargo, la presencia de cobre las hace más susceptibles a la corrosión, requiriendo a menudo un recubrimiento protector o un revestimiento de una aleación de aluminio más pura (Alclad). Además, son notoriamente difíciles de soldar mediante métodos de fusión, ya que esto puede provocar fisuras. El aluminio 2024 es la aleación aeronáutica por excelencia, apreciada por su alta resistencia y excelente resistencia a la fatiga. Es el material de elección para estructuras sometidas a tensión, como fuselajes y revestimientos de alas. El aluminio 2011, con adiciones de plomo y bismuto, se conoce como una aleación de fácil mecanizado, diseñada para la producción de piezas complejas en tornos automáticos.
Ventajas:
- Resistencia muy elevada: Tras un tratamiento térmico, su resistencia puede ser comparable a la del acero dulce.
- Excelente relación resistencia-peso: Proporciona una alta resistencia con un peso muy bajo, lo cual es crucial para la industria aeroespacial.
- Alta resistencia a la fatiga: Puede soportar ciclos de estrés repetidos sin fallar, lo que lo hace duradero.
Desventajas:
- Baja resistencia a la corrosión: La presencia de cobre lo hace susceptible a la corrosión, lo que a menudo requiere recubrimientos protectores.
- Baja soldabilidad: Es difícil de soldar mediante métodos de fusión, ya que es propenso a agrietarse.
- Mayor costo: Se trata de aleaciones especializadas de alto rendimiento que son más caras que las de uso general.
Serie 3000
El manganeso es el principal elemento de aleación en esta serie, proporcionando un aumento moderado de la resistencia con respecto a la serie 1000. Estas aleaciones no son tratables térmicamente y su fortalecimiento se basa en el endurecimiento por deformación. Conservan la excelente conformabilidad y resistencia a la corrosión del aluminio puro, lo que las convierte en una opción popular para aplicaciones de uso general. El aluminio 3003 es la aleación de aluminio más utilizada. Es aproximadamente un 20 % más resistente que la aleación 1100, lo que la convierte en un material práctico y económico para utensilios de cocina, depósitos de almacenamiento e intercambiadores de calor. El aluminio 3004, con la adición de magnesio, es más resistente que el 3003 y es la aleación principal utilizada para fabricar los cuerpos de las latas de bebidas de aluminio.
Ventajas:
- Buena moldeabilidad: Es muy maleable y se puede moldear fácilmente en diversas formas.
- Buena resistencia a la corrosión: Conserva gran parte de la resistencia a la corrosión del aluminio puro.
- Económico: Ofrece un buen equilibrio de propiedades a un coste relativamente bajo para uso general.
Desventajas:
- Resistencia moderada: Su resistencia es solo ligeramente superior a la de la serie 1xxx.
- No tratable térmicamente: Al igual que la serie 1xxx, solo se puede fortalecer mediante trabajo en frío.
Serie 4000
La adición de silicio reduce significativamente el punto de fusión del aluminio y aumenta su fluidez en estado fundido, sin fragilizar el metal. Esta característica única hace que la serie 4000 sea ideal como material de unión. La mayoría de las aleaciones de esta serie no son tratables térmicamente, aunque algunas con cobre o magnesio añadido sí lo son.
La aleación 4043 es una de las aleaciones de aporte más populares para soldadura y soldadura fuerte, especialmente para unir aleaciones de la serie 6xxx. Sus excelentes características de flujo garantizan una unión limpia y resistente. La aleación 4032, que también contiene magnesio y níquel, es tratable térmicamente y tiene un bajo coeficiente de dilatación térmica, lo que la convierte en un material idóneo para pistones de motor forjados de alto rendimiento.
Ventajas:
- Excelente para soldadura/soldadura fuerte: Su bajo punto de fusión lo convierte en un material de relleno ideal para unir otras aleaciones de aluminio.
- Buena fluidez: Fluye muy bien cuando está fundido, asegurando una unión completa y fuerte.
- Baja expansión térmica: Ciertas aleaciones de esta serie (como la 4032) son apreciadas por su estabilidad dimensional a altas temperaturas.
Desventajas:
- No apto para uso estructural: Generalmente no se utiliza para componentes estructurales primarios.
- Baja ductilidad: Es más quebradizo que muchas otras series de aluminio.
- Acabado de anodizado deficiente: El alto contenido de silicio puede provocar que la superficie se torne de color gris oscuro o negro después del anodizado.
Serie 5000
El magnesio es el principal elemento de aleación y proporciona una potente combinación de resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión. Estas aleaciones se fortalecen mediante endurecimiento por deformación y fortalecimiento por solución sólida, y poseen la mayor resistencia de todas las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente. Son particularmente resistentes a la corrosión en ambientes marinos.
El aluminio 5052 es un grado muy versátil con excelente conformabilidad y durabilidad. Es un material de referencia para aplicaciones marinas, tanques de combustible y fabricación general de chapa metálica. El aluminio 5083 ofrece una resistencia aún mayor y se utiliza para aplicaciones más exigentes como la construcción naval, vagones de ferrocarril y recipientes a presión.
Ventajas:
- Excelente resistencia a la corrosión: Es altamente resistente a la corrosión, especialmente en ambientes de agua salada.
- Alta resistencia (no tratable térmicamente): Posee la mayor resistencia de todas las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente.
- Buena soldabilidad: Se puede soldar fácilmente, conservando gran parte de su resistencia en la zona de soldadura.
Desventajas:
- Susceptible a la corrosión bajo tensión (SCC): La exposición prolongada a temperaturas superiores a 150 °F (65 °C) puede hacerlo vulnerable a la SCC.
- No tratable térmicamente: Su resistencia solo puede incrementarse mediante endurecimiento por deformación.
- Más difícil de extruir: Es menos adecuado para crear formas extruidas complejas en comparación con la serie 6xxx.
Serie 6000
Esta serie contiene magnesio y silicio, que juntos forman siliciuro de magnesio. Este compuesto permite que las aleaciones se sometan a tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento artificial (endurecimiento por precipitación) para aumentar significativamente su límite elástico. Estas aleaciones se caracterizan por su excelente extrudabilidad, buena resistencia, conformabilidad y resistencia a la corrosión. Sin embargo, pueden ser susceptibles al agrietamiento durante la soldadura. El aluminio 6061 es una de las aleaciones tratables térmicamente más versátiles y utilizadas. Posee una excelente combinación de propiedades mecánicas y se emplea en una amplia gama de productos, como cuadros de bicicletas, componentes estructurales y tanques de buceo. El aluminio 6063 es conocido como la "aleación arquitectónica" por su acabado superficial superior y alta resistencia a la corrosión, lo que lo hace ideal para extrusiones como marcos de ventanas y puertas.
Ventajas:
- Tratable térmicamente: Su resistencia puede incrementarse significativamente mediante tratamiento térmico.
- Excelente para extrusiones: Es la serie de aleaciones más fácil de extruir en formas complejas y tiene un excelente acabado superficial.
Desventajas:
- Resistencia moderada: No es tan resistente como las series 2xxx y 7xxx.
- Reducción de la resistencia tras la soldadura: La zona alrededor de una soldadura pierde una cantidad significativa de su resistencia hasta que se somete a un nuevo tratamiento térmico.
- Propenso a agrietarse: Ciertos procedimientos de soldadura pueden provocar grietas si no se realizan correctamente.
Serie 7000
El zinc es el principal elemento de aleación en esta serie, a menudo combinado con magnesio y cobre. Estas adiciones permiten que la serie 7xxx reciba tratamiento térmico para alcanzar las mayores resistencias de cualquier aleación de aluminio. Su excepcional relación resistencia-peso las hace indispensables en aplicaciones de alto rendimiento. Sin embargo, esta alta resistencia conlleva una menor tenacidad a la fractura y una escasa resistencia a la corrosión bajo tensión, aunque los nuevos tratamientos térmicos han mejorado estas propiedades. También son difíciles de soldar. El aluminio 7075 es la aleación de referencia para uso aeronáutico, empleada en piezas sometidas a grandes esfuerzos, como largueros de alas y trenes de aterrizaje. El aluminio 7050 es una aleación más avanzada que ofrece un mejor equilibrio entre resistencia, tenacidad a la fractura y resistencia a la corrosión, especialmente en secciones gruesas, lo que la hace ideal para estructuras de fuselaje y mamparos de aeronaves.
Ventajas:
- Máxima resistencia: Estas son las aleaciones de aluminio más resistentes, con niveles de resistencia que pueden superar a algunos aceros.
- Excelente relación resistencia-peso: Ofrece el mejor rendimiento para aplicaciones donde el peso y la resistencia son críticos.
- Buena maquinabilidad: Se puede mecanizar con un estándar y acabado muy altos.
Desventajas:
- Mala soldabilidad: Es muy difícil de soldar y no se recomienda para métodos de soldadura por fusión.
- Coste más elevado: Es una de las aleaciones de aluminio más caras debido a sus elementos de aleación y requisitos de procesamiento.
- Menor resistencia a la corrosión: Es más susceptible a la corrosión y al agrietamiento por corrosión bajo tensión que las series 5xxx y 6xxx.
Grados comunes para mecanizado CNC
Para el mecanizado por control numérico computarizado (CNC), las propiedades de una aleación deben permitir que se corte limpiamente sin un desgaste excesivo de la herramienta.
| Aleación | Fuerza relativa | maquinabilidad | Resistencia a la Corrosión: | soldabilidad | Tipo de aplicación |
| 6061-T6 | Alto | Excelente | Excelente | Bueno | Piezas estructurales y mecanizadas generales |
| 7075-T6 | Mayor | Bueno | Suficientemente bueno | Pobre | Componentes aeroespaciales de alto estrés |
| 2024-T4 | Muy Alta | Bueno | Pobre | Pobre | Estructuras de aeronaves, piezas de alta fatiga |
| 5052-H32 | Media | Suficientemente bueno | Excelente | Excelente | Componentes marinos, chasis electrónico |
| MIC-6 | Bajo | Excelente | Bueno | Suficientemente bueno | Herramientas de alta precisión, placas base |
Grados comunes para la fabricación de chapa metálica
Para la fabricación de chapa metálica, que implica doblado y conformado, la ductilidad de una aleación es primordial para evitar el agrietamiento.
| Aleación | Fuerza relativa | Conformabilidad | Resistencia a la Corrosión: | soldabilidad | Tipo de aplicación |
| 5052-H32 | Media | Excelente | Excelente | Excelente | Piezas marinas, recintos, tanques |
| 6061-T6 | Alto | Suficientemente bueno | Excelente | Bueno | Aplicaciones estructurales que requieren doblado |
¿Cuál es el tipo de aluminio más resistente?
En general, las aleaciones de la serie 7000 son las aleaciones de aluminio más resistentes disponibles comercialmente. El aluminio 7075-T6 (con un tratamiento térmico específico) ofrece una resistencia a la tracción superior a la de muchos tipos de acero, con tan solo un tercio de su peso.
Sin embargo, “más resistente” no siempre significa “mejor”. La extrema resistencia de las aleaciones de la serie 7000 conlleva ciertas contrapartidas:
- Menor resistencia a la corrosión: Son más susceptibles a la corrosión que las aleaciones 5000 o 6000.
- Baja soldabilidad: Son difíciles de soldar utilizando métodos convencionales.
- Mayor coste: Su producción es más costosa.
La elección de la aleación es siempre una decisión de ingeniería que busca el equilibrio entre la necesidad de resistencia y otros factores críticos como la durabilidad, la facilidad de fabricación y el costo.
