Aluminio 2024 propiedades
El aluminio 2024 (designación EN AW‑AlCu4Mg1) es una aleación de la serie 2000, tratable térmicamente, cuyo principal elemento de aleación es el cobre. Con una densidad de solo 2,78 g/cm³ y una resistencia a la tracción que puede superar los 450 MPa en estado T8, ofrece una relación resistencia‑peso excepcional para componentes estructurales sometidos a cargas cíclicas. Su uso está ampliamente extendido en la industria aeroespacial y en aplicaciones donde la fatiga es un criterio crítico.
Composición química
Sección titulada «Composición química»La composición química del aluminio 2024, conforme a la norma EN 573‑3, presenta límites muy controlados de elementos aleantes que definen su capacidad de endurecimiento por precipitación. El aluminio actúa como metal base y el resto de los componentes se ajustan a los siguientes intervalos:
| Elemento | Mínimo (% en masa) | Máximo (% en masa) |
|---|---|---|
| Aluminio (Al) | 90,7% | Resto |
| Cobre (Cu) | 3,8% | 4,9% |
| Magnesio (Mg) | 1,2% | 1,8% |
| Manganeso (Mn) | 0,3% | 0,9% |
| Silicio (Si) | — | 0,5% |
| Hierro (Fe) | — | 0,5% |
| Zinc (Zn) | — | 0,25% |
| Titanio (Ti) | — | 0,15% |
| Cromo (Cr) | — | 0,1% |
| Otros elementos (cada uno) | — | 0,05% |
| Otros elementos (total) | — | 0,15% |
El Zr combinado con Ti puede elevarse hasta 0,20% en productos extrusionados o forjados. Esta estricta ventana composicional, especialmente en Cu y Mg, posibilita la formación de precipitados intermediarios responsables del endurecimiento.
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»La densidad del aluminio 2024 es de 2,78 g/cm³ (0,1 lb/in³), aproximadamente un 65% inferior a la de la mayoría de los aceros, lo que lo convierte en un material predilecto para aligerar estructuras. Las propiedades fundamentales se resumen a continuación:
| Propiedad | Valor SI | Valor Imperial |
|---|---|---|
| Densidad (ρ) | 2,78 g/cm³ = 2780 kg/m³ | 0,1 lb/in³ |
| Módulo de elasticidad (E) | 73,1 GPa | 10,6 × 10⁶ psi |
| Módulo de cortante (G) | 27,6 GPa | 4,0 × 10⁶ psi |
| Temperatura de inicio de fusión (solidus) | 500 °C | 932 °F |
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»La conductividad térmica del aluminio 2024 es de 121 W/(m·K), un valor moderado dentro de la familia de aleaciones de aluminio que permite disipar calor en componentes mecánicos. Las principales magnitudes térmicas se detallan:
| Propiedad | Valor SI | Valor Imperial |
|---|---|---|
| Conductividad térmica (λ) | 121 W/(m·K) | 840 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| Calor específico (cₚ) | 875 J/(kg·K) | 0,209 BTU/(lb·°F) |
| Coeficiente de dilatación térmica (α) (20‑100 °C) | 22,9 µm/(m·K) | 12,7 × 10⁻⁶ in/(in·°F) |
| Temperatura máxima de servicio (Tmax) | 120 °C | 248 °F |
Propiedades mecánicas por estado de tratamiento
Sección titulada «Propiedades mecánicas por estado de tratamiento»Las características mecánicas del 2024 varían radicalmente según el tratamiento térmico y el grado de deformación en frío aplicado. En estado de recocido (O) apenas alcanza 220 MPa de resistencia a la tracción, mientras que con temple T8 supera los 450 MPa. La siguiente tabla recoge valores típicos para los temples más empleados:
| Temple | Resistencia a la tracción (Rm) | Límite elástico (Rp0,2) | Elongación (A) | Dureza Brinell (HBW) |
|---|---|---|---|---|
| O (recocido) | 220 MPa (32 ksi) | 140 MPa (20 ksi) | 12‑13% (Lo=50 mm) | 55 |
| T3 (sol. tratada, trabajada en frío, envej. natural) | 395‑450 MPa (57‑65 ksi) | 270‑310 MPa (39‑45 ksi) | 6‑8% (Lo=50 mm) | 120 |
| T4 (sol. tratada, envej. natural) | 427 MPa (62 ksi) | 276 MPa (40 ksi) | 10‑15% | — |
| T351 (sol. tratada, aliviada de tensiones) | 470 MPa (68 ksi) | 280 MPa (41 ksi) | 20% | — |
| T8 (sol. tratada, trabajada en frío, envej. artificial) | 455 MPa (66 ksi) | 380 MPa (55 ksi) | 4‑5% (Lo=50 mm) | 130 |
Los valores de resistencia en T3 y T4 proceden de promedios industrialmente aceptados; la elongación mínima en T351 resalta la mejora de ductilidad que otorga el alivio de tensiones.
Propiedades eléctricas
Sección titulada «Propiedades eléctricas»La conductividad eléctrica del aluminio 2024 es del 30% IACS (International Annealed Copper Standard). Esta cifra equivale a unos 17,4 MS/m y refleja la influencia de los elementos de aleación en disolución, que reducen drásticamente la movilidad de los electrones respecto al aluminio puro (≈ 62 %IACS). La aleación se emplea en estructuras donde la conductividad no es un requisito prioritario; cuando se necesita desempeño eléctrico suele preferirse el 6061 o series 1xxx.
Resistencia a la corrosión
Sección titulada «Resistencia a la corrosión»El aluminio 2024 presenta una resistencia a la corrosión notablemente baja debido a la elevada concentración de cobre, que favorece la formación de pares galvánicos en presencia de humedad. Por esta razón, en entornos atmosféricos o marinos se utiliza con frecuencia en forma de chapa alclad (recubierta con una fina capa de aluminio puro o Al‑1Zn), que sacrifica la superficie externa protegiendo el núcleo. Sin embargo, el proceso de alclad puede reducir ligeramente la resistencia a la fatiga. Las piezas mecanizadas sin recubrimiento requieren sistemas de protección como anodizado, pintura o recubrimientos inhibidores.
Soldabilidad
Sección titulada «Soldabilidad»El aluminio 2024 no es soldable mediante técnicas de fusión (TIG, MIG, láser), ya que su composición química provoca la formación de defectos de solidificación —grietas en caliente— durante la resolidificación del baño de fusión. La única tecnología de unión autorizada en producción para esta aleación es la soldadura por fricción (FSW, friction stir welding), que opera en estado sólido sin alcanzar la fusión del material y mantiene la integridad microestructural. Cualquier intento de soldadura por arco requiere una cuidadosa evaluación de riesgos y suele estar contraindicado en aplicaciones estructurales críticas.
Maquinabilidad
Sección titulada «Maquinabilidad»La maquinabilidad del aluminio 2024 se considera media, situándose por debajo de aleaciones específicas como el 2011 o el 6262, pero notablemente mejor que la del 7075 en temple T6. En estado T3 o T4 produce viruta fragmentada y ofrece un acabado superficial aceptable con herramientas de metal duro y lubricación adecuada. Las operaciones de fresado, torneado y taladrado son comunes en la fabricación de componentes mecánicos; la selección de filos de corte y velocidades moderadas ayuda a evitar el embotamiento prematuro.
Aplicaciones por industria
Sección titulada «Aplicaciones por industria»La combinación de alta resistencia específica y buena tenacidad a la fatiga hace del 2024 un material estructural insustituible en múltiples sectores:
- Aeroespacial: Revestimientos de alas y fuselajes, cuadernas, largueros y herrajes sometidos a tracción y cargas cíclicas.
- Automoción de alto rendimiento: Bielas, pistones, alojamientos de cojinetes y componentes de transmisión donde cada gramo cuenta.
- Maquinaria: Engranajes, árboles de levas, soportes y piezas mecanizadas con requisitos de resistencia y baja inercia.
- Industria militar: Componentes estructurales de aeronaves no tripuladas (UAV) y sistemas de armamento ligero.
- Molde y utillaje: Piezas de moldes de precisión para series cortas que requieren buena conductividad térmica.
Comparativa con materiales similares
Sección titulada «Comparativa con materiales similares»Frente a otras aleaciones de aluminio de uso estructural, el 2024 ocupa una posición intermedia en resistencia, pero destaca por su comportamiento frente a la fatiga y su facilidad de mecanizado en temple natural. La tabla siguiente ilustra sus principales diferencias con el 2014, el 6061 y el 7075:
| Propiedad | 2024‑T3/T4 | 2014‑T6 | 6061‑T6 | 7075‑T6 |
|---|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (Rm, MPa) | 427‑441 (T4/T3) | 455‑460 | 310 | 540‑572 |
| Límite elástico (Rp0,2, MPa) | 276‑290 | 400 | 276 | 503 |
| Alargamiento típico (%) | 10‑15 | 10 | 12 | 11 |
| Dureza Brinell (HBW) | 120 | 130 | 95 | 150 |
| Soldabilidad (fusión) | No | No (similar) | Excelente | Mala |
| Resistencia a corrosión | Baja | Baja | Alta | Baja |
| Mecanizado | Medio | Medio‑alto | Medio | Medio‑bajo |
El 2014 y el 2024 comparten filosofía de aleación (Al‑Cu), pero el 2014 se prefiere para forja mientras que el 2024 se emplea en chapa y placa. El 6061 ofrece menor resistencia pero gana en soldabilidad y protección contra corrosión. El 7075, por su parte, alcanza las resistencias más altas de la familia del aluminio, aunque con menor ductilidad y mayor sensibilidad a la concentración de tensiones.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la resistencia a la tracción del aluminio 2024 en estado T3?
Sección titulada «¿Cuál es la resistencia a la tracción del aluminio 2024 en estado T3?»La resistencia a la tracción del 2024‑T3 se sitúa en un intervalo típico de 395 a 450 MPa (57‑65 ksi), con un valor promedio de 441 MPa (64 ksi).
¿Qué límite elástico presenta el aluminio 2024‑T4?
Sección titulada «¿Qué límite elástico presenta el aluminio 2024‑T4?»El límite elástico del 2024‑T4 es de 276 MPa (40 ksi) como valor característico industrial, alcanzando deformaciones permanentes mínimas del 0,2 %.
¿Con qué dureza se suministra el aluminio 2024?
Sección titulada «¿Con qué dureza se suministra el aluminio 2024?»La dureza Brinell del 2024 depende del temple: 55 HBW en estado O, 120 HBW en T3 y hasta 130 HBW en T8, proporcionando una referencia directa de su resistencia mecánica.
¿Hasta qué temperatura puede trabajar el aluminio 2024?
Sección titulada «¿Hasta qué temperatura puede trabajar el aluminio 2024?»El aluminio 2024 mantiene sus propiedades mecánicas hasta una temperatura máxima de servicio de 120 °C (248 °F); por encima de este valor la resistencia cae rápidamente y el material inicia procesos de sobremaduración.
¿Se puede soldar aluminio 2024?
Sección titulada «¿Se puede soldar aluminio 2024?»No; el aluminio 2024 no admite soldadura por fusión. Solo es soldable mediante procesos de fricción (FSW), que evitan la formación de grietas de solidificación características de esta aleación.
¿Qué diferencia al aluminio 2024 del 7075?
Sección titulada «¿Qué diferencia al aluminio 2024 del 7075?»El 2024 ofrece una resistencia a la tracción inferior (unos 440 MPa en T3 frente a los 572 MPa del 7075‑T6), pero conduce a una mejor tenacidad a la fractura y menor sensibilidad a la entalla, siendo más adecuado para componentes sometidos a fatiga.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=23683
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/properties-aluminum-pipe-d_1340.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/steel_alloy_composition_eu.php?name_id=1036