ALEACIONES DE ALUMINIO

El principal órgano administrativo que regula las composiciones típicas de aleaciones de Aluminio es el ANSI, que es análogo al que funciona de la misma manera con respecto al Acero, el AISI. De ésta forma, la mayoría de aleaciones de Aluminio reciben el nombre de “ANSI XXXX” donde cada “X” es una variable numérica. 

La primer “X” de cada serie de 4 indica la familia a la que pertenecen. La segunda “X”, si no es 0, significa que se trata de una variación del grado estándar en concreto de la serie. Las dos últimas variables “XX” son puramente arbitrarias y sólo designan el número que ocupa la aleación en orden numérica, sin valor con respecto a la composición. 

Todo ésto se ha hecho para facilitar el acceso al producto. Las normas de regularización son imporantes ya que designan grados más adecuados para una aplicación u otra. De aquí se puede decir que gracias al ANSI se han fijado los “estándares” para cada uso específico. 

La ANSI no maneja todas las aleaciones de Aluminio, ni muchísimo menos. Tampoco lo hace la AISI respecto al Acero. Hay más organismos, como la SAE, DIN, et cétera, pero personalmente siempre he preferido ambas porque considero que son más exactas, tienen catálogos más completos y en cierto modo muestran mayor compromiso al mostrar más datos y especificaciones. Además, son de fácil acceso al público. 

La clasificación de las aleaciones de aluminio según el sistema ANSI se organiza en ocho series principales, identificadas por el orden de los “miles” en una secuencia de cuatro cifras, donde la primera cifra indica la familia composicional. Esta estructura permite una rápida identificación de las propiedades generales de cada aleación, facilitando su selección según los requerimientos técnicos de cada aplicación.

La serie 1000 corresponde al aluminio comercialmente puro, caracterizado por una elevada conductividad eléctrica y una excelente resistencia a la corrosión. Estas propiedades lo hacen idóneo para aplicaciones en la industria eléctrica y en entornos donde la exposición a agentes corrosivos es constante. Sin embargo, sus limitadas propiedades mecánicas —baja dureza y escasa resistencia estructural— restringen su uso en componentes sometidos a esfuerzos. Además, estas aleaciones no son tratables térmicamente, lo que limita aún más su versatilidad.

La serie 2000, cuyo principal elemento aleante es el cobre, se asemeja al duraluminio original y destaca por su elevada rigidez y dureza. La mayoría de estas aleaciones son tratables térmicamente, lo que permite mejorar sus prestaciones mediante procesos de endurecimiento en caliente. No obstante, la presencia de cobre reduce significativamente la resistencia a la corrosión, lo que exige tratamientos superficiales o recubrimientos protectores en ambientes agresivos. Su uso está ampliamente extendido en la industria aeronáutica y aeroespacial, donde la relación peso-resistencia es crítica.

La serie 3000 incorpora manganeso como aleante principal, lo que confiere a estas aleaciones una rigidez y dureza moderadas, suficientes para aplicaciones estructurales ligeras. Se emplean en la fabricación de marcos de puertas y ventanas, utensilios de cocina, cubos y, en el ámbito industrial, en intercambiadores de calor. Al igual que la serie 1000, estas aleaciones no son tratables térmicamente, lo que limita su capacidad de mejora mecánica frente a otras familias.

La serie 4000 se basa en el silicio como elemento aleante, lo que reduce el punto de fusión del aluminio, incrementa su dureza y disminuye su coeficiente de expansión térmica. Aunque presentan una buena resistencia a la corrosión, sus propiedades mecánicas son pobres, lo que restringe su uso a aplicaciones específicas como fundiciones decorativas o modelados en los que el aluminio actúa como “metal blanco”, en analogía con el estaño, el indio o el plomo.

La serie 5000, con magnesio como aleante principal, ofrece una excelente combinación de baja densidad y buenas propiedades mecánicas. Estas aleaciones son especialmente valoradas en la industria náutica por su elevada tolerancia a la corrosión en ambientes salinos. También se emplean en la fabricación de componentes ultraligeros para automóviles de lujo, bicicletas de alta gama y estructuras aeroespaciales. Sin embargo, cuando el contenido de magnesio supera el 3 %, algunas aleaciones pueden debilitarse a altas temperaturas, lo que limita su uso en aeronáutica. Estas aleaciones no son tratables térmicamente.

La serie 6000 combina silicio y magnesio, logrando una sinergia que permite el tratamiento térmico y mejora la tolerancia al calor. Presentan buenas propiedades estructurales y resistencia a la corrosión, lo que las hace adecuadas para aplicaciones arquitectónicas, automotrices y mecánicas en general.

La serie 7000, con zinc como aleante principal, es la más resistente de todas. Estas aleaciones pueden endurecerse térmicamente y alcanzar niveles de tenacidad que rivalizan con ciertos grados de acero. Ejemplos destacados como ANSI 7034 y ANSI 7068 ilustran el potencial de esta familia en aplicaciones de alta exigencia mecánica. El zinc, en proporciones cercanas al 7,5 %, es el elemento que más contribuye al endurecimiento del aluminio, permitiendo su uso en componentes estructurales de responsabilidad moderada.

La serie 8000, la última de la clasificación, incorpora hierro elemental en proporciones que rara vez superan el 10 %. Estas aleaciones se distinguen por su resistencia a las altas temperaturas, lo que las hace útiles en entornos térmicamente exigentes.

Las aleaciones “fuertes” del aluminio pertenecen principalmente a las series 2000 y 7000, donde el cobre y el zinc, respectivamente, actúan como aleantes principales. Su capacidad de tratamiento térmico permite optimizar sus propiedades mecánicas, aunque a costa de una menor resistencia a la corrosión, especialmente en el caso de la serie 2000. Por otro lado, las combinaciones con magnesio, manganeso y silicio ofrecen un equilibrio entre resistencia mecánica y tolerancia térmica, lo que las hace aptas para la fabricación de motores y componentes sometidos a esfuerzos térmicos prolongados.

Durante mucho tiempo se asumió que los motores debían ser de acero debido a las exigencias mecánicas extremas que enfrentan. Sin embargo, los motores de aluminio llevan utilizándose desde hace más de medio siglo, y su menor peso ha permitido diseñar bloques de mayor cilindrada y volumen, lo que se traduce en un rendimiento superior. Esta evolución ha dado lugar a motores de gran tamaño en vehículos como los “muscle cars” estadounidenses —por ejemplo, el Dodge Challenger— que combinan una potencia descomunal con una estructura sorprendentemente ligera, una estética que personalmente me resulta fascinante por su carácter desmesurado.

Cabe destacar que la mayoría de las aleaciones de aluminio no contienen un único aleante, sino que combinan varios elementos para lograr propiedades específicas. En ocasiones se incorporan componentes menos comunes como el litio, el estaño, el titanio —aunque su procesamiento es costoso—, lantánidos como el erbio, y estabilizadores térmicos como el óxido de itrio (Y₂O₃), también conocido como “itria”, que mejora la estabilidad estructural a altas temperaturas.

El duraluminio, aunque hoy considerado una aleación obsoleta en términos de rendimiento mecánico, representa un hito histórico en la evolución de los materiales estructurales. Su composición estándar se basa en aluminio con aproximadamente un 4 % de cobre en masa, acompañado de pequeñas cantidades de magnesio. Esta fórmula fue desarrollada por el ingeniero alemán Alfred Wilm en 1903, aunque no sería hasta 1909 cuando la aleación entraría en producción a gran escala. En su momento, el duraluminio supuso una auténtica revolución tecnológica, al ofrecer una alternativa mucho más resistente que el aluminio puro, un metal demasiado blando para aplicaciones estructurales. La aparición de esta aleación marcó el inicio de una nueva era en la ingeniería de materiales, abriendo el camino a familias de aleaciones que transformarían el aluminio en un componente esencial de la vida moderna.

A pesar de que hoy existen aleaciones con propiedades superiores, el término “duraluminio” sigue utilizándose de forma coloquial para referirse a cualquier aleación fuerte de aluminio, incluso cuando no contiene cobre. Esta persistencia lingüística refleja la profunda huella que dejó en la historia de la metalurgia.

El impacto del duraluminio fue especialmente notable en el ámbito aeronáutico. Su baja densidad —el acero pesa más del triple que el aluminio— combinada con una sorprendente capacidad para soportar cargas elevadas, lo convirtió en el material ideal para sustituir a la madera en estructuras que requerían ligereza sin sacrificar resistencia. En una época dominada por el hierro y la madera, el duraluminio ofrecía una alternativa maleable, dúctil y fácil de forjar, sin necesidad de recubrimientos protectores para evitar la corrosión. Su uso en los primeros dirigibles, como el Zeppelin, fue decisivo: actuaba como el esqueleto metálico que sostenía el globo de gas, permitiendo estructuras de gran tamaño con una notable reducción de peso.

Tras el trágico accidente del dirigible Hindenburg —nombrado en honor al militar prusiano Paul von Hindenburg— el uso del duraluminio en aeronáutica entró en receso, pero resurgió con fuerza en la fabricación de los primeros aviones metálicos. Hasta entonces, los aviones se construían con maderas finas, una práctica que hoy resulta difícil de concebir. El duraluminio respondió a la necesidad del ser humano de conquistar el cielo, y aunque los procesos actuales son más sofisticados, con controles térmicos precisos y técnicas avanzadas de aleación, el espíritu de la fórmula original de Wilm permanece vigente.

Las características generales del duraluminio y sus variantes lo definen como una aleación ligera —con una densidad aproximada de 2,5 g/cm³— fuerte, tenaz, maleable y dúctil. Se puede forjar, maquinar, extrudir y moldear con facilidad. Su comportamiento a altas temperaturas es notable, ya que retiene buena parte de su resistencia mecánica. Además, es completamente reciclable, no tóxico, no contaminante y abundante en la corteza terrestre. Su elaboración no presenta grandes complicaciones técnicas, lo que contribuyó a su popularización en el siglo XX.

En cuanto a la resistencia a la corrosión, el duraluminio presenta un comportamiento aceptable, aunque inferior al del aluminio puro. La adición de cobre —como ocurre con la mayoría de los elementos endurecedores, salvo excepciones como el escandio o el zirconio— altera el potencial de electrodo de la aleación, reduciendo su resistencia frente a agentes corrosivos. Aun así, el duraluminio resiste bien en ambientes de aire y agua dulce, y puede anodizarse para mejorar su protección superficial. En agua marina, su resistencia es moderada, por lo que no se recomienda su uso directo sin tratamiento. No forma sulfatos a temperatura ambiente, pero reacciona con ácidos y bases, aumentando su reactividad conforme se incrementa la temperatura.

Las aplicaciones actuales del duraluminio original se concentran principalmente en la industria aeronáutica, en componentes que no están expuestos a temperaturas extremas. Durante décadas, los paneles de aviones —independientemente de su tamaño— se fabricaron con esta aleación. También se utilizó en bujes, pistones, cilindros y otras piezas mecánicas. Aunque hoy en día los aleantes han cambiado en tipo y proporción, el aluminio sigue siendo la base de estas composiciones, y el legado del duraluminio permanece como referencia.

Es fundamental aclarar que no todas las aleaciones de aluminio son duraluminio. Este término se refiere exclusivamente a las aleaciones de la serie 2000, donde el cobre es el aleante principal. Composiciones con zinc, magnesio u otros elementos no pertenecen a esta familia. La confusión se debe a que, durante gran parte del siglo XX —desde 1909 hasta después de la Segunda Guerra Mundial— el duraluminio fue prácticamente la única aleación de aluminio relevante. Hoy, el panorama es mucho más complejo, con una amplia base de datos y clasificación técnica. Tal como ocurre con los aceros y aceros inoxidables regulados por la AISI, las aleaciones de aluminio están organizadas en grados ANSI bajo la supervisión de The Aluminium Association, una entidad sin ánimo de lucro con sede en Virginia, Estados Unidos.