Grosor de la placa de aluminio.
Cuando la gente habla de placas de aluminio, normalmente salta directamente a los grados de aleación (6061, 5083, 7075) o a tratamientos superficiales y resistencia a la corrosión. El espesor tiende a tratarse como una simple dimensión, un número que se busca en un catálogo y del que se pasa. En la práctica, el espesor no es sólo una medida física; es una variable de diseño que gobierna silenciosamente la resistencia, el peso, la capacidad de fabricación, el costo e incluso cómo se comporta una aleación a nivel microscópico.
Desde la perspectiva de un ingeniero o fabricante, "¿qué grosor tiene?" Rara vez es una pregunta trivial.
El espesor como negociación entre fuerza y peso
Piense en el espesor de la placa de aluminio como el resultado de una negociación entre prioridades en competencia.
Un ingeniero marino quiere suficiente espesor en una placa de casco 5083-H116 para resistir el impacto de las olas y el pandeo local, pero cada milímetro adicional agrega peso que aumenta el consumo de combustible. Un diseñador aeroespacial que utiliza placas 2024-T351 o 7075-T651 está obsesionado con las relaciones rigidez-peso; Recortar medio milímetro en el revestimiento de un ala grande puede traducirse en un ahorro de cientos de kilogramos en una flota de aviones.
La paradoja con la placa de aluminio es que a menudo elegimos una aleación particular por su alta resistencia, sólo para necesitar menos espesor del que requeriría una aleación de menor resistencia. Esto nos permite reducir el peso y, a veces, incluso reducir el coste total del material a pesar de un precio por kilogramo más alto.
Por ejemplo, una comparación general:
- Un panel estructural en 5083-H111 podría necesitar un espesor de 12 mm para cumplir con un requisito de carga y rigidez específico.
- Cambiar a 6061-T651, con mayor límite elástico y buen módulo, podría permitir que ese mismo panel funcione de forma segura entre 8 y 10 mm.
- En diseños muy sensibles al peso, una aleación de alta resistencia como 7075-T651 podría reducir aún más ese espesor, aunque con compensaciones en resistencia a la corrosión y soldabilidad.
El espesor es el punto donde convergen las propiedades mecánicas, los factores de seguridad y la masa.
La visión de la fabricación: el espesor como restricción del proceso
Desde el punto de vista de un laminador, el espesor de la placa de aluminio es una cuestión de capacidad del proceso más que una cuestión de diseño.
La placa de aluminio comienza su vida como una losa fundida, normalmente de 400 a 600 mm de espesor. Esa losa se lamina en caliente repetidamente hasta lograr el espesor deseado. A medida que el espesor disminuye, las restricciones aumentan:
- Las placas muy gruesas (por encima de aproximadamente 100-150 mm) superan los límites de la uniformidad del tratamiento térmico. Es más difícil lograr un temple completo y consistente en todo el espesor.
- La placa mediana (alrededor de 6 a 50 mm) es el punto óptimo para muchas aplicaciones estructurales: fácil de laminar, tratar térmicamente, mecanizar y probar.
- Las placas delgadas que se acercan al calibre de la lámina (por debajo de aproximadamente 4 a 6 mm) introducen demandas de planitud y control de tensiones residuales. La placa delgada se deforma más fácilmente y responde de manera más espectacular al mecanizado y la soldadura.
El espesor de la placa también determina cómo se implementa el templado. Tomemos dos aleaciones comunes:
- La placa 6061-T651 se trata térmicamente con solución, se enfría, se alivia la tensión mediante estiramiento y luego se envejece artificialmente. El estiramiento de placas gruesas requiere equipo pesado, y existen límites prácticos en cuanto al espesor máximo que puede aliviarse de manera confiable la tensión de esta manera.
- La placa marina 5083-H116 está endurecida y estabilizada. Sus propiedades mecánicas están fuertemente influenciadas por el trabajo en frío durante el laminado. El espesor final determina cuánto trabajo en frío se puede distribuir a través de la sección transversal sin tensión interna excesiva o distorsión.
Las gamas de productos estándar reflejan estas realidades de proceso. Los espesores típicos de las placas laminadas pueden variar desde aproximadamente 6 mm hasta 150 mm, y algunas laminadoras son capaces de producir secciones más gruesas. Por debajo de unos 6 mm, el material suele clasificarse y suministrarse como láminas en lugar de placas, utilizando diferentes líneas de producción y estándares.
El espesor también es un valor legal y contractual. Las normas internacionales definen no sólo las tolerancias dimensionales sino también qué requisitos de propiedad se aplican en qué rangos de espesor.
Algunos ejemplos:
- ASTM B209 especifica requisitos para láminas y placas de aluminio y aleaciones de aluminio, con tolerancias que cambian tanto con la aleación como con el espesor. Las placas más gruesas permiten mayores desviaciones en planitud y espesor que las placas delgadas.
- Las series EN 485 y EN 573 (para los mercados europeos) tratan de manera similar el espesor como un factor categórico al definir las variaciones permitidas, las posiciones de prueba de propiedades mecánicas y las condiciones de entrega.
- Los códigos marinos y de recipientes a presión (como DNV, ABS, ASME) a menudo introducen exigencias adicionales, como pruebas ultrasónicas o una mayor planitud, una vez que el espesor excede un cierto umbral, porque las consecuencias de los defectos aumentan con el espesor de la sección.
En recipientes a presión y tanques criogénicos fabricados con aleaciones como 5083 o 5454, las placas con un espesor superior a cierto valor pueden requerir pruebas de tenacidad en todo el espesor. Una microcontracción que es inofensiva en una pared de 6 mm puede convertirse en un factor crítico de tensión a 50 mm.
Por lo tanto, elegir el espesor no se trata sólo de lo que el componente “necesita” mecánicamente, sino también de qué estándares cumplirá, qué inspecciones serán obligatorias y qué documentación deberá entregar el proveedor.
Microestructura, tensión residual y la historia interna del espesor
A menudo se ignora lo que sucede dentro de una placa de aluminio a medida que se vuelve más gruesa, pero impulsa el rendimiento de maneras sutiles.
En una placa delgada 6061, el tratamiento térmico de la solución y el enfriamiento pueden alcanzar todo el espesor de manera bastante uniforme. Las velocidades de enfriamiento son lo suficientemente consistentes como para que el endurecimiento por precipitación esté bien controlado durante el envejecimiento posterior. En una placa 6082-T651 de 150 mm de espesor, la región de espesor medio se enfría mucho más lentamente, lo que podría provocar:
- Límite elástico ligeramente menor en la mitad del espesor que cerca de las superficies.
- Variaciones en el tamaño del precipitado y distribución a lo largo del espesor.
- Patrones de tensión residual que difieren a lo largo de la sección transversal.
Esta es una de las razones por las que las propiedades mecánicas en las normas a menudo se califican por espesor. Una hoja de datos podría decir:
- Placa 6061-T651, espesor típico 10–60 mm: límite elástico ≥ 275 MPa, resistencia a la tracción ≥ 310 MPa, alargamiento ≥ 8%.
- Para espesores mayores, las resistencias mínimas garantizadas a la fluencia y a la tracción pueden verse ligeramente reducidas.
Desde el punto de vista del mecanizado y la soldadura, la tensión residual en placas más gruesas puede ser un adversario invisible. Una pieza fresada a partir de una placa de 80 mm puede “moverse” varias décimas de milímetro a medida que se retira material, incluso si la placa salió del molino plana. Los templados adecuados con alivio de tensión (como -T651, -T652) y las estrategias bien pensadas de desbaste/acabado se vuelven más importantes a medida que aumenta el espesor.
Cuando el espesor es el enemigo: formar y unir
El aluminio es relativamente blando en comparación con el acero, pero el espesor de la placa determina si cooperará o se defenderá durante el conformado y la unión.
Placa más gruesa:
- Exige radios de curvatura más grandes para evitar grietas, especialmente en templados endurecidos por envejecimiento como 6061-T6 o 7075-T6.
- Requiere prensas y herramientas más potentes para el conformado en frío.
- En la soldadura, se acumula más calor y, a menudo, se necesita un mayor aporte de calor, un precalentamiento cuidadoso y temperaturas entre pasadas estrictamente controladas. Los gradientes térmicos son más pronunciados, por lo que las distorsiones residuales y el ablandamiento local alrededor de la soldadura pueden ser más pronunciados.
Esta es una de las razones por las que los diseños marinos en aleaciones 5xxx para cascos y cubiertas a menudo utilizan intencionalmente espesores relativamente modestos, repitiendo patrones estructurales (refuerzos y cuadernas) en lugar de saltar a placas muy gruesas. La estructura es más ligera, más fácil de soldar y más tolerante durante la fabricación.
Espesor y corrosión: no es sólo un problema de por vida
En el caso de la corrosión, el espesor suele verse como un amortiguador de tiempo: más metal significa más material de sacrificio antes de la perforación. Eso es cierto, pero la aleación y el temperamento deciden si el espesor es la defensa adecuada.
Las aleaciones como 5083-H116 y 5456-H116 se procesan y templan específicamente para maximizar la resistencia a la corrosión intergranular y por exfoliación en ambientes marinos. El temple y la química controlan la estructura del grano y la distribución del precipitado. Ya sea que la placa tenga un espesor de 8 mm o 20 mm, la región de la superficie que interactúa con el agua de mar es muy similar.
Por el contrario, las aleaciones que contienen cobre de alta resistencia, como 2024 y 7075, especialmente en templados de endurecimiento máximo como T6, son más vulnerables a formas localizadas de corrosión. Las secciones más gruesas pueden amplificar los efectos de la fatiga por corrosión y el agrietamiento por corrosión bajo tensión porque las altas tensiones internas a menudo quedan encerradas en placas gruesas y piezas forjadas. En tales casos, ningún espesor práctico es “seguro” sin los detalles de diseño, la protección de la superficie y el control de tensiones adecuados.
Una instantánea: espesor, aleación y propiedades
A continuación se muestra una vista simplificada de cómo el espesor se cruza con la elección de la aleación y las propiedades mecánicas. Estos valores son indicativos, no garantizados y se basan en rangos de placas típicos:
| Aleación y temple | Rango típico de espesor de placa (mm) | Límite elástico (MPa) | Resistencia a la tracción (MPa) | Usos típicos |
|---|---|---|---|---|
| 1050A-H14 | 0,5–20 | 60–80 | 100-120 | Equipos químicos, reflectores. |
| 5052-H32 | 0,8–25 | 160-200 | 210–260 | Cerramientos, trabajos en chapa |
| 5083-H116 | 3–60 | 215-240 | 305–340 | Cascos marinos, tanques criogénicos. |
| 5754-H114 | 2–50 | 130–180 | 220-270 | Paneles de automoción, componentes marinos. |
| 6061-T651 | 6–150 | 240–280 | 260–320 | Estructuras generales, utillaje. |
| 6082-T651 | 8–200+ | 260–310 | 300–340 | Estructuras pesadas, puentes. |
| 2024-Taaj1 | 8–150 | 300–340 | 430–470 | Placa estructural aeroespacial |
| 7075-T651 | 8–150 | 430–480 | 520–580 | Aeroespacial y herramientas de alta resistencia |
Observe que para muchas aleaciones, los rangos de propiedades publicados suponen una determinada banda de espesor. Fuera de esos rangos, las propiedades pueden cambiar y los estándares pueden especificar valores mínimos diferentes.
Pensando en capas de espesor, no solo en milímetros
La forma más productiva de pensar en el espesor de la placa de aluminio es tratarlo como un parámetro del sistema, no como una dimensión estática. Cada vez que cambia el espesor, cambian varias cosas a la vez:
- El comportamiento de tensión y rigidez del componente.
- Las estrategias de laminado, tratamiento térmico y templado disponibles.
- Normas, tolerancias y obligaciones de prueba aplicables.
- Facilidad de conformado, soldadura y mecanizado.
- Patrones de tensiones residuales internas y uniformidad microestructural.
- Comportamiento de corrosión en el tiempo y bajo carga.
Un diseño que simplemente “cumple la resistencia” con un espesor determinado puede ser pesado, difícil de fabricar o no cumplir con un estándar. Un diseño más refinado considera el grosor como una perilla de ajuste: ajustándolo junto con la aleación, el temple y la ruta de procesamiento para aterrizar en una banda estrecha donde la fabricación es estable, la calidad es alta y el rendimiento durante la vida útil está realmente optimizado.
En ese sentido, el espesor de la placa de aluminio es menos una medida en un dibujo y más un argumento silencioso y decisivo entre la física, la metalurgia y la practicidad. Cuando llegan a un consenso, el grosor elegido rara vez parece accidental.
