El aluminio no tiene un único valor de dureza. Su dureza depende de la aleación, el temple, la forma del producto y el método de ensayo. En los datos de los productores, los valores Brinell típicos van desde 23 HB para tubo 1100-O hasta 150 HB para barras y varillas 7075-T6/T651. Las barras y varillas comunes de 6061-T6/T651 se sitúan en torno a 95 HB en las mismas condiciones de ensayo.
Estas cifras son valores de referencia, no límites de aceptación universales. Un plano o una especificación de compra debe seguir identificando la condición del material y el ensayo de dureza.
Referencia rápida
- El aluminio puro o de pureza comercial es relativamente blando, pero el trabajo en frío puede aumentar su dureza.
- Las aleaciones tratables térmicamente, como 6061, 2024 y 7075, se endurecen mediante un tratamiento controlado de solubilización y envejecimiento.
- Los resultados Brinell, Rockwell y Vickers no deben compararse como si fueran la misma unidad.
Tabla de dureza del aluminio por aleación y temple
Los valores siguientes proceden de fichas técnicas de productores. Cada ficha los identifica como propiedades mecánicas típicas y utiliza una carga de 500 kg con una bola de 10 mm. Se incluye la forma del producto porque un valor de propiedad sin forma ni condición puede inducir a error.
| Aleación y temple | Forma del producto en la fuente | Dureza Brinell típica |
|---|---|---|
| 1100-O | Tubo y tubería | 23 HB |
| 1100-H14 | Tubo y tubería | 32 HB |
| 1100-H18 | Tubo y tubería | 44 HB |
| 3003-O | Tubo y tubería | 28 HB |
| 3003-H14 | Tubo y tubería | 40 HB |
| 5052-O | Tubo y tubería | 47 HB |
| 5052-H32 | Tubo y tubería | 60 HB |
| 5052-H34 | Tubo y tubería | 68 HB |
| 6061-O | Barra y varilla | 30 HB |
| 6061-T4/T451 | Barra y varilla | 65 HB |
| 6061-T6/T651 | Barra y varilla | 95 HB |
| 6063-O | Tubo y tubería | 25 HB |
| 6063-T5 | Tubo y tubería | 60 HB |
| 6063-T6 | Tubo y tubería | 73 HB |
| 2024-O | Barra y varilla | 47 HB |
| 2024-T4/T351 | Barra y varilla | 120 HB |
| 2024-T6 | Barra y varilla | 125 HB |
| 2024-T851 | Barra y varilla | 128 HB |
| 7075-O | Barra y varilla | 60 HB |
| 7075-T6/T651 | Barra y varilla | 150 HB |
La tabla muestra dos efectos distintos. En primer lugar, cambiar el temple puede aumentar la dureza sin modificar la designación de la aleación. En segundo lugar, la composición química de la aleación establece un intervalo de respuesta diferente. Por eso, indicar únicamente «dureza del aluminio» no constituye una especificación de material suficiente.
Por qué varía la dureza del aluminio
Composición de la aleación
El 1100 de pureza comercial contiene pocos obstáculos al movimiento de las dislocaciones, por lo que permanece blando y conformable. El magnesio del 5052 refuerza la aleación mediante efectos de solución sólida y endurecimiento por deformación. Los sistemas con magnesio-silicio, cobre o zinc pueden responder al endurecimiento por precipitación, que produce valores mucho más altos en determinados temples.
El número de aleación es importante, pero no completa la descripción. El 6061-O y el 6061-T6 pertenecen a la misma familia de aleación en condiciones metalúrgicas muy diferentes.
Temple y tratamiento térmico
El temple O corresponde al estado recocido. Los temples H indican condiciones endurecidas por deformación, a veces combinadas con recocido parcial o estabilización. Los temples T describen condiciones tratadas térmicamente, a menudo con tratamiento de solubilización y envejecimiento natural o artificial.
Por ejemplo, los datos del productor anteriores sitúan las barras y varillas 6061 en 30 HB para el temple O y en 95 HB para T6/T651. El valor superior procede del temple controlado, no de una aleación nominal diferente.
Forma del producto e historial de fabricación
La extrusión, el laminado, el estirado, la forja, la soldadura y el calentamiento localizado pueden modificar la microestructura o la deformación residual. Un valor indicado para barras y varillas no debe asignarse sin justificación a chapas, placas, piezas fundidas o conjuntos soldados terminados.
La dureza también puede variar dentro de una pieza. Una zona afectada por el calor, un borde muy trabajado o una característica delgada pueden no representar la condición global. Por tanto, la ubicación del ensayo debe formar parte del plan de inspección.
Brinell, Rockwell o Vickers: ¿qué ensayo es adecuado para el aluminio?
Los tres métodos de ingeniería habituales producen una indentación, pero la miden de forma diferente. El método correcto depende del intervalo de dureza, el espesor, el estado de la superficie, la zona de ensayo y la especificación aplicable.
| Método | Qué mide | Aplicación práctica al aluminio | Precaución principal |
|---|---|---|---|
| Brinell | Diámetro de la huella de una bola | Material macizo y secciones más gruesas; la huella mayor promedia una zona más amplia | Requiere suficiente espesor y espacio para la huella |
| Rockwell | Profundidad adicional de penetración bajo una carga mayor | Controles rápidos de producción cuando se define la escala Rockwell correcta | «Rockwell» está incompleto sin la escala; HRC suele ser inadecuada para aluminio blando |
| Vickers | Diagonales de una huella piramidal de diamante | Zonas pequeñas, secciones delgadas, gradientes y trabajos de recubrimiento o microdureza | La preparación de la superficie y la medición óptica afectan considerablemente a los resultados |
| Mohs | Comparación por rayado | Solo una comparación aproximada de tipo mineralógico | No es un ensayo de aceptación de ingeniería para piezas de aluminio |
Actualmente, ASTM incluye E10 para Brinell, E18 para Rockwell, además de E92 y E384 para trabajos de macroindentación y microindentación Vickers/Knoop. Un requisito de compra debe identificar el método pertinente, la escala y la edición acordada.
Para aluminio de producción, Brinell o una escala Rockwell de bola adecuada suelen responder a una cuestión sobre el material macizo. HRB puede ser apropiada para condiciones de aluminio más duras, mientras que HRE o una escala superficial de bola puede adaptarse a otros intervalos o muestras más delgadas. La escala elegida debe coincidir con el intervalo del material, el espesor y la especificación aplicable.
Vickers es más adecuado cuando la zona de ensayo es pequeña o la dureza esperada cambia en una distancia corta. La curvatura, una pared delgada sin apoyo, un borde o una huella cercana pueden distorsionar el resultado. Utilice una zona de ensayo preparada y las reglas de separación, espesor y apoyo del método seleccionado.
¿Se pueden convertir HB, HRB y HV?
Puede estimarse un valor en otra escala, pero una conversión no es una medición nueva. ASTM E140 incluye una tabla de conversión para productos de aluminio forjado. También advierte que la aleación, la estructura de grano y el tratamiento térmico afectan a la relación.
Utilice las conversiones para comunicación o comparación preliminar. En los ensayos de aceptación, informe siempre que sea posible de la escala realmente medida. Si un plano exige un valor convertido, identifique la base de conversión y la regla de redondeo.
Esto es especialmente importante en internet. Una página puede indicar «95» sin mostrar si significa HB, HRB o HV. Los números pueden parecer similares aunque representen procedimientos de ensayo diferentes.
¿El anodizado endurece el aluminio?
El anodizado convierte el aluminio de la superficie en una capa integral de óxido de aluminio. Esta capa puede mejorar la resistencia a la abrasión y al desgaste, especialmente en procesos de anodizado duro. No convierte toda la sección de aluminio en un temple más duro.
El Aluminum Anodizers Council describe el anodizado duro como un óxido anódico más grueso con gran resistencia a la abrasión. También señala que un recubrimiento duro sigue dependiendo del sustrato más blando bajo cargas puntuales. Su guía de aplicación del anodizado duro separa la evaluación relacionada con la dureza de los ensayos de desgaste, porque la dureza por sí sola no demuestra el comportamiento frente a la abrasión.
Especifique por separado la capa y el núcleo:
- Para el sustrato, defina la aleación, el temple, la forma del producto y el método de dureza del material base.
- Para el acabado, defina el tipo de anodizado, el espesor del recubrimiento, la condición de sellado o teñido y el ensayo requerido de desgaste, corrosión o recubrimiento.
- Indique si la lectura de dureza se realiza antes o después del acabado y dónde se encuentra la superficie de ensayo.
Esta separación evita que una lectura de superficie dura se utilice como prueba de que la pieza subyacente tiene el temple o las propiedades portantes requeridas.
La dureza no es resistencia, rigidez ni vida útil frente al desgaste
La dureza mide la resistencia a la deformación permanente localizada. La resistencia a la tracción describe la tensión que soporta un material antes de un evento definido de fluencia o fractura. La rigidez describe la deformación elástica y está determinada por el módulo elástico. La vida útil frente al desgaste depende de la presión de contacto, la lubricación, la contraparte, los residuos, el movimiento, el recubrimiento y el apoyo del sustrato.
Estas propiedades pueden variar juntas en un sistema de aleación controlado, pero no son intercambiables. La resistencia a la tracción del aluminio necesita su propio contexto de forma de producto y ensayo. Una comprobación de dureza puede ayudar a evaluar la condición del material, pero no sustituye los datos de diseño estructural.
La misma cautela se aplica a las decisiones de fabricación. Un temple más duro puede resistir mejor las abolladuras y modificar la formación de viruta, pero la maquinabilidad también depende de la composición de la aleación, la geometría de la herramienta, la evacuación del calor, la lubricación y la rigidez de la pieza. Seleccione la aleación y el temple en función del requisito completo, no del valor de dureza más alto.
Cómo especificar la dureza del aluminio en un plano o una solicitud de cotización
Un requisito de dureza útil debe ser reproducible. Indica al proveedor qué material se ensaya, cómo se ensayará y qué constituye la aceptación.
Incluya estos campos:
- Aleación y temple: por ejemplo, 6061-T6 en lugar de solo 6061.
- Forma del producto y especificación de material aplicable: extrusión, chapa, placa, barra, tubo, forja o fundición.
- Método de dureza y escala exacta: Brinell ASTM E10, HRB ASTM E18 o una condición Vickers acordada.
- Estado de ensayo: tal como se recibe, después del tratamiento térmico, después del mecanizado, antes del recubrimiento o en la pieza terminada.
- Ubicación del ensayo y preparación de la superficie: identifique una zona plana, apoyada y representativa, así como las zonas excluidas.
- Regla de muestreo y aceptación: lecturas por pieza o lote, regla de promedio, intervalo permitido y disposición de un valor atípico.
- Valor medido frente a valor convertido: indique si se permite la conversión y qué tabla la controla.
Una plantilla clara sin valores numéricos sería:
Extrusión 6061-T6; dureza ensayada en la superficie plana sin recubrimiento definida, en la etapa de proceso indicada; método, escala, muestreo e intervalo de aceptación conforme al plano y la especificación de compra; informar de los valores realmente medidos.
El intervalo numérico final debe proceder de la especificación aplicable, un requisito de plano validado o una cualificación de material/proceso acordada. No copie un valor genérico de internet en una cláusula crítica de aceptación.
Para la inspección centrada en extrusiones, la guía de Zheng Ji sobre ensayos de dureza y control de calidad de extrusiones de aluminio explica con más detalle la verificación de producción.
Conclusión
La dureza resulta más útil como parte de una decisión de material controlada. Comience por la carga, el entorno, el conformado, el mecanizado, la unión, el acabado y el aspecto requeridos. Después seleccione una aleación y un temple que equilibren esas exigencias.
Cuando la dureza es una característica de aceptación, pida al proveedor que alinee el certificado de fábrica, la forma del producto, la condición de tratamiento térmico y el registro de inspección. Un valor sin trazabilidad puede señalar una discrepancia, pero por sí solo no demuestra toda la especificación del material.
Zheng Ji Aluminum ofrece extrusión de aluminio a medida, mecanizado CNC de aluminio, acabado superficial e inspección dentro de un mismo flujo de fabricación. Envíe con la solicitud de cotización el plano, la aleación y el temple, la forma del producto, el acabado, la ubicación del ensayo y el requisito de aceptación. Así, el equipo de ingeniería dispondrá de información suficiente para revisar la fabricabilidad y proponer un plan de inspección controlado.
Preguntas frecuentes
¿El aluminio es un metal duro o blando?
El aluminio de pureza comercial es relativamente blando. La aleación, el trabajo en frío y el endurecimiento por precipitación pueden aumentar notablemente la dureza. La respuesta está incompleta sin una aleación, un temple y una escala de ensayo.
¿Cuál es la dureza del aluminio 6061?
En los datos citados del productor para barras y varillas, el 6061-O tiene 30 HB, el 6061-T4/T451 tiene 65 HB y el 6061-T6/T651 tiene 95 HB. Son valores típicos en la condición Brinell indicada, no mínimos universales.
¿El aluminio 7075 es más duro que el 6061?
En datos comparables de barras y varillas T6/T651 del mismo productor, el 7075 tiene 150 HB y el 6061 tiene 95 HB. La aleación más dura no es automáticamente la mejor opción; también importan la resistencia a la corrosión, la unión, el coste, la tenacidad y la disponibilidad del producto.
¿Se puede endurecer el aluminio después del conformado?
Depende de la aleación. Las aleaciones no tratables térmicamente se refuerzan principalmente mediante endurecimiento por deformación. Las aleaciones tratables térmicamente utilizan solubilización, temple y envejecimiento controlados. La ruta debe corresponder a la aleación y a las propiedades finales requeridas.
¿El anodizado duro aumenta la dureza del aluminio en todo el material?
No. Crea una capa de óxido dura y resistente al desgaste en la superficie. El sustrato conserva la aleación y el temple que sostienen el recubrimiento, por lo que los requisitos del recubrimiento y del núcleo deben especificarse por separado.
