Aluminio 7075: Propiedades, ventajas y usos

El aluminio 7075 es una aleación termotratable de alta resistencia, popular por sus excelentes propiedades mecánicas y su relación resistencia-peso. Esta aleación tiene una composición mayoritaria de aluminio, zinc y pequeñas cantidades de magnesio y cobre. Por ello, tiene una excelente resistencia a la tensión y la fatiga. Este artículo explorará sus principales propiedades, técnicas de procesamiento y aplicaciones del aluminio 7075, para que los lectores puedan tener una visión general sobre las capacidades de esta aleación en diferentes entornos industriales.

Visión general del aluminio 7075

El aluminio es una aleación termotratable que pertenece a la serie 7xxx de aleaciones de aluminio. Se alea principalmente con zinc con un contenido aproximado de 6%. Este grado es conocido por sus excelentes propiedades mecánicas, como su alta resistencia, ligereza y resistencia a la fatiga. Aunque el aluminio 7075 tiene una excelente resistencia, puede ser propenso al agrietamiento por corrosión bajo tensión en determinados entornos y a menudo requiere revestimientos protectores o anodizado para mejorar su resistencia a la corrosión.

El aluminio 7075 está compuesto por 5,1-6,1% de zinc, 2,1-2,9% de magnesio y 1,2-2,0% de cobre, junto con trazas de otros elementos como cromo, silicio y manganeso.

Cuadro 1. Composición de las aleaciones de aluminio 7075 (%)

Al		Zn	Mg	Cu	Cr	Fe	Mn	Ti	Si
Resto		5.1-6.1	2.1-2.9	1.2-2.0	0.18-0.28	0.50	0.30	0.20	0.40

Temperaturas del aluminio 7075

Los tipos de temple más utilizados para el aluminio 7075 son O-temper, T6, T651, T7 y T7351.

7075-O

Se trata de una aleación 7075 no tratada térmicamente que tiene una resistencia máxima a la tracción no superior a 240 MPa, y un límite elástico máximo no superior a 120 Mpa. El material tiene una excelente resistencia a la corrosión y a la fatiga.

7075-T6

7075-T6 es una solución tratada térmicamente y envejecida artificialmente. Este material tiene una resistencia máxima a la tracción no superior a 560 MPa, y un límite elástico máximo no superior a 480 Mpa. Este es el temple más utilizado de la aleación de aluminio 7075.

7075-T651

El 7075 -T651 se somete a un tratamiento térmico por disolución, se alivia de tensiones y, a continuación, se envejece artificialmente. Este material tiene una resistencia máxima a la tracción no superior a 550 MPa y un límite elástico máximo no superior a 460 Mpa. El alivio de tensiones se consigue estirando el metal una cantidad que depende del tipo de producto forjado estándar que se fabrique (chapa, placa, barra o forja).

7075-T7

7075-T7 es una solución tratada térmicamente y estabilizada mediante promediado artificial. Este material tiene una resistencia máxima a la tracción no superior a 500 MPa y un límite elástico máximo no superior a 410 Mpa. Tiene la segunda ductilidad más alta en comparación con las demás variantes de aluminio 7075.

7075-T7351

El 7075-T7351 se somete a tratamiento térmico por disolución, se libera de tensiones y, a continuación, se estabiliza mediante promediado artificial. Este material tiene una resistencia máxima a la tracción no superior a 510 MPa, y un límite elástico máximo no superior a 410 Mpa.

Cuadro 2. Propiedades mecánicas de la aleación de aluminio 7075

Temple	Resistencia a la tracción, MPa	Límite elástico, MPa	Elongación, %	Dureza, HB
7075-O	240	120	12	59
7075-T6	560	480	8	150
7075-T651	550	460	8	150
7075-T7	500	410	9	N/A
7075-T7351	510	410	7.5	140

Propiedades del aluminio 7075

El aluminio 7075 es una aleación de alto rendimiento conocida por sus buenas propiedades mecánicas, en particular por su relación resistencia-peso, lo que la convierte en una opción ideal para industrias exigentes como la aeroespacial y la de automoción. Para entender realmente por qué el 7075 goza de tan buena reputación, es importante examinar con más detalle las propiedades clave de este material.

Resistencia a la tracción: 560 MPa

La resistencia a la tracción es la mayor tensión posible que puede soportar un material al estirarlo o tirar de él antes de romperse. En este sentido, el aluminio 7075 tiene una resistencia a la tracción de 560 MPa, es decir, puede soportar grandes fuerzas antes de fallar. Este nivel de resistencia a la tracción hace que el aluminio 7075 sea ideal para aplicaciones en las que se necesita resistencia a grandes fuerzas, sin estirarse ni romperse, como los componentes estructurales de aviones y otros equipos militares.

Límite elástico: 480 MPa

El límite elástico es la tensión a la que el material comienza a deformarse plásticamente, lo que significa que ya no volverá a su forma original una vez eliminada la tensión. El límite elástico del aluminio 7075 es de 480 MPa. Se trata de una de las propiedades más críticas, ya que establece la carga máxima que puede soportar el material sin doblarse o alabearse permanentemente.

Desde un punto de vista práctico, este alto límite elástico hace del aluminio 7075 un material excelente para componentes que deben mantener su forma cuando se someten a cargas pesadas, como las alas de los aviones, los marcos de los fuselajes y otros elementos estructurales de la ingeniería aeroespacial.

Dureza: 150 HB

La dureza se refiere a la resistencia a la indentación, la abrasión o el rayado. La dureza del aluminio 7075 es de 150 HB (dureza Brinell). Esta propiedad sería de mayor interés en piezas que van a ser sometidas a desgaste, o cuya superficie debe ser lo suficientemente resistente como para soportar daños en la superficie.

En general, con el aumento de la dureza aumenta la resistencia al desgaste, pero también se hace cada vez más difícil de mecanizar. Así pues, en lo que respecta al 7075, destacará en ámbitos como engranajes, utillaje y piezas de alto desgaste utilizadas en maquinaria, aplicaciones aeroespaciales y militares.

Densidad: 2,85 g/cm³

La densidad se define como la masa de un material por unidad de volumen. La densidad del aluminio 7075 es de 2,85 g/cm³, lo que lo sitúa en el extremo inferior en comparación con otros materiales, como el acero o el titanio. Esto ayuda a la aleación a mantenerse delgada y media en términos de peso, lo cual es muy importante cuando el peso es la preocupación de todos con las prioridades.

Conductividad eléctrica: 33% IACS

La conductividad eléctrica es la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica. El aluminio 7075 tiene una conductividad eléctrica de 33% IACS-International Annealed Copper Standard. Esto implicaría que el 7075 es de alguna manera menos conductor que el aluminio puro, que tiene una conductividad de aproximadamente 60% IACS.

Conductividad térmica: 130 W/m-K

La conductividad térmica describe la capacidad de un material para conducir el calor; para el aluminio 7075, este valor es de 130 W/m-K. Aunque solo es la mitad del valor del aluminio puro, con una conductividad térmica de 235 W/m-K, permite que el 7075 funcione adecuadamente en la mayoría de las aplicaciones en las que se produce una transferencia de calor importante.

Dilatación térmica: 23 µm/m-K

La dilatación térmica es el proceso por el cual el material aumenta de tamaño al ganar calor. El coeficiente de expansión térmica del aluminio 7075 es de 23 µm/m-K, lo que significa que por cada metro, la longitud se expandirá 23 micras cuando la temperatura aumente 1°C. Esto representa una expansión térmica bastante baja; por lo tanto, los cambios de temperatura no alteran la estabilidad dimensional del aluminio 7075. Esto representa una expansión térmica bastante baja; por lo tanto, los cambios de temperatura no alteran la estabilidad dimensional del aluminio 7075.

Módulo elástico: 70 GPa

El módulo elástico, a menudo denominado módulo de elasticidad, es una medida de la rigidez de un material o de su resistencia a la deformación bajo tensión. El módulo elástico del aluminio 7075 es de 70 GPa. Esto implicaría que la aleación es bastante rígida ya que hay una tendencia muy pequeña a la deformación bajo cargas aplicadas. El aluminio 7075 tiene un alto módulo elástico, lo que lo hace especialmente adecuado en aplicaciones en las que se requiere estabilidad dimensional y baja deformación. La rigidez del 7075 puede aprovecharse con gran ventaja en elementos como las alas de los aviones y las vigas estructurales de la maquinaria de alto rendimiento, garantizando que éstas conserven su forma y resistencia bajo cargas o tensiones elevadas.

Punto de fusión: 480°C

El punto de fusión es la temperatura a la que un material pasaría de estar en estado sólido a líquido. La temperatura de fusión del aluminio 7075 es de 480°C, que es bastante elevada. Por tanto, puede aplicarse perfectamente a condiciones en las que se somete a una exposición a temperaturas extremas sin perder su integridad.

Soldabilidad: Pobre

El aluminio 7075 tiene muy poca soldabilidad, su alta resistencia, combinada con su composición de Zinc y cobre, da lugar muy fácilmente a fisuras durante el propio proceso de soldadura. Para conseguir una soldadura fiable, se utilizan técnicas específicas, como el precalentamiento con enfriamiento controlado, y materiales de aportación particulares. Por lo tanto, el aluminio 7075 no suele seleccionarse para ninguna aplicación que implique obligatoriamente la soldadura; en su lugar, se recurre a otros tipos de unión, como el atornillado, el remachado o la unión adhesiva.

Sin embargo, el Aluminio 7075 puede presentar una buena soldabilidad con las técnicas adecuadas.

El método más común es la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), que ofrece soldaduras de alta calidad.

La soldadura por arco metálico con gas (GMAW) también es viable, pero hay que tener cuidado de minimizar el aporte de calor y evitar las grietas térmicas durante el proceso de soldadura.

La soldadura por puntos resistente con un electrodo truncado es muy eficaz para unir 7075, pero las interfaces de soldadura deben limpiarse a fondo para garantizar una unión fuerte.

La soldadura por fricción (FSW) produce soldaduras de estado sólido de alta calidad a todas las temperaturas de aluminio 7075.

Resistencia a la corrosión: General

La resistencia general a la corrosión del aluminio 7075 es relativamente menor en comparación con otras aleaciones de aluminio, como el aluminio 6061. Sin embargo, su mayor debilidad está relacionada con la susceptibilidad de esta aleación al agrietamiento por corrosión bajo tensión en condiciones que podrían considerarse bastante extremas, por ejemplo, en un entorno marino o en condiciones fuertemente ácidas. Para evitarlo, el aluminio 7075 suele anodizarse o recubrirse con capas protectoras que lo hacen resistente a la corrosión.

Tabla 3. Propiedades de las aleaciones de Aluminio 7075(T6)

Propiedades	Valor
Resistencia a la tracción, MPa	560
Resistencia a la tracción, MPa	480
Dureza, HB	150
Densidad, g/cm3	2.85
Conductividad eléctrica, IACS	33
Conductividad térmica, W/m-K	130
Expansión térmica, µm/m-K	23
Módulo elástico, GPa	70
Punto de fusión, ℃	480
Soldabilidad	Pobre
Resistencia a la corrosión	General

El precio del aluminio es de 7075

Hay bastantes factores que contribuyen al precio del aluminio 7075: la demanda del mercado, el coste de producción, el proveedor y las especificaciones del material. El precio suele ser más elevado que el de otras aleaciones con base de aluminio porque se trata de una aleación de alta resistencia, e incluye un complejo proceso de producción.

El precio general de una chapa de aleación de aluminio 7075 es de aproximadamente $10-20 por kg, dependiendo del tamaño, espesor, tratamiento superficialy cantidad de compra.

El precio de una barra redonda de aleación de aluminio 7075 es de aproximadamente $12-22 por kg; los presupuestos detallados deben basarse en el diámetro de una barra y según el proveedor.

Si es 7075-T6, seguramente será más costoso debido al refuerzo del tratamiento térmico que mejora las propiedades del material. Comúnmente, la aleación 7075-T6 costará alrededor de 5-15% más alta que la aleación de aluminio 7075 regular.

Ventajas del aluminio 7075

El aluminio 7075 tiene las ventajas de una alta resistencia con una buena resistencia a la fatiga, especialmente apropiada para aquellas aplicaciones que requieren un material de alto rendimiento. Algunos ejemplos son las industrias aeroespacial y militar. Un alto contenido de zinc proporciona un refuerzo significativo por endurecimiento por precipitación en 7075, mientras que el contenido relativamente alto de cromo mejora la ductilidad y tenacidad de la aleación al reducir el crecimiento de cristales.

Sin embargo, el aluminio 7075 tiene algunas desventajas, como la resistencia a la corrosión, calificada como media frente a otras categorías de aleaciones de aluminio, por ejemplo, la serie 2000. Además, esta aleación es poco soldable y, por tanto, fabricable, donde es muy sensible a las técnicas de soldadura y a las condiciones de procesamiento. Teniendo en cuenta estas desventajas, la excelente relación resistencia-peso junto con la resistencia a la fatiga de esta aleación la convierten en una opción en aplicaciones muy exigentes en las que no se puede comprometer el rendimiento.

Procesos de mecanizado del aluminio 7075

La aleación de aluminio 7075 tiene una buena maquinabilidad, pero debido a su alta intensidad y dureza, la elección de los métodos y parámetros de mecanizado deben ser bien considerados para evitar defectos como el desgaste de la herramienta, la generación de calor y la distorsión del material.

Las piezas de precisión pueden fabricarse en aluminio 7075 mediante métodos de corte tradicionales como fresado, girandoy taladrado. Dada la alta resistencia del material, es necesario utilizar herramientas de corte afiladas y de alta calidad, así como optimizar las velocidades de corte y los avances, y utilizar refrigerante para minimizar la generación de calor. Las técnicas de acabado superficial, como anodizadotambién se utilizan con frecuencia para mejorar su resistencia a la corrosión y su aspecto agradable.

Para geometrías complejas, el aluminio 7075 también puede procesarse con éxito utilizando Mecanizado CNCque permite una alta precisión y una buena repetibilidad. En algunos casos, el mecanizado por descarga eléctrica（EDM） puede ser un método no tradicional para producir una forma intrincada. Un utillaje adecuado, junto con una buena gestión del calor y el cumplimiento de las mejores prácticas de mecanizado, permiten que la aleación conserve sus propiedades mecánicas para lograr un acabado superficial y una buena precisión dimensional.

Aplicaciones del aluminio 7075

El aluminio 7075 se utiliza ampliamente en muchas aplicaciones industriales debido a sus excelentes propiedades mecánicas. Se utiliza sobre todo en la industria aeroespacial, donde sirve de material para piezas estructurales como alas de avión, fuselajes y trenes de aterrizaje. La aleación también tiene muchos usos en equipos militares, incluidas piezas de vehículos, cascos de embarcaciones, cuadros de bicicleta y los equipos deportivos de gama más alta, debido a su combinación de resistencia y baja masa. Otro uso importante del aluminio 7075 es el mecanizado de precisión de piezas sometidas a grandes esfuerzos para aplicaciones de automoción, maquinaria industrial y utillaje, donde el rendimiento y la longevidad son fundamentales.

Conclusión

El aluminio 7075 se considera una opción preferible por su extraordinaria resistencia y durabilidad. Sin embargo, tanto su mecanizabilidad como sus características de soldadura deben seleccionarse adecuadamente para obtener los mejores resultados durante la producción. Las propiedades del 7075 pueden adaptarse mediante distintos procesos de tratamiento térmico, tratamientos superficiales y técnicas de mecanizado para satisfacer criterios de rendimiento específicos. Aunque su coste y las dificultades de procesamiento asociadas pueden limitar su aplicación en algunos campos, las ventajas de rendimiento en condiciones de alto rendimiento en las industrias aeroespacial y de ingeniería de precisión siguen superando a los inconvenientes.