Aluminio 7010: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

7010 es una aleación de aluminio de alta resistencia de la serie 7xxx, caracterizada principalmente como un sistema Al-Zn-Mg-Cu. Pertenece a la familia de aleaciones de aluminio tratables térmicamente, donde el endurecimiento por precipitación (endurecimiento por envejecimiento) produce el principal fortalecimiento, complementado por un procesamiento termo-mecánico adecuado para componentes en placa y de sección gruesa.

Los principales elementos de aleación son zinc (el principal contribuyente a la resistencia), magnesio (forma precipitados fortalecedores con Zn) y cobre (aumenta la resistencia y dureza pero puede afectar la susceptibilidad a la corrosión). Se incluyen adiciones traza de cromo, circonio o titanio para controlar la estructura de grano, la recristalización y la tenacidad en secciones gruesas destinadas al uso estructural aeroespacial.

Las características clave del 7010 incluyen resistencia estática muy alta y buena tenacidad a la fractura para una aleación de placa de la serie 7xxx, resistencia a la corrosión general moderada a limitada sin recubrimiento, y mala soldabilidad por fusión en estados de temple máximos. La conformabilidad es limitada en condiciones de envejecimiento máximo, pero razonable en temple solubilizado y sobreenvejecido; la maquinabilidad es generalmente buena en comparación con otras aleaciones de aluminio de alta resistencia.

Las industrias típicas que usan 7010 son estructuras primarias y secundarias aeroespaciales, componentes de defensa, piezas estructurales de alto rendimiento para automoción y deportes de motor, y aplicaciones industriales especializadas donde la alta relación resistencia-peso y la tolerancia al daño son imperativas. Los ingenieros eligen 7010 por encima de aleaciones similares cuando el diseño requiere retención de resistencia en secciones gruesas, mejor resistencia a la corrosión por tensión en comparación con algunas variantes de 7075, y superior tenacidad a la fractura para partes estructurales críticas.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alto	Excelente	Excelente	Revenido total, máxima ductilidad para conformado y mecanizado
T4	Moderado (temple solubilizado)	Moderado-Alto	Bueno	De pobre a regular	Temple solubilizado y envejecido naturalmente, listo para trabajo en frío
T6	Alto	Bajo-Moderado	Limitado	Malo	Envejecido artificialmente al pico para máxima resistencia
T651	Alto (alivio de tensiones)	Bajo-Moderado	Limitado	Malo	T6 con alivio de tensiones por estirado para reducir residuales
T7x (T73/T76)	Moderado-Alto (sobreenvejecido)	Moderado	Mejorado respecto a T6	Malo	Sobreenvejecido para mejorar la resistencia a corrosión por tensión y tenacidad
Hxx (p. ej., H111/H112)	Variable	Variable	Variable	Variable	Variantes endurecidas por deformación usadas en flujos de trabajo específicos de conformado

El temple cambia significativamente el comportamiento del 7010 modificando el tamaño, distribución y coherencia de los precipitados Zn-Mg-Cu. Los temples envejecidos al pico (T6, T651) maximizan la resistencia a tracción y límite elástico a costa de la ductilidad, tenacidad en algunas geometrías y resistencia a la corrosión por tensión.

Los temples sobreenvejecidos (T7x) coarsifican intencionadamente los precipitados para sacrificar una pequeña disminución en la resistencia máxima a cambio de una resistencia muy mejorada a la corrosión por tensión y un comportamiento mejorado en el crecimiento de grietas en secciones gruesas. Las condiciones recocidas o solubilizadas se usan para conformado y fabricación antes del envejecimiento final.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.40	Impureza típica; controlada para reducir intermetálicos Fe-Si
Fe	≤ 0.50	Impureza que forma intermetálicos duros que afectan la tenacidad
Cu	0.80–2.00	Aumenta resistencia y dureza; incrementa sensibilidad a la corrosión por tensión
Mn	≤ 0.05	Minimal en 7010; no es común mayor Mn
Mg	1.8–2.8	Socia clave con Zn para precipitados de endurecimiento por envejecimiento
Zn	5.6–6.8	Principal elemento de fortalecimiento en la serie 7xxx
Cr	0.04–0.35	Microaleación para controlar estructura de grano y recristalización
Ti	≤ 0.15	Refinador de grano en procesamiento fundido o forjado
Otros (Zr, V, Al)	Balance / traza	Zr puede añadirse para control de dispersoides; balance Al

La combinación Zn–Mg–Cu establece la secuencia de precipitación responsable de la alta resistencia del 7010, donde las fases η' y η (del tipo MgZn2) producen el endurecimiento durante el envejecimiento artificial. El cobre eleva la resistencia y dureza pico pero aumenta la susceptibilidad a la corrosión localizada y a la corrosión por tensión, salvo que se mitigue mediante estrategias de temple y microaleaciones (Cr, Zr) que refinan la estructura de grano y estabilizan la matriz.

Propiedades Mecánicas

El 7010 exhibe resistencias a la tracción y límite elástico muy altas en estados de temple envejecido al pico, combinadas con buena tenacidad a la fractura en comparación con otras aleaciones 7xxx diseñadas para espesores. El límite elástico es frecuentemente una alta fracción de la resistencia última, produciendo rangos de esfuerzo ajustados para el diseño pero requiriendo evaluaciones cuidadosas de muescas y fractura para estructuras tolerantes al daño.

La elongación depende del temple y del espesor, con materiales recocidos y en temple solubilizado mostrando mayor ductilidad que el material T6/T651, el cual típicamente presenta elongación reducida y requiere radios de plegado mayores. La dureza se correlaciona fuertemente con la condición de envejecimiento; secciones envejecidas al pico alcanzan rangos típicos Vickers/BHN aptos para uniones de alta carga, mientras que los temples sobreenvejecidos reducen la dureza para mejorar la resistencia a la corrosión por tensión.

El comportamiento a fatiga del 7010 es favorable en comparación con muchas aleaciones de aluminio de alta resistencia, siempre que se controlen el acabado superficial, las tensiones residuales y la corrosión. Los efectos del espesor son significativos debido a la sensibilidad al temple y la distribución de precipitados en la línea central; las placas más gruesas requieren temple y procesos termo-mecánicos optimizados para acercarse a las propiedades a nivel de chapa.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (p. ej., T6 / T651)	Notas
Resistencia a la tracción	~250–320 MPa	~540–610 MPa	Rangos pico T6/T651 dependen de forma y espesor del producto
Límite elástico	~120–200 MPa	~480–560 MPa	Relaciones límite-elástico/UTS varían; diseño cuidadoso para márgenes plásticos
Elongación	~12–20%	~6–12%	Mayor en calibres delgados y condiciones recocidas
Dureza	~60–90 HB	~150–185 HB	La dureza aumenta con el envejecimiento; el sobreenvejecimiento reduce valores

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	2.78–2.82 g/cm³	Densidad típica de aleación de Al; buena relación resistencia-peso
Rango de Fusión	~475–635 °C	Rango sólido-líquido dependiendo de la composición
Conductividad Térmica	~110–140 W/m·K	Menor que Al puro por aleación; adecuada para algunos usos como disipador de calor
Conductividad Eléctrica	~30–40 %IACS	Reducida respecto a series 1xxx/3xxx debido a la aleación
Calor Específico	~880–910 J/kg·K	Comparable con otras aleaciones de aluminio
Coeficiente de Expansión Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Rango típico del aluminio; se requiere diseño para desajustes térmicos

Las propiedades físicas del 7010 reflejan su aleación orientada a la resistencia más que a la conductividad, por lo que las conductividades eléctrica y térmica son reducidas en comparación con grados de pureza comercial. La ventaja de densidad sobre los aceros combinada con las altas propiedades a tracción hacen que el 7010 sea atractivo donde el ahorro de masa es crítico.

Los tratamientos térmicos y el envejecimiento afectan levemente la conductividad térmica y la expansión, pero la estabilidad dimensional se gestiona principalmente por el temple (T651 frente a T6) y por minimizar tensiones residuales mediante enfriamiento controlado y operaciones de alivio de tensiones.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0,5–6 mm	Alta en calibres delgados cuando está correctamente envejecida	T6, T651, T73	Usada para estructuras secundarias; formabilidad limitada en templeos de pico
Placa	6–200+ mm	Resistencia dependiente del espesor; procesada para propiedades en todo el espesor	T6, T651, T73	Ampliamente usada en componentes estructurales aeroespaciales
Extrusión	Perfiles hasta secciones transversales grandes	Resistencia moderada; limitada en comparación con placa para algunas formas	T6, T651	Secciones extruidas posibles pero menos comunes para 7010 que para aleaciones 6xxx
Tubo	1–50+ mm de espesor / varios diámetros	Comportamiento de temple similar al de extrusiones	T6, T651	Usado en tuberías de alto rendimiento donde la resistencia es crítica
Barra/Varilla	Varios diámetros	Buena maquinabilidad y alta resistencia en templeos de pico	T6, T651	Usado para accesorios, sujetadores y componentes accionados

La producción de placa para 7010 implica programas específicos de laminado y temple, y a menudo microaleaciones para evitar el ablandamiento por enfriamiento en la línea central. El procesamiento de chapa/extrusión requiere un control cuidadoso del tratamiento de solución y envejecimiento para equilibrar la formabilidad con las propiedades finales.

En servicio, los diseñadores seleccionan la forma del producto en función del espesor de la sección y el camino de carga; las placas gruesas suelen estar sobreenvejecidas o alivian tensiones para evitar fisuras por corrosión bajo tensión (SCC) y proporcionar propiedades más uniformes a través del espesor, mientras que las chapas más delgadas se pueden utilizar en templeos de mayor resistencia con ductilidad aceptable.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	7010	USA	Designación de Aluminum Association comúnmente usada en especificaciones aeroespaciales
EN AW	7010	Europa	Designación europea para productos trabajados; composición y templeos alineados, pero los límites de la especificación pueden diferir
JIS	A7070 (aprox.)	Japón	Química y ámbito de aplicación cercanos; los números específicos JIS pueden variar según la forma del producto
GB/T	7010 (aprox.)	China	Los estándares nacionales reflejan las composiciones AA pero el procesamiento y la nomenclatura de templeos pueden diferir

Las tablas de grados equivalentes son indicativas; la especificación exacta, designación de temple y tolerancias permitidas varían entre normas y tipos de producto. Los usuarios deben consultar la norma específica (AA/AMS/EN/JIS/GB) y la especificación del producto para criterios de aceptación, especialmente para adquisiciones aeroespaciales donde la trazabilidad e historial de procesamiento son obligatorios.

Surgen diferencias sutiles en los límites de impurezas, elementos residuales permitidos y ensayos mecánicos exigidos. Estas diferencias pueden modificar las bases de las propiedades, particularmente en placas de sección gruesa donde el comportamiento de temple y envejecimiento es más sensible a la composición y la historia termomecánica.

Resistencia a la Corrosión

El 7010 ofrece una resistencia moderada a la corrosión atmosférica general típica de aleaciones 7xxx de alta resistencia, pero es más susceptible a corrosión localizada y picaduras en ambientes agresivos que muchas aleaciones 5xxx o 6xxx. Sin recubrimientos protectores, cubiertas o templeos sobremadurados apropiados, la exposición a atmósferas marinas acelera las tasas de corrosión, especialmente en superficies con tensiones o mecanizadas.

La fisuración por corrosión bajo tensión (SCC) es una preocupación principal para 7010 en condiciones de templeo de pico debido a las altas tensiones residuales de tracción y la naturaleza de los precipitados endurecedores. El sobremadurado (T7x) y la microaleación (Cr, Zr) son estrategias comunes para mitigar la SCC mediante el crecimiento o redistribución de precipitados y la reducción de gradientes electroquímicos.

Se deben considerar las interacciones galvánicas al unir 7010 con materiales más nobles, como acero inoxidable o titanio, particularmente en presencia de electrólito. El recubrimiento con aluminio puro o la aplicación de recubrimientos de conversión, anodizado o sistemas de pintura son controles de ingeniería estándar para mejorar el desempeño a largo plazo en aplicaciones marinas y costeras.

Comparado con aleaciones de la serie 6xxx, el 7010 ofrece un compromiso entre resistencia y resistencia a la corrosión; comparado con 7075, una placa 7010 bien procesada puede ofrecer resistencia similar con mejoras en la resistencia a SCC gracias a químicas y procesos termomecánicos diseñados para rendimiento en secciones gruesas.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldadura convencional reduce la resistencia en 7010 debido al ablandamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) y favorece la susceptibilidad a grietas calientes en soldaduras por fusión; por ello, generalmente se desaconseja la soldadura por fusión (TIG/MIG) para aplicaciones estructurales en templeos de pico. La soldadura por fricción-agitación es el método de unión preferido para muchos componentes 7xxx porque evita solidificación por fusión, reduce porosidad y puede mantener propiedades mecánicas favorables en la zona de soldadura con el envejecimiento pos-soldadura adecuado.

Los metales de aporte y procedimientos de soldadura para intentar unir 7010 deben seleccionarse con cautela; aportes disímiles (por ejemplo, familia 2319) pueden usarse para reparaciones o uniones no críticas, pero los diseñadores deben considerar la pérdida local de propiedades mecánicas y el aumento de susceptibilidad a corrosión. El tratamiento térmico pos-soldadura y envejecimiento artificial son a menudo imprácticos para ensamblajes grandes, por lo que la fijación mecánica sigue siendo común.

Maquinabilidad

La maquinabilidad de 7010 es buena en comparación con muchas aleaciones de aluminio de alta resistencia, ofreciendo formación predecible de viruta y buen acabado superficial al usar herramientas de carburo y montajes rígidos. Las velocidades de corte deben optimizarse para la vida útil de la herramienta y la gestión térmica; el acero rápido suele ser insuficiente a altas tasas de remoción.

Alcanzar tolerancias dimensionales aceptables en secciones gruesas requiere considerar tensiones residuales por tratamiento térmico; el alivio previo de tensiones y la selección de temple para mecanizado son prácticas comunes. El uso de refrigerante y evacuación de viruta es importante para evitar borde construido y mantener la integridad superficial crítica para fatiga.

Formabilidad

La conformación de 7010 en templeos de pico es limitada; el rebote elástico es pronunciado y los radios mínimos de doblado son mayores comparados con aleaciones 5xxx y 6xxx. La conformación se realiza típicamente en templeo O, T4 o sobremadurado y se sigue de envejecimiento si es necesario para restaurar la resistencia.

Las operaciones de conformado en frío deben respetar los radios de doblado recomendados (a menudo 3–6× el espesor en templeos dúctiles) y evitar doblados agudos o estirados severos en T6. Cuando se requieren formas complejas, considere diseñar para tratamiento térmico post-formado (solubilización y envejecimiento) o usar aleaciones alternativas con mejor formabilidad.

Comportamiento del Tratamiento Térmico

El tratamiento de solución para 7010 se realiza generalmente en el rango de aproximadamente 470–485 °C para disolver las fases solubles Zn–Mg–Cu en la matriz de aluminio antes del temple. Se requiere un temple rápido (generalmente temple en agua) para retener una solución sólida sobresaturada; las velocidades de temple y el espesor de la sección influyen significativamente en la respuesta de endurecimiento por envejecimiento y en las propiedades de la línea central.

Los regímenes de envejecimiento artificial varían dependiendo del temple objetivo: el estándar T6 implica envejecimiento alrededor de 120–125 °C por tiempos suficientes para precipitar fases η' metaestables que brindan la máxima resistencia, mientras que el sobremadurado T7x usa temperaturas mayores o ciclos más largos para promover precipitados estables η que mejoran la resistencia a SCC y tenacidad. T651 indica T6 seguido de una operación controlada de estirado para aliviar tensiones residuales.

Para aleaciones no tratables térmicamente el principal mecanismo de endurecimiento es el trabajo en frío, pero dado que 7010 es tratable térmicamente, el recocido y el tratamiento de solución son las principales herramientas de fabricación. Los ingenieros de diseño y proceso deben especificar con precisión la temperatura, tiempos de mantenimiento, medios de enfriamiento y ciclos de envejecimiento para alcanzar las propiedades requeridas, especialmente para placas gruesas donde la sensibilidad al temple es un factor limitante.

Desempeño a Alta Temperatura

El 7010 pierde resistencia sustancialmente a medida que la temperatura de servicio supera aproximadamente 100–120 °C debido al coarsening de precipitados y la reducción de las fases endurecedoras coherentes. Los límites de diseño para servicio continuo a elevadas temperaturas son conservadores; exposiciones a corto plazo a temperaturas más altas son posibles pero alterarán el estado de envejecimiento y la resistencia residual.

La resistencia a la oxidación es típica para aleaciones de aluminio; se forma un óxido de aluminio estable que protege el material base de una oxidación rápida. Las zonas afectadas por calor en piezas soldadas o sometidas a ciclos térmicos pueden experimentar cambios microestructurales localizados que reducen propiedades mecánicas y aumentan la susceptibilidad a corrosión, por lo que la exposición térmica durante fabricación y servicio debe controlarse.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se usa el 7010
Aeroespacial	Accesorios para alas y fuselaje, almas de largueros, estructuras de chapa gruesa	Alta relación resistencia-peso, buena tenacidad a la fractura, rendimiento adaptado al espesor
Defensa	Componentes de blindaje, estructuras de misiles	Alta resistencia estática y tolerancia a daños
Automotriz / Motorsport	Brazos de suspensión sometidos a altas tensiones, refuerzos de chasis	Resistencia excepcional para piezas críticas en peso
Marino	Elementos estructurales de alta resistencia, marcos	Cuando está sobremadurado o revestido, ofrece mejor resistencia a la corrosión bajo tensión (SCC) que algunas aleaciones 7xxx
Industrial	Ejes de alta carga, placas para herramientas	Estabilidad dimensional y maquinabilidad en tratamientos T6/T651

El 7010 se selecciona para componentes donde se valora una alta resistencia estática, rendimiento adecuado en espesores considerables y tenacidad a la fractura. Las piezas que requieren soldadura son menos adecuadas a menos que se empleen métodos alternativos de unión, por lo que muchas aplicaciones prefieren el ensamblaje mecánico o la soldadura por fricción stir.

Consideraciones para la Selección

El 7010 es una aleación especializada elegida cuando la alta resistencia y la tolerancia a daños en secciones medianas a gruesas son prioritarias. Para diseñadores que necesitan la máxima resistencia posible en elementos estructurales portantes no soldados —especialmente en aeroespacial y defensa— el 7010 suele ser la primera opción gracias a sus composiciones químicas y opciones de tratamiento térmico adaptadas.

Comparado con aluminio comercial puro (1100), el 7010 sacrifica conductividad eléctrica y térmica, así como conformabilidad, a cambio de una resistencia a la tracción y límite elástico mucho más altos. Frente a aleaciones endurecidas por trabajo en frío como 3003 o 5052, el 7010 ofrece una resistencia significativamente superior pero con menor conformabilidad y mayor susceptibilidad a SCC en estados de temple máximos.

En comparación con aleaciones comunes tratables térmicamente como 6061 o 6063, el 7010 generalmente proporciona mayor resistencia máxima y mejor tenacidad a la fractura en secciones gruesas, aunque con mayor costo del material y menor soldabilidad. Elija 7010 cuando la relación resistencia-peso y la integridad en secciones gruesas sean más importantes que la facilidad de soldadura, amplia conformabilidad y máxima resistencia a la corrosión.

Resumen Final

7010