Aluminio 7020: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Resumen Integral

7020 es una aleación de aluminio serie 7xxx (familia Al-Zn-Mg) diseñada para alta resistencia con un enfoque en mejorar la tenacidad y el comportamiento frente a la corrosión por tensión en comparación con las aleaciones 7xxx tradicionales. Su composición nominal se centra en el zinc como elemento principal de endurecimiento, con magnesio como elemento secundario y bajos niveles de cobre y cromo para controlar la estructura del grano y la recristalización.

La aleación es tratable térmicamente y adquiere resistencia principalmente mediante el tratamiento de solución, temple y envejecimiento artificial (endurecimiento por precipitación de fases Zn-Mg), aunque el endurecimiento por trabajo tiene un efecto limitado en comparación con las series no tratables térmicamente. Las características clave incluyen alta resistencia específica, resistencia a la fatiga razonablemente buena para aleaciones de aluminio de alta resistencia, resistencia moderada a la corrosión (mejorada respecto a aleaciones 7xxx con alto contenido de Cu), conformabilidad limitada a temperatura ambiente en tratamientos de temple pico, y soldabilidad cuidadosa debido a la disminución de dureza en la zona afectada por el calor (HAZ).

El 7020 se utiliza comúnmente en accesorios aeroespaciales, componentes estructurales, transporte y aplicaciones marinas donde se requiere una combinación de resistencia elevada, buena tenacidad a la fractura y resistencia razonable a la corrosión. Los ingenieros seleccionan 7020 cuando se necesita una mayor relación resistencia-peso y mejor resistencia a la corrosión por tensión en comparación con las aleaciones convencionales de la serie 6xxx, o cuando se requiere la resistencia de la serie 7xxx pero la susceptibilidad a la corrosión y la tenacidad inferior del 7075 no son aceptables.

7020 se elige sobre otras aleaciones cuando los diseñadores requieren un equilibrio entre alta resistencia estática y a la fatiga con mejor resistencia a la corrosión por tensión y mayor estabilidad durante el envejecimiento. Compite con el 6061 y el 7075 en muchos nichos estructurales, siendo a menudo preferido donde la soldabilidad o una ductilidad superior en ciertos tratamientos es un factor. La disponibilidad en formas de extrusión, placa y chapa, junto con horarios de tratamiento térmico bien establecidos, hacen que el 7020 sea atractivo para piezas de producción con un rendimiento mecánico predecible.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Alargamiento	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alto	Excelente	Excelente	Totalmente recocido, máxima ductilidad para conformado
T4	Moderado (envejecido naturalmente)	Moderado-Alto	Bueno	Bueno	Tratado en solución y envejecido naturalmente; buena conformabilidad para resistencia moderada
T6	Alto	Moderado	Regular-Pobre	Limitada	Tratado en solución + envejecimiento artificial; máxima resistencia para cargas estáticas
T651	Alto (aligerado de tensiones)	Moderado	Regular-Pobre	Limitada	T6 con estiramiento controlado para reducir tensiones residuales
H14	Moderado-Alto	Bajo-Moderado	Limitado	Bueno	Endurecido por deformación en frío parcial; resistencia intermedia sin tratamiento térmico
T5	Moderado-Alto	Moderado	Limitado	Limitada	Enfriado desde temperatura elevada y envejecido artificialmente; usado para extrusiones

El temple controla significativamente el equilibrio entre resistencia y ductilidad en el 7020. El estado recocido (O) o T4 ofrece la mejor conformabilidad para estampado o formado profundo, mientras que T6/T651 proporcionan la máxima resistencia estática, pero sufren una menor capacidad de doblado y requieren cuidado para evitar rebote elástico y fisuras.

Los tratamientos térmicos exhiben una pronunciada disminución de dureza en la zona afectada por el calor (HAZ) en uniones soldadas; los diseñadores suelen seleccionar T651 para piezas estructurales críticas para controlar tensiones residuales y estabilidad. Los templados intermedios H y T5 se utilizan cuando el trabajo en frío parcial o el envejecimiento en línea de extrusiones proporcionan resistencia suficiente manteniendo viable el conformado o las operaciones de unión.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.12	Impureza; limita defectos de fundición y reduce efecto sobre la resistencia
Fe	≤ 0.50	Impureza; niveles altos reducen la tenacidad y la maquinabilidad
Mn	0.03 – 0.20	Microaleación para controlar estructura de grano y recristalización
Mg	1.0 – 1.8	Principal elemento de endurecimiento junto con Zn (precipitados MgZn2)
Cu	≤ 0.10 – 0.25	Bajo a moderado; reduce riesgo de corrosión por tensión frente a aleaciones 7xxx ricas en Cu
Zn	3.8 – 4.8	Elemento principal de endurecimiento; controla endurecimiento por precipitación
Cr	0.04 – 0.20	Refinador de grano; mejora la tenacidad y controla la recristalización
Ti	≤ 0.05	Nucleante para grano fino durante el procesamiento de lingotes
Otros (cada uno)	≤ 0.05	Incluye trazas de V y Zr; resto Al

Las adiciones de aleación ajustan el comportamiento mecánico y frente a la corrosión del 7020: Zn y Mg forman precipitados coherentes y semicohereentes durante el envejecimiento que constituyen el mecanismo principal de endurecimiento. Cromo y pequeñas cantidades de Mn/Ti refinan la estructura del grano y reducen la susceptibilidad a la recristalización y fractura intergranular, mientras que el bajo contenido de cobre minimiza el riesgo de corrosión por tensión comparado con aleaciones 7xxx con alto Cu.

Los elementos impurezas como Fe y Si están estrictamente controlados porque forman partículas intermetálicas que disminuyen la tenacidad a la fractura y pueden actuar como sitios de nucleación de grietas por fatiga. La química controlada permite una respuesta estable al tratamiento térmico y un desempeño mecánico consistente en las diversas formas del producto.

Propiedades Mecánicas

En condiciones T6/T651, el 7020 exhibe una alta resistencia a la tracción adecuada para aplicaciones estructurales, con una combinación característica de límite elástico y resistencia última que soporta componentes sometidos a cargas elevadas. El límite elástico en tratamientos pico es sustancialmente más elevado que en aleaciones de la serie 6xxx, ofreciendo simultáneamente mejor tenacidad en comparación con aleaciones 7xxx de mayor resistencia; el alargamiento en tratamientos pico es moderado y suficiente para muchas piezas mecanizadas y estructurales.

En condiciones recocidas (O) o tratadas en solución (T4), el alargamiento aumenta significativamente y la resistencia a la tracción disminuye, haciendo estos tratamientos preferibles para operaciones de conformado. La dureza se correlaciona fuertemente con el envejecimiento artificial: el temple T6 ofrece la mayor dureza y resistencia a cargas estáticas, mientras que el estado recocido muestra baja dureza y superior resistencia a pequeñas deformaciones.

El comportamiento a la fatiga del 7020 es generalmente bueno para un aluminio de alta resistencia, beneficiándose de una estructura de grano controlada y menor contenido de Cu; sin embargo, la vida a fatiga es sensible al acabado superficial, tensiones residuales y muescas locales. El espesor y la forma del producto influyen en las propiedades mecánicas debido a que las velocidades de enfriamiento y la recristalización durante el procesamiento alteran la cinética de precipitación y la morfología del grano; las placas más gruesas pueden exhibir ligeramente menor dureza pico y tenacidad que las extrusiones delgadas procesadas con velocidades de temple más rápidas.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (T6 / T651)	Notas
Resistencia a la tracción (MPa)	160 – 240	360 – 420	T6 proporciona aproximadamente 2–2.5× la resistencia del estado O; los valores dependen de la forma y espesor del producto
Límite elástico (MPa)	55 – 110	320 – 370	El límite elástico aumenta bruscamente tras envejecimiento; el T651 incluye tratamiento de estiramiento para alivio de tensiones
Alargamiento (A%)	18 – 30	8 – 14	La ductilidad disminuye con el aumento de resistencia; compromiso con la tenacidad a la fractura
Dureza (HB)	40 – 70	110 – 140	La dureza Brinell aumenta con el envejecimiento; la dureza se correlaciona con la resistencia y resistencia al desgaste

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.78 g/cm³	Típica de aleaciones Al-Zn-Mg; buena relación resistencia-peso
Rango de fusión	Solidus ~475–490°C; Líquido ~635–645°C	Los puntos solidus y líquido dependen de la composición exacta y de las impurezas
Conductividad térmica	~130 – 160 W/m·K	Menor que el Al puro, pero adecuada para disipación térmica en comparación con aceros
Conductividad eléctrica	~28 – 36 % IACS	Inferior a las series 1xxx y 6xxx debido a la aleación; típica para aluminio de alta resistencia
Calor específico	~880 J/kg·K	Útil en diseño térmico y cálculos de transferencia de calor transitoria
Coeficiente de expansión térmica	~23 – 24 µm/m·K (20–100°C)	Similar a otras aleaciones de Al; relevante para diseños con expansión diferencial

El 7020 mantiene la baja densidad del aluminio y una conductividad térmica favorable, lo que lo hace atractivo donde el ahorro de masa y la disipación del calor son importantes. La reducción de conductividad eléctrica y térmica respecto al aluminio puro es el compromiso para obtener mayor resistencia mediante fases endurecidas por precipitación.

Las características térmicas dictan las ventanas de tratamiento térmico y los límites de servicio; los diseñadores deben considerar la pérdida significativa del endurecimiento por precipitación cuando los componentes operan a temperaturas elevadas cercanas o superiores a las temperaturas típicas de envejecimiento.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0.5 – 6 mm	Mejor respuesta al temple y envejecimiento en calibres más delgados	O, T4, T6	Ampliamente utilizada para paneles estructurales ligeros y piezas mecanizadas
Placa	6 – 100+ mm	Las secciones más gruesas pueden presentar una resistencia máxima ligeramente reducida	T6, T651	Requiere temple controlado para lograr propiedades uniformes
Extrusión	Perfiles hasta grandes secciones transversales	Buena resistencia direccional; el envejecimiento puede realizarse en línea	T5, T6, T651	Popular para marcos estructurales y secciones transversales complejas
Tubo	Diámetros variados; sin costura/soldados	Similar a las extrusiones; el espesor de pared afecta el envejecimiento	T6, T651	Usado para tubos de alta resistencia y elementos estructurales
Barra/Bastón	Diámetros hasta 200 mm	La mecanizabilidad y uniformidad dependen del tamaño de la sección maciza	O, T6	Utilizado para accesorios, componentes mecanizados y forjas

Las chapas y extrusiones delgadas alcanzan típicamente las propiedades máximas más fácilmente debido a tasas de temple más rápidas, mientras que las secciones gruesas de placa requieren un procesamiento cuidadoso para evitar núcleos blandos. Los perfiles extruidos permiten secciones transversales a medida y pueden ser envejecidos inmediatamente después del temple (T5) o tras un alivio de tensiones (T651) para estabilidad dimensional.

Las decisiones de fabricación se basan en el rendimiento mecánico requerido y la complejidad geométrica: los ciclos térmicos previos a la conformación son comunes para piezas que requieren doblado significativo, mientras que la estrategia de mecanizado desde barra favorece la condición T6 para control dimensional y resistencia a la fatiga.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	7020	USA	Designación común de aleación bajo listados de Aluminum Association
EN AW	7020	Europa	EN AW-7020 comúnmente usado; especificaciones químicas y mecánicas según normas EN
JIS	A7020	Japón	Las variantes JIS mantienen límites de composición similares pero con tolerancias regionales
GB/T	7020	China	El grado chino GB/T se alinea con la química y aplicaciones internacionales del 7020

Las especificaciones regionales para 7020 son ampliamente consistentes en rangos elementales y definiciones de temple, pero las tolerancias en elementos impuros y pruebas mecánicas pueden variar. Las normas europeas EN AW-7020 enfatizan un control estricto de elementos inhibidores de recristalización para calidad de placas y extrusiones.

Los usuarios deben consultar normas específicas/certificados para tolerancias dimensionales, inclusiones permitidas y controles de proceso del proveedor, ya que estos influyen en la vida en fatiga, resistencia a grietas por corrosión bajo tensión (SCC) y niveles de defectos aceptables para componentes críticos.

Resistencia a la Corrosión

En ambientes atmosféricos, el 7020 exhibe resistencia moderada a la corrosión con mejor comportamiento que las aleaciones 7xxx de alto cobre debido a su contenido relativamente bajo de Cu. El anodizado natural y recubrimientos de cromato o modernos orgánicos mejoran significativamente la resistencia a la picadura y corrosión general, haciendo al 7020 adecuado para muchas aplicaciones estructurales exteriores.

La exposición marina acelera la corrosión localizada; el 7020 puede ser usado en estructuras marinas cuando se aplican protecciones adicionales (anodizado, recubrimientos de conversión, sellado de juntas y pinturas protectoras). Evitar la retención de agua de mar estancada y aislar metales disímiles son prácticas de diseño esenciales para reducir ataques galvánicos.

La susceptibilidad a grietas por corrosión bajo tensión (SCC) en 7020 es menor que en aleaciones 7xxx de alto Cu, pero sigue siendo una consideración de diseño para temple de alta resistencia (T6). El diseño de juntas, la selección de temple (favoreciendo T4/T651 cuando es aplicable) y estrategias de tratamiento térmico post-soldadura son usualmente empleadas para mitigar el riesgo de SCC.

La interacción galvánica con aceros, cobre o aleaciones inoxidables puede ser significativa en ambientes clorurados; se deben emplear barreras aislantes, recubrimientos sacrificatorios o protección catódica en interfaces de unión. Comparado con las familias de aluminio 5xxx (serie Mg) y 6xxx (Mg-Si), el 7020 ofrece mayor resistencia a costa de medidas de control de corrosión algo más exigentes.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

El 7020 puede soldarse usando técnicas comunes de fusión (TIG, MIG), pero las soldaduras en temple de alta resistencia presentan un ablandamiento significativo en la zona afectada por el calor (HAZ); a menudo se requiere tratamiento térmico post-soldadura para restaurar la resistencia en aplicaciones críticas. Aleaciones de aporte como 5356 u otros rellenos Al-Mg son comúnmente usados para reducir la susceptibilidad a grietas en frío y mejorar la ductilidad del metal de soldadura. El diseño cuidadoso de juntas, alivio mecánico pre y post soldadura, y control de aporte térmico reducen porosidad y problemas en la HAZ; la soldadura de componentes estructurales se realiza con calificación y frecuentemente seguida de envejecimiento localizado.

Mecanizabilidad

La mecanizabilidad del 7020 se considera generalmente de moderada a buena para un aluminio de alta resistencia, con secciones macizas que proporcionan formación consistente de viruta usando herramientas de carburo afiladas. El equipamiento recomendado incluye plaquitas de carburo recubiertas con geometría de filo positivo y abundante refrigerante o lubricante para controlar acumulación de filo y mejorar el acabado superficial. Las velocidades de corte son mayores que para aceros pero menores que para aluminio blando, con avances y profundidades optimizados para evitar vibraciones y controlar el calor en la zona de corte.

Conformabilidad

La conformabilidad depende mucho del temple: las condiciones O y T4 ofrecen la mejor doblabilidad, embutición profunda y estampado, mientras que T6 y T651 son sustancialmente menos conformables y propensas a fisuras en radios pequeños. Los radios mínimos típicos de doblado interior para chapa recocida 7020 son del orden de 1× espesor, mientras que piezas T6 suelen requerir 2–4× espesor o uso de utillajes especializados y conformado a temperaturas elevadas para evitar fractura. El rebote elástico (springback) es pronunciado en temple de mayor resistencia, por lo que la compensación de utillaje y pruebas son esenciales para piezas conformadas con precisión.

Comportamiento en Tratamiento Térmico

El 7020 es una aleación típicamente tratable térmicamente: el tratamiento de solución se realiza normalmente a aproximadamente 470–480°C para disolver fases ricas en Zn-Mg en solución sólida, seguido de temple rápido para retener la sobresaturación. El envejecimiento artificial (T6) se lleva a cabo comúnmente en un rango de temperaturas de 120–160°C durante varias horas para precipitar fases endurecedoras y alcanzar la máxima dureza; las curvas de envejecimiento deben ajustarse al tamaño de la sección y el equilibrio deseado entre resistencia y tenacidad.

El temple T651 indica T6 con una operación controlada de estirado para minimizar tensiones residuales y distorsión; este temple es preferido para piezas estructurales donde se requieren estabilidad dimensional y resistencia a fatiga. A diferencia de aleaciones no tratables térmicamente, la resistencia del 7020 está dominada por el tamaño y distribución de precipitados y no por trabajo en frío, por lo que el control cuidadoso de perfiles tiempo-temperatura y tasas de temple es crítico para lograr las propiedades mecánicas especificadas.

Desempeño a Alta Temperatura

El 7020 pierde una porción significativa de su resistencia por precipitados a temperaturas elevadas de servicio; la exposición prolongada por encima de ~120°C produce un crecimiento progresivo de precipitados y reduce el límite elástico y resistencia máxima. Excursiones de corta duración a temperaturas moderadamente superiores pueden tolerarse, pero ciclos repetidos o exposiciones prolongadas acortan la vida a fatiga y reducen la capacidad de carga. La oxidación es mínima para aluminio en temperaturas típicas de servicio, pero los recubrimientos protectores pueden degradarse a altas temperaturas y exponer el metal base a ambientes corrosivos.

Las zonas afectadas por el calor adyacentes a las soldaduras son particularmente vulnerables porque la exposición térmica localizada altera distribuciones de precipitados y puede crear bandas blandas que concentran la deformación bajo ciclos mecánicos o térmicos. Para aplicaciones que requieren retención de propiedades mecánicas a alta temperatura, deben considerarse aleaciones alternativas diseñadas para uso prolongado en altas temperaturas.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se usa el 7020
Aeroespacial	Accesorios estructurales, componentes de mamparos	Alta relación resistencia-peso con buena tenacidad a la fractura y resistencia a SCC
Marina	Elementos de soporte de cubierta, marcos	Mejor resistencia a la corrosión vs aleaciones 7xxx de alto Cu y buena resistencia
Automotriz / Ferroviaria	Perfiles extruidos de alta resistencia, componentes de chasis	Rendimiento en resistencia y fatiga para elementos estructurales livianos
Deportes / Recreación	Marcos de bicicletas de alto rendimiento, tubo estructural	Buena relación resistencia-peso y mecanizabilidad para piezas de precisión
Electrónica / Térmica	Difusores térmicos estructurales, carcasas	Balance entre rigidez, conductividad térmica y mecanizabilidad

El 7020 se utiliza cuando los diseñadores necesitan una combinación superior de resistencia, tenacidad y comportamiento razonablemente bueno frente a la corrosión en componentes tanto fabricados como mecanizados. Su disponibilidad en múltiples formas de producto y procedimientos de tratamiento térmico establecidos lo hacen una opción versátil para piezas diseñadas donde se busca consistencia en el desempeño y durabilidad durante el ciclo de vida.

Perspectivas de selección

Elija 7020 cuando se requiera una alta resistencia estática y a la fatiga junto con una mayor tenacidad a la fractura y un menor riesgo de corrosión por esfuerzo (SCC) en comparación con aleaciones 7xxx con mayor contenido de Cu. Es especialmente adecuado para piezas estructurales, aeroespaciales y marinas donde el ahorro de peso y el comportamiento predecible del envejecimiento son prioridades.

En comparación con el aluminio comercialmente puro (p. ej., 1100), el 7020 sacrifica conductividad eléctrica y térmica significativas y conformabilidad a cambio de una resistencia mucho mayor; use 1100 cuando la conductividad o la conformabilidad sean prioritarias y 7020 cuando sea esencial la capacidad de carga. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, el 7020 ofrece una resistencia mucho mayor pero requiere control de tratamiento térmico y protección contra la corrosión; elija 3003/5052 cuando la conformación o la resistencia a la corrosión en ambientes con cloruros sin tratamiento térmico sean centrales. En comparación con aleaciones 6xxx comunes tratables térmicamente (6061/6063), el 7020 normalmente proporciona mayor resistencia y mejor comportamiento a la fatiga, pero puede tener un costo de material más alto y requisitos más estrictos de soldadura y tratamiento térmico; prefiera 7020 cuando su superior relación resistencia-peso y tenacidad justifiquen las restricciones adicionales de procesamiento.

Resumen final

El 7020 continúa siendo una aleación de aluminio de alta resistencia relevante para la ingeniería moderna debido a su favorable equilibrio entre resistencia, tenacidad y comportamiento controlado frente a la corrosión, combinado con una disponibilidad versátil en formas de producto y rutas de tratamiento térmico bien comprendidas. Su posición entre las aleaciones 6xxx convencionales y las aleaciones 7xxx de mayor resistencia pero más propensas a la corrosión lo convierte en una opción práctica para aplicaciones estructurales que exigen un desempeño confiable y repetible.