Aluminio 7068: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Descripción General Completa

7068 es una aleación de aluminio serie 7xxx, situada dentro de la familia de alta resistencia Al-Zn-Mg-Cu. Se desarrolla para proporcionar la mayor resistencia posible en aleaciones de aluminio forjado mediante una química Zn–Mg–Cu cuidadosamente equilibrada y adiciones de microaleación que controlan la recristalización y la distribución de precipitados.

Los principales elementos de aleación son el zinc (elemento principal de refuerzo), magnesio (forma precipitados MgZn2 con Zn), cobre (aumenta la resistencia y permite la respuesta al envejecimiento) y elementos de microaleación como el circonio y el cromo para refinar la estructura de grano y limitar la recristalización. La aleación es tratable térmicamente; la resistencia máxima se consigue mediante tratamiento de solución, templado y envejecimiento artificial (temple T), con un refuerzo secundario proveniente de dispersoides controlados que proporcionan resistencia al fluencia y fractura.

Entre sus características clave destacan resistencias a la tracción y al límite elástico extremadamente altas en comparación con otras aleaciones comerciales, un rendimiento en fatiga competitivo para un aluminio de alta resistencia cuando está correctamente envejecido, y una maquinabilidad razonable. La resistencia a la corrosión es moderada: mejor que algunas aleaciones muy resistentes ricas en Zn cuando se sobremadura, pero inferior a las aleaciones Mg serie 5xxx y a muchos aceros inoxidables; la soldabilidad es limitada debido al ablandamiento en la zona afectada por el calor (ZAC) y la susceptibilidad al agrietamiento en caliente a menos que se utilicen procedimientos y aportes de soldadura especiales. Las industrias típicas incluyen aeroespacial, defensa, artículos deportivos de alto rendimiento y aplicaciones automotrices especiales donde la relación resistencia-peso es crítica.

Los ingenieros seleccionan 7068 cuando el diseño del componente requiere el máximo límite elástico y resistencia a la tracción utilizable de una aleación de aluminio, manteniendo al mismo tiempo las ventajas de un material ligero y no ferroso. Se prefiere sobre aleaciones como 7075 cuando un pequeño aumento absoluto de resistencia y un control microestructural más estricto aportan mejoras de rendimiento para sujetadores, accesorios o piezas estructurales sometidas a cargas estáticas o cíclicas elevadas.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Observaciones
O	Bajo	Alta (≥15%)	Excelente	Excelente	Totalmente recocido; el más fácil de conformar y maquinar
T6 / T651	Muy Alto	Moderada (6–10%)	Limitada	De mala a moderada	Tratado en solución y envejecido artificialmente; T651 incluye alivio de tensiones por estirado
T6511 / T651A	Muy Alto	Moderada (6–10%)	Limitada	De mala a moderada	Variación del T651 con alivio de tensiones controlado o rectificado adicional
T7 (sobremadurado)	Alto	Moderada a alta (8–12%)	Mejor que T6	Moderada	El sobremadurado sacrifica resistencia máxima para mejorar resistencia a grietas por corrosión bajo tensión (SCC) y a la corrosión
Hx (endurecido por deformación)	Moderado	Variable	Moderado	Moderado	Menos usado; menor resistencia máxima que los temple T pero mejor conformabilidad

El temple influye de forma dominante en las propiedades del 7068 debido a que la aleación es fuertemente tratable térmicamente. El tratamiento en solución y envejecimiento artificial generan finos y coherentes precipitados ricos en MgZn2 que aumentan el límite elástico y la resistencia última, mientras que el sobremadurado coarsifica estos precipitados y mejora la resistencia a grietas por corrosión bajo tensión a costa de la resistencia máxima.

En la práctica, las variantes T6/T651 se especifican cuando la resistencia absoluta y la rigidez son primordiales, mientras que se eligen los temple T7 o intermedios donde la resistencia a la corrosión, la tenacidad al impacto y la durabilidad en servicio son más importantes. Los temple recocidos (O) o endurecidos por deformación se emplean para conformado y mecanizado antes del tratamiento térmico final.

Composición Química

Elemento	% Rango	Observaciones
Si	≤0.12	Impureza; controlada para evitar intermetálicos frágiles
Fe	≤0.30	Impureza; altos contenidos forman fases groseras que reducen tenacidad
Mn	≤0.10	Menor; puede mejorar ligeramente la estructura de grano
Mg	2.0–3.0	Principal co-reforzador con Zn para formar precipitados MgZn2
Cu	1.6–2.4	Aumenta resistencia y dureza, afecta corrosión y tenacidad
Zn	7.0–8.5	Elemento principal de refuerzo; clave para alta resistencia máxima
Cr	≤0.20	Refinamiento de grano y control de recristalización
Ti / Zr	0.05–0.25 (combinado)	Microaleación para formar dispersoides, controlar crecimiento de grano y mejorar tenacidad
Otros (cada uno)	≤0.05	Elementos traza controlados para limpieza; balance Al

El balance de aleación está optimizado para maximizar la fracción volumétrica y estabilidad de finos precipitados Mg–Zn que proporcionan el endurecimiento por envejecimiento primario, mientras que el Cu adapta la estructura de precipitados y proporciona refuerzo secundario. Los elementos de microaleación como Zr y Cr forman finos dispersoides que inhiben el crecimiento de grano durante el tratamiento en solución y templado, mejorando la tenacidad, reduciendo la sensibilidad al templado rápido y controlando la recristalización durante el procesamiento termomecánico.

Propiedades Mecánicas

El 7068 muestra una diferencia marcada entre las condiciones recocidas y las de máxima edad. En temple T6/T651 la aleación alcanza algunas de las mayores resistencias a la tracción y al límite elástico disponibles en aluminio comercial forjado, con valores de resistencia última y límite elástico que permiten una reducción significativa de peso en diseños estructurales. La elongación en estados de máxima edad es moderada, y la tenacidad a la fractura suele ser menor que en aleaciones de aluminio de menor resistencia pero aceptable cuando se controla la geometría del componente y los concentradores de tensión.

El rendimiento a fatiga del 7068 puede ser muy bueno para un sistema Al–Zn–Mg–Cu cuando la microestructura está optimizada y el acabado superficial controlado; sin embargo, las aleaciones de aluminio de alta resistencia siguen siendo sensibles a defectos superficiales y entornos corrosivos que pueden iniciar grietas por fatiga. El espesor y tamaño de la sección afectan las propiedades alcanzables debido a la sensibilidad al templado rápido y la cinética de precipitación; las secciones delgadas alcanzan la resistencia máxima más fácilmente tras el templado que las gruesas, que pueden requerir enfriamiento más lento o ciclos de tratamiento modificados.

La dureza sigue las tendencias de resistencia: el material recocido muestra valores bajos en Brinell/Vickers coherentes con un aluminio blando, mientras que los temple tipo T6 producen durezas elevadas correspondientes al alto límite elástico. El ablandamiento localizado en la ZAC durante la soldadura y la potencial generación de tensiones residuales deben considerarse en el diseño.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (T6 / T651)	Observaciones
Resistencia a Tracción	200–300 MPa (típico)	700–780 MPa (rango típico)	Resistencias máximas entre las más altas para aluminio forjado; valores dependen del espesor y envejecimiento exacto
Límite Elástico	100–250 MPa	640–700 MPa	El límite elástico alcanza valores cercanos a los de algunos aceros en temple específicos
Elongación	≥15%	6–10%	La ductilidad se reduce en estados de máxima edad; el modo de fractura pasa a ser más transgranular/intergranular según envejecimiento
Dureza (HB)	~60–90 HB	~150–180 HB	La dureza se correlaciona con la fracción volumétrica y distribución de precipitados

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Observaciones
Densidad	~2.78–2.81 g/cm³	Ligeramente mayor que algunos Al de baja aleación pero aún baja para alta resistencia
Rango de Fusión	~475–635 °C (intervalo solidus/liquidus típico para Al–Zn–Mg–Cu)	Solidus y liquidus exactos dependen de la composición y elementos menores
Conductividad Térmica	~120–150 W/m·K (a 20 °C, valor típico aleado)	Menor que Al puro debido a dispersores de aleación; varía con el temple y composición
Conductividad Eléctrica	~30–45 %IACS	La aleación reduce la conductividad respecto a aluminio puro
Calor Específico	~0.88–0.90 J/g·K	Similar a otras aleaciones de aluminio
Coeficiente de Dilatación Térmica	~23–25 ×10⁻⁶ /K	Comparable con otros Al forjados; se requiere diseño para desajustes térmicos con compuestos/acero

Las propiedades físicas del 7068 son generalmente similares a otras aleaciones de aluminio de alta resistencia; la aleación conserva la favorable densidad y calor específico del aluminio mientras sacrifica algo de conductividad térmica y eléctrica debido al alto contenido de solutos. La dilatación térmica y la conductividad deben considerarse en el manejo térmico y escenarios de unión, especialmente cuando se combina con materiales disímiles.

Formas del producto

Forma	Espesor/Tamaño típico	Comportamiento de resistencia	Temple común	Notas
Chapa	0.5–6 mm típico; hasta ~12 mm	Las chapas delgadas alcanzan propiedades máximas de forma más uniforme	T6, T651, O	Usada para paneles altamente solicitados y piezas mecanizadas tras envejecimiento
Placa	6–100+ mm	Las placas gruesas son sensibles al temple rápido; pueden mostrar propiedades máximas reducidas a menos que el proceso esté controlado	Variantes T6/T7; T651 para alivio de tensiones	A menudo requiere tratamiento térmico especializado y accesorios para temple rápido
Extrusión	Secciones transversales variables	Las secciones extruidas pueden alcanzar altas propiedades si se tratan en solución y envejecen	T6/T651	Perfiles complejos usados para elementos estructurales y accesorios
Tubo	Diámetro exterior/interior variable	El espesor de pared afecta la respuesta al temple rápido y envejecimiento	T6/T651	Usado en tubos estructurales sensibles al peso; se requiere cuidado en soldadura y unión
Barra/Varilla	Diámetros hasta varios pulgadas	El acero en barra puede ser producido y envejecido para alta resistencia	T6, T651	Común para sujetadores, pasadores y componentes mecanizados de alta resistencia

Las formas forjadas difieren en capacidad de temple rápido y comportamiento de tensiones residuales. Los elementos delgados son más fáciles de tratar térmicamente para alcanzar propiedades máximas; las placas gruesas y grandes secciones requieren temple controlado o temple modificado (T7 o envejecimiento multietapa) para evitar un centro subenvejecido y reducir distorsiones. Extrusiones y forjas a menudo se tratan en solución después del conformado para producir un estado homogéneo de precipitados.

Grados equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	7068	USA	Designación principal para esta aleación de alta resistencia en asociaciones de aluminio
EN AW	7068	Europa	Frecuentemente referenciado como EN AW-7068 con composición similar; pueden existir diferencias en impurezas permitidas
JIS	A7068 (aprox.)	Japón	Normas locales pueden tener químicas similares bajo designaciones y especificaciones de tratamiento térmico distintas
GB/T	7068	China	Existen variantes estandarizadas chinas; las químicas exactas y garantías de propiedades mecánicas pueden variar

Las normas y designaciones son ampliamente similares, pero las prácticas de manufactura y prueba difieren entre regiones. Pequeñas diferencias en niveles máximos de impurezas, microaleaciones y procedimientos de pruebas de calificación pueden crear variaciones en propiedades y comportamiento a fractura; los ingenieros deben verificar las hojas de especificaciones y certificados de conformidad para componentes críticos asegurando la intercambiabilidad.

Resistencia a la corrosión

7068 es una aleación Al–Zn–Mg–Cu que hereda la sensibilidad familiar a la corrosión localizada en ambientes con cloruros. En condiciones atmosféricas con baja exposición a cloruros, 7068 correctamente sobremaduro o con tratamiento superficial presenta un desempeño aceptable; sin embargo, el material T6 sin protección puede ser susceptible a pitting y ataque intergranular, especialmente en zonas con esfuerzos concentrados.

En ambientes marinos o con alto contenido de cloruros, 7068 requiere revestimientos protectores, anodizado o la selección de un temple sobremaduro estilo T7 para mejorar la resistencia a la corrosión. Aun así, generalmente su desempeño es inferior comparado con aleaciones marinas de la serie 5xxx con magnesio y aceros inoxidables para servicio prolongado en inmersión o zona de salpicadura sin protección robusta.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es una preocupación para aleaciones Al–Zn–Mg de alta resistencia. Los templados T6 en estado pico tienen mayor susceptibilidad al SCC; el sobremadurado y los dispersoides microaleantes reducen la susceptibilidad pero a costa de la resistencia máxima. El acoplamiento galvánico con materiales catódicos (cobre, acero inoxidable) acelerará el ataque local; el acoplamiento con acero debe aislarse y en el diseño evitar fisuras y retención de sales.

En comparación con otras familias de aleaciones, 7068 sacrifica rendimiento en corrosión por resistencia: generalmente supera en resistencia a las aleaciones de la serie 6xxx, pero es menos resistente a la corrosión que muchas aleaciones de la serie 5xxx y ciertas 3xxx usadas en aplicaciones marinas. La correcta selección de temple y protección superficial son palancas esenciales de diseño.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

La soldadura de 7068 es desafiante debido al ablandamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) y significativa pérdida de resistencia en la zona fundida; la microestructura endurecida por precipitación se ve perturbada por el aporte térmico. La soldadura TIG y MIG puede realizarse en uniones localizadas no críticas usando procedimientos de bajo calor, pero el tratamiento térmico post-soldadura no siempre restaura las propiedades originales para estructuras grandes. Si se requiere soldar, se recomiendan aleaciones de aporte compatibles diseñadas para resistencia y resistencia al SCC (p. ej. aleaciones especiales Al‑Zn‑Mg o aportes Al‑Si de menor resistencia) y procesos que minimicen el aporte térmico.

Mecanizado

La mecanización de 7068 en temple pico es generalmente buena en comparación con aceros de alta resistencia debido a su menor densidad y buen comportamiento de rotura de viruta, aunque la alta dureza aumenta el desgaste de herramienta. Herramientas de carburo, geometría de filo positiva y mecanizado a alta velocidad con sistema de refrigeración producen los mejores resultados. Mecanizar en un temple más blando (O) antes del envejecimiento final es práctica común para reducir el desgaste de herramienta y distorsión durante operaciones complejas.

Conformabilidad

El conformado es óptimo realizándolo en condiciones recocidas (O) o templados blandos; el material T6/T651 presenta conformabilidad limitada en frío y mayor rebote elástico. Los radios de curvado deben ser conservadores (p. ej. múltiplos mayores del espesor) en temple pico para evitar fisuras en concentradores de esfuerzo. Si se requiere conformado significativo, debe realizarse en condición recocida seguido de tratamiento en solución y envejecimiento artificial para obtener la resistencia final.

Comportamiento ante tratamiento térmico

Como aleación tratable térmicamente, 7068 sigue la metalurgia clásica de endurecimiento por precipitación. El tratamiento en solución se realiza típicamente a temperaturas en el rango necesario para disolver los elementos de aleación (comúnmente ~470–500 °C dependiendo del tamaño de la sección y el horno) seguido de temple rápido para retener una solución sólida sobresaturada. El envejecimiento artificial (p. ej. envejecimiento T6) se realiza comúnmente entre 120–160 °C durante períodos adaptados para alcanzar dureza y resistencia máximas; los tiempos varían con el tamaño de la sección y la tolerancia al sobremadurado.

El sobremadurado para producir templados estilo T7 implica temperaturas de envejecimiento mayores o tiempos más largos para coarsening de precipitados; esto reduce la resistencia máxima mientras mejora la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión y la tenacidad a fractura. La designación T651 indica un enderezado o estirado controlado después del temple para reducir tensiones residuales y distorsión. Debido a la sensibilidad al temple, las secciones gruesas pueden requerir ciclos modificados o temple interrumpido y uso de dispersoides microaleantes (Zr, Ti) para reducir la dependencia en el tratamiento térmico recuperable.

Desempeño a alta temperatura

7068 mantiene resistencia elevada relativa a aluminio con menor aleación a temperaturas elevadas moderadas, pero se produce una reducción significativa de resistencia cuando la temperatura se aproxima o supera ~120–150 °C. La exposición prolongada por encima de ~100–120 °C ocasiona evolución microestructural (coarsening de precipitados endurecedores) y pérdida medible de límite elástico y dureza; los límites de servicio para aplicaciones de carga crítica son usualmente fijados muy por debajo de estas temperaturas.

La oxidación es mínima en comparación con aleaciones férreas, pero la exposición a temperatura elevada puede alterar características del óxido superficial y afectar la resistencia a la corrosión. En uniones soldadas, las zonas afectadas por el calor son especialmente vulnerables; el ablandamiento localizado y la disolución/reprecipitación de precipitados reducen la capacidad de carga local y contribuyen al fluencia o ruptura por tensión a temperaturas elevadas sostenidas.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de componente	Por qué se usa 7068
Aeroespacial	Accesorios estructurales y pasadores de alta carga	Relación resistencia/peso excepcional y alto límite elástico permiten diseños ligeros
Defensa / Armas de fuego	Receivers, portabrocas, componentes de alta resistencia	Alta resistencia estática y mecanizabilidad para piezas de precisión
Deportes de motor / Automotriz	Brazos de suspensión, conectores de jaulas antivuelco	Alta resistencia permite componentes más ligeros bajo cargas dinámicas
Artículos deportivos	Armazones de bicicleta de alto rendimiento, herrajes	Reducción de peso competitiva con alta rigidez
Electrónica	Marcos estructurales y soportes	Alta rigidez/peso y mecanizabilidad para ensamblajes compactos

7068 se selecciona para aplicaciones donde la resistencia máxima y el límite elástico permiten diseños más ligeros y rígidos, y donde la cadena de suministro puede soportar tratamientos térmicos controlados y acabados protectores. La aleación resulta más atractiva cuando el ahorro de peso se traduce en mejoras de desempeño o eficiencia en consumo, y cuando recubrimientos protectores o decisiones de diseño gestionan riesgos de corrosión y fatiga.

Consejos para la selección

Al seleccionar 7068, priorícese para diseños que requieran el mayor límite elástico y resistencia a la tracción posibles en un aluminio forjado, y cuando el diseño y proceso de fabricación puedan acomodar tratamientos térmicos controlados y acabados protectores. Se debe anticipar un costo de material superior y requisitos de manejo más estrictos que para aleaciones comunes de aluminio.

En comparación con el aluminio comercialmente puro (1100), el 7068 sacrifica conductividad eléctrica y térmica, así como formabilidad a temperatura ambiente, a cambio de un aumento múltiple en resistencia y rigidez; elija 7068 cuando el desempeño estructural sea el factor principal. En comparación con aleaciones endurecidas por deformación como 3003 o 5052, el 7068 ofrece una resistencia estática mucho mayor, pero normalmente menor resistencia intrínseca a la corrosión en ambientes con cloruros y peor formabilidad en frío. En comparación con aleaciones comunes tratables térmicamente como 6061 o 6063, el 7068 las supera sustancialmente en límite elástico y resistencia a la tracción; seleccione 7068 cuando la mayor resistencia justifique el costo adicional y cuando se puedan controlar las limitaciones de soldadura/unión.

Resumen final

El 7068 sigue siendo relevante cuando se requiere la máxima resistencia práctica en un aluminio trabajado y cuando los diseños sensibles al peso se benefician de una mejor relación resistencia-peso. Su química especializada y respuesta al tratamiento térmico permiten soluciones estructurales no alcanzables con aleaciones de menor resistencia, siempre que se apliquen estrategias de diseño, fabricación y protección contra la corrosión para mitigar las sensibilidades de la aleación.