Aluminio 7077: Composición, Propiedades, Guía de Tratamientos y Aplicaciones

Descripción General Completa

La aleación 7077 pertenece a la serie 7xxx de aleaciones de aluminio, una familia principalmente reforzada con zinc y con aportes significativos de magnesio y cobre. Forma parte de la clase de aleaciones Al-Zn-Mg-Cu endurecibles por precipitación y tratables térmicamente, diseñadas para ofrecer una resistencia muy alta combinada con una tenacidad razonable para aplicaciones estructurales exigentes.

La principal estrategia de aleación en 7077 es el endurecimiento por envejecimiento (tratamiento térmico de solución, temple y envejecimiento artificial), lo que produce una dispersión fina de zonas Guinier-Preston y precipitados tipo eta (MgZn2). Elementos de microaleación y un control térmico/mecánico del proceso se utilizan para optimizar la tenacidad y la resistencia a la fisuración mientras se elevan los límites de resistencia a la tracción y al fluencia por encima de muchas aleaciones competidoras.

Las características clave de la 7077 incluyen una resistencia estática muy alta, buena resistencia a la fatiga cuando se procesa adecuadamente, y una resistencia a la corrosión moderada que puede mejorarse mediante la selección del temple y tratamientos superficiales. Su soldabilidad y conformabilidad en frío son limitadas en comparación con aleaciones de aluminio más blandas, por lo que se utiliza típicamente cuando la relación resistencia-peso es el principal criterio de diseño en sectores aeroespacial, defensa, automoción de altas prestaciones y estructuras industriales especializadas.

Los ingenieros seleccionan 7077 cuando se requieren la máxima resistencia y rendimiento en fatiga en secciones delgadas o forjados, y cuando el ahorro de peso justifica un mayor costo de material y procesamiento. Se prefiere sobre aleaciones de la serie 6xxx cuando la resistencia estática y a fatiga son esenciales, y en algunos casos sobre 7075 cuando se requieren químicas específicas o mejor equilibrio entre resistencia a la corrosión bajo tensión (SCC) y fatiga.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Formabilidad	Soldabilidad	Observaciones
O	Bajo	Alta	Excelente	Excelente	Estado completamente recocido para conformado y mecanizado
H14	Medio	Moderada	Regular	Baja	Endurecido por deformación, sin tratamiento térmico; uso limitado en aleaciones 7xxx
T5	Alto	Baja-Moderada	Limitada	Baja	Enfriado desde conformado a temperatura elevada y envejecido artificialmente
T6	Alto	Baja	Limitada	Baja	Tratado térmicamente en solución y envejecido artificialmente; temple de alta resistencia común
T651	Alto	Baja	Limitada	Baja	T6 con alivio de tensiones por estirado; común en forjados aeroespaciales
T7651 / T77x	Alto	Baja-Moderada	Limitada	Baja	Temples sobremadurados o especialmente envejecidos para mejorar la SCC y tenacidad a la fractura

El temple impacta principalmente en la resistencia, ductilidad y estado de tensiones residuales de la 7077. Los estados recocidos (O) ofrecen la mejor formabilidad para embutición y estampado, mientras que T6/T651 entrega las resistencias estáticas más altas a cambio de menor elongación y conformabilidad en frío.

Los temples envejecidos y sobremadurados (p. ej., T7651) suelen especificarse donde la resistencia a la fisuración por corrosión bajo tensión y la tenacidad a la fractura son críticas, sacrificando algo la máxima resistencia a fluencia y tracción. La soldadura suele ser perjudicial para los temples endurecidos por envejecimiento porque la zona afectada por el calor (HAZ) se ablanda a menos que se utilicen procesos de soldadura especializados y tratamientos posteriores.

Composición Química

Elemento	Rango %	Observaciones
Si	0.10 máx.	Impureza típica que afecta las características de fundición y la estructura de grano
Fe	0.30 máx.	Impureza que forma intermetálicos y puede reducir la ductilidad
Mn	0.05 máx.	Microaleación para control de grano y mejora de la tenacidad
Mg	2.0–3.5	Elemento principal de refuerzo que forma precipitados MgZn2 con Zn
Cu	1.2–2.2	Aumenta la resistencia pero incrementa la susceptibilidad a la corrosión y SCC
Zn	5.5–8.5	Elemento principal de endurecimiento; determina la respuesta máxima al envejecimiento
Cr	0.05–0.25	Microaleación para control de recristalización y refinamiento de grano
Ti	0.02–0.10	Refinador de grano para mejorar la estructura del lingote y la fundición
Otros	Equilibrio / traza	Aditivos en trazas (p. ej., Zr, Ni) para ajuste de propiedades

La química de la aleación 7077 la posiciona dentro de la familia de alta concentración de Zn y endurecimiento por precipitación Mg-Cu, donde las concentraciones de Zn y Mg determinan las resistencias máximas alcanzables mediante la precipitación controlada de fases Mg-Zn. El cobre incrementa la resistencia y compensa en parte la pérdida de ductilidad, pero también aumenta la susceptibilidad a la corrosión localizada y la corrosión bajo tensión si no se mitiga con temple y microaleado.

Aditivos menores como Cr, Ti, Zr u otros elementos de microaleación se usan para inhibir la recristalización, controlar el crecimiento de grano durante el procesado termomecánico y mejorar la tenacidad a la fractura y la resistencia a crecimiento de grietas por fatiga. Las tolerancias de fabricación y normas nacionales establecen rangos y límites que pueden modificar ligeramente la respuesta óptima al envejecimiento entre distintos proveedores.

Propiedades Mecánicas

La 7077 muestra un amplio rango de propiedades mecánicas según el temple y procesamiento, variando desde material relativamente blando y dúctil en condición recocida (O) hasta muy alta resistencia en T6/T651 y temples sobremadurados especializados. Bajo procesamiento T6/T651, las resistencias a tracción comúnmente superan 500–650 MPa y los límites elásticos se acercan a 450–600 MPa, con reducciones correspondientes en la elongación uniforme. El material recocido (O) suele presentar resistencias a tracción en el rango de 180–300 MPa con elongaciones superiores al 10–20%.

La dureza en temples con envejecimiento máximo es sustancialmente mayor que en condiciones recocidas; los valores típicos de dureza Brinell o Vickers reflejan el estado de precipitación y caen drásticamente en la zona afectada por el calor tras la soldadura. El comportamiento a fatiga de la 7077 puede ser excelente si se controla la microestructura y el estado superficial; la vida a fatiga es sensible a defectos superficiales, tensiones residuales de tracción y características microestructurales relacionadas con el temple.

El espesor y la forma afectan las propiedades alcanzables porque el tratamiento térmico de solución y las tasas de enfriamiento varían con el tamaño de la sección, y los granos gruesos o gradientes de soluto retenido en secciones gruesas pueden reducir la dureza y resistencia máximas. Forjados y placas gruesas requieren tratamientos de solución y estrategias de temple controlados para acercarse a las propiedades obtenidas en productos laminados delgados.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (p. ej., T6/T651)	Observaciones
Resistencia a Tracción	180–300 MPa	520–680 MPa	Rango amplio dependiente del envejecimiento, espesor de sección y procesamiento del proveedor
Límite Elástico	80–180 MPa	450–600 MPa	El límite elástico depende fuertemente del temple; T651 se especifica ampliamente para aeroespacial
Elongación	12–25%	5–12%	La ductilidad disminuye al aumentar la resistencia; el espesor también afecta la elongación
Dureza	40–70 HB	150–190 HV (~150–180 HB)	La dureza se correlaciona con el estado de precipitación y se reduce en la ZAC

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Observaciones
Densidad	~2.78–2.81 g/cm³	Típico de aleaciones Al-Zn-Mg-Cu de alta resistencia; más ligero que los aceros
Rango de Fusión	~500–640 °C	Solidus/liquidus varían con la química; el aluminio base funde cerca de 660 °C
Conductividad Térmica	~120–160 W/(m·K)	Inferior al aluminio puro debido a la aleación; buena para disipación térmica comparado con aceros
Conductividad Eléctrica	~30–45 % IACS	Reducida respecto al aluminio comercial puro por los elementos de aleación
Calor Específico	~875–910 J/(kg·K)	Calor específico típico de la familia del aluminio a temperatura ambiente
Coeficiente de Expansión Térmica	~23–24 ×10⁻⁶ /K	Similar a otras aleaciones de aluminio; importante para el diseño térmico

La densidad y propiedades térmicas hacen a la 7077 atractiva cuando se requieren alta resistencia específica y razonable conducción térmica. La conductividad térmica y el calor específico son adecuados para muchas funciones estructurales y de gestión térmica, pero la conductividad es notablemente menor que la del aluminio casi puro o las series de baja aleación.

La conductividad eléctrica se reduce por el alto contenido de aleantes y debe considerarse cuando se requieren vías eléctricas; los diseñadores suelen elegir series con menor aleación para piezas críticas en conductividad. La expansión térmica de la aleación es similar a otras aleaciones de aluminio y debe ser compensada en conjuntos multimaterial para evitar tensiones térmicas.

Formas del Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento de Resistencia	Temple Común	Notas
Chapa	0,5–6,0 mm	Buen comportamiento en calibres delgados con envejecimiento adecuado	O, T5, T6, T651	Usada para revestimientos aeroespaciales y paneles de alta resistencia
Placa	6–150+ mm	La resistencia se reduce en placas gruesas debido a la sensibilidad al temple	T6, T651, sobreenvejecido	Las secciones gruesas requieren práctica especial de temple y pueden usarse para forjas
Extrusión	Secciones transversales variables	El control de propiedades depende del proceso T y del temple	T6, T5	Posibles perfiles complejos, pero se debe prestar atención a las tasas de temple
Tubo	1–25 mm de espesor de pared	Comportamiento similar a la chapa cuando la pared es delgada	T6/T651, O	Frecuentemente usado en tubería estructural y aeroespacial
Barra/Barrón	Diámetros hasta 200+ mm	Las barras forjadas mantienen buenas propiedades a través del espesor si son procesadas	T6, T651	Para acoplamientos estructurales mecanizados y componentes de alta resistencia

Las chapas y extrusiones delgadas pueden alcanzar respuestas de endurecimiento por envejecimiento cercanas al pico debido a tasas de temple favorables, lo que las hace adecuadas para revestimientos y paneles aeroespaciales. La placa y las grandes forjas son más desafiantes porque el enfriamiento más lento promueve el ablandamiento local y distribuciones heterogéneas de precipitados, requiriendo un control riguroso del proceso.

Las formas comerciales se seleccionan según la operación final prevista: chapa para conformado y trabajos estructurales ligeros, placa y barra forjada para acoplamientos sometidos a alta carga, y extrusiones para elementos estructurales con secciones transversales complejas. Cada forma requiere un tratamiento térmico adaptado y posiblemente envejecimiento posterior al mecanizado para cumplir con las especificaciones dimensionales y mecánicas.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	7077	USA	Designación de Aluminum Association para la familia de aleaciones
EN AW	7077	Europa	EN AW-7077 de uso común; tolerancias químicas y templados pueden variar
JIS	A7077	Japón	Designación JIS; códigos de procesamiento y temple según convenciones JIS
GB/T	7077	China	Grados GB/T suelen seguir química AA pero pueden tener límites específicos de proveedor

Las normas nacionales y regionales generalmente adoptan la designación 7077, pero las tolerancias químicas, límites de impurezas y definiciones de temple pueden variar ligeramente entre normas. Para componentes críticos aeroespaciales o de seguridad, los ingenieros deben confirmar la norma exacta, certificados de laminación y resultados de ensayos mecánicos proporcionados por el proveedor.

La referencia cruzada debe incluir códigos de temple y cualquier nota adicional de procesamiento (por ejemplo, T651 vs. T6511) porque diferencias pequeñas en relajación de estrés por estirado, tiempos de envejecimiento o niveles admisibles de impurezas pueden afectar significativamente la resistencia a SCC, fatiga y tenacidad ante fractura.

Resistencia a la Corrosión

La resistencia a la corrosión atmosférica de 7077 es moderada y es inferior a la de muchas aleaciones de series 5xxx y 6xxx debido a su alto contenido de Zn y Cu, que favorecen mecanismos de corrosión localizada. Se especifica comúnmente protección superficial adecuada como recubrimientos de conversión, anodizado o sistemas de pintura para ambientes exteriores o agresivos, para controlar el picado y la exfoliación.

En ambientes marinos o ricos en cloruros, el 7077 es más susceptible a picaduras y a la corrosión por tensión que las aleaciones Al-Mg (5xxx) y algunas 6xxx, a menos que se utilice un temple sobreenvejecido con mejor resistencia a SCC. El sobreenvejecimiento y microaleaciones diseñadas pueden reducir la susceptibilidad a SCC, pero los recubrimientos protectores y el aislamiento catódico son frecuentemente necesarios para servicio prolongado en exposiciones a agua de mar.

La corrosión por tensión sigue siendo una preocupación para las aleaciones 7xxx de alta resistencia y puede activarse por tensiones residuales de tracción combinadas con agentes corrosivos; se emplean prácticas de diseño y fabricación como envejecimiento controlado, alivio de tensiones residuales (estirado) y evitar tensiones superficiales de tracción para mitigar riesgos. La interacción galvánica con materiales más nobles (p. ej., acero inoxidable) puede acelerar la corrosión localizada; se recomiendan interfaces aislantes y elección adecuada de sujetadores.

En comparación con las familias 6xxx y 5xxx, el 7077 sacrifica resistencia a la corrosión a cambio de una fuerza y capacidad de fatiga sustancialmente mayores. Los ingenieros deben equilibrar tratamientos protectores y selección de temple con el desempeño mecánico requerido y las expectativas de mantenimiento durante el ciclo de vida.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldadura por fusión del 7077 es complicada porque la zona afectada por el calor (HAZ) presenta marcado ablandamiento y la familia de aleaciones es propensa a fisuras en caliente y pérdida de resistencia en las uniones soldadas. La soldadura convencional TIG/MIG suele producir uniones con resistencia significativamente reducida en comparación con el metal base, por lo que las prácticas recomendadas a menudo evitan soldadura por fusión en piezas estructurales críticas. La soldadura por fricción-agitación y técnicas en estado sólido son preferidas cuando la soldadura es necesaria, y se seleccionan aleaciones de aporte (p. ej., ciertas serie 5xxx o 6xxx) para reducir riesgo de fisuras en caliente y ajustar comportamiento frente a la corrosión.

Mecanizado

La mecanizabilidad del 7077 es generalmente buena en condición de envejecido pico gracias a su alta resistencia y virutas estables, pero el desgaste de herramienta puede ser mayor que en aleaciones más blandas debido a abrasivos y fuerzas de corte elevadas. Se recomienda herramientas de carburo con filo positivo y refrigeración abundante para controlar la acumulación de material en el filo y preservar la integridad superficial. Las velocidades y avances deben seleccionarse considerando el temple, con cortes más pesados requiriendo parámetros conservadores para evitar vibraciones y deformaciones de la pieza.

Conformabilidad

La conformabilidad en frío es limitada en templados endurecidos por envejecimiento; las operaciones de conformado se realizan mejor en temple O o en condiciones especialmente solubilizadas y parcialmente envejecidas para evitar fisuras. Los radios mínimos de curvatura interior recomendados dependen del temple y espesor, pero se deben esperar radios mayores que en aleaciones de series 5xxx y 3xxx para prevenir fractura. Cuando se requieren dobleces cerrados, realice el conformado en condición recocida seguida de tratamiento de solución y envejecimiento adecuado, o considere conformado incremental y técnicas de conformado en caliente.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

Como aleación tratable térmicamente, 7077 responde al tratamiento de solución seguido de temple rápido y envejecimiento artificial controlado para precipitar fases de endurecimiento. Las temperaturas típicas de tratamiento de solución para aleaciones Al-Zn-Mg-Cu están en el rango 470–500 °C, seguidas de temple en agua, aunque las temperaturas exactas y tiempos dependen del tamaño de la sección y recomendaciones del proveedor para evitar fusión incipiente o sobreenvejecimiento.

El envejecimiento artificial (estilo T6) utiliza temperaturas intermedias (p. ej., 120–180 °C) durante varias horas para alcanzar la resistencia máxima, mientras que el sobreenvejecimiento (estilos T7x) emplea temperaturas más altas o tiempos prolongados para coarsificar precipitados y mejorar la resistencia a SCC y tenacidad, a costa de la dureza máxima. Las transiciones de temple T se usan para ajustar el balance entre límite elástico, tenacidad y resistencia a la fisuración ambiental; el envejecimiento posterior a soldadura o conformado puede restaurar parcialmente propiedades si temple y envejecimiento son controlados adecuadamente.

Para operaciones no tratables térmicamente como el conformado final sin envejecimiento, el endurecimiento por trabajo no es una vía práctica para alta resistencia en 7077 debido a la clase de aleación; se usa recocido a condición O para conformado y mecanizado, y posteriormente se aplica tratamiento térmico para alcanzar las propiedades de diseño. El control de la tasa de temple y la inmediata inmersión en agua son críticos para secciones gruesas para evitar zonas blandas y microestructuras heterogéneas.

Desempeño a Alta Temperatura

El 7077 pierde una fracción significativa de su resistencia a temperatura ambiente conforme aumenta la temperatura; temperaturas de servicio por encima de ~120 °C comienzan a comprometer la estabilidad mecánica a largo plazo y la distribución de precipitados. La resistencia a fluencia a temperaturas elevadas es limitada, por lo que 7077 no se recomienda para aplicaciones de carga sostenida a alta temperatura; la exposición térmica puede promover el sobreenvejecimiento y la degradación de la resistencia.

La oxidación del aluminio es auto-limitante y forma una película protectora de Al2O3, por lo que la corrosión superficial debida a la oxidación es típicamente menor en comparación con otros mecanismos, pero las temperaturas elevadas combinadas con tensiones pueden acelerar el daño ambiental. La zona afectada por el calor de procesos a alta temperatura (p. ej., soldadura, brazing) presenta ablandamiento y precipitados coarsificados, lo que influye en el diseño de la pieza y los requisitos de tratamiento térmico posterior.

Los diseñadores deben limitar la exposición continua a temperaturas elevadas y considerar aleaciones alternativas o recubrimientos protectores cuando los ambientes operativos se aproximen a los umbrales de envejecimiento o sobreenvejecimiento. Para ciclos intermitentes a temperatura elevada, los tratamientos de re-envejecimiento pueden recuperar parcialmente algunas propiedades mecánicas, pero no restaurarán completamente la microestructura original en todos los casos.

Aplicaciones

Industria	Componente Ejemplo	Por qué se Usa 7077
Aeroespacial	Accesorios estructurales, forjas, largueros	Relación muy alta resistencia/peso y buen rendimiento a fatiga
Defensa	Componentes para misiles y vehículos de lanzamiento	Resistencia, tolerancias estrictas y criticidad del peso
Automoción de Alto Rendimiento	Componentes de suspensión, jaulas antivuelco	Masa reducida con alta resistencia estática y a fatiga
Industrial / Maquinaria	Ejes y barras de alta carga	Mecanizado con tolerancias estrictas y alta resistencia
Electrónica / Gestión Térmica	Disipadores estructurales (limitado)	Conductividad térmica razonable y rigidez

7077 se usa donde el ahorro de peso estructural y la alta capacidad de carga son decisivos, especialmente en aplicaciones aeroespaciales y de defensa donde el costo de fabricación se justifica por las ganancias de rendimiento. Su combinación de alta resistencia estática, resistencia a la fatiga y la posibilidad de producir piezas forjadas y mecanizadas con precisión lo hace atractivo para accesorios y componentes altamente solicitados.

Debido a su limitada soldabilidad y comportamiento frente a la corrosión, 7077 se combina con acabados protectores y estrategias de unión cuidadosamente controladas, y a menudo se especifica cuando otras aleaciones alternativas no pueden cumplir con los requisitos de carga o fatiga sin penalización de peso.

Consejos para la Selección

Use 7077 cuando el requisito principal sea máxima resistencia estática y a fatiga por unidad de peso y cuando la cadena de suministro pueda proporcionar tratamiento térmico controlado y protección superficial. Es más apropiado para forjas estructurales, accesorios de alta carga y componentes aeroespaciales de sección fina donde el rendimiento justifica un mayor costo de material y procesamiento.

En comparación con aluminio comercialmente puro (por ejemplo, 1100), 7077 sacrifica conductividad eléctrica y térmica y formabilidad a cambio de una resistencia dramáticamente mayor. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, 7077 ofrece mucha mayor resistencia pero generalmente peor resistencia a la corrosión y formabilidad; elija 7077 para resistencia estructural, no para facilidad de conformado o resistencia a corrosión marina sin recubrimientos.

En comparación con aleaciones tratables térmicamente comunes como 6061 o 6063, 7077 ofrece una resistencia máxima significativamente mayor y a menudo mejor vida a fatiga, pero con un costo de fabricación más desafiante, mayor sensibilidad a la SCC y generalmente un costo de material más alto. Seleccione 7077 cuando los criterios principales sean carga, peso y rendimiento a fatiga, y cuando el diseño pueda acomodar las limitaciones específicas del templo.

Resumen Final

La aleación 7077 sigue siendo un material de nicho pero crítico para aplicaciones estructurales de alto rendimiento donde se requieren una relación resistencia/peso excepcional y un comportamiento a fatiga adaptado. Con una cuidadosa selección del temple, control del proceso y protección contra la corrosión, 7077 permite fabricar componentes que serían poco prácticos con aleaciones de aluminio de menor resistencia, manteniéndolo relevante en aeroespacial, defensa y otros sectores de ingeniería exigentes.