Aluminio 7099: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones

Visión General Integral

7099 es una aleación de aluminio de alta resistencia que pertenece a la serie 7xxx de aleaciones Al-Zn-Mg(-Cu). Fue desarrollada para aplicaciones estructurales exigentes donde se requiere una alta resistencia específica, buena tenacidad a la fractura y una mejorada resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en comparación con las aleaciones base de la serie 7xxx.

Los principales elementos de aleación en 7099 son zinc, magnesio y cobre, con adiciones de microaleantes como circonio y pequeñas cantidades de cromo o titanio para controlar la estructura de grano y la recristalización. El mecanismo de endurecimiento es principalmente por precipitación (tratamiento térmico) mediante la formación de finas precipitados η' y η (MgZn2) tras el tratamiento de solución y envejecimiento artificial; la microestructura controlada también proporciona ingeniería de límites de grano para mitigar la susceptibilidad al SCC.

Las características clave de 7099 incluyen una resistencia a la tracción y al límite elástico muy elevada en estados de envejecimiento máximo, resistencia a la corrosión intrínseca de moderada a baja, típica de aleaciones con alto contenido de Zn (pero que a menudo mejora con el sobreenvejecimiento o tratamientos post-fabricación), soldabilidad limitada directamente en tempers máximos, y conformabilidad reducida respecto a las aleaciones 3xxx/5xxx. Las industrias típicas son aeroespacial, automoción de alto rendimiento, defensa y ciertos artículos deportivos de alta resistencia donde se requieren componentes estructurales críticos en peso. Los ingenieros seleccionan 7099 sobre otras aleaciones cuando una combinación de muy alta resistencia, tenacidad y resistencia al SCC adaptada supera los compromisos en conformabilidad, conductividad e integridad de soldadura.

Variantes de Temple

Temple	Nivel de Resistencia	Elongación	Conformabilidad	Soldabilidad	Notas
O	Bajo	Alta	Excelente	Excelente	Totalmente recocido, máxima ductilidad para conformado
T1	Medio	Medio	Bueno	De pobre a regular	Enfriado tras trabajo en caliente y envejecido naturalmente
T4	Medio-Alto	Medio	Regular	Pobre	Tratado en solución y envejecido naturalmente
T6	Muy Alto	Bajo-Medio	Limitado	Pobre	Tratado en solución y envejecido artificialmente a máxima resistencia
T651	Muy Alto	Bajo-Medio	Limitado	Pobre	T6 con estirado para alivio de tensiones después del temple
T73 / T76	Medio-Alto	Medio	Mejorado	Mejor que T6	Tempers sobreenvejecidos para mejorar la resistencia a SCC y exfoliación
H14 / H24	Medio	Reducida	Limitado	Mejor que T6	Tempers endurecidos en frío para aplicaciones en chapa

El temple influye principalmente en el equilibrio mecánico entre resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión. Los estados de envejecimiento máximo (T6/T651) maximizan la resistencia estática y la resistencia a la fatiga pero reducen la conformabilidad y aumentan la susceptibilidad al SCC; los estados sobreenvejecidos (T73/T76) sacrifican algo de resistencia para mejorar la tenacidad y el desempeño ambiental.

Composición Química

Elemento	Rango %	Notas
Si	≤ 0.10	Control de impurezas; mantenido bajo para evitar intermetálicos que reducen tenacidad
Fe	≤ 0.25–0.50	Impureza; favorece intermetálicos que pueden actuar como sitios de iniciación de fatiga
Mn	≤ 0.10	Minoritario, usualmente controlado para limitar fases perjudiciales
Mg	~2.0–3.0	Elemento principal de aleación para el endurecimiento por precipitación (precipitados MgZn2)
Cu	~1.2–2.6	Eleva la resistencia y contribuye a la secuencia de envejecimiento; afecta corrosión/SCC
Zn	~6.5–8.5	Elemento principal de endurecimiento que produce altas resistencias pico vía precipitados Mg-Zn
Cr	~0.02–0.25	Añadido en trazas para controlar recristalización y refinar estructura de grano
Ti	≤ 0.10	Refinador de grano cuando se añade en cantidades controladas
Otros	Balance (Al) + trazas de Zr, Ag, etc.	El Zr u otros microaleantes se usan frecuentemente para control de dispersoides e inhibición de recristalización

Los rangos de elementos anteriores son representativos de la práctica típica en aleaciones 7xxx de alta resistencia y están destinados como ventanas típicas de composición más que como números de especificación exactos. Zinc, magnesio y cobre actúan sinérgicamente para producir la fina población de precipitados responsables de la alta resistencia; la microaleación con Zr/Cr/Ti promueve una estructura subgrano estable y resistente a la recristalización que mejora la tenacidad y reduce la sensibilidad al SCC.

Propiedades Mecánicas

7099 exhibe un amplio rango de resistencia a la tracción altamente dependiente del temple; el material recocido muestra un comportamiento dúctil con elongación uniforme significativa, mientras que los estados de envejecimiento máximo alcanzan resistencias a la tracción última comparables a las aleaciones de aluminio de más alta resistencia usadas en aeroespacial. Los límites elásticos en temple T6/T651 son lo suficientemente altos para reemplazar algunos componentes de acero por peso equivalente, pero la elongación y la doblabilidad están restringidas. La dureza sigue estrechamente el estado de resistencia/yield y es útil como indicador de calidad y control de envejecimiento.

El desempeño en fatiga de 7099 en los estados optimizados es fuerte comparado con otras aleaciones de Al, beneficiándose del control estricto de inclusiones y estructura de grano; sin embargo, la vida a fatiga es sensible al estado de superficie, tensiones residuales y exposición ambiental. Los efectos del espesor son pronunciados: secciones más gruesas pueden ser más difíciles de tratar en solución uniformemente, pueden retener gradientes de propiedades a lo largo del espesor y tienden a ser más susceptibles a exfoliación o corrosión intergranular si no se envejecen o sobreenvejecen adecuadamente.

El ablandamiento relacionado con la corrosión y los efectos de la zona afectada por calor (HAZ) debido a soldadura o calentamiento localizado pueden reducir drásticamente la resistencia local y acortar la vida útil a fatiga; por lo tanto, el desempeño mecánico siempre debe considerarse en el contexto del proceso de fabricación final y el temple elegido.

Propiedad	O/Recocido	Temple Clave (p. ej., T6/T651)	Notas
Resistencia a la Tracción	~220–300 MPa (típico)	~540–620 MPa (típico)	Los valores pico dependen de la aleación y el temple; los rangos representan valores típicos de ingeniería
Límite Elástico	~90–150 MPa	~470–560 MPa	La relación límite-elástico/última resistencia varía con el temple y el historial de procesamiento
Elongación	~15–25%	~6–12%	La ductilidad disminuye conforme aumenta la resistencia; diseñar con formación limitada en tempers de alta resistencia
Dureza	~40–80 HB	~150–185 HB	La dureza Brinell o Vickers se correlaciona bien con la resistencia para control de proceso

Propiedades Físicas

Propiedad	Valor	Notas
Densidad	~2.78–2.81 g/cm³	Típica para aleaciones Al-Zn-Mg-Cu de alta resistencia; permite alta resistencia específica
Rango de Fusión	Sólido ≈ 475–500 °C; Líquido ≈ 635–655 °C	La aleación reduce el punto sólido frente al Al puro; los rangos dependen de la química exacta
Conductividad Térmica	~120–160 W/m·K (temperatura ambiente, aproximado)	Inferior al Al puro; la conductividad disminuye con mayor aleación
Conductividad Eléctrica	~30–50 %IACS (típico)	Significativamente reducida respecto al Al puro; el temple y estado de precipitación afectan los valores
Calor Específico	~0.85–0.92 J/g·K	Similar a otras aleaciones de Al; útil para diseño térmico
Coeficiente de Expansión Térmica	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Expansión típica del aluminio; considerar en ensamblajes con materiales de baja expansión

Las propiedades físicas anteriores son valores de ingeniería aproximados destinados a cálculos preliminares térmicos y de masa. La conductividad térmica y eléctrica se reducen respecto al aluminio puro debido a la aleación y precipitación; estos cambios afectan la disipación de calor y el comportamiento electromagnético en componentes de alto rendimiento.

Formas de Producto

Forma	Espesor/Tamaño Típico	Comportamiento a la Resistencia	Temple Comunes	Notas
Chapa	0.4–6.0 mm	Buena relación resistencia-peso en T6/T651; temple T73 a espesor completo para mejor resistencia a SCC	O, Hx, T6, T651, T73	Amplio uso en paneles y pieles conformadas donde se requieren resistencia y rigidez
Placa	6–100+ mm	Posibles gradientes de propiedades a través del espesor; secciones pesadas a menudo requieren tratamientos de solución especiales	T6, T651, T76	El procesamiento de placas necesita hornos más grandes y control de enfriamiento para evitar zonas blandas en el núcleo
Extrusión	Perfiles de hasta varios cientos de mm	Alta resistencia a tracción en temple pico tras envejecimiento; la dirección de la extrusión afecta las propiedades	T6, T651, T73	Los miembros estructurales extruidos se benefician de aditivos para controlar la recristalización
Tubo	Diámetro y espesor de pared variables	Comportamiento similar a extrusiones; propiedades circunferenciales y axiales diferentes	T6, T651	Componentes tubulares requieren envejecimiento post-extrusión para alcanzar las propiedades objetivo
Barra/Varilla	Diámetros de pequeño a grande	Las propiedades dependen de la materia prima y el enfriamiento	O, T6, T651	Usadas para partes mecanizadas de alta resistencia y blanks para sujetadores

La ruta de procesamiento influye fuertemente en las propiedades finales: el laminado y la extrusión implican deformación sustancial y comportamiento de recristalización que debe ser controlado mediante microaleaciones (Zr, Cr) para mantener una estructura subgrano favorable. Las placas y piezas de sección gruesa requieren tratamientos de solución más agresivos y enfriamiento cuidadoso para evitar el ablandamiento en el centro, mientras que las chapas delgadas son más fáciles de envejecer uniformemente y pueden conformarse en temple más blando antes de un paso final de envejecimiento.

Grados Equivalentes

Norma	Grado	Región	Notas
AA	7099	USA	Designación usada en algunos catálogos de proveedores y especificaciones aeroespaciales
EN AW	No hay equivalente universal directo	Europa	No existe un número EN que se corresponda universalmente con 7099; aleaciones similares incluyen variantes de la familia EN AW-7075 / EN AW-7050
JIS	—	Japón	Equivalente directo JIS no es común; el material puede obtenerse bajo especificaciones aeroespaciales propietarias
GB/T	—	China	Las normas chinas pueden listar aleaciones Zn-Mg-Cu de alta resistencia, pero los equivalentes directos requieren coincidencia de composición y temple

Los equivalentes directos para 7099 son limitados porque la aleación suele ser propietaria o producida según especificaciones aeroespaciales que controlan la microaleación y el procesamiento termomecánico. Al sustituir, los ingenieros deben comparar tablas completas de propiedades químicas y mecánicas en lugar de confiar solo en la designación nominal.

Resistencia a la Corrosión

En condiciones atmosféricas, 7099 presenta mejor rendimiento que algunas aleaciones de pico endurecido con alto contenido de Zn cuando se aplican envejecimientos excesivos adecuados o recubrimientos protectores, pero generalmente es menos resistente a la corrosión que aleaciones de las series 5xxx y 3xxx. Tratamientos superficiales como conversión cromatada, anodizado y pinturas protectoras se usan comúnmente para proporcionar vida útil en ambientes expuestos y mitigar la formación de picaduras localizadas.

El comportamiento marino es una consideración crítica; la exposición al agua de mar favorece la picadura y ataque intergranular en aleaciones con alto Zn y Cu a menos que se mitiguen con temple sobremadurado (T73/T76), revestimiento o protección sacrificial. El uso en zonas salpicaduras o inmersión prolongada requiere selección cuidadosa de aleación/temple, preparación superficial y protección catódica cuando sea necesario.

La fisuración por corrosión bajo tensión (SCC) es un riesgo conocido para aleaciones 7xxx de alta resistencia en condiciones de pico temple, particularmente bajo tensiones de tracción sostenidas en ambientes corrosivos. Variantes de la aleación como 7099 están diseñadas con microaleaciones y temperados recomendados (sobremadurez) para reducir la propensión a SCC, pero los diseñadores deben considerar interacciones galvánicas cuando 7099 se acopla con materiales más nobles como acero inoxidable o titanio, y deben minimizar cavidades y tensiones residuales de tracción.

Propiedades de Fabricación

Soldabilidad

La soldadura de 7099 es desafiante en temple de alta resistencia porque las zonas endurecidas por precipitación en la zona afectada por el calor (ZAC) y la zona de fusión son propensas a un ablandamiento significativo y pérdida de propiedades mecánicas. Las soldaduras TIG y MIG son posibles para reparaciones localizadas o uniones pero típicamente requieren tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) o diseño mecánico para evitar concentraciones elevadas de tensiones. Los metales de aporte recomendados suelen ser variantes 7xxx de menor resistencia o aportes especialmente formulados que balanceen resistencia y resistencia a fisuras; sin embargo, se prefieren métodos de soldeo por solape o fricción y fijación mecánica para ensamblajes estructurales para evitar degradación de la ZAC.

Mecanizado

El comportamiento de mecanizado de 7099 es generalmente bueno para aleaciones de aluminio de alta resistencia: mecaniza más fácilmente que aceros de alta resistencia y puede alcanzar altas tasas de remoción de material, pero la geometría de la herramienta y el material de corte deben considerar la tendencia a endurecimiento por deformación y los precipitados abrasivos de la aleación. Herramientas de carburo con geometría de filo positivo, alta alimentación y velocidades moderadas proporcionan el mejor equilibrio; se recomienda el uso de refrigerante y evacuación de virutas para evitar la formación de filo adherido. El índice de mecanizado es típicamente inferior al de las aleaciones de la serie 6xxx, pero es aceptable para componentes complejos y de precisión utilizando herramientas modernas.

Conformabilidad

La conformabilidad en frío es limitada en temple pico; los radios mínimos de doblado son mayores que para aleaciones 5xxx o 3xxx y el rebote elástico (springback) es significativo debido al elevado límite elástico. La mejor práctica es conformar en temple más blando (O o T4/H) y realizar un envejecimiento artificial final (T6) después del conformado cuando sea factible. Se pueden usar técnicas de conformado por estiramiento, conformado incremental y superplástico para formas complejas, y la selección del temple (por ejemplo, serie H1x) puede mejorar la conformabilidad para tareas con deformación limitada.

Comportamiento al Tratamiento Térmico

Como aleación tratable térmicamente, 7099 sigue la clásica secuencia de solución–templado–envejecimiento. El tratamiento de solución se realiza típicamente cerca del extremo superior del rango de solución sólida (aproximadamente 470–480 °C, según la aleación) para disolver las fases solubles, seguido de un enfriamiento rápido para retener una solución sólida sobresaturada. El envejecimiento artificial se lleva a cabo a temperaturas intermedias (comúnmente 120–180 °C) durante tiempos controlados para precipitar partículas finas η' y alcanzar la resistencia máxima (T6).

El sobremadurez (variantes T7x) se utiliza para coarsen precipitados y reducir diferencias de potencial electroquímico en límites de grano, mejorando la resistencia a SCC y exfoliación a costa de algo de resistencia última. La designación T651 indica alivio de tensiones mediante estirado tras el temple para controlar esfuerzos residuales y deformaciones; esto es común en aplicaciones aeroespaciales. El control apropiado del tratamiento térmico, la velocidad de enfriamiento y las recetas de envejecimiento subsiguientes son críticos para lograr las propiedades mecánicas y ambientales previstas.

Los comportamientos no tratables térmicamente no aplican a 7099 en sentido clásico porque el endurecimiento por precipitación es el principal mecanismo de fortalecimiento; sin embargo, el recocido local (por ejemplo, para conformado) y secuencias de endurecimiento por deformación pueden usarse en producción para alcanzar conjuntos de propiedades intermedias antes del envejecimiento final.

Comportamiento a Alta Temperatura

7099 pierde resistencia progresivamente conforme aumenta la temperatura por encima del ambiente porque la estabilidad de los precipitados es sensible a la temperatura; el servicio sostenido a temperaturas superiores a aproximadamente 100–120 °C reduce el límite elástico y la resistencia última y puede acelerar el coarsening de precipitados. Exposiciones de corto plazo a temperaturas mayores pueden recocer o sobremadurar la microestructura, cambiando las características mecánicas y de corrosión.

La oxidación de aleaciones de aluminio a temperaturas de servicio típicas es mínima en comparación con aceros, pero las propiedades del óxido superficial y los recubrimientos protectores deben considerarse en ambientes con ciclos térmicos. La ZAC en zonas soldadas puede experimentar ablandamiento localizado y pérdida de tenacidad a temperaturas elevadas, por lo que el diseño para excursos térmicos debe restringir calentamientos localizados y considerar cambios en esfuerzos residuales y microestructura.

Aplicaciones

Industria	Ejemplo de Componente	Por qué se usa 7099
Aeroespacial	Rigidizadores de fuselaje, herrajes de ala, forjas estructurales	Alta resistencia específica y mejorada resistencia a SCC en temple seleccionados
Automotriz	Componentes de chasis de alto rendimiento, elementos estructurales para impactos	Reducción de peso con resistencia comparable a aceros de menor grado
Marino	Miembros estructurales, soportes para motores fueraborda (con tratamiento protector)	Alta relación resistencia-peso donde existen medidas de control de corrosión
Defensa	Componentes para armas pequeñas, partes estructurales de vehículos	Alta resistencia y tenacidad para cargas de servicio exigentes
Deportes / Recreación	Cuadros de bicicletas de alta gama, componentes para competición	Excelente rigidez-peso y rendimiento a fatiga

7099 se selecciona para componentes donde se priorizan resistencia muy alta y resistencia a la fractura, y donde se pueden implementar controles de fabricación (tratamiento térmico, acabados protectores) de forma confiable. Su rol es usualmente como un material habilitador para diseños críticos en peso y con cargas elevadas.

Perspectivas de Selección

El 7099 debe seleccionarse cuando el ahorro de peso estructural y la alta resistencia estática y a la fatiga son los principales factores de diseño y cuando la cadena de suministro puede controlar el temple y la protección superficial. Es más apropiado cuando el diseño permite una conformación limitada después del envejecimiento final o incorpora un envejecimiento posconformado para alcanzar la resistencia requerida.

En comparación con el aluminio comercialmente puro (por ejemplo, 1100), el 7099 intercambia una resistencia mucho mayor y una menor ductilidad y conductividad por una mejora de un orden de magnitud en la capacidad de carga; utilice 1100 solo para una excelente conformabilidad y conductividad cuando la resistencia no sea crítica. En comparación con aleaciones endurecidas por trabajo (por ejemplo, 3003 / 5052), el 7099 proporciona una resistencia sustancialmente mayor a costa de la conformabilidad y una resistencia a la corrosión más simple; elija 5052/3003 cuando la conformación y la resistencia a la corrosión marina sean primordiales. En comparación con las aleaciones comunes tratables térmicamente (por ejemplo, 6061 / 6063), el 7099 ofrece una resistencia máxima sustancialmente mayor y mejor tenacidad a la fractura en estados de temple máximo, lo que lo hace preferible cuando la relación resistencia-peso es crítica, aunque 6061/6063 siguen siendo más fáciles de soldar y conformar y a menudo tienen un costo menor.

Resumen Final

El 7099 sigue siendo relevante en la ingeniería moderna cuando la combinación de alta resistencia específica, tenacidad a la fractura controlada y resistencia diseñada a la SCC permite diseños que no pueden lograrse con aleaciones de aluminio de menor resistencia, siempre que la fabricación, el acabado y la inspección estén alineados con el comportamiento sensible al temple de la aleación.