Aluminio 713: Composición, Propiedades, Guía de Temple y Aplicaciones
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Resumen Completo
La aleación 713 se sitúa dentro de la familia de aleaciones de aluminio de alta resistencia y tratables térmicamente, alineándose estrechamente con la química y el desempeño de la serie 7xxx. Su principal elemento de aleación es el zinc como agente de fortalecimiento mayor, complementado con magnesio y cobre para producir una microestructura endurecida por precipitación.
El mecanismo principal de fortalecimiento de la 713 es el envejecimiento por tratamiento de solución seguido de temple controlado y envejecimiento artificial; presenta un endurecimiento pronunciado mediante la formación de precipitados coherentes y semicoherentes de la fase MgZn2 (eta). Sus características clave incluyen alta resistencia a la tracción y límite elástico para su densidad, resistencia a la corrosión intrínsecamente moderada a baja en comparación con las aleaciones 5xxx/6xxx, y formabilidad limitada pero trabajable en templas más suaves; la soldabilidad requiere cuidado para evitar el ablandamiento y agrietamiento en la zona afectada por el calor (ZAC).
Las industrias típicas para la aleación 713 son los herrajes estructurales aeroespaciales, componentes automotrices de alto rendimiento, equipo militar y algunos equipos marinos o deportivos donde la relación resistencia-peso es crítica. Se selecciona esta aleación sobre otras de menor resistencia cuando la prioridad de diseño son la resistencia estática y a fatiga máximas, la rigidez y la tolerancia al daño por unidad de peso, por encima de la resistencia absoluta a la corrosión o la facilidad de soldadura.
Los diseñadores eligen 713 cuando la aplicación demanda la máxima resistencia de una aleación de aluminio tratable por solución con respuesta de envejecimiento relativamente predecible, y donde puede aplicarse restauración mecánica possoldadura o mitigación de corrosión (revestimientos, anodizado, aleaciones sacrificiales).
Variantes de Temple
| Temple | Nivel de Resistencia | Alargamiento | Formabilidad | Soldabilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Bajo | Alto (12–20%) | Excelente | Excelente | Totalmente recocido, óptimo para conformado y embutición |
| H14 | Medio | Moderado (8–12%) | Buena | Regular | Endurecido por deformación, fortalecimiento adicional limitado |
| T5 | Medio-Alto | Moderado (6–10%) | Moderado | Regular | Enfriado tras trabajo en caliente y envejecido artificialmente |
| T6 | Alto | Menor (6–10%) | De regular a baja | Limitada | Tratado por solución + envejecimiento artificial; resistencia máxima |
| T651 | Alto | Menor (6–10%) | De regular a baja | Limitada | T6 con alivio de tensiones por estirado para estabilizar propiedades |
| H112 | Variable | Variable | Variable | Variable | Temple como fabricado; condición controlada por el proveedor |
El temple controla fuertemente el rango mecánico de la 713: los temple recocido O maximizan la ductilidad y formabilidad a costa de resistencia, mientras que T6/T651 entregan resistencias máximas en límite elástico y tracción con reducción concomitante en alargamiento y doblabilidad. La selección del temple es un compromiso de ingeniería entre las operaciones de conformado requeridas, la resistencia final en servicio y la susceptibilidad a fenómenos como la fisuración por corrosión bajo tensión y el ablandamiento de la ZAC después de soldar.
Composición Química
| Elemento | Rango % | Notas |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.40 | Impureza; afecta marginalmente fluidez de fundición y endurecimiento |
| Fe | ≤ 0.50 | Intermetálicos ricos en Fe pueden reducir tenacidad y vida a fatiga |
| Mn | ≤ 0.30 | Modificador menor de estructura granular; fortalecimiento en solución limitado |
| Mg | 2.0–2.9 | Componente clave para precipitados de MgZn2; controla cinética de envejecimiento |
| Cu | 1.2–1.8 | Aumenta resistencia y dureza, puede reducir resistencia a la corrosión |
| Zn | 5.1–6.5 | Elemento principal de aleación que forma precipitados Mg-Zn |
| Cr | 0.10–0.30 | Controla recristalización y estructura granular, mejora la tenacidad |
| Ti | ≤ 0.10 | Refinador de grano durante fundición o procesamiento primario |
| Otros (cada uno) | ≤ 0.05–0.15 | Aditivos traza y elementos residuales; balance Al |
La química nominal de la 713 está formulada para endurecimiento por precipitación: zinc y magnesio se combinan para formar las fases predominantes de fortalecimiento durante el envejecimiento, mientras que el cobre incrementa la resistencia máxima y contribuye a la dureza a costa de cierta pérdida en resistencia a la corrosión. Cromo y trazas de titanio actúan como estabilizadores de microestructura para refinar granos y reducir la susceptibilidad a la recristalización durante el procesamiento termomecánico.
Propiedades Mecánicas
En comportamiento a tracción, la 713 muestra fuerte dependencia del temple y espesor de sección. En condiciones con envejecimiento máximo en T6/T651, la aleación desarrolla alta resistencia última a la tracción y significativo límite elástico con alargamiento modesto, mientras que el material recocido posee resistencia mucho menor pero ductilidad y tenacidad superiores. La curva esfuerzo-deformación típicamente muestra plasticidad uniforme limitada antes del estrangulamiento localizado en temple de alta resistencia, pero mantiene módulo y comportamiento elástico razonables comparables con otros grados de aluminio.
El límite elástico y resistencia a la tracción son sensibles a los parámetros de envejecimiento y al espesor de la sección; secciones más gruesas enfrían más lentamente durante el temple, lo cual puede reducir la dureza máxima alcanzable y alterar la cinética de envejecimiento. La dureza suele usarse como proxy en taller para templo y nivel de resistencia, correlacionando las pruebas Brinell o Vickers con datos de tracción. El desempeño a fatiga es competitivo para la clase cuando el acabado superficial y el estado de tensiones residuales están bien controlados, pero la vida a fatiga se ve afectada fuertemente por la corrosión, muescas e historial de trabajo en frío.
| Propiedad | O/Recocido | Temple Clave (p.ej., T6 / T651) | Notas |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (UTS) | 240–320 MPa | 520–590 MPa | Valores pico T6/T651 dependen de espesor y cronograma de envejecimiento |
| Límite elástico (0.2% de desviación) | 110–200 MPa | 450–540 MPa | El límite aumenta drásticamente de O a T6; la ZAC puede reducir límite localmente |
| Alargamiento (en 50 mm) | 12–20% | 6–12% | El alargamiento se reduce por envejecimiento y trabajo en frío; importa método de medición |
| Dureza (HB) | 60–80 HB | 140–170 HB | Rangos aproximados Brinell; la dureza correlaciona con propiedades a tracción |
Propiedades Físicas
| Propiedad | Valor | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | 2.80 g/cm³ | Típica para aleaciones Al-Zn-Mg-Cu de alta resistencia; excelente resistencia específica |
| Rango de Fusión | ~500–635 °C (sólido a líquido) | La aleación reduce ligeramente el punto de fusión líquido respecto a Al puro; margen importante para fundición |
| Conductividad térmica | ~120–140 W/m·K | Inferior a 6xxx y Al puro pero aún buena para difusión de calor |
| Conductividad eléctrica | ~30–35% IACS | Reducida por aleación; típica en aleaciones de la serie 7xxx |
| Calor específico | ~0.88 J/g·K | Comparable a otras aleaciones de aluminio trabajadas |
| Coeficiente de expansión térmica | ~23.2 µm/m·K | Próximo a valores típicos del aluminio; se requiere diseño para deformación térmica |
El conjunto de propiedades físicas ubica a la 713 como un metal estructural ligero y térmicamente conductor con expansión y capacidad térmica predecibles para funciones de gestión térmica. Su conductividad eléctrica reducida respecto al aluminio más puro limita su uso en conductores de alta corriente, pero la conductividad térmica sigue siendo adecuada para muchas aplicaciones como disipador de calor cuando se requiere resistencia mecánica junto con rendimiento térmico.
Formas de Producto
| Forma | Espesor/Tamaño Típico | Comportamiento de Resistencia | Temples Comunes | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Chapa | 0.3–6.0 mm | Resistencias uniformes en secciones delgadas; favorable para conformado en temple O/H | O, H14, T5, T6 | Amplio uso para paneles y componentes de piel |
| Placa | 6–200+ mm | Efectos de espesor significativos; placas gruesas pueden no alcanzar plena resistencia T6 sin temple especializado | O, T6, T651 | Aplicaciones estructurales requieren control cuidadoso del temple |
| Extrusión | Secciones transversales hasta varios cientos de mm | Propiedades mecánicas varían con tratamiento termomecánico y envejecimiento; posible anisotropía direccional | T5, T6, H112 | Perfiles largos para marcos y refuerzos |
| Tubo | Ø10–200 mm | Propiedades sensibles al método de fabricación (sin costura vs soldado) y tratamiento térmico posterior | T6, T651 | Tubos hidráulicos, estructurales y de transporte |
| Barra/Báculo | Ø5–100 mm | Generalmente producido en T6 u O; respuesta al envejecimiento predecible | O, T6 | Elementos de fijación, accesorios, componentes mecanizados |
Las chapas y calibres delgados son generalmente fáciles de conformar y alcanzan desempeño mecánico consistente, mientras que placas y extrusiones gruesas requieren atención a las velocidades de temple y distorsión durante el tratamiento de solución. Las extrusiones y barras suelen envejecerse a posteriori (T5/T6) para optimizar la resistencia, mientras que los tubos soldados y miembros estructurales necesitan tratamiento térmico possoldadura o consideraciones de diseño para el ablandamiento de la ZAC.
Grados Equivalentes
| Norma | Grado | Región | Notas |
|---|---|---|---|
| AA | 713 | USA | Denominación usada para este grado propietario/industrial; estrechamente alineado con el comportamiento de la clase 7xxx |
| EN AW | — | Europa | No hay equivalente exacto en EN; los comparadores comunes más cercanos son EN AW-7075 y EN AW-7050 |
| JIS | — | Japón | No hay equivalente directo en JIS; la comparación se hace frecuentemente con aleaciones A7075 en cuanto a comportamiento mecánico |
| GB/T | — | China | No hay equivalente directo en GB/T; las aleaciones chinas de la serie 7xxx muestran química y rendimiento similares |
No existe una norma global única que equivalga uno a uno con 713; en su lugar, los ingenieros suelen referenciar aleaciones establecidas de la familia 7xxx (7075, 7050) para inferir comportamiento en diseño, adquisición y certificación. Pequeñas diferencias en los límites de cobre, zinc y magnesio, así como la presencia de microelementos de aleación (Cr, Zr, Ti) generan distinciones significativas en la respuesta al envejecimiento, tenacidad y susceptibilidad a la corrosión por tensión (SCC) que deben confirmarse con certificaciones del material del proveedor.
Resistencia a la Corrosión
En ambientes atmosféricos, la aleación 713 presenta un desempeño razonable cuando está protegida por recubrimientos, pinturas o películas anódicas, pero la exposición a metal desnudo tiende a mostrar picaduras y exfoliación más fácilmente que las aleaciones de las series 5xxx y 6xxx. El contenido de Cu y la estructura de precipitados de alta resistencia aumentan la susceptibilidad a corrosión localizada y ataque intergranular, particularmente en atmósferas cíclicas húmedo/seco o con cloruros.
La exposición marina requiere precaución: con protección superficial adecuada y aislamiento catódico/anódico, la aleación puede usarse en ambientes ligeramente agresivos, pero en inmersión continua o zonas de salpicaduras se prefieren frecuentemente aceros inoxidables o aleaciones 5xxx. La corrosión por tensión es una preocupación real para los estados templados de alta resistencia (T6/T651), especialmente bajo tensiones residuales a tracción y alta concentración de cloruros; la mitigación en diseño incluye reducir tensiones de tracción, emplear estados templados de menor resistencia o aplicar sistemas protectores.
El acoplamiento galvánico con materiales más nobles (aceros inoxidables, aleaciones de cobre) puede acelerar la corrosión localizada de 713; se recomiendan recubrimientos sacrificatorios o barreras aislantes para conjuntos de metales mixtos. En comparación con las familias 3xxx/5xxx, 713 intercambia una mejor propiedad mecánica por una resistencia inherente a la corrosión menor y requiere ingeniería de corrosión a nivel de sistema.
Propiedades de Fabricación
Soldabilidad
La soldadura de 713 es desafiante en estados templados de alta resistencia. Los procesos estándar de soldadura por fusión (TIG/MIG) resultan en un ablandamiento significativo en la zona afectada por el calor (HAZ) y pérdida de propiedades máximas cerca de la soldadura, y la aleación es proclive a la fisuración en caliente salvo que se optimicen la selección del metal de aporte y el diseño de unión. El uso de aleaciones de aporte de baja resistencia (p. ej., equivalentes a 5356 o 4043 para aluminio) reduce el riesgo de fisuración pero produce juntas con resistencia inferior al metal base; los tratamientos térmicos posteriores y técnicas de restauración mecánica son necesarios para la recuperación estructural cuando es factible.
Maquinabilidad
El maquinado de 713 en estados T6/H es generalmente bueno comparado con muchos aceros de alta resistencia pero requiere herramientas robustas y recubrimiento debido a la alta resistencia y tendencia al endurecimiento en la cara de corte. Las herramientas de carburo con ángulo positivo y rompevirutas controlados son eficaces, con velocidades de corte moderadas y avances altos para evitar formación de rebaba acumulada. Los acabados superficiales alcanzables son excelentes; sin embargo, el sujeción y fijación deben controlar la distorsión para mantener tolerancias dimensionales.
Formabilidad
El conformado es más efectivo en estados O o templados suaves H; los radios de curvado deben regirse por el temperamento y el espesor, con relaciones R/t típicamente mayores en estados T6. La formabilidad en frío se deteriora rápidamente con el envejecimiento y el contenido de Cu, por lo que los diseñadores suelen conformar en temperamentos blandos y luego realizar la secuencia final de solución/envejecimiento cuando la geometría y las tensiones residuales lo permiten. El hidroformado y formado por estirado son prácticos para formas complejas usando material recocido y caminos controlados de deformación.
Comportamiento al Tratamiento Térmico
La aleación 713 es una aleación reforzable por tratamiento térmico que exhibe las transiciones clásicas de temperamentos T: el tratamiento de solución disuelve fases solubles y prepara una solución sólida sobresaturada, el temple conserva ese estado y el envejecimiento artificial precipita fases endurecedoras. Las temperaturas típicas de tratamiento de solución están en el rango 470–490 °C seguidas de temple rápido a temperatura ambiente para minimizar la formación de precipitados gruesos.
Los ciclos de envejecimiento artificial para la máxima resistencia T6 usualmente usan 120–180 °C por varias horas; variaciones producen condiciones tipo T5 o subenvejecidas para mejorar la tenacidad y reducir la susceptibilidad a SCC a costa de una leve pérdida de resistencia. La variante T651 incluye una deformación controlada para aliviar tensiones residuales tras el temple y antes del envejecimiento, estabilizando dimensiones para aplicaciones estructurales.
Si se requiere recocido, se realiza un tratamiento completo de ablandamiento (O) a temperaturas cercanas a 340–400 °C con enfriamiento lento para recristalizar y restaurar ductilidad; el trabajo en frío proporciona caminos alternativos sin tratamiento térmico para aumentos moderados de resistencia cuando los tratamientos térmicos son imprácticos.
Comportamiento a Alta Temperatura
La resistencia de la 713 comienza a degradarse de forma notable por encima de aproximadamente 120–150 °C debido a cambios de estabilidad de precipitados y el coarsening de fases endurecedoras que reduce el límite elástico y la resistencia última a la tracción (UTS). Las temperaturas de servicio continuo superiores a ~150 °C se evitan generalmente para componentes sometidos a carga a menos que se desarrollen temperamentos específicos de alta temperatura. La oxidación en aire es limitada debido a la formación natural de alumina, pero temperaturas más altas aceleran la formación de escamas superficiales y pueden alterar la iniciación de grietas por fatiga.
El comportamiento de la zona afectada por el calor (HAZ) bajo entradas de calor localizadas (soldadura) puede producir bandas blandas y disolución de precipitados que requieren tratamientos térmicos posteriores para recuperar propiedades en componentes críticos. La resistencia a la fluencia a temperatura elevada es limitada; para cargas térmicas prolongadas los diseñadores suelen elegir aleaciones de aluminio resistentes a la temperatura o materiales alternativos que mantengan fuerza sustancial por encima de temperatura ambiente.
Aplicaciones
| Industria | Ejemplo de Componente | Por qué se usa 713 |
|---|---|---|
| Automotriz | Brazos de suspensión de alto rendimiento, travesaños estructurales | Alta resistencia y rigidez específicas para reducción de peso |
| Marina | Pesas de timón, soportes de alta resistencia | Relación resistencia/peso y resistencia razonable a la corrosión con recubrimientos |
| Aeroespacial | Fijaciones, rieles de flaps, componentes de tren de aterrizaje (no primarios) | Alta resistencia estática y a fatiga, buena maquinabilidad |
| Electrónica | Disipadores térmicos y chasis estructurales | Buena conductividad térmica combinada con alta resistencia |
En estos sectores, 713 se elige cuando la rigidez y la resistencia por unidad de masa son decisivas en el diseño y cuando se pueden implementar estrategias de protección superficial para gestionar riesgos de corrosión. La aleación es especialmente útil cuando se requieren procesos de mecanizado y secundarización para producir piezas complejas y soportantes de carga.
Recomendaciones para la Selección
Seleccione la aleación 713 cuando el diseño priorice máxima resistencia específica y cuando los procesos de endurecimiento por envejecimiento y tratamientos térmicos controlados puedan integrarse en la fabricación. Especifique temperamentos más suaves para operaciones de conformado y planifique el envejecimiento final para alcanzar el rendimiento mecánico requerido.
En comparación con aluminio comercialmente puro (1100), 713 intercambia mayor resistencia y rigidez por reducción en la conductividad eléctrica y menor formabilidad en estados máximos. Frente a aleaciones comúnmente endurecidas por trabajo como 3003 o 5052, 713 alcanza mucha mayor resistencia y resistencia a fatiga pero posee menor resistencia inherente a la corrosión y requiere procesos térmicos. En comparación con aleaciones reforzables como 6061 o 6063, 713 brinda mayor resistencia máxima a densidades similares pero a menudo a costa de tenacidad, soldabilidad y susceptibilidad a SCC; elija 713 cuando la relación resistencia-peso sea más importante que esas compensaciones.
Resumen Final
La aleación 713 sigue siendo una opción valiosa de aluminio templable y de alta resistencia cuando se requiere máximo rendimiento mecánico por unidad de masa y los procesos de fabricación pueden controlar tratamiento térmico, protección superficial y tensiones residuales. Su química diseñada proporciona a los ingenieros un balance potente de resistencia a tracción, maquinabilidad y desempeño térmico cuando se incorporan estrategias integrales de corrosión y unión a nivel de sistema.