aleación de aluminio 7075 en polvo es un material resistente, duro y ligero que se ha utilizado ampliamente en la industria aeroespacial, vehículos y equipos militares, aplicaciones marinas, moldes, herramientas y piezas estructurales sometidas a grandes esfuerzos. Estas son algunas de las principales funciones y aplicaciones de la aleación de aluminio 7075:
Resistencia y dureza
Una de las principales razones por las que la aleación de aluminio 7075 en polvo se utiliza tanto es su elevada relación resistencia-peso. Tiene excelentes propiedades de resistencia, sin dejar de ser ligera. El 7075 tiene una resistencia a la tracción de 83.000 psi y un límite elástico de 73.000 psi en el temple T6.
Esta resistencia procede de elementos de aleación como el zinc, el magnesio y el cobre, que forman precipitados que refuerzan la matriz de aluminio. El tratamiento térmico T6 aumenta aún más la resistencia al formar precipitados finos. La combinación de la aleación y el tratamiento térmico hacen que el polvo de aleación de aluminio 7075 sea significativamente más resistente que otras aleaciones de aluminio populares como la 6061.
Además de una gran resistencia, el polvo de aleación de aluminio 7075 también tiene una buena dureza que proporciona resistencia al desgaste. La dureza Brinell típica es de alrededor de 150. Esta dureza procede de los mismos precipitados que proporcionan resistencia. Esta combinación de resistencia y dureza hace que la aleación 7075 sea adecuada para piezas que sufren grandes tensiones, vibraciones, impactos o desgaste.
Dureza y resistencia a la fatiga
Además de ser fuerte y duro, el 7075 también conserva una buena tenacidad y resistencia a la fatiga en comparación con otras aleaciones de aluminio de alta resistencia. Esto se debe al cuidadoso control de elementos de aleación como el zinc y el magnesio. Un exceso de estos elementos puede reducir la ductilidad y la resistencia a la fractura. Pero a niveles óptimos, el 7075 es capaz de alcanzar un alargamiento de 40% y una reducción de área de 25% en un ensayo de tracción.
La tenacidad y la capacidad de soportar impactos hacen que la aleación de aluminio 7075 en polvo sea una buena elección para piezas forjadas como los mamparos de aeronaves que experimentan cargas de fatiga. La aleación puede utilizarse para aplicaciones de fatiga de alto ciclo. Un tratamiento térmico adecuado es importante para conseguir una dureza y resistencia a la fatiga óptimas.
Resistencia a la corrosión del polvo de aleación de aluminio 7075
Aunque no es tan resistente a la corrosión como otras aleaciones de aluminio, la aleación de aluminio 7075 en polvo ofrece una buena resistencia a la corrosión general en la mayoría de los entornos. Esto se debe al alto contenido de zinc, que mejora la resistencia a la corrosión.
En el temple T6, es algo susceptible al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Pero en el temple T73, la resistencia a la corrosión bajo tensión mejora. La adición de recubrimientos de conversión de cromato o anodizado también mejora la protección contra la corrosión. En general, la resistencia a la corrosión del 7075 es suficiente para la mayoría de las aplicaciones.
Maquinabilidad
La 7075 tiene una maquinabilidad relativamente buena para una aleación de aluminio de alta resistencia, aunque no tan buena como aleaciones más blandas como la 6061. Las herramientas se desgastan más rápido que con aleaciones más blandas, pero el polvo de la aleación de aluminio 7075 produce virutas que se rompen con facilidad. Esto permite mecanizarla con fresadoras y tornos de alta velocidad. La profundidad de corte debe ser menor que con otras aleaciones. Deben utilizarse siempre refrigerantes y lubricantes para maximizar la vida útil de la herramienta.
La resistencia de la aleación plantea algunos problemas de mecanizado. Es necesario minimizar el endurecimiento por deformación utilizando herramientas de corte afiladas, evitando velocidades/avances excesivos y realizando cortes de acabado ligeros. El polvo de aleación de aluminio 7075 recocido ofrece una mejor maquinabilidad si se acepta una resistencia ligeramente inferior.
Soldabilidad
La soldabilidad de la aleación de aluminio 7075 en polvo se considera deficiente en comparación con otras aleaciones de aluminio. Al soldar 7075 pueden producirse problemas como el agrietamiento por solidificación. El alto contenido de zinc hace que el metal líquido se encoja considerablemente durante la solidificación, aumentando la susceptibilidad al agrietamiento en caliente.
Se utilizan varillas de relleno especiales como la 5356 para mejorar la soldabilidad. Deben tomarse precauciones como el precalentamiento, el mantenimiento de la temperatura entre pasadas y el tratamiento térmico posterior a la soldadura. La soldadura por fricción ofrece mejores resultados que los métodos de soldadura por fusión. En general, la soldadura de la aleación de aluminio 7075 en polvo requiere cuidado, pero es posible realizar soldaduras sólidas utilizando los procedimientos adecuados.
Formabilidad
La aleación de aluminio 7075 en polvo tiene una conformabilidad relativamente baja en comparación con otras aleaciones de aluminio, como cabría esperar dada su alta resistencia. En el temple T6 de máximo envejecimiento, sus propiedades de conformado son pobres. El recocido de la aleación antes del conformado mejora la ductilidad y la plegabilidad.
Para formas complejas, puede utilizarse un temple W o un temple O con las máximas características de conformado antes del tratamiento térmico final. El estirado, el doblado, el rebordeado y el engarzado pueden realizarse con los revenidos adecuadamente recocidos o sobreenvejecidos. La respuesta al estiramiento y la embutición profunda es buena. Las aleaciones como 5052 y 3003 son mejores opciones cuando la conformabilidad es crítica.
Disponibilidad y coste
La aleación de aluminio 7075 en polvo está ampliamente disponible en los principales proveedores de aluminio en una gama de formas de producto como chapa, placa, barra, varilla, tubo y alambre. Existen varios grados de temperatura, pero las chapas y placas T651 y T7351 son las más comunes.
Como aluminio de calidad aeroespacial, el 7075 tiene un coste más elevado que otras aleaciones de uso general. Pero su precio no es prohibitivo, sobre todo por la mayor resistencia y rendimiento que proporciona. Su uso generalizado en aeronaves significa que la demanda es alta y la disponibilidad buena.
Aplicaciones clave
Algunas de las aplicaciones más comunes que aprovechan las propiedades del polvo de la aleación de aluminio 7075 incluyen:
- Estructuras aeronáuticas - Se utiliza mucho en componentes de fuselajes, como alas, revestimientos, costillas y mamparos, donde la resistencia y el bajo peso son fundamentales.
- Piezas aeroespaciales - Se utiliza para piezas sometidas a grandes esfuerzos en vehículos de lanzamiento y naves espaciales, como secciones de fuselaje, tanques criogénicos y estructuras de empuje.
- Vehículos militares - Se utiliza en piezas estructurales críticas de vehículos como camiones, helicópteros, barcos y submarinos. Proporciona resistencia con menor peso.
- Moldes y utillaje - Proporciona un buen equilibrio entre resistencia, dureza y maquinabilidad para moldes de prototipos y aplicaciones de utillaje duraderas.
- Aplicaciones marinas - Popular para componentes de barcos y buques como cascos, superestructuras, mástiles y jarcias, donde también es importante la resistencia a la corrosión.
- Bicicletas - A menudo se utiliza para cuadros y componentes de bicicletas de gama alta en los que se desea un peso reducido y una buena resistencia a la fatiga.
- Piezas de automóviles - Se utiliza en algunos componentes críticos del motor y la transmisión y en aplicaciones de competición.
- Productos recreativos - Se utiliza en productos como equipos de tiro con arco, bastones de esquí y senderismo y equipos en los que la resistencia y el bajo peso son prioritarios.
En resumen, la aleación de aluminio 7075 en polvo ofrece una combinación excepcional de alta resistencia, buena tenacidad y resistencia a la fatiga, dureza y propiedades antidesgaste, resistencia adecuada a la corrosión y una mecanizabilidad y conformabilidad razonables que la hacen ideal para aplicaciones estructurales sometidas a grandes esfuerzos en las que el bajo peso es fundamental. Su elevado coste se ve compensado por las ventajas de rendimiento que ofrece en aplicaciones aeroespaciales, militares, marinas y otras aplicaciones exigentes.
Composición química
La composición química típica del polvo de aleación de aluminio 7075 es:
- Aluminio: 87,1 a 91,4%
- Zinc: 5,1 a 6,1%
- Magnesio: 2,1 a 2,9%
- Cobre: 1,2 a 2,0%
- Hierro: Max 0.5%
- Silicio: Máx. 0,4%
- Manganeso: Máx. 0,3%
- Cromo: 0,18 a 0,28%
- Otros elementos (total): Máx. 0,15%
Elementos de aleación clave como el zinc, el magnesio y el cobre contribuyen principalmente a la resistencia mediante el endurecimiento por precipitación. El cromo mejora la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. El hierro, el silicio y el manganeso están presentes como impurezas. Las proporciones de los principales elementos de aleación y los límites de impurezas se controlan cuidadosamente para garantizar unas propiedades óptimas de la aleación.
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas típicas del polvo de aleación de aluminio 7075 en el temple T6 son:
- Resistencia a la tracción: 83.000 psi
- Límite elástico: 73.000 psi
- Elongación: 11%
- Reducción de superficie: 15%
- Dureza: 150 Brinell
- Módulo de elasticidad: 10.200 ksi
- Resistencia al cizallamiento: 48.000 psi
- Resistencia a la fatiga: 28.000 psi
Las propiedades varían según la forma del producto y el temple exacto. Pero se pueden apreciar las excepcionales propiedades de resistencia, al tiempo que se conserva una ductilidad y tenacidad razonables para una aleación tan fuerte. Tenga en cuenta que las propiedades mecánicas disminuyen a temperaturas elevadas.
Tratamiento térmico
Un paso clave para conseguir unas propiedades óptimas en la aleación de aluminio 7075 en polvo es el tratamiento térmico, que suele realizarse en el temple T6. Los principales pasos del tratamiento térmico incluyen:
1. Tratamiento térmico en solución - La aleación se calienta a una temperatura de 875-885°F y se mantiene durante 1-2 horas. De este modo, la aleación pasa a la región monofásica y se disuelven las partículas solubles.
2. Enfriamiento - Tras el calentamiento, la aleación se enfría o se templa rápidamente, normalmente en agua. Esto produce una solución sólida sobresaturada.
3. Envejecimiento - A continuación, la aleación se envejece a 250-350 °F durante un tiempo que oscila entre 4 y 36 horas, en función de la resistencia deseada. Durante este paso se forman precipitados de endurecimiento por envejecimiento.
4. Estiramiento - Se suele realizar un estiramiento de resistencia 2-5% después del envejecimiento para enderezar el material y proporcionar cierto endurecimiento por dislocación.
El temple T6 proporciona una resistencia óptima. Los revenidos T7 poco envejecidos cambian algo de resistencia por una mayor tenacidad. Los revenidos T73 sobreenvejecidos mejoran la resistencia a la corrosión y la conformabilidad a un nivel de resistencia inferior.
Microestructura
La microestructura del polvo de la aleación de aluminio 7075 consiste en:
- Una matriz rica en aluminio: forma la mayor parte de la microestructura y confiere a la aleación su carácter ligero. Los granos propiamente dichos son bastante gruesos.
- Precipitados intermetálicos - Partículas que contienen solutos reforzantes como MgZn2, Al2CuMg, Al2Cu se forman durante el tratamiento térmico y proporcionan un considerable endurecimiento por precipitación.
- Partículas dispersas: las partículas más finas que contienen manganeso ayudan a controlar la estructura del grano y la recristalización durante el trabajo en caliente y el tratamiento térmico.
- Partículas de fase alfa - Las partículas insolubles más gruesas con hierro y silicio mejoran las propiedades a alta temperatura pero disminuyen la tenacidad a la fractura.
La interacción entre la matriz dúctil y las partículas endurecedoras dispersas confiere a la aleación su combinación única de resistencia, dureza y tenacidad. El control cuidadoso de los precipitados mediante la aleación y el tratamiento térmico es clave.
Efectos de los elementos de aleación
Los principales elementos de aleación en la aleación de aluminio 7075 en polvo cumplen las siguientes funciones clave:
- Zinc - El zinc, principal aditivo de aleación, forma precipitados reforzantes y mejora sustancialmente la resistencia. También contribuye al endurecimiento por precipitación y mejora la resistencia a la fatiga. Los niveles más altos reducen ligeramente la resistencia a la corrosión.
- Magnesio - El magnesio también proporciona un importante endurecimiento por precipitación a través de partículas como MgZn2. Aumenta la resistencia con una disminución mínima de la resistencia a la corrosión. Mejora la dureza y las propiedades mecánicas a temperaturas elevadas.
- Cobre - El cobre aumenta la resistencia mediante la precipitación de partículas de Al2CuMg. También mejora la maquinabilidad al hacer las virutas más quebradizas. Sin embargo, un exceso de cobre reduce la tenacidad a la fractura.
- Cromo - Añadido en pequeñas cantidades, el cromo forma partículas que atenúan el agrietamiento por corrosión bajo tensión. Proporciona resistencia a la corrosión por picaduras. Tiene un ligero efecto de refuerzo.
- Hierro - Presente como impureza, el hierro reduce la tenacidad a la fractura y la ductilidad en cantidades elevadas. Contribuye a una mayor respuesta al tratamiento térmico. Son deseables límites más bajos.
Designaciones y grados alternativos
Dado su amplio uso en la industria aeroespacial, la aleación de aluminio 7075 en polvo también se conoce por una serie de denominaciones y grados alternativos de aluminio aeronáutico, entre los que se incluyen:
- Aluminio 7075-T6
- Aluminio 7075-T651
- Aluminio 7075-T7351
- AA7075-T6
- AA 7075-T651
- Alclad 7075-T6
- AMS 4045
- AMS 4130
- AMS 7010
- AMS 7090
- QQ-A-225/9
- MIL-A-7075
- UNS A97075
- ALCOA 7075-T6
El número de guion 7075 indica la aleación de aluminio, mientras que el segundo número denota el temple. T6 y T651 son los templados más comunes, que proporcionan una resistencia óptima. Existen ligeras diferencias de composición entre algunas especificaciones.
Formas y acabados disponibles
aleación de aluminio 7075 en polvo está disponible de los proveedores en una amplia variedad de formas de productos, formas y acabados, incluyendo:
- Hoja - Disponible en espesores de 0,025 pulgadas a 6 pulgadas. Anchos de stock de hasta 49 pulgadas.
- Placa - Disponible en espesores de hasta 10 pulgadas. Puede cortarse en barras, tiras y otras formas.
- Varilla - Diámetros de 0,125 a 10 pulgadas. Secciones redondas simples.
- Bar - Barra rectangular de distintos tamaños. También barras cuadradas, hexagonales y ovaladas.
- Tubo - Tubo sin soldadura o soldado en diámetros de 0,125 a 12 pulgadas con diversos espesores de pared.
- Alambre - Disponible en bobinas de alambre de diferentes diámetros y tamaños.
- Extrusiones - Disponibles como extrusiones en ángulos, canales, formas en T, tubos y otros perfiles especiales.
- Piezas de fundición - Disponibles en fundición en arena, a la cera perdida y en molde permanente.
- Piezas forjadas - Puede forjarse en formas complejas con propiedades de resistencia mejoradas.
Los acabados más comunes son el fresado, el anodizado, el pintado, el recubrimiento en polvo, el lacado y los recubrimientos de conversión química.
Coste y disponibilidad
La aleación de aluminio 7075 en polvo tiene buena disponibilidad a través de los principales proveedores de productos de aluminio y centros de servicio de metales. Los plazos de entrega varían entre 1 y 4 semanas para los tamaños y formas más comunes. Se fabrica en todo el mundo, pero está especialmente bien representado por los productores estadounidenses.
Los precios pueden variar en función del temple de la aleación, la forma, el tamaño, la cantidad pedida y otros factores. Algunos costes aproximados:
- Hoja/placa: $6-12 por libra
- Barra: $4-15 por libra
- Tubo: $6-20 por libra
- Alambre: $5-15 por libra
Como aleación de grado aeroespacial, el polvo de la aleación de aluminio 7075 tiene un coste superior al de aleaciones más estándar como el aluminio 6061 y 7050. Sin embargo, ofrece propiedades mecánicas que justifican el coste adicional para aplicaciones exigentes.
preguntas frecuentes
He aquí algunas preguntas frecuentes sobre la aleación de aluminio 7075 en polvo:
P: ¿Cuáles son las principales diferencias entre el aluminio 7075-T6 y el 7075-T651?
R: Las denominaciones T6 y T651 se refieren ambas a un revenido de envejecimiento máximo. La única diferencia es que el material T651 se alivia mediante estiramiento. Esto ayuda a eliminar las tensiones residuales del temple, pero tiene un efecto mínimo en las propiedades mecánicas generales.
P: ¿Es soldable la aleación de aluminio 7075 en polvo?
R: Sí, el 7075 puede soldarse, pero es más difícil y más propenso a agrietarse que las aleaciones más blandas, como el aluminio de las series 5XXX y 6XXX. Es necesario tomar precauciones, como elegir el metal de aportación adecuado, precalentarlo y someterlo a un tratamiento térmico posterior para obtener soldaduras sólidas. La soldadura por fricción suele dar mejores resultados.
P: ¿En qué grosor está disponible el aluminio 7075?
R: En forma de chapa, el 7075 puede obtenerse en espesores que van de 0,025 pulgadas a 6 pulgadas. La chapa está disponible en espesores de hasta 10 pulgadas, y la barra/varilla en diámetros de hasta 10 pulgadas. Por lo tanto, el 7075 está disponible en secciones gruesas adecuadas para aplicaciones estructurales.
P: ¿Pueden mecanizar aleación de aluminio 7075 polvo-T6 aluminio?
R: Sí, el 7075-T6 puede mecanizarse con máquinas herramienta convencionales o CNC, pero hay que tener cuidado debido a su gran resistencia y dureza. Se recomiendan velocidades lentas, profundidades de corte ligeras, herramientas afiladas y refrigerante. Los templados recocidos se mecanizan más fácilmente si es necesario.
P: ¿Se utiliza el aluminio 7075 en aeronaves?
R: Sí, la aleación de aluminio 7075 en polvo se utiliza mucho en aeronaves. Es habitual encontrarla en piezas estructurales como revestimientos de fuselajes, costillas, mamparos, alas y componentes del empenaje, donde el bajo peso y la alta resistencia son fundamentales. Su buena resistencia a la fatiga también es importante para el diseño de aeronaves.
P: ¿Qué protección contra la corrosión se utiliza en el aluminio 7075?
R: El 7075 confía en su óxido superficial natural para la resistencia a la corrosión. A veces se aplican protecciones adicionales como anodizado, recubrimientos de conversión de cromato, recubrimiento en polvo o pintura, dependiendo del entorno de servicio. El revestimiento con una aleación más resistente a la corrosión también se utiliza para algunas aplicaciones.
P: ¿Qué proceso de soldadura se utiliza para el aluminio 7075?
R: La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) y la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) son las más comunes para soldar 7075, utilizando metales de aportación como el 5356. También puede utilizarse la soldadura por fricción. Deben tomarse precauciones para minimizar el agrietamiento en caliente. El tratamiento térmico posterior ayuda a reforzar la soldadura.
P: ¿Se puede recocer el aluminio 7075?
R: Sí, el aluminio 7075 puede recocerse para mejorar la ductilidad y la conformabilidad en los revenidos O o W. Un recocido típico consiste en calentar a 415°C durante 1-3 horas seguido de un enfriamiento lento. El recocido restaura parte de la ductilidad pero sacrifica la resistencia: la aleación tendrá que volver a envejecerse después del conformado para recuperar su alta resistencia.
P: ¿Es el aluminio 7075-T6 más resistente que el 6061-T6?
R: Sí, el 7075-T6 proporciona una resistencia sustancialmente mayor que el aluminio 6061-T6. El 7075 tiene una resistencia a la tracción de unos 83.000 psi frente a los 45.000 psi del 6061, casi el doble. El mayor contenido de zinc y cobre en 7075 crea precipitados más resistentes.
P: ¿Qué alternativas hay al aluminio 7075?
R: Algunas posibles alternativas con propiedades similares son el aluminio 2024, 6013, 6061, 7050 y 7150 para aplicaciones de resistencia moderada. 2024, 2324, 2524, 7055, 7175, 7475 para requisitos de mayor resistencia. 6061, 5005, 5050 para una mayor resistencia a la corrosión.