Nuevas aleaciones desarrolladas a partir de la aleación

Aunque el tratamiento T73 ya proporciona una buena resistencia a SCC, desde el punto de vista del diseño de estructuras aeronáuticas, la pérdida de resistencia mecánica, respecto de la máxima alcanzable en el estado T6, que la aplicación de dicho tratamiento T73 conlleva, supone un inconveniente importante.

Esta circunstancia ha propiciado el desarrollo de aleaciones alternativas que respondan más favorablemente a los tratamientos de sobremaduración y permitan mantener niveles de resistencia mecánica cercanos a los de la aleación 7075-T6 (o 7079-T6) con mejores propiedades en SCC, sin deteriorar, o incluso tratando de mejorar, otras propiedades como pueda ser la tenacidad de fractura [WAL85, SPE75, HUN89, LUK91].

En concreto, los objetivos que se pretendían obtener con las nuevas aleaciones, en cierta forma ya adelantados en la introducción (apartado 1.1.2), eran:

 mantener el nivel de resistencia mecánica de la aleación 7075 en estado T6;  conseguir un buen comportamiento a SCC (similar al del T73 en la 7075);  reducir la sensibilidad al enfriamiento que tiene la aleación 7075;

 y todo ello tratando de mejorar la tenacidad de fractura de la aleación 7075.

Como se puede ver, se pretende conseguir productos de gran espesor, con reducidas tensiones residuales después del tratamiento de solución, en los que se pueda tener un nivel suficiente de sobresaturación en la solución sólida que permita obtener alta resistencia mecánica en el estado de sobremaduración adecuado para que se alcance una práctica inmunidad a corrosión bajo tensiones. Estos fines no se han conseguido satisfacer simultáneamente.

Una ruta seguida para cumplir estos objetivos ha sido retocar la composición de la aleación 7075 incrementando, normalmente, el contenido en aleantes, para así tratar de contrarrestar los efectos negativos de la sobremaduración causada por el tratamiento T73 en la resistencia mecánica, a la vez que se aprovechaba también para tratar de mejorar otras propiedades:

 Para los dos primeros objetivos, especialmente para el segundo, se aumentó la cantidad de elementos aleantes (realmente se incrementó la relación Zn/Mg) y de esta forma elevar el nivel de resistencia mecánica obtenible después de la sobremaduración pertinente para conseguir la resistencia a SCC deseada.

 Asimismo, también se incrementó la presencia de Cu debido a que, como

anteriormente ya se ha indicado, el aumento de la cantidad de este elemento provoca una notable mejoría en el comportamiento a SCC de las aleaciones de aluminio de la serie 7000.

o No obstante, el aumento de la cantidad de cobre también tiene efectos

negativos ya que disminuye la sensibilidad al enfriamiento o la solubilidad de los otros elementos aleantes, lo que supone un límite para su utilización [POL95, HAT84, por ejemplo]

o El empleo de plata, que causa un efecto similar al Cu [POL95, RIN96, RIN97] también ha sido usado en las aleaciones de laboratorio de la serie 7000 para mejorar el comportamiento en SCC, pero existen dudas de que sea efectivo en los procesos industriales, ya que aparte del coste añadido que supone, puede deteriorar otras propiedades mecánicas [WAL85].

Por otro lado, en las nuevas aleaciones se han reducido, o prácticamente sustituido, el cromo y manganeso por circonio como elemento antirrecristalizante, ya que este elemento forma dispersoides prácticamente coherentes con la matriz de aluminio, a diferencia de los de Cr y Mn que son incoherentes, lo que permite disminuir la velocidad de enfriamiento crítica [YOS82, DES98, por ejemplo], y facilita el enfriamiento en medios de enfriamiento menos severos, o para productos de mayor tamaño [ADL77, por ejemplo], que, por otra parte, son los que presentan mayores problemas de corrosión bajo tensiones. De esta forma también se reducen las tensiones residuales resultantes, lo que, indirectamente, mejora el comportamiento a corrosión bajo tensiones de las piezas tratadas e incrementa su tenacidad de fractura

[STA96]. A partir de estos supuestos se ha buscado la combinación más adecuada de Zn, Mg y Cu, que permita cubrir los objetivos buscados.

Con estas directrices se desarrollan las aleaciones 7049 (en 1968) y, fundamentalmente, 7050 y/o 7010 (ambas en 1971) [WAL85]:

 La 7049 tiene, respecto de la 7075, más alto el contenido en Zn, y más bajo el de Cr, con un nivel de impurezas inferior (Tabla 1-1). Esta aleación en estado T73

proporciona la misma resistencia a tracción que la 7079-T6, pero con una resistencia a SCC mucho más alta, y remplazó a la 7079-T6 en los trenes de aterrizaje. [WAL85 ]  La aleación 7050 tiene mayor contenido en Zn y Cu que la 7075, algo menos

magnesio, y el Zr ha remplazado al Cr y al Mn como elementos antirrecristalizantes (Tabla 1-1), lo que ha permitido su uso para las secciones grandes en las que una velocidad de enfriamiento lenta es inevitable. Esta aleación responde mejor a la sobremaduración que la 7075, obteniéndose un buen comportamiento en SCC, pero con mayor resistencia mecánica que en la 7075: un 10 % para productos finos, que se puede convertir en un 20 % en los productos gruesos. [WAL85 ]

 La aleación 7010 es la versión europea de la 7050, siendo su composición y características muy parecidas (Tabla 1-1).

Por otra parte, con la idea de mejorar la tenacidad de fractura se ha reducido el contenido en impurezas de Fe y Si [STA96]. Esto ha dado lugar al desarrollo de las aleaciones 7175, 7475, 7150 (Tabla 1-1):

 La aleación 7475 es una variante de la 7075 y fue la primera aleación desarrollada para mejorar la tenacidad de fractura [STA96]. Esta aleación tiene menores

cantidades de Fe y Si, un contenido en Cr máximo más bajo, y ligeras modificaciones en el contenido de Zn, Mg y Cu, respecto de los de la aleación 7075. La 7475 es un 10 % más cara pero consigue pasar de un típico valor de KIC de 30 MPa m1/2 _{para la} aleación 7075 T6, a 50 MPa m1/2 que se obtiene para la 7475 también en el estado T6 [POL95, WAL85 ]

 La 7175-T76 proporciona niveles de resistencia mecánica cercanos a los de la 7075- T6, y de resistencia a SCC casi tan buenos como los de la 7075-T73, con una mejor tenacidad de fractura.

En la última década del siglo XX, la compañía Alcoa, a petición de Boeing, desarrolló la aleación 7055 (con mayor contenido en aleantes y alta relación Zn/Mg y Cu/Mg (Tabla 1-1)) para ser usada en el extradós del ala del Boeing 777 [MOR98]. Esta aleación conjuga en el tratamiento T77 (que se comentará con más detalle posteriormente) un muy buen límite elástico y resistencia mecánica en compresión (10 % superiores a los de la aleación 7150 T6), aunque proporciona una tenacidad de fractura y una resistencia en corrosión bajo tensiones algo inferiores a las de la aleación 7150 T77 [STA95]. La particularidad de esta aleación radica, aparte de que se fabricó a petición de un cliente, en que su composición fue ajustada para ser usada con un tratamiento térmico específico, el T77.