Aleaciones Metálicas Aeroespaciales: Aceros Especiales y Series de Aluminio

1. Aceros Especiales y Elementos de Aleación (Tema 3)

Clasificación de Elementos Aleantes

• Gammagénicos (GAM): Carbono (C), Níquel (Ni), Manganeso (Mn), Cobre (Cu). Estabilizan la fase austenítica.
• Alfagénicos (ALF): Cromo (Cr), Molibdeno (Mo), Vanadio (V), Wolframio (W), Aluminio (Al), Titanio (Ti), Silicio (Si), Niobio (Nb). Estabilizan la fase ferrítica.

Tipos de Aceros

• Baja aleación: 4130, 300M.
• Media aleación: M50, H13.
• Alta aleación Níquel-Cobalto (Ni-Co): AerMet (AerMet 100, AerMet 310, AerMet 340).
• Aceros Maraging: 18Ni (200).
• Endurecibles por Precipitación (PH): 17-4PH, 17-7PH, A-286.

2. Aleaciones de Aluminio Estructurales y Aeronáuticas (Tema 7)

Serie 6000 (Al-Mg-Si)

• 6061: Utilización clásica, propiedades mecánicas intermedias, buena tenacidad y alta resistencia a la corrosión.
• 6013: Propiedades mecánicas en estado T6 comparables a la aleación 2024 en estados T3 o T4, pero con superior soldabilidad y mejor comportamiento frente a la corrosión. Conformable en estado T4 para la posterior aplicación de maduración artificial.
• 6065: Propiedades semejantes a la 6013. Suministrada en chapas y perfiles extruidos, frecuentemente en estado T4. Tras los procesos de conformado o soldadura, se aplica tratamiento de maduración artificial.

Serie 2000 (Al-Cu / Al-Cu-Mg)

Subfamilia Al-Cu

• 2025: Primera desarrollada de la serie; aplicaciones en hélices y estructuras forjadas.
• 2219: Mayor resistencia, excelente comportamiento frente a SCC (corrosión bajo tensión), elevada soldabilidad y óptimas propiedades a altas temperaturas. Empleo extendido en aplicaciones criogénicas.
• 2021: Variante de la 2219 con adición de Cadmio (Cd) y Estaño (Sn) que refinan el tamaño de la fase θ' formada durante la maduración, elevando la resistencia mecánica y el límite elástico.

Subfamilia Al-Cu-Mg

• Duraluminio de Wilm: Composición clásica (4.4% Cu, 1.5% Mg, 0.6% Mn). Empleado históricamente en dirigibles y aeronaves.
• Remaches (2027 / variantes): Aplicación en remaches instalados en estado W (aleación 2017A) o en estado T4 (aleación 2117, variante con menor contenido de elementos aleantes).
• 2014: Mayor respuesta a la maduración artificial; empleada habitualmente en temple T6 para componentes forjados. Variantes 2014A y 2214 desarrolladas posteriormente con mayor tenacidad de fractura.
• 2024: Aleación de referencia empleada masivamente en estructuras aeronáuticas (intradós alar y revestimiento del fuselaje). Presenta excelente respuesta a la maduración natural y alta tolerancia al daño (reducida velocidad de propagación de grietas por fatiga) en estado T3. En estado T8 ofrece superior comportamiento frente a SCC, mayor resistencia estática y límite elástico. Apta para regímenes de temperaturas moderadas.
• 2618: Diseñada para servicio a temperaturas elevadas por efecto del Níquel (Ni); utilizada en el avión supersónico Concorde.
• 2027: Empleo preferente en estado T351. Ofrece mayor resistencia mecánica y tenacidad respecto a la 2024-T351, destacando en espesores gruesos. Incorpora Circonio (Zr) para estabilizar la estructura no recristalizada.
• 2026: Aplicada preferentemente en perfiles extruidos en estado T3511. Mayor resistencia y tolerancia al daño respecto a la 2024-T3511.
• 2056: Empleada en forma de chapa plaqueada en estado T3 para recubrimiento de fuselajes. Incorpora Zinc (Zn) para elevar su electronegatividad, haciéndola más compatible galvánicamente con el plaqueado protector de Al 1050.

Serie 7000 (Al-Zn-Mg / Al-Zn-Mg-Cu)

Resistencia Media

• Para transporte terrestre: 7108, 7020, 7004, 7051 y 7005.
• Mayor nivel resistente: 7003, 7015 y 7039 (esta última desarrollada específicamente para blindajes militares).

Alta Resistencia (Al-Zn-Mg-Cu)

Diseñadas para maximizar la tenacidad, la resistencia a fatiga y la inmunidad a SCC, reduciendo al mismo tiempo la sensibilidad al temple o enfriamiento.

• 7075: Desarrollada en 1940; supuso un hito de gran impacto en la industria aeronáutica.
• 7178: Mayor resistencia a compresión, pero con menor tenacidad de fractura y reducida tolerancia al daño.
• 7049: Elevada resistencia; mayor contenido de Zinc (Zn) que la 7075 (aumenta resistencia) y reducción de Cromo (Cr) para disminuir la sensibilidad al enfriamiento, permitiendo el tratamiento térmico eficaz de secciones gruesas.
• 7079: Formulada para reducir la sensibilidad al temple, pero abandonada por presentar severos problemas de corrosión bajo tensión (SCC).
• 7475: Disminución controlada de impurezas (Fe y Si) y reducción de Cr; elevada relación Zn/Mg y aplicación de tratamientos termomecánicos para el control fino del grano y la distribución de dispersoides.
• 7050 y 7010: Mayor contenido de Zn (incremento resistente en estado T7), adición de Zr como antirrecristalizante (reduce sensibilidad a la velocidad de enfriamiento), reducción de Fe y Si (aumenta tenacidad) y adición de Cu (mejora sustancial frente a SCC). La variante 7050-T73 se destina a remaches estructurales.
• 7150-T6: Empleada en Boeing 757 y 767; supera en resistencia a la 7056-T6. En estado T7751 disminuye ligeramente la resistencia pero incrementa la tenacidad y el comportamiento anticorrosivo.
• 7055: Mayor concentración global de aleantes; destinada a zonas sometidas a compresión. En estado T7751 supera en resistencia y límite elástico a la 7150-T651.
• 7449: Destinada a áreas sometidas a compresión. Logra altos niveles de resistencia y límite elástico en estados T651 y T7951, con el inconveniente de una notable merma en tenacidad y resistencia a la corrosión. Su compromiso óptimo se alcanza en estado T7651.
• 7040: Menor cantidad de aleantes; propiedades estáticas algo inferiores pero muy baja sensibilidad al enfriamiento, permitiendo su uso en piezas de espesor muy elevado.
• 7056: Muy alto contenido en Zinc y reducciones en Magnesio y Cobre, alcanzando una combinación excepcional de resistencia y tenacidad. Empleo habitual en placas en estado T7951.

Aleaciones Avanzadas de Aluminio-Litio (Al-Li)

• Scleron: Primera aleación desarrollada (1924); presentaba dudas respecto al aporte específico del Litio.
• X-2020: Formulada para optimizar la resistencia a compresión y la rigidez. Su utilización fue desestimada debido a su baja tenacidad y acusada sensibilidad a la entalla.
• 01420: Desarrollada en la URSS durante los años sesenta; caracterizada por su baja densidad y aptitud para la soldadura.
• 8090: Reduce la densidad en un 10% e incrementa el módulo elástico (E) un 11% respecto a las aleaciones 2024 y 2014. Escasa maduración natural, exigiendo deformación en frío (acritud) tras el tratamiento de solubilización para alcanzar óptimas propiedades mecánicas. Soldable; utilizada en el helicóptero EH101 Westland Agusta como sustituto viable de las series 2XXX y 7XXX.
• 2090: Ofrece un 8% menor densidad y un 10% mayor módulo elástico frente a la 7075-T6, aunque con menor resistencia a la corrosión por picaduras. Precisa acritud tras solubilización para maximizar su resistencia en estado T8.
• 2094 y afines: Sobresalen por su excelente soldabilidad y buen endurecimiento por maduración natural. Las propiedades mecánicas en estado T8 muestran baja dependencia del grado de acritud previo. Empleadas en la fabricación de tanques de propelente criogénico para lanzadores espaciales.