Hliníkový prášek 7075: Komplexní průvodce

Přehled hliníkového prášku 7075

Hliníkový prášek 7075 je velmi pevná hliníková slitina vyrobená z hliníku, zinku, hořčíku, mědi a malého množství křemíku, železa, manganu, chromu a titanu. Je široce používána v aplikacích vyžadujících vysoký poměr pevnosti k hmotnosti a dobrou únavovou pevnost, jako jsou letecké a kosmické komponenty.

Hliníkový prášek 7075 má vynikající pevnostní vlastnosti, dobrou odolnost proti únavě, průměrnou obrobitelnost a je tepelně zpracovatelný. Lze jej zpracovávat vytlačováním, kováním nebo válcováním a je k dispozici v různých formách, jako je prášek, plech, deska, tyče a výlisky.

Některé klíčové vlastnosti a charakteristiky hliníkového prášku 7075:

• Vysoká pevnost a tvrdost - pevnost v tahu 510-570 MPa a tvrdost podle Brinella 150-190.
• Dobrá odolnost proti únavě - Přibližně 30-40% má lepší únavovou pevnost než jiné hliníkové slitiny řady 7xxx, jako je 7050.
• Lehkost - Hustota je 2,81 g/cm3, takže je lehčí než ocelové slitiny.
• Tepelně zpracovatelné - lze je zpevnit tepelným zpracováním, např. tepelným zpracováním v roztoku, kalením a umělým stárnutím.
• Dobrá houževnatost - prodloužení 11% v 50mm průřezu.
• Dobrá rozměrová stabilita - netrpí problémy s deformačním kalením.
• Odolnost proti korozi - díky přídavku chromu odolává exfoliační korozi.
• Svařitelné - lze svařovat pomocí obloukového svařování wolframovým plynem a obloukového svařování kovů v plynu.
• Vodivost - tepelná vodivost je 130 W/m-K a elektrická vodivost 43% IACS.

Složení hliníku 7075

Hliník 7075 patří do řady 7xxx neboli Al-Zn-Mg-Cu řady vysokopevnostních hliníkových slitin. Typické složení je uvedeno níže:

• Zinek je hlavním legujícím prvkem, který zajišťuje pevnost díky srážkovému kalení. Mg a Cu rovněž napomáhají srážecímu kalení.
• Chrom zvyšuje odolnost proti koroznímu praskání.
• Jako nečistoty jsou přítomny železo, křemík, mangan a titan.

Kombinace zinku, hořčíku a mědi činí materiál 7075 vysoce pevným při zachování dostatečné tvařitelnosti, svařitelnosti, obrobitelnosti a odolnosti proti korozi.

Mechanické vlastnosti hliníku 7075

Hliníkový prášek 7075 má vynikající pevnostní vlastnosti spolu s dobrou lomovou houževnatostí. Níže jsou uvedeny mechanické vlastnosti v žíhaném stavu a v různých tepelně zpracovaných temperacích:

Tabulka 1. Mechanické vlastnosti hliníku 7075

• U žíhaného materiálu O je prodloužení vysoké, zatímco pevnost je nízká.
• Při špičkovém stárnutí T6 dosahuje mez kluzu 503 MPa a pevnost v tahu 572 MPa, zatímco prodloužení je 11%.
• Přestárlý temper T7351 má rovněž vysokou pevnost při snížené tažnosti.
• Nedostatečně vyzrálé tempery jako T651 a T736 nabízejí dobrou rovnováhu mezi pevností a tvarovatelností.

Hliník 7075 má vynikající únavovou odolnost, téměř srovnatelnou s ocelí. Má dobrou lomovou houževnatost 33 MPa√m v temperaci T6. Vykazuje také dobrou odolnost proti růstu trhlin.

Fyzikální vlastnosti

Hliníkový prášek 7075 má nízkou hustotu, vysokou tepelnou a elektrickou vodivost a dobrou odolnost proti korozi. Jeho hustota je 2,81 g/cm3, což je téměř třetina hustoty ocelových slitin.

Tabulka 2. Fyzikální vlastnosti hliníku 7075

Tepelná vodivost je mnohem vyšší než u polymerů, ale nižší než u čistého hliníku a mědi. Tepelná roztažnost je 50% vyšší než u měkké oceli.

Charakteristiky obrábění

Hliník 7075 má průměrnou obrobitelnost 65% ve srovnání se snadností obrábění mosazi.

• Soustružení - doporučují se karbidové řezné nástroje. Upřednostňují se vysoké řezné rychlosti a nízké posuvy.
• Frézování - měly by se používat karbidové frézy s vysokým úhlem šroubovice. Stoupavé frézování poskytuje lepší povrchovou úpravu.
• Vrtání - Vhodné jsou spirálové vrtáky z rychlořezné oceli nebo karbidu. Důležitá je kontrola třísek.
• Broušení - Účinné jsou pryskyřicové kotouče, které odolávají zatížení. Používejte velké množství chladicí kapaliny.
• Řezání - Nízké posuvy s jemnými zuby pilových listů zajišťují hladký povrch. Vzduchové nebo mlhové systémy pomáhají kontrolovat třísky.

Přídavek síry pro zlepšení lámání třísek může dále zlepšit obrobitelnost. Používejte tuhá nastavení a ostré nástroje, abyste zabránili ztvrdnutí materiálu.

Svařitelnost

Slitina hliníku 7075 má při dodržení správných technik poměrně dobrou svařitelnost -

• Běžně se používá obloukové svařování plynem (GTAW). Slitina hliníku 4043 poskytuje nejpevnější svary.
• Lze použít i obloukové svařování plynem (GMAW), ale je třeba minimalizovat přívod tepla, aby se omezilo praskání za tepla.
• Bodové odporové svařování zkrácenými kuželovými elektrodami funguje velmi dobře. Svarová rozhraní by měla být důkladně vyčištěna.
• Třecím svařováním lze vytvořit vysoce kvalitní pevné svary ve všech teplotách hliníku 7075.
• Tepelně ovlivněná zóna bude měkčí než základní kov. Ošetření roztokem a stárnutí obnoví vlastnosti.

Odolnost proti korozi

Hliníkový prášek 7075 vykazuje dobrou odolnost proti všeobecné korozi v atmosféře a ve sladké vodě.

• Tenký povrchový oxidový film představuje účinnou bariéru proti korozi v neutrálních roztocích.
• Legující prvky jako zinek, hořčík, měď a chrom zajišťují odolnost proti korozi.
• Přídavek chromu zabraňuje náchylnosti k mezikrystalové a exfoliační korozi.
• Slabá odolnost vůči alkalickým roztokům, ale lze ji zlepšit eloxováním.
• Při vysokém namáhání je v některých prostředích citlivý na korozní praskání.
• Náchylné ke galvanické korozi ve spojení s ušlechtilejšími kovy. Vyhněte se kontaktu s nerezovou ocelí.

Celkově má hliník 7075 uspokojivou odolnost proti korozi pro většinu běžných architektonických, námořních a průmyslových aplikací.

Použití hliníku 7075

Jedinečná kombinace vysoké pevnosti, nízké hmotnosti, odolnosti proti únavě a rozumné ceny činí hliník 7075 vhodným pro různé náročné aplikace:

Tabulka 3. Použití hliníku 7075

Většinu použití tvoří aplikace v letectví a kosmonautice, a to kvůli přísným požadavkům na pevnost a hmotnost. Výlisky a výkovky z hliníku 7075 se používají také v automobilovém průmyslu a u vysoce výkonných lodních komponent.

Typy hliníkového prášku 7075

Hliníkový prášek 7075 je k dispozici v různých typech v závislosti na výrobním procesu a vlastnostech částic:

Atomizovaný hliníkový prášek 7075

• Vyrábí se rozprašováním roztavené hliníkové slitiny 7075 na jemné kapičky, které tuhnou v prášek.
• Částice nepravidelného tvaru s širokým rozdělením velikosti od 10 do 180 mikronů.
• Používá se v práškové metalurgii k výrobě součástí zhutňováním a spékáním.

Tabulka 4. Specifikace rozprašovaného hliníkového prášku 7075

Plynem atomizovaný prášek 7075 Al

• Vyrábí se rozprašováním inertního plynu na velmi jemné sférické částice.
• Hladký povrch, pravidelný tvar a úzké rozdělení velikosti.
• Používá se v pokročilých procesech AM, jako je aditivní výroba DMLS a SLM.

Tabulka 5. Specifikace hliníkového prášku 7075 rozprašovaného plynem

Frézované hliníkové vločky 7075

• Nepravidelné vločkovité částice vzniklé mletím práškového hliníku 7075.
• Vločkovité částice s vysokým povrchem používané v nátěrech a základních nátěrech.
• Používá se také jako přísada do paliva, do výbušnin a pyrotechniky.

Tabulka 6. Specifikace frézovaných hliníkových vloček 7075

Zpracování hliníkového prášku 7075

Hliníkový prášek 7075 lze zpracovat na hotové součásti metodami, jako je lisování práškové metalurgie a slinování, a také aditivními výrobními technikami:

Zpracování práškové metalurgie

Typické kroky zahrnují:

• Zhutňování - Lisování za studena a následné izostatické lisování pro vytvoření zelených kompaktních dílů s teoretickou hustotou 65-90%.
• Spékání - Vakuové spékání při 600-650 °C po dobu 1-3 hodin pro dosažení uzavřené pórovitosti a hustoty 95%.
• Infiltrace - Roztavený hliník infiltrovaný pod tlakem pro zvýšení hustoty na 99% nebo vyšší.
• Tepelné zpracování - Tepelné zpracování roztokem s následným kalením a stárnutím pro dosažení požadovaných vlastností.

Metodou práškové metalurgie lze vyrábět složité součásti čistého tvaru s těsnými tolerancemi a vyhnout se tak neekonomickému obrábění.

Aditivní výroba

Hliníkový prášek 7075 se zpracovává na komponenty plné hustoty pomocí technik tavení v práškovém loži, jako jsou:

• Přímé laserové slinování kovů (DMLS) - Používá fokusovaný laserový paprsek k selektivnímu spojování vrstev prášku na základě modelu CAD.
• Selektivní laserové tavení (SLM) - Dosažení úplného roztavení vede ke vzniku plně hustých součástí s jemnou mikrostrukturou.
• Tavení elektronovým paprskem (EBM) - Rychleji se vytváří, ale pouze ve vakuu.

AM umožňuje výrobu složitých, lehkých geometrií s vynikajícími mechanickými vlastnostmi a využitím materiálu.

Dodávky a ceny hliníkového prášku 7075

Mezi hlavní světové dodavatele hliníkového prášku 7075 patří:

Tabulka 7. Dodavatelé a ceny hliníkového prášku 7075

• Atomizovaná 7075 je nejlevnější třída pro lisování a spékání.
• Plynem rozprašovaný prášek pro AM je nákladnější kvůli kontrole sféricity a velikosti.
• Minimální objem objednávky se může pohybovat od 25 kg do 500 kg v závislosti na dodavateli.
• Vlastní distribuce velikosti částic a přísná kontrola velikosti vyžadují prémiové ceny.
• Ceny závisí na čistotě, způsobu výroby, rozsahu velikostí a objemu nákupu.

Srovnání s jinými slitinami hliníku

Hliník 7075 je níže porovnán s některými dalšími populárními hliníkovými slitinami řady 7xxx a 2xxx:

Tabulka 8. Srovnání hliníku 7075 s jinými slitinami

• Materiál 7075 je nejlepší kombinací pevnosti, houževnatosti, svařitelnosti a ceny.
• 2024 je levnější, ale má nižší pevnost a lomovou houževnatost.
• 7178 je nejsilnější, ale velmi drahý a málo houževnatý.
• 6061 má dobrou odolnost proti korozi a svařitelnost, ale nižší pevnost.
• 7050 je o něco pevnější než 7075, ale má nižší únavovou pevnost a houževnatost.

Pro většinu vysokopevnostních aplikací v leteckém a obranném průmyslu nabízí ocel 7075 nejlepší poměr mezi vlastnostmi a cenou. Také automobilový průmysl a všeobecné strojírenství dává přednost materiálu 7075 pro jeho snadnou dostupnost, obrobitelnost a reakci na eloxování.

Omezení a nevýhody

Navzdory svým přednostem má hliník 7075 také určitá omezení:

• Je náchylnější ke korozi pod napětím než některé jiné hliníkové slitiny.
• Nižší lomová houževnatost než u slitin 2xxx, jako jsou 2024 a 2024.
• Méně odolné proti korozi než slitiny třídy 5xxx pro námořní použití.
• Svařují se hůře než hliníkové slitiny řady 4xxx, 5xxx a 6xxx.
• Není vhodný pro použití při vysokých teplotách nad 250 °C.
• Je podstatně dražší než slitiny, jako je hliník 6061 a 5052.
• Pro dosažení optimálních vlastností vyžaduje tepelné zpracování.

Hliníkový prášek 7075 - časté dotazy

Q. Jaký je rozdíl mezi hliníkem 7075 a hliníkem 2024?

A. Hliník 7075 má vyšší pevnost, tvrdost, únavovou pevnost a lepší odolnost proti korozi než hliník 2024. Má nižší lomovou houževnatost a tvařitelnost. Hliník 7075 také obsahuje vyšší množství legujících prvků, což mu 30-40% dává vyšší cenu než hliníku 2024.

Q. Jsou oceli 7075-T6 a 7075-T651 stejné?

A. Ne. T6 označuje vrcholně zestárlý temperovaný materiál, který poskytuje maximální pevnost. T651 je mírně nedozrálá, která poskytuje lepší houževnatost při mírně nižší pevnosti než T6.

Q. Jaký je obsah zinku, hořčíku a mědi v hliníku 7075?

A. Typické složení je - zinek 5,1-6,1%, hořčík 2,1-2,9%, měď 1,2-2,0%. Zbytek tvoří hliník a další drobné legující prvky jako chrom, křemík atd.

Q. Lze hliník 7075 eloxovat?

A. Ano, hliník 7075 lze eloxovat, aby se vytvořil oxidový povlak, který zvyšuje odolnost proti korozi a opotřebení. Tvrdé eloxování poskytuje tloušťku povlaku až 75 mikronů, zatímco běžné eloxování až 25 mikronů.

Q. Jaká je tvrdost hliníku 7075-T6?

A. Hliník 7075-T6 má hodnotu tvrdosti podle Brinella v rozmezí 150-190. Odpovídající tvrdost podle Rockwella je Rockwell B 95-105.

Q. Používá se hliník 7075 v letadlech?

A. Ano, hliník 7075 se hojně používá v konstrukčních částech letadel, jako jsou potahy trupu, křídla, žebra a přepážky. Jeho vysoký poměr pevnosti a hmotnosti je rozhodující pro snížení hmotnosti letadla.

Q. Jaký je rozdíl mezi slitinami hliníku 7075 a 7050?

A. Hlavní rozdíl je v tom, že 7075 má o něco vyšší pevnost, zatímco 7050 má nepatrně lepší odolnost proti korozi. 7075 má také lepší únavovou pevnost. Celkově 7075 nabízí lepší kombinaci vlastností pro většinu aplikací.

Q. Jak se má skladovat hliníkový prášek 7075?

A. Hliníkový prášek 7075 by měl být skladován v uzavřených nádobách v chladném a suchém prostředí. Vystavení vlhkosti může vést k oxidaci, zatímco extrémní teploty mohou ovlivnit vlastnosti prášku a jeho tekutost. Skladovatelnost je za ideálních skladovacích podmínek až 1-2 roky.

Závěr

Hliníkový prášek 7075 je lehká a odolná hliníková slitina s vynikajícími pevnostními vlastnostmi, která je vhodná pro náročné aplikace v letectví, kosmonautice, letectví, obraně a ve vysoce výkonných automobilech. Její dobrá obrobitelnost, svařitelnost a odolnost proti korozi umožňují také její použití v běžných strojírenských aplikacích. Pečlivé zvážení jejích silných stránek a omezení ve srovnání s jinými hliníkovými slitinami může pomoci určit nejvhodnější materiál pro konkrétní konstrukční požadavky.