7075 Aluminiumpoeder: een uitgebreide gids

Overzicht van 7075 aluminiumpoeder

7075 aluminiumpoeder is een zeer sterke aluminiumlegering gemaakt van aluminium, zink, magnesium, koper en kleine hoeveelheden silicium, ijzer, mangaan, chroom en titanium. Het wordt veel gebruikt in toepassingen die een hoge sterkte-gewichtsverhouding en een goede vermoeiingssterkte vereisen, zoals ruimtevaart- en luchtvaartcomponenten.

7075 aluminiumpoeder heeft uitstekende sterkte-eigenschappen, goede weerstand tegen vermoeiing, gemiddelde bewerkbaarheid en is hittebehandelbaar. Het kan worden verwerkt door middel van extrusie, smeden of walsen en is verkrijgbaar in verschillende vormen, zoals poeder, plaat, plaat, staven en extrusies.

Enkele belangrijke eigenschappen en kenmerken van 7075 aluminiumpoeder:

• Hoge sterkte en hardheid – Heeft een ultieme treksterkte van 510-570 MPa en een Brinell-hardheid van 150-190.
• Goede vermoeidheidsweerstand – Ongeveer 30-40% betere vermoeidheidssterkte dan andere aluminiumlegeringen uit de 7xxx-serie, zoals 7050.
• Lichtgewicht – De dichtheid is 2,81 g/cm3, waardoor het lichter is dan staallegeringen.
• Warmtebehandelbaar – Kan worden versterkt door warmtebehandelingsprocessen zoals oplossingswarmtebehandeling, blussen en kunstmatige veroudering.
• Goede taaiheid – Verlenging van 11% in een doorsnede van 50 mm.
• Goede maatvastheid – Heeft geen last van problemen met vervormingsverharding.
• Corrosiebestendig – Bestand tegen exfoliatiecorrosie door toevoeging van chroom.
• Lasbaar – Kan worden gelast met behulp van gaswolfraambooglassen en gasmetaalbooglassen.
• Geleidend – De thermische geleidbaarheid is 130 W/mK en de elektrische geleidbaarheid is 43% IACS.

Samenstelling van 7075 aluminium

7075 aluminium behoort tot de 7xxx-serie of Al-Zn-Mg-Cu-serie van aluminiumlegeringen met hoge sterkte. De typische samenstelling wordt hieronder weergegeven:

• Zink is het belangrijkste legeringselement dat sterkte verschaft door precipitatieharding. Mg en Cu helpen ook bij het verharden van neerslag.
• Chroom verbetert de weerstand tegen spanningscorrosie.
• IJzer, silicium, mangaan en titanium zijn aanwezig als onzuiverheden.

De combinatie van zink, magnesium en koper maakt 7075 zeer sterk, terwijl de adequate vervormbaarheid, lasbaarheid, bewerkbaarheid en corrosieweerstand behouden blijven.

Mechanische eigenschappen van 7075 aluminium

7075 aluminiumpoeder bezit uitstekende sterkte-eigenschappen in combinatie met een goede breuktaaiheid. De mechanische eigenschappen bij gegloeide en verschillende warmtebehandelde temperaturen worden hieronder gegeven:

Tafel 1. Mechanische eigenschappen van 7075 aluminium

• Bij gegloeide O-temperatie is de rek hoog, terwijl de sterkte laag is.
• In piekverouderde T6-temperaturen bereikt de vloeigrens 503 MPa en de treksterkte 572 MPa, terwijl de rek 11% bedraagt.
• Oververouderde T7351-temperatie heeft ook hoge sterkten met verminderde ductiliteit.
• Minderjarige temperamenten zoals T651 en T736 bieden een goede balans tussen sterkte en vervormbaarheid.

7075 aluminium heeft een uitstekende weerstand tegen vermoeidheid, bijna vergelijkbaar met staal. Het heeft een goede breuktaaiheid van 33 MPa√m in T6-temperatuur. Het vertoont ook een goede weerstand tegen scheurgroei.

Fysieke eigenschappen

7075 aluminiumpoeder heeft een lage dichtheid, hoge thermische en elektrische geleidbaarheid en goede corrosieweerstand. De dichtheid bedraagt 2,81 g/cm3, bijna een derde van die van staallegeringen.

tafel 2. Fysische eigenschappen van 7075 aluminium

De thermische geleidbaarheid is veel hoger dan bij polymeren, maar lager dan bij puur aluminium en koper. De thermische uitzettingssnelheid is 50% hoger dan die van zacht staal.

Bewerkingskenmerken

7075 aluminium heeft een gemiddelde bewerkbaarheidsgraad van 65% in vergelijking met het gemak van het bewerken van messing.

• Draaien – Hardmetalen snijgereedschappen worden aanbevolen. Hoge snijsnelheden en lage voedingssnelheden hebben de voorkeur.
• Frezen – Er moeten hardmetalen vingerfrezen met hoge spiraalhoeken worden gebruikt. Meelopend frezen geeft een betere afwerking.
• Boren – Spiraalboren van snelstaal of hardmetaal zijn geschikt. Spaanbeheersing is belangrijk.
• Slijpen – Met hars gebonden wielen die bestand zijn tegen belasting zijn effectief. Gebruik voldoende koelvloeistof.
• Zagen – Lage voedingen met fijne tandbladen zorgen voor een gladde afwerking. Lucht- of mistsystemen helpen de spaanbeheersing.

Het toevoegen van zwavel om de spaanbreking te verbeteren, kan de bewerkbaarheid verder verbeteren. Gebruik rigide opstellingen en scherp gereedschap om verharding van het werk te voorkomen.

Lasbaarheid

7075 aluminiumlegering heeft een redelijk goede lasbaarheid door de juiste technieken te volgen -

• Gaswolfraambooglassen (GTAW) wordt vaak gebruikt. 4043 aluminium vullegering produceert de sterkste lassen.
• Gasmetaalbooglassen (GMAW) kan ook worden gebruikt, maar de warmte-inbreng moet tot een minimum worden beperkt om heetscheuren te verminderen.
• Weerstandspuntlassen met afgeknotte kegelelektroden werkt zeer goed. Lasinterfaces moeten grondig worden gereinigd.
• Wrijvingsroerlassen kan hoogwaardige solid-state lassen produceren in alle temperaturen van 7075 aluminium.
• Door de hitte beïnvloede zone zal zachter zijn dan basismetaal. Oplossingsbehandeling en veroudering herstellen de eigenschappen.

Corrosieweerstand

7075 aluminiumpoeder biedt goede weerstand tegen algemene corrosie in de atmosfeer en in zoet water.

• De dunne oxidefilm aan het oppervlak biedt een effectieve barrière tegen corrosie in neutrale oplossingen.
• Legeringselementen zoals zink, magnesium, koper en chroom zorgen voor corrosiebestendigheid.
• Chroomtoevoeging voorkomt de gevoeligheid voor intergranulaire en exfoliatiecorrosie.
• Slechte weerstand tegen alkalische oplossingen, maar kan worden verbeterd door te anodiseren.
• Gevoelig voor spanningscorrosie in sommige omgevingen bij hoge belasting.
• Gevoelig voor galvanische corrosie wanneer gekoppeld aan edelere metalen. Vermijd contact met roestvrij staal.

Over het geheel genomen heeft 7075 aluminium een bevredigende corrosieweerstand voor de meest voorkomende architectonische, maritieme en industriële toepassingen.

Toepassingen van 7075 aluminium

De unieke combinatie van hoge sterkte, lichtgewicht, weerstand tegen vermoeidheid en redelijke kosten maken 7075 aluminium geschikt voor verschillende veeleisende toepassingen:

Tafel 3. Toepassingen van 7075 aluminium

Lucht- en ruimtevaarttoepassingen nemen het grootste deel van het gebruik voor hun rekening vanwege strenge eisen op het gebied van sterkte en gewicht. Auto- en hoogwaardige maritieme componenten maken ook gebruik van 7075 aluminium extrusies en smeedstukken.

Soorten 7075 aluminiumpoeder

7075 aluminiumpoeder is verkrijgbaar in verschillende soorten, afhankelijk van het productieproces en de deeltjeseigenschappen:

Verstoven 7075 aluminiumpoeder

• Geproduceerd door gesmolten 7075-aluminiumlegering te vernevelen tot fijne druppeltjes die tot poeder stollen.
• Onregelmatig gevormde deeltjes met een brede grootteverdeling van 10 tot 180 micron.
• Gebruikt in de poedermetallurgieroute voor het maken van componenten door compacteren en sinteren.

Tabel 4. Specificaties van verstoven 7075 aluminiumpoeder

Gasverstoven 7075 Al-poeder

• Geproduceerd door verneveling van inert gas tot zeer fijne bolvormige deeltjes.
• Glad oppervlak, regelmatige vorm en smalle maatverdeling.
• Gebruikt in geavanceerde metaal-AM-processen zoals DMLS en SLM additive manufacturing.

Tabel 5. Specificaties van gasverneveld 7075 aluminiumpoeder

Gemalen 7075 aluminiumvlokken

• Onregelmatige, vlokachtige deeltjes geproduceerd door het malen van 7075 aluminiumpoeder als grondstof.
• Schilferige deeltjes met een groot oppervlak die worden gebruikt in coatings en primers.
• Wordt ook gebruikt als brandstofadditief, in explosieven en pyrotechniek.

Tabel 6. Specificaties van gemalen 7075 aluminiumvlokken

Verwerking van 7075 aluminiumpoeder

7075 aluminiumpoeder kan worden verwerkt tot afgewerkte componenten met behulp van methoden zoals poedermetallurgiepers en sinterroute, evenals additieve productietechnieken:

Poedermetallurgieverwerking

Typische stappen zijn onder meer:

• Verdichting – Koud persen gevolgd door isostatisch persen om groene compacte onderdelen te vormen met een theoretische dichtheid van 65-90%.
• Sinteren – Vacuüm sinteren bij 600-650°C gedurende 1-3 uur om gesloten porositeit en 95%-dichtheid te bereiken.
• Infiltratie – Gesmolten aluminium geïnfiltreerd onder druk om de dichtheid te verhogen tot 99% of hoger.
• Hittebehandeling – Warmtebehandeling gevolgd door afschrikken en veroudering om de vereiste eigenschappen te bereiken.

De poedermetallurgieroute kan complexe netvormcomponenten produceren met nauwe toleranties, waardoor verspillende bewerkingen worden vermeden.

Additieve productie

7075 aluminiumpoeder wordt verwerkt tot componenten met volledige dichtheid met behulp van poederbedfusietechnieken zoals:

• Direct metaallasersinteren (DMLS) – Maakt gebruik van gerichte laserstraal om poederlagen selectief te smelten op basis van een CAD-model.
• Selectief lasersmelten (SLM) – Volledig smelten bereikt, wat leidt tot volledig dichte componenten met fijne microstructuur.
• Elektronenbundelsmelten (EBM) – Snellere bouwsnelheden, maar alleen gedaan onder vacuüm.

AM maakt de fabricage mogelijk van ingewikkelde, lichtgewicht geometrieën met superieure mechanische eigenschappen en materiaalgebruik.

Levering en prijsstelling van 7075 aluminiumpoeder

Enkele van de belangrijkste wereldwijde leveranciers van 7075 aluminiumpoeder zijn onder meer:

Tabel 7. 7075 Leveranciers en prijzen van aluminiumpoeder

• Atomized 7075 is de goedkoopste kwaliteit voor pers- en sintertoepassingen.
• Gasverstoven poeder voor AM is duurder vanwege de bolvormigheid en de groottecontrole.
• Minimale bestelvolumes kunnen variëren van 25 kg tot 500 kg, afhankelijk van de leverancier.
• Aangepaste deeltjesgrootteverdelingen en nauwkeurige groottecontrole vereisen premiumprijzen.
• Prijzen zijn afhankelijk van zuiverheid, productiemethode, maatbereik en aankoopvolume.

Vergelijking met andere aluminiumlegeringen

7075 aluminium wordt hieronder vergeleken met enkele andere populaire aluminiumlegeringen uit de 7xxx- en 2xxx-serie:

Tabel 8. Vergelijking van 7075 aluminium met andere legeringen

• 7075 heeft de beste combinatie van sterkte, taaiheid, lasbaarheid en kosten.
• 2024 is goedkoper, maar heeft een inferieure sterkte en breuktaaiheid.
• 7178 is het sterkst, maar erg duur en slecht taai.
• 6061 heeft een goede corrosieweerstand en lasbaarheid, maar een lagere sterkte.
• 7050 is iets sterker dan 7075, maar heeft een lagere vermoeiingssterkte en taaiheid.

Voor de meeste lucht- en ruimtevaart- en defensietoepassingen met hoge sterkte biedt 7075 de beste balans tussen eigenschappen en kosten. De automobiel- en algemene techniek geven ook de voorkeur aan 7075 vanwege de gemakkelijke beschikbaarheid, bewerkbaarheid en anodisatiereactie.

Beperkingen en nadelen

Ondanks zijn sterke punten heeft 7075 aluminium ook bepaalde beperkingen:

• Gevoeliger voor spanningscorrosie dan sommige andere aluminiumlegeringen.
• Lagere breuktaaiheid dan 2xxx-legeringen zoals 2024 en 2024.
• Minder corrosiebestendig dan 5xxx legeringen van maritieme kwaliteit.
• Moeilijker te lassen dan aluminiumlegeringen uit de 4xxx-, 5xxx- en 6xxx-serie.
• Niet geschikt voor toepassingen bij hoge temperaturen boven 250°C.
• Aanzienlijk duurder dan legeringen zoals 6061 en 5052 aluminium.
• Vereist warmtebehandeling om optimale eigenschappen te bereiken.

7075 Aluminiumpoeder – Veelgestelde vragen

V. Hoe verhoudt 7075 aluminium zich tot 2024 aluminium?

A. 7075 heeft een hogere sterkte, hardheid, vermoeiingssterkte en betere weerstand tegen spanningscorrosie dan 2024 aluminium. Het heeft een lagere breuktaaiheid en vervormbaarheid. 7075 bevat ook grotere hoeveelheden legeringselementen, waardoor het 30-40% hogere kosten heeft dan 2024 aluminium.

V. Is de temperatuur van de 7075-T6 en 7075-T651 hetzelfde?

A. Nee. T6 verwijst naar piekveroudering die maximale sterkte geeft. T651 is iets minder verouderd, wat een betere taaiheid biedt bij een iets lagere sterkte dan T6.

V. Wat zijn de inhoud van zink, magnesium en koper in 7075 aluminium?

A. De typische samenstelling is – zink 5,1-6,1%, magnesium 2,1-2,9%, koper 1,2-2,0%. De rest is aluminium en andere kleine legeringselementen zoals chroom, silicium enz.

V. Kan 7075 aluminium worden geanodiseerd?

A. Ja, 7075 aluminium kan worden geanodiseerd om een oxidecoating te produceren die de corrosie- en slijtvastheid verbetert. Hard anodiseren geeft een laagdikte tot 75 micron, terwijl regulier anodiseren tot 25 micron oplevert.

V. Wat is de hardheid van 7075-T6 aluminium?

A. 7075-T6 aluminium heeft een Brinell-hardheidswaarde in het bereik van 150-190. De overeenkomstige Rockwell-hardheid is Rockwell B 95-105.

V. Wordt 7075 aluminium in vliegtuigen gebruikt?

A. Ja, 7075 aluminium wordt veelvuldig gebruikt in structurele onderdelen van vliegtuigen, zoals romphuiden, vleugels, ribben en schotten. De hoge sterkte-gewichtsverhouding is van cruciaal belang voor het verminderen van het vliegtuiggewicht.

V. Wat is het verschil tussen 7075 en 7050 aluminiumlegeringen?

A. Het belangrijkste verschil is dat 7075 een iets hogere sterkte heeft, terwijl 7050 een iets betere weerstand tegen spanningscorrosie heeft. 7075 heeft ook een betere vermoeidheidssterkte. Over het geheel genomen biedt 7075 een betere combinatie van eigenschappen voor de meeste toepassingen.

V. Hoe moet 7075 aluminiumpoeder worden bewaard?

A. 7075 aluminiumpoeder moet worden bewaard in afgesloten containers in een koele, droge omgeving. Blootstelling aan vocht kan leiden tot oxidatie, terwijl extreme temperaturen de poedereigenschappen en vloeibaarheid kunnen beïnvloeden. Houdbaarheid is maximaal 1-2 jaar onder ideale bewaaromstandigheden.

Conclusie

7075 aluminiumpoeder is een lichtgewicht en duurzame aluminiumlegering met uitstekende sterkte-eigenschappen, waardoor het geschikt is voor veeleisende toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, vliegtuigen, defensie en hoogwaardige auto's. De goede bewerkbaarheid, lasbaarheid en corrosieweerstand maken het gebruik ervan ook in algemene technische toepassingen mogelijk. Een zorgvuldige afweging van de sterke punten en beperkingen ervan in vergelijking met andere aluminiumlegeringen kan helpen bij het identificeren van de beste pasvorm voor specifieke ontwerpvereisten.