Proszek aluminiowy 7075: Kompleksowy przewodnik

Przegląd proszku aluminiowego 7075

Proszek aluminiowy 7075 to bardzo wytrzymały stop aluminium wykonany z aluminium, cynku, magnezu, miedzi i niewielkich ilości krzemu, żelaza, manganu, chromu i tytanu. Jest szeroko stosowany w aplikacjach wymagających wysokiego stosunku wytrzymałości do masy i dobrej wytrzymałości zmęczeniowej, takich jak komponenty lotnicze i kosmiczne.

Proszek aluminiowy 7075 ma doskonałe właściwości wytrzymałościowe, dobrą odporność na zmęczenie, średnią obrabialność i jest podatny na obróbkę cieplną. Może być przetwarzany poprzez wytłaczanie, kucie lub walcowanie i jest dostępny w różnych formach, takich jak proszek, blacha, płyta, pręty i wytłoczki.

Niektóre kluczowe właściwości i cechy proszku aluminiowego 7075:

• Wysoka wytrzymałość i twardość - wytrzymałość na rozciąganie 510-570 MPa i twardość Brinella 150-190.
• Dobra wytrzymałość zmęczeniowa - Około 30-40% lepsza wytrzymałość zmęczeniowa niż w przypadku innych stopów aluminium serii 7xxx, takich jak 7050.
• Lekkość - Gęstość wynosi 2,81 g/cm3, co czyni go lżejszym od stopów stali.
• Podatność na obróbkę cieplną - Może być wzmacniana w procesach obróbki cieplnej, takich jak obróbka cieplna w roztworze, hartowanie i sztuczne starzenie.
• Dobra wytrzymałość - wydłużenie 11% w przekroju 50 mm.
• Dobra stabilność wymiarowa - nie ulega odkształceniom.
• Odporność na korozję - Odporność na korozję złuszczeniową dzięki dodatkowi chromu.
• Spawalność - może być spawana przy użyciu spawania łukowego wolframowo-gazowego i spawania łukowego gaz-metal.
• Przewodność - Przewodność cieplna wynosi 130 W/m-K, a przewodność elektryczna 43% IACS.

Skład aluminium 7075

Aluminium 7075 należy do serii 7xxx lub serii Al-Zn-Mg-Cu stopów aluminium o wysokiej wytrzymałości. Typowy skład przedstawiono poniżej:

• Cynk jest podstawowym pierwiastkiem stopowym, który zapewnia wytrzymałość poprzez utwardzanie wydzieleniowe. Mg i Cu również pomagają w utwardzaniu wydzieleniowym.
• Chrom poprawia odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe.
• Żelazo, krzem, mangan i tytan są obecne jako zanieczyszczenia.

Połączenie cynku, magnezu i miedzi sprawia, że stal 7075 jest bardzo wytrzymała, zachowując przy tym odpowiednią formowalność, spawalność, obrabialność i odporność na korozję.

Właściwości mechaniczne aluminium 7075

Proszek aluminiowy 7075 posiada doskonałe właściwości wytrzymałościowe w połączeniu z dobrą odpornością na pękanie. Właściwości mechaniczne w stanie wyżarzonym i w różnych temperaturach obróbki cieplnej podano poniżej:

Tabela 1. Właściwości mechaniczne aluminium 7075

• W stanie wyżarzonym O wydłużenie jest wysokie, a wytrzymałość niska.
• W szczytowym okresie starzenia w stanie T6 granica plastyczności osiąga 503 MPa, a wytrzymałość na rozciąganie 572 MPa, podczas gdy wydłużenie wynosi 11%.
• Przeterminowana stal T7351 ma również wysoką wytrzymałość przy zmniejszonej ciągliwości.
• Niedopracowane temperamenty, takie jak T651 i T736, oferują dobrą równowagę między wytrzymałością i formowalnością.

Aluminium 7075 ma doskonałą odporność zmęczeniową, niemal porównywalną ze stalą. Ma dobrą odporność na pękanie wynoszącą 33 MPa√m w stanie T6. Wykazuje również dobrą odporność na wzrost pęknięć.

Właściwości fizyczne

Proszek aluminiowy 7075 charakteryzuje się niską gęstością, wysoką przewodnością cieplną i elektryczną oraz dobrą odpornością na korozję. Jego gęstość wynosi 2,81 g/cm3, czyli prawie jedną trzecią gęstości stopów stali.

Tabela 2. Właściwości fizyczne aluminium 7075

Przewodność cieplna jest znacznie wyższa niż polimerów, ale niższa niż czystego aluminium i miedzi. Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest o 50% wyższy niż w przypadku stali miękkiej.

Charakterystyka obróbki

Aluminium 7075 ma średnią skrawalność 65% w porównaniu do łatwości obróbki mosiądzu.

• Toczenie - Zalecane są narzędzia skrawające z węglików spiekanych. Preferowane są wysokie prędkości skrawania i niskie prędkości posuwu.
• Frezowanie - Należy stosować frezy z węglików spiekanych o dużym kącie pochylenia linii śrubowej. Frezowanie pod kątem daje lepsze wykończenie.
• Wiercenie - Odpowiednie są wiertła kręte wykonane ze stali szybkotnącej lub węglików spiekanych. Ważna jest kontrola wiórów.
• Szlifowanie - skuteczne są ściernice o spoiwie żywicznym, które są odporne na obciążenia. Należy używać dużej ilości chłodziwa.
• Piłowanie - Niskie prędkości posuwu z ostrzami o drobnych zębach zapewniają gładkie wykończenie. Systemy powietrza lub mgły wspomagają kontrolę wiórów.

Dodanie siarki w celu poprawy łamania wiórów może jeszcze bardziej zwiększyć obrabialność. Należy używać sztywnych ustawień i ostrych narzędzi, aby uniknąć utwardzania podczas pracy.

Spawalność

Stop aluminium 7075 charakteryzuje się dość dobrą spawalnością przy zastosowaniu odpowiednich technik.

• Powszechnie stosowane jest spawanie łukiem wolframowym (GTAW). Stop aluminium 4043 zapewnia najmocniejsze spoiny.
• Można również zastosować spawanie łukowe gazowo-metalowe (GMAW), ale należy zminimalizować dopływ ciepła, aby ograniczyć pękanie na gorąco.
• Bardzo dobrze sprawdza się punktowe zgrzewanie oporowe elektrodami ze ściętym stożkiem. Miejsca zgrzewania powinny być dokładnie oczyszczone.
• Spawanie tarciowe z przemieszaniem może wytwarzać wysokiej jakości spoiny półprzewodnikowe we wszystkich temperaturach aluminium 7075.
• Strefa wpływu ciepła będzie bardziej miękka niż metal podstawowy. Obróbka roztworu i starzenie przywracają właściwości.

Odporność na korozję

Proszek aluminiowy 7075 zapewnia dobrą odporność na ogólną korozję w atmosferze i słodkiej wodzie.

• Cienka warstwa tlenku na powierzchni zapewnia skuteczną barierę dla korozji w neutralnych roztworach.
• Elementy stopowe, takie jak cynk, magnez, miedź i chrom, zapewniają odporność na korozję.
• Dodatek chromu zapobiega podatności na korozję międzykrystaliczną i złuszczanie.
• Słaba odporność na roztwory alkaliczne, ale można ją poprawić przez anodowanie.
• Wrażliwy na pękanie korozyjne naprężeniowe w niektórych środowiskach, gdy jest mocno obciążony.
• Podatny na korozję galwaniczną w połączeniu z metalami szlachetnymi. Unikać kontaktu ze stalą nierdzewną.

Ogólnie rzecz biorąc, aluminium 7075 ma zadowalającą odporność na korozję w większości typowych zastosowań architektonicznych, morskich i przemysłowych.

Zastosowania aluminium 7075

Unikalne połączenie wysokiej wytrzymałości, niewielkiej wagi, odporności na zmęczenie i rozsądnej ceny sprawia, że aluminium 7075 nadaje się do różnych wymagających zastosowań:

Tabela 3. Zastosowania aluminium 7075

Aplikacje lotnicze i kosmiczne stanowią większość zastosowań ze względu na surowe wymagania dotyczące wytrzymałości i wagi. Części samochodowe i morskie o wysokiej wydajności również wykorzystują wytłoczki i odkuwki z aluminium 7075.

Rodzaje proszku aluminiowego 7075

Proszek aluminiowy 7075 jest dostępny w różnych rodzajach w zależności od procesu produkcji i charakterystyki cząstek:

Atomizowany proszek aluminiowy 7075

• Wytwarzany przez rozpylanie stopionego stopu aluminium 7075 na drobne kropelki, które zestalają się w proszek.
• Cząstki o nieregularnym kształcie i szerokim rozkładzie wielkości od 10 do 180 mikronów.
• Stosowany w metalurgii proszków do wytwarzania komponentów poprzez zagęszczanie i spiekanie.

Tabela 4. Specyfikacja rozpylonego proszku aluminiowego 7075

Proszek 7075 Al rozpylany gazowo

• Wytwarzany przez atomizację gazu obojętnego do bardzo drobnych cząstek sferycznych.
• Gładka powierzchnia, regularny kształt i wąski rozkład wielkości.
• Używany w zaawansowanych procesach obróbki metali, takich jak DMLS i SLM.

Tabela 5. Specyfikacje rozpylanego gazowo proszku aluminiowego 7075

Frezowane płatki aluminium 7075

• Nieregularne cząstki przypominające płatki wytwarzane przez mielenie proszku aluminiowego 7075.
• Cząstki o dużej powierzchni stosowane w powłokach i podkładach.
• Stosowane również jako dodatki do paliw, w materiałach wybuchowych i pirotechnicznych.

Tabela 6. Specyfikacje frezowanych płatków aluminium 7075

Przetwarzanie proszku aluminiowego 7075

Proszek aluminiowy 7075 może być przetwarzany na gotowe komponenty przy użyciu metod takich jak metalurgia proszków, metoda prasowania i spiekania, a także techniki produkcji addytywnej:

Przetwarzanie metalurgii proszków

Typowe kroki obejmują:

• Zagęszczanie - Prasowanie na zimno, a następnie prasowanie izostatyczne w celu utworzenia zielonych zwartych części o gęstości teoretycznej 65-90%.
• Spiekanie - Spiekanie próżniowe w temperaturze 600-650°C przez 1-3 godziny w celu uzyskania zamkniętej porowatości i gęstości 95%.
• Infiltracja - Stopione aluminium infiltrowane pod ciśnieniem w celu zwiększenia gęstości do 99% lub wyższej.
• Obróbka cieplna - Obróbka cieplna w roztworze, a następnie hartowanie i starzenie w celu uzyskania wymaganych właściwości.

Metoda metalurgii proszków umożliwia wytwarzanie komponentów o skomplikowanych kształtach z zachowaniem ścisłych tolerancji, co pozwala uniknąć niepotrzebnej obróbki skrawaniem.

Wytwarzanie przyrostowe

Proszek aluminiowy 7075 jest przetwarzany na komponenty o pełnej gęstości przy użyciu technik stapiania w złożu proszkowym, takich jak:

• Bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS) - Wykorzystuje skupioną wiązkę lasera do selektywnego łączenia warstw proszku w oparciu o model CAD.
• Selektywne topienie laserowe (SLM) - Osiągnięto pełne stopienie prowadzące do uzyskania w pełni gęstych komponentów o drobnej mikrostrukturze.
• Topienie wiązką elektronów (EBM) - Szybsze tempo budowy, ale tylko pod próżnią.

AM umożliwia wytwarzanie skomplikowanych, lekkich geometrii o doskonałych właściwościach mechanicznych i wykorzystaniu materiałów.

Dostawa i wycena proszku aluminiowego 7075

Niektórzy z głównych światowych dostawców proszku aluminiowego 7075 obejmują:

Tabela 7. Dostawcy i ceny proszku aluminiowego 7075

• Atomizowany 7075 to najtańszy gatunek do zastosowań w prasach i spiekach.
• Rozpylany gazowo proszek do AM jest droższy ze względu na kulistość i kontrolę rozmiaru.
• Minimalna wielkość zamówienia może wynosić od 25 kg do 500 kg w zależności od dostawcy.
• Niestandardowe rozkłady wielkości cząstek i ścisła kontrola wielkości wymagają wyższej ceny.
• Ceny zależą od czystości, metody produkcji, zakresu rozmiarów i wielkości zakupu.

Porównanie z innymi stopami aluminium

Poniżej porównano aluminium 7075 z innymi popularnymi stopami aluminium serii 7xxx i 2xxx:

Tabela 8. Porównanie aluminium 7075 z innymi stopami

• 7075 to najlepsze połączenie wytrzymałości, ciągliwości, spawalności i kosztów.
• Stal 2024 jest tańsza, ale ma gorszą wytrzymałość i odporność na pękanie.
• 7178 jest najmocniejszy, ale bardzo drogi i ma niską wytrzymałość.
• 6061 ma dobrą odporność na korozję i spawalność, ale niższą wytrzymałość.
• 7050 jest nieco mocniejszy niż 7075, ale ma niższą wytrzymałość zmęczeniową i ciągliwość.

W przypadku większości zastosowań lotniczych i obronnych o wysokiej wytrzymałości, stal 7075 oferuje najlepszą równowagę właściwości i kosztów. Przemysł motoryzacyjny i inżynieria ogólna również preferują 7075 ze względu na jego łatwą dostępność, obrabialność i odporność na anodowanie.

Ograniczenia i wady

Pomimo swoich mocnych stron, aluminium 7075 ma również pewne ograniczenia:

• Większa podatność na korozję naprężeniową niż w przypadku innych stopów aluminium.
• Niższa odporność na pękanie niż w przypadku stopów 2xxx, takich jak 2024 i 2024.
• Mniejsza odporność na korozję niż w przypadku stopów 5xxx klasy morskiej.
• Trudniejsze do spawania niż stopy aluminium serii 4xxx, 5xxx i 6xxx.
• Nie nadaje się do zastosowań wysokotemperaturowych powyżej 250°C.
• Znacznie droższe niż stopy takie jak aluminium 6061 i 5052.
• Wymaga obróbki cieplnej w celu uzyskania optymalnych właściwości.

Proszek aluminiowy 7075 - najczęściej zadawane pytania

Q. Jak wypada aluminium 7075 w porównaniu z aluminium 2024?

A. 7075 ma wyższą wytrzymałość, twardość, wytrzymałość zmęczeniową i lepszą odporność na korozję naprężeniową niż aluminium 2024. Ma niższą odporność na pękanie i odkształcalność. 7075 zawiera również większe ilości pierwiastków stopowych, co daje mu 30-40% wyższy koszt niż aluminium 2024.

Q. Czy temperatura 7075-T6 i 7075-T651 jest taka sama?

A. Nie. T6 odnosi się do stanu maksymalnego starzenia, który zapewnia maksymalną wytrzymałość. T651 jest lekko niedostarzony, co zapewnia lepszą wytrzymałość przy nieco niższej wytrzymałości niż T6.

Q. Jaka jest zawartość cynku, magnezu i miedzi w aluminium 7075?

A. Typowy skład to - cynk 5,1-6,1%, magnez 2,1-2,9%, miedź 1,2-2,0%. Pozostała część to aluminium i inne drobne pierwiastki stopowe, takie jak chrom, krzem itp.

Q. Czy aluminium 7075 może być anodowane?

A. Tak, aluminium 7075 może być anodowane w celu uzyskania powłoki tlenkowej, która zwiększa odporność na korozję i zużycie. Twarde anodowanie zapewnia grubość powłoki do 75 mikronów, podczas gdy zwykłe anodowanie daje do 25 mikronów.

Q. Jaka jest twardość aluminium 7075-T6?

A. Aluminium 7075-T6 ma twardość Brinella w zakresie 150-190. Odpowiadająca jej twardość Rockwella to Rockwell B 95-105.

Q. Czy aluminium 7075 jest używane w samolotach?

A. Tak, aluminium 7075 jest szeroko stosowane w częściach konstrukcyjnych samolotów, takich jak poszycie kadłuba, skrzydła, żebra i przegrody. Jego wysoki stosunek wytrzymałości do wagi ma kluczowe znaczenie dla zmniejszenia masy samolotu.

Q. Jaka jest różnica między stopami aluminium 7075 i 7050?

A. Główna różnica polega na tym, że 7075 ma nieco wyższą wytrzymałość, podczas gdy 7050 ma marginalnie lepszą odporność na korozję naprężeniową. 7075 ma również lepszą wytrzymałość zmęczeniową. Ogólnie rzecz biorąc, 7075 oferuje lepszą kombinację właściwości dla większości zastosowań.

Q. Jak należy przechowywać proszek aluminiowy 7075?

A. Proszek aluminiowy 7075 powinien być przechowywany w szczelnie zamkniętych pojemnikach w chłodnym i suchym otoczeniu. Narażenie na wilgoć może prowadzić do utleniania, podczas gdy ekstremalne temperatury mogą wpływać na właściwości proszku i płynność. Okres trwałości wynosi do 1-2 lat w idealnych warunkach przechowywania.

Wnioski

Proszek aluminiowy 7075 to lekki i wytrzymały stop aluminium o doskonałych właściwościach wytrzymałościowych, dzięki czemu nadaje się do wymagających zastosowań w przemyśle lotniczym, lotniczym, obronnym i samochodowym o wysokich osiągach. Jego dobra obrabialność, spawalność i odporność na korozję pozwalają również na wykorzystanie go w ogólnych zastosowaniach inżynieryjnych. Dokładne rozważenie jego mocnych stron i ograniczeń w porównaniu z innymi stopami aluminium może pomóc w określeniu najlepszego dopasowania do konkretnych wymagań projektowych.