Алюминиевая пудра 7075: Исчерпывающее руководство

Обзор алюминиевой пудры 7075

Алюминиевый порошок 7075 - это очень прочный алюминиевый сплав, изготовленный из алюминия, цинка, магния, меди и небольшого количества кремния, железа, марганца, хрома и титана. Он широко используется в областях, требующих высокого соотношения прочности и веса и хорошей усталостной прочности, например, в аэрокосмической и авиационной промышленности.

Алюминиевый порошок 7075 обладает отличными прочностными характеристиками, хорошей усталостной прочностью, средней обрабатываемостью и поддается термообработке. Он может быть обработан путем экструзии, ковки или прокатки и доступен в различных формах, таких как порошок, лист, пластина, пруток и экструзия.

Некоторые ключевые свойства и характеристики алюминиевой пудры 7075:

• Высокая прочность и твердость - предел прочности на разрыв составляет 510-570 МПа, твердость по Бринеллю - 150-190.
• Хорошая усталостная прочность - примерно на 30-40% лучше, чем у других алюминиевых сплавов серии 7xxx, таких как 7050.
• Легкий вес - плотность 2,81 г/см3, что делает его легче стальных сплавов.
• Поддается термической обработке - может быть упрочнен с помощью таких процессов термической обработки, как термообработка в растворе, закалка и искусственное старение.
• Хорошая прочность - удлинение 11% в сечении 50 мм.
• Хорошая стабильность размеров - не подвержена проблемам деформационного упрочнения.
• Коррозионная стойкость - противостоит коррозии отшелушивания благодаря добавлению хрома.
• Свариваемость - Можно сваривать с помощью газовой дуговой сварки вольфрамовым электродом и газовой дуговой сварки металлическим электродом.
• Проводимость - теплопроводность составляет 130 Вт/м-К, а электропроводность - 43% IACS.

Состав алюминия 7075

Алюминий 7075 относится к серии 7xxx или Al-Zn-Mg-Cu высокопрочных алюминиевых сплавов. Типичный состав показан ниже:

Элемент	Zn	Mg	Cu	Fe	Si	Mn	Cr	Ti	Al
Вес %	5.1-6.1	2.1-2.9	1.2-2.0	Максимум 0,5	Максимум 0,4	Максимум 0,3	0.18-0.28	Максимум 0,2	Баланс

• Цинк является основным легирующим элементом, который обеспечивает прочность за счет закалки осадком. Mg и Cu также способствуют закалке осаждением.
• Хром повышает устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением.
• В качестве примесей присутствуют железо, кремний, марганец и титан.

Сочетание цинка, магния и меди придает 7075 высокую прочность при сохранении достаточной формуемости, свариваемости, обрабатываемости и коррозионной стойкости.

Механические свойства алюминия 7075

Алюминиевый порошок 7075 обладает отличными прочностными характеристиками в сочетании с хорошей вязкостью разрушения. Механические свойства в отожженном состоянии и при различных видах термообработки приведены ниже:

Таблица 1. Механические свойства алюминия 7075

Темпер	Предел текучести (МПа)	Прочность на разрыв (МПа)	Удлинение (%)
O	103	241	17
T6	503	572	11
T651	469	524	12
T7351	503	572	8
T736	455	496	10

• В отожженном состоянии при отпуске O удлинение высокое, а прочность низкая.
• В пиковом возрасте при отпуске T6 предел текучести достигает 503 МПа, предел прочности при растяжении - 572 МПа, а удлинение составляет 11%.
• Перестаренная закалка T7351 также обладает высокой прочностью при сниженной пластичности.
• Невыдержанные темперы, такие как T651 и T736, обеспечивают хороший баланс прочности и пластичности.

Алюминий 7075 обладает превосходной усталостной прочностью, практически сравнимой со сталями. Он обладает хорошей вязкостью разрушения 33 МПа√м в закалке T6. Он также демонстрирует хорошее сопротивление росту трещин.

Физические свойства

Алюминиевый порошок 7075 обладает низкой плотностью, высокой тепло- и электропроводностью и хорошей коррозионной стойкостью. Его плотность составляет 2,81 г/см3, что почти на треть меньше, чем у стальных сплавов.

Таблица 2. Физические свойства алюминия 7075

Недвижимость	Значение
Плотность	2,81 г/см3
Температура плавления	475°C
Теплопроводность	130 Вт/м-К
Электропроводность	43% IACS
Модуль упругости	71,7 ГПа
Коэффициент Пуассона	0.33
Тепловое расширение	23,6 x 10-6/K

Теплопроводность намного выше, чем у полимеров, но ниже, чем у чистого алюминия и меди. Скорость теплового расширения на 50% выше, чем у низкоуглеродистой стали.

Характеристики обработки

Алюминий 7075 имеет средний рейтинг обрабатываемости 65% по сравнению с легкостью обработки латуни.

• Токарная обработка - рекомендуется использовать твердосплавные режущие инструменты. Предпочтительны высокие скорости резания и низкие скорости подачи.
• Фрезерование - следует использовать твердосплавные концевые фрезы с большим углом спирали. Фрезерование с подъемом дает лучшее качество обработки.
• Сверление - подходят спиральные сверла из быстрорежущей стали или твердого сплава. Контроль стружки очень важен.
• Шлифование - эффективны круги на резино-идной связке, устойчивые к нагрузкам. Используйте обильную охлаждающую жидкость.
• Пиление - низкая скорость подачи с мелкозубыми дисками обеспечивает гладкую поверхность. Воздушные или туманные системы помогают контролировать стружку.

Добавление серы для улучшения разрушения стружки может еще больше повысить обрабатываемость. Используйте жесткие установки и острые инструменты, чтобы избежать закалки.

Свариваемость

Алюминиевый сплав 7075 обладает достаточно хорошей свариваемостью при соблюдении правильной техники.

• Обычно используется газовая дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW). Алюминиевый присадочный сплав 4043 дает самые прочные сварные швы.
• Можно также использовать газовую дуговую сварку (GMAW), но при этом следует минимизировать тепловыделение для уменьшения горячего растрескивания.
• Точечная сварка сопротивлением с использованием электродов с усеченным конусом работает очень хорошо. Места сварки должны быть тщательно зачищены.
• Сварка трением с перемешиванием позволяет получать высококачественные сварные швы в твердом состоянии при любой температуре алюминия 7075.
• Зона термического влияния будет мягче, чем основной металл. Обработка раствором и старение восстанавливают свойства.

Коррозионная стойкость

Алюминиевый порошок 7075 обеспечивает хорошую устойчивость к общей коррозии в атмосфере и пресной воде.

• Тонкая поверхностная оксидная пленка обеспечивает эффективный барьер для коррозии в нейтральных растворах.
• Такие легирующие элементы, как цинк, магний, медь и хром, обеспечивают устойчивость к коррозии.
• Добавление хрома предотвращает подверженность межкристаллитной и отшелушивающей коррозии.
• Плохая устойчивость к щелочным растворам, но может быть улучшена анодированием.
• Чувствителен к коррозионному растрескиванию под напряжением в некоторых средах при высоких нагрузках.
• Подвержен гальванической коррозии при соединении с более благородными металлами. Избегайте контакта с нержавеющей сталью.

В целом, алюминий 7075 обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью для большинства распространенных архитектурных, морских и промышленных применений.

Применение алюминия 7075

Уникальное сочетание высокой прочности, малого веса, усталостной прочности и разумной стоимости делает алюминий 7075 подходящим для различных ответственных применений:

Таблица 3. Применение алюминия 7075

Промышленность	Приложения
Аэрокосмическая промышленность	Конструктивные элементы самолетов, такие как крылья, фюзеляжи, переборки, рамы, крепежные детали
	Корпуса ракет и реактивных снарядов, пусковые трубы, крепеж, кронштейны
	Спутниковые антенны и конструкции
Автомобильная промышленность	Шасси, тяги, карданные передачи, валы, клапаны, фитинги
Морской	Мачты, несущие конструкции антенн
	Корпуса лодок, трапы, надстройки, гребные винты
Оборона	Корпуса бронетранспортеров, кожухи, системы траления мин
	Орудийные установки, ракетные установки, гильзы
Общее машиностроение	Зажимы, приспособления, манипуляторы роботов, клапаны, шестерни, валы
	Корпуса двигателей, муфты, гильзы цилиндров, выдувные формы

Благодаря строгим требованиям к прочности и весу большая часть продукции используется в аэрокосмической отрасли. Автомобильные и высокопроизводительные морские компоненты также используют алюминиевые экструзии и поковки 7075.

Виды алюминиевой пудры 7075

Алюминиевый порошок 7075 выпускается в различных видах в зависимости от производственного процесса и характеристик частиц:

Атомизированный алюминиевый порошок 7075

• Производится путем распыления расплавленного алюминиевого сплава 7075 на мелкие капли, которые застывают в порошок.
• Частицы неправильной формы с широким распределением по размерам от 10 до 180 микрон.
• Используется в порошковой металлургии для изготовления деталей путем прессования и спекания.

Таблица 4. Технические характеристики распыленного алюминиевого порошка 7075

Недвижимость	Значение
Форма частиц	Неправильная, сфероидальная
Размер частиц (микроны)	10 – 180
Кажущаяся плотность (г/куб. см)	~ 2.7
Реальная плотность (г/куб. см)	2.8
Скорость потока (с/50 г)	~ 28

Порошок 7075 Al с газовым распылением

• Производится путем распыления инертного газа на очень мелкие сферические частицы.
• Гладкая поверхность, правильная форма и узкое распределение по размерам.
• Используется в передовых процессах AM-производства металлов, таких как аддитивное производство DMLS и SLM.

Таблица 5. Технические характеристики распыляемого газом алюминиевого порошка 7075

Недвижимость	Значение
Форма частиц	Сферическая
Размер частиц (микроны)	15 – 45
Кажущаяся плотность (г/куб. см)	~ 2
Реальная плотность (г/куб. см)	2.8
Скорость потока (с/50 г)	~ 25

Фрезерованные алюминиевые чешуйки 7075

• Нерегулярные хлопьевидные частицы, полученные при измельчении алюминиевой пудры 7075.
• Чешуйчатые частицы с высокой площадью поверхности, используемые в покрытиях и грунтовках.
• Также используется в качестве топливных добавок, во взрывчатых веществах и пиротехнике.

Таблица 6. Технические характеристики фрезерованных алюминиевых хлопьев 7075

Недвижимость	Значение
Форма частиц	Хлопья
Соотношение сторон	~ 10:1
Толщина (микрон)	0.5 - 4
Кажущаяся плотность (г/куб. см)	0.25 - 1
Реальная плотность (г/куб. см)	2.8

Обработка алюминиевой пудры 7075

Алюминиевый порошок 7075 может быть переработан в готовые компоненты с помощью таких методов, как прессование и спекание с использованием порошковой металлургии, а также с помощью технологий аддитивного производства:

Обработка порошковой металлургии

Типичные этапы включают:

• Уплотнение - Холодное прессование с последующим изостатическим прессованием для получения зеленых компактных деталей с теоретической плотностью 65-90%.
• Агломерация - Вакуумное спекание при 600-650°C в течение 1-3 часов для достижения закрытой пористости и плотности 95%.
• Инфильтрация - Расплавленный алюминий инфильтруется под давлением для повышения плотности до 99% или выше.
• Термическая обработка - Термическая обработка раствором с последующей закалкой и старением для достижения требуемых свойств.

Методом порошковой металлургии можно изготавливать детали сложной формы с точными допусками, избегая нерациональной механической обработки.

Аддитивное производство

Алюминиевый порошок 7075 перерабатывается в детали полной плотности с помощью таких технологий порошкового наплавления, как:

• Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) - Использует сфокусированный лазерный луч для выборочного сплавления слоев порошка на основе CAD-модели.
• Селективное лазерное плавление (SLM) - Полное плавление приводит к получению полностью плотных компонентов с тонкой микроструктурой.
• Электронно-лучевое плавление (ЭЛП) - Более быстрая скорость наращивания, но только в вакууме.

AM позволяет изготавливать сложные, легкие геометрии с превосходными механическими свойствами и использованием материалов.

Поставка и ценообразование алюминиевой пудры 7075

Среди основных мировых поставщиков алюминиевой пудры 7075 можно назвать следующих:

Таблица 7. 7075 Алюминиевый порошок поставщики и цены

Поставщик	Классы	Размер частиц	Диапазон цен
Алкоа	7075, Z7075	10-180 мкм	$10-15/фунт
Valimet	7075	15-63 мкм	$13-17/фунт
	45-105 мкм	$11-14/фунт
TLS Technik	7075	20-90 мкм	$15-22/фунт
Sandvik	7075	15-45 мкм	$18-25/фунт
Технология LPW	7075	15-45 мкм	$22-30/фунт
AP&C	7075, 7075-O	5-50 мкм	$25-40/фунт

• Атомизированный 7075 - самый недорогой сорт для прессования и спекания.
• Порошок, распыляемый газом, для AM стоит дороже из-за контроля сферичности и размера.
• Минимальный объем заказа может составлять от 25 кг до 500 кг в зависимости от поставщика.
• Нестандартное распределение частиц по размерам и тщательный контроль размера требуют премиальных цен.
• Цены зависят от чистоты, способа производства, размерного ряда и объема закупки.

Сравнение с другими алюминиевыми сплавами

Ниже приводится сравнение алюминия 7075 с некоторыми другими популярными алюминиевыми сплавами серий 7xxx и 2xxx:

Таблица 8. Сравнение алюминия 7075 с другими сплавами

Сплав	Предел текучести (МПа)	Усталостная прочность (МПа)	Вязкость разрушения (МПа√м)	Коррозионная стойкость	Свариваемость	Стоимость
2024 Ал	440	159	29	Среднее	Ярмарка	Низкий
6061 Al	290	115	15	Хороший	Отличный	Низкий
7050 Al	455	165	25	Среднее	Ярмарка	Высокая
7075 Al	470	208	33	Среднее	Хороший	Умеренный
7178 Эл	490	170	20	Среднее	Ярмарка	Очень высокий

• 7075 обладает наилучшим сочетанием прочности, вязкости, свариваемости и стоимости.
• 2024 дешевле, но уступает по прочности и вязкости разрушения.
• 7178 - самый прочный, но очень дорогой и плохой по прочности.
• 6061 обладает хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью, но меньшей прочностью.
• 7050 немного прочнее 7075, но обладает меньшей усталостной прочностью и вязкостью.

Для большинства высокопрочных аэрокосмических и оборонных применений 7075 предлагает наилучший баланс свойств и стоимости. Автомобилестроение и общее машиностроение также предпочитают 7075 за его легкодоступность, обрабатываемость и способность к анодированию.

Ограничения и недостатки

Несмотря на свои достоинства, алюминий 7075 имеет и определенные ограничения:

• Более подвержен коррозии под напряжением, чем некоторые другие алюминиевые сплавы.
• Более низкая вязкость разрушения по сравнению со сплавами 2ххх, такими как 2024 и 2024.
• Менее устойчивы к коррозии, чем морские сплавы класса 5xxx.
• Сваривается труднее, чем алюминиевые сплавы серий 4xxx, 5xxx и 6xxx.
• Не подходит для применения при высоких температурах свыше 250°C.
• Значительно дороже таких сплавов, как алюминий 6061 и 5052.
• Требуется термическая обработка для достижения оптимальных свойств.

Алюминиевая пудра 7075 - Вопросы и ответы

Q. Чем отличается алюминий 7075 от алюминия 2024?

A. 7075 обладает более высокой прочностью, твердостью, усталостной прочностью и лучшей коррозионной стойкостью под напряжением, чем алюминий 2024. Вязкость разрушения и формуемость у него ниже. 7075 также содержит большее количество легирующих элементов, что делает его на 30-40% дороже, чем алюминий 2024.

Q. Являются ли 7075-T6 и 7075-T651 одинаковыми?

A. Нет. T6 относится к закалке с максимальным старением, которая обеспечивает максимальную прочность. T651 - это слегка недодержанный отпуск, который обеспечивает лучшую вязкость при немного меньшей прочности, чем T6.

Q. Каково содержание цинка, магния и меди в алюминии 7075?

A. Типичный состав - цинк 5,1-6,1%, магний 2,1-2,9%, медь 1,2-2,0%. Остальное - алюминий и другие незначительные легирующие элементы, такие как хром, кремний и т.д.

Q. Можно ли анодировать алюминий 7075?

A. Да, алюминий 7075 может быть анодирован для получения оксидного покрытия, которое повышает коррозионную и износостойкость. Твердое анодирование дает толщину покрытия до 75 микрон, в то время как обычное анодирование - до 25 микрон.

Q. Какова твердость алюминия 7075-T6?

A. Алюминий 7075-T6 имеет значение твердости по Бринеллю в диапазоне 150-190. Соответствующая твердость по Роквеллу - Rockwell B 95-105.

Q. Используется ли алюминий 7075 в авиации?

A. Да, алюминий 7075 широко используется в конструктивных деталях самолетов, таких как обшивка фюзеляжа, крыльев, ребер и переборок. Его высокое соотношение прочности и веса имеет решающее значение для снижения веса самолета.

Q. В чем разница между алюминиевыми сплавами 7075 и 7050?

A. Основное различие заключается в том, что 7075 имеет немного более высокую прочность, в то время как 7050 имеет немного лучшую коррозионную стойкость под напряжением. 7075 также обладает лучшей усталостной прочностью. В целом, 7075 предлагает лучшее сочетание свойств для большинства применений.

Q. Как следует хранить алюминиевую пудру 7075?

A. Алюминиевый порошок 7075 следует хранить в герметичных контейнерах в сухом прохладном месте. Воздействие влаги может привести к окислению, а перепады температуры могут повлиять на свойства и текучесть порошка. Срок годности составляет до 1-2 лет при идеальных условиях хранения.

Заключение

Алюминиевый порошок 7075 - это легкий и прочный алюминиевый сплав с отличными прочностными характеристиками, что делает его пригодным для применения в аэрокосмической, авиационной, оборонной промышленности и высокопроизводительных автомобилях. Хорошая обрабатываемость, свариваемость и коррозионная стойкость позволяют использовать его и в общем машиностроении. Тщательное изучение его сильных сторон и ограничений по сравнению с другими алюминиевыми сплавами может помочь определить наилучший вариант для конкретных требований к конструкции.