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:

• 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

• 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

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

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

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

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

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

• 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

• 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.