7075 Aluminiumpulver: En omfattande guide

Översikt över 7075 aluminiumpulver

7075 aluminiumpulver är en mycket stark aluminiumlegering tillverkad av aluminium, zink, magnesium, koppar och små mängder kisel, järn, mangan, krom och titan. Den används ofta i applikationer som kräver hög styrka-till-vikt-förhållande och god utmattningshållfasthet som flyg- och flygkomponenter.

7075 aluminiumpulver har utmärkta hållfasthetsegenskaper, god utmattningshållfasthet, genomsnittlig bearbetbarhet och är värmebehandlingsbart. Det kan bearbetas genom strängpressning, smide eller valsning och finns i olika former som pulver, plåt, stänger och profiler.

Några viktiga egenskaper och kännetecken för 7075 aluminiumpulver:

• Hög hållfasthet och hårdhet – Har en brottgräns på 510-570 MPa och en Brinell-hårdhet på 150-190.
• God utmattningshållfasthet – Cirka 30-40% bättre utmattningshållfasthet än andra aluminiumlegeringar i 7xxx-serien, t.ex. 7050.
• Lättvikt – Densiteten är 2,81 g/cm3 vilket gör den lättare än stållegeringar.
• Värmebehandlingsbar – Kan förstärkas genom värmebehandlingsprocesser som lösningsvärmebehandling, kylning och artificiell åldring.
• God seghet – Töjning på 11% i 50 mm sektion.
• God dimensionsstabilitet – lider inte av problem med belastningshärdning.
• Korrosionsbeständig – Motstår exfolieringskorrosion tack vare tillsats av krom.
• Svetsbar – Kan svetsas med gasvolframbågsvetsning och gasmetallbågsvetsning.
• Ledande – Värmeledningsförmågan är 130 W/m-K och den elektriska ledningsförmågan är 43% IACS.

Sammansättning av 7075 aluminium

7075 aluminium hör till 7xxx-serien eller Al-Zn-Mg-Cu-serien av höghållfasta aluminiumlegeringar. Den typiska sammansättningen visas nedan:

Element	Zn	Mg	Cu	Fe	Si	Mn	Cr	Ti	Al
Vikt %	5.1-6.1	2.1-2.9	1.2-2.0	Max 0,5	Max 0,4	Max 0,3	0.18-0.28	Max 0,2	Balans

• Zink är det primära legeringselementet som ger styrka genom utskiljningshärdning. Mg och Cu hjälper också till med utskiljningshärdning.
• Krom förbättrar motståndskraften mot spänningskorrosion.
• Järn, kisel, mangan och titan förekommer som orenheter.

Kombinationen av zink, magnesium och koppar gör 7075 mycket starkt med bibehållen god formbarhet, svetsbarhet, maskinbearbetning och korrosionsbeständighet.

Mekaniska egenskaper hos 7075 aluminium

7075 aluminiumpulver har utmärkta hållfasthetsegenskaper i kombination med god brottseghet. De mekaniska egenskaperna i glödgat och olika värmebehandlade temperaturer anges nedan:

Tabell 1. Mekaniska egenskaper hos 7075 aluminium

Temperament	Sträckgräns (MPa)	Draghållfasthet (MPa)	Förlängning (%)
O	103	241	17
T6	503	572	11
T651	469	524	12
T7351	503	572	8
T736	455	496	10

• I glödgat O-anlöp är töjningen hög medan hållfastheten är låg.
• I toppåldrat T6-tempererat material når sträckgränsen 503 MPa och draghållfastheten 572 MPa medan töjningen är 11%.
• Överåldrad T7351-temperatur har också hög hållfasthet med reducerad duktilitet.
• Underlag som T651 och T736 ger en bra balans mellan styrka och formbarhet.

7075 aluminium har utmärkt utmattningshållfasthet, nästan jämförbar med stål. Det har en god brottseghet på 33 MPa√m i T6-tempererat tillstånd. Det uppvisar också god motståndskraft mot spricktillväxt.

Fysikaliska egenskaper

7075 aluminiumpulver har låg densitet, hög termisk och elektrisk ledningsförmåga och god korrosionsbeständighet. Dess densitet är 2,81 g/cm3, nästan en tredjedel av stållegeringarnas.

tabell 2. Fysikaliska egenskaper hos 7075 aluminium

Fastighet	Värde
Täthet	2,81 g/cm3
Smältpunkt	475°C
Termisk ledningsförmåga	130 W/m-K
Elektrisk ledningsförmåga	43% IACS
Elasticitetsmodul	71.7 GPa
Poissons förhållande	0.33
Termisk expansion	23.6 x 10-6/K

Värmeledningsförmågan är mycket högre än för polymerer men lägre än för ren aluminium och koppar. Den termiska expansionshastigheten är 50% högre än för mjukt stål.

Bearbetningsegenskaper

7075 aluminium har en genomsnittlig bearbetbarhet på 65% jämfört med hur lätt det är att bearbeta mässing.

• Svarvning – Skärverktyg av hårdmetall rekommenderas. Höga skärhastigheter och låga matningshastigheter är att föredra.
• Fräsning – Pinnfräsar av hårdmetall med hög spiralvinkel bör användas. Klämfräsning ger bättre finish.
• Borrning – Spiralborrar av snabbstål eller hårdmetall är lämpliga. Spånkontroll är viktigt.
• Slipning – Resinoidbundna slipskivor som tål belastning är effektiva. Använd rikligt med kylvätska.
• Sågning – Låg matningshastighet med fintandade klingor ger jämn finish. Luft- eller dimsystem underlättar spånkontroll.

Tillsats av svavel för att förbättra spånbrytningen kan ytterligare förbättra bearbetbarheten. Använd rigida uppställningar och vassa verktyg för att undvika arbetshärdning.

Svetsbarhet

7075 aluminiumlegering har ganska god svetsbarhet om man följer rätt teknik –

• Gas tungsten arc welding (GTAW) är vanligt förekommande. aluminiumlegeringen 4043 ger de starkaste svetsarna.
• Gasmetallbågsvetsning (GMAW) kan också användas, men värmetillförseln bör minimeras för att minska risken för varmsprickor.
• Motståndspunktsvetsning med trunkerade koniska elektroder fungerar mycket bra. Svetsytorna bör rengöras noggrant.
• Friktionssvetsning kan producera högkvalitativa solid state-svetsar i alla temperaturer i 7075 aluminium.
• Den värmepåverkade zonen blir mjukare än basmetallen. Lösningsbehandling och åldring återställer egenskaperna.

Motståndskraft mot korrosion

7075 aluminiumpulver ger god motståndskraft mot allmän korrosion i atmosfären och i sötvatten.

• Den tunna oxidfilmen på ytan utgör en effektiv barriär mot korrosion i neutrala lösningar.
• Legeringsämnen som zink, magnesium, koppar och krom ger korrosionsbeständighet.
• Kromtillsats förhindrar känslighet för intergranulär korrosion och exfolieringskorrosion.
• Dålig beständighet mot alkaliska lösningar men kan förbättras genom anodisering.
• Känslig för spänningskorrosionssprickor i vissa miljöer när den utsätts för höga påfrestningar.
• Benägen för galvanisk korrosion i kombination med ädlare metaller. Undvik kontakt med rostfritt stål.

Sammantaget har 7075 aluminium tillfredsställande korrosionsbeständighet för de flesta vanliga arkitektoniska, marina och industriella tillämpningar.

Användningsområden för 7075 aluminium

Den unika kombinationen av hög hållfasthet, låg vikt, utmattningshållfasthet och rimlig kostnad gör 7075 aluminium lämplig för olika krävande applikationer:

Tabell 3. Användningsområden för 7075 aluminium

Industri	Tillämpningar
Flyg- och rymdindustrin	Strukturella komponenter för flygplan, t.ex. vingar, flygplanskroppar, skott, ramar, fästelement
	Missil- och rakethylsor, avfyrningsrör, fästanordningar, konsoler
	Satellitantenner och strukturer
Fordon	Chassi, länkar, drivlineok, axlar, ventiler, beslag
Marin	Master, antennbärande strukturer
	Båtskrov, landgångar, överbyggnader, propellrar
Försvar	Pansarfordonsskrov, höljen, minröjningssystem
	Kanonfästen, raketgevär, patronhylsor
Allmän verkstadsindustri	Jiggar, fixturer, robotarmar, ventiler, kugghjul, axlar
	Motorhus, kopplingar, cylinderfoder, formblåsningsverktyg

Flyg- och rymdtillämpningar står för merparten av användningen på grund av strikta krav på styrka och vikt. Bilindustrin och högpresterande marina komponenter använder också 7075 aluminiumprofiler och smide.

Olika typer av 7075 aluminiumpulver

7075 aluminiumpulver finns i olika typer beroende på produktionsprocess och partikelegenskaper:

Atomiserat 7075 aluminiumpulver

• Tillverkas genom finfördelning av smält 7075 aluminiumlegering till fina droppar som stelnar till pulver.
• Oregelbundet formade partiklar med bred storleksfördelning från 10 till 180 mikrometer.
• Används inom pulvermetallurgi för att tillverka komponenter genom kompaktering och sintring.

Tabell 4. Specifikationer för finfördelat 7075 aluminiumpulver

Fastighet	Värde
Partikelns form	Oregelbunden, sfäroid
Partikelstorlek (mikrometer)	10 – 180
Skenbar densitet (g/cc)	~ 2.7
Verklig densitet (g/cc)	2.8
Flödeshastighet (s/50g)	~ 28

Gasatomiserat 7075 Al-pulver

• Framställs genom atomisering med inert gas till mycket fina sfäriska partiklar.
• Slät yta, regelbunden form och smal storleksfördelning.
• Används i avancerade AM-processer för metall, t.ex. DMLS och SLM additiv tillverkning.

Tabell 5. Specifikationer för gasatomiserat 7075 aluminiumpulver

Fastighet	Värde
Partikelns form	Sfärisk
Partikelstorlek (mikrometer)	15 – 45
Skenbar densitet (g/cc)	~ 2
Verklig densitet (g/cc)	2.8
Flödeshastighet (s/50g)	~ 25

Frästa 7075 aluminiumflingor

• Oregelbundna flingliknande partiklar som framställs genom fräsning av 7075 aluminiumpulverråvara.
• Flikiga partiklar med hög ytarea som används i ytbeläggningar och primers.
• Används också som bränsletillsatser, i sprängämnen och pyroteknik.

Tabell 6. Specifikationer för frästa 7075 aluminiumflingor

Fastighet	Värde
Partikelns form	Flingor
Aspect ratio	~ 10:1
Tjocklek (mikrometer)	0.5 - 4
Skenbar densitet (g/cc)	0.25 - 1
Verklig densitet (g/cc)	2.8

Bearbetning av 7075 aluminiumpulver

7075 aluminiumpulver kan bearbetas till färdiga komponenter med hjälp av metoder som pulvermetallurgisk press och sinter samt additiv tillverkningsteknik:

Pulvermetallurgisk bearbetning

Typiska steg inkluderar:

• Komprimering – Kallpressning följt av isostatisk pressning för att forma gröna kompakta delar med 65-90% teoretisk densitet.
• Sintring – Vakuumsintring vid 600-650°C i 1-3 timmar för att uppnå sluten porositet och 95% densitet.
• Infiltration – Smält aluminium infiltreras under tryck för att öka densiteten till 99% eller högre.
• Värmebehandling – Lösningsvärmebehandling följt av kylning och åldring för att uppnå önskade egenskaper.

Med pulvermetallurgi kan man tillverka komplexa komponenter med snäva toleranser och undvika onödig maskinbearbetning.

Additiv tillverkning

7075 aluminiumpulver bearbetas till komponenter med full densitet med hjälp av pulverbäddsfusionstekniker som t.ex:

• Lasersintring av direktmetall (DMLS) – Använder fokuserad laserstråle för att selektivt smälta samman pulverlager baserat på CAD-modell.
• Selektiv lasersmältning (SLM) – Full smältning uppnås vilket leder till helt täta komponenter med fin mikrostruktur.
• Smältning med elektronstråle (EBM) – Snabbare bygghastighet men endast under vakuum.

AM gör det möjligt att tillverka komplicerade lättviktsgeometrier med överlägsna mekaniska egenskaper och materialutnyttjande.

Utbud och prissättning av 7075 aluminiumpulver

Några av de största globala leverantörerna av 7075 aluminiumpulver inkluderar:

Tabell 7. 7075 Aluminiumpulver leverantörer och priser

Leverantör	Betyg	Partikelstorlek	Prisintervall
Alcoa	7075, Z7075	10-180 μm	$10-15/lb
Valimet	7075	15-63 μm	$13-17/lb
	45-105 μm	$11-14/lb
TLS Teknik	7075	20-90 μm	$15-22/lb
Sandvik	7075	15-45 μm	$18-25/lb
LPW-teknik	7075	15-45 μm	$22-30/lb
AP&C	7075, 7075-O	5-50 μm	$25-40/lb

• Atomiserad 7075 är den lägsta kostnadsklassen för press- och sintertillämpningar.
• Gasatomiserat pulver för AM är dyrare på grund av sfäriskhet och storlekskontroll.
• Minsta ordervolym kan variera från 25 kg till 500 kg beroende på leverantör.
• Anpassade partikelstorleksfördelningar och noggrann storlekskontroll kräver premiumpriser.
• Priserna beror på renhet, produktionsmetod, storleksintervall och inköpsvolym.

Jämförelse med andra aluminiumlegeringar

7075 aluminium jämförs nedan med några andra populära aluminiumlegeringar i 7xxx- och 2xxx-serierna:

Tabell 8. Jämförelse av 7075 aluminium med andra legeringar

Legering	Sträckgräns (MPa)	Utmattningshållfasthet (MPa)	Brottseghet (MPa√m)	Motståndskraft mot korrosion	Svetsbarhet	Kostnad
2024 Al	440	159	29	Genomsnitt	Rättvist	Låg
6061 Al	290	115	15	Bra	Utmärkt	Låg
7050 Al	455	165	25	Genomsnitt	Rättvist	Hög
7075 Al	470	208	33	Genomsnitt	Bra	Måttlig
7178 Al	490	170	20	Genomsnitt	Rättvist	Mycket hög

• 7075 har den bästa kombinationen av styrka, seghet, svetsbarhet och kostnad.
• 2024 är billigare men har sämre hållfasthet och brottseghet.
• 7178 är starkast men mycket dyrt och har dålig seghet.
• 6061 har god korrosionsbeständighet och svetsbarhet men lägre hållfasthet.
• 7050 är något starkare än 7075 men har lägre utmattningshållfasthet och seghet.

För de flesta höghållfasta flyg- och försvarsapplikationer erbjuder 7075 den bästa balansen mellan egenskaper och kostnad. Fordons- och verkstadsindustrin föredrar också 7075 på grund av dess lättillgänglighet, bearbetbarhet och anodiseringsegenskaper.

Begränsningar och nackdelar

Trots sina styrkor har 7075 aluminium också vissa begränsningar:

• Mer känslig för spänningskorrosion än vissa andra aluminiumlegeringar.
• Lägre brottseghet än 2xxx-legeringar som 2024 och 2024.
• Mindre korrosionsbeständig än legeringar av marin kvalitet 5xxx.
• Svårare att svetsa än aluminiumlegeringar i 4xxx-, 5xxx- och 6xxx-serien.
• Ej lämplig för högtemperaturapplikationer över 250°C.
• Betydligt dyrare än legeringar som 6061 och 5052 aluminium.
• Kräver värmebehandling för att uppnå optimala egenskaper.

7075 Aluminiumpulver – Vanliga frågor

Q. Hur är 7075 aluminium jämfört med 2024 aluminium?

A. 7075 har högre hållfasthet, hårdhet, utmattningshållfasthet och bättre spänningskorrosionsbeständighet än 2024 aluminium. Den har lägre brottseghet och formbarhet. 7075 innehåller också högre mängder legeringselement vilket ger den 30-40% högre kostnad än 2024 aluminium.

Q. Är 7075-T6 och 7075-T651 samma temperament?

A. Nej. T6 är ett toppåldrat härdat material som ger maximal hållfasthet. T651 är något underåldrad vilket ger bättre seghet vid något lägre hållfasthet än T6.

Q. Vilka är halterna av zink, magnesium och koppar i 7075 aluminium?

A. Den typiska sammansättningen är – zink 5,1-6,1%, magnesium 2,1-2,9%, koppar 1,2-2,0%. Återstoden är aluminium och andra mindre legeringselement som krom, kisel etc.

Q. Kan 7075 aluminium anodiseras?

A. Ja, 7075 aluminium kan anodiseras för att producera en oxidbeläggning som förbättrar korrosions- och slitstyrkan. Hård anodisering ger en beläggningstjocklek på upp till 75 mikrometer medan vanlig anodisering ger upp till 25 mikrometer.

Q. Vad är hårdheten för 7075-T6 aluminium?

A. 7075-T6 aluminium har Brinell-hårdhetsvärde i intervallet 150-190. Motsvarande Rockwell-hårdhet är Rockwell B 95-105.

Q. Används 7075 aluminium i flygplan?

A. Ja, 7075 aluminium används i stor utsträckning i flygplanskonstruktionsdelar som skrovskinn, vingar, ribbor och skott. Dess höga förhållande mellan styrka och vikt är avgörande för att minska flygplanets vikt.

Q. Vad är skillnaden mellan aluminiumlegeringar 7075 och 7050?

A. Den största skillnaden är att 7075 har något högre hållfasthet medan 7050 har marginellt bättre spänningskorrosionsbeständighet. 7075 har också bättre utmattningshållfasthet. Sammantaget erbjuder 7075 en bättre kombination av egenskaper för de flesta applikationer.

Q. Hur ska 7075 aluminiumpulver förvaras?

A. 7075 aluminiumpulver ska förvaras i slutna behållare i en sval och torr miljö. Exponering för fukt kan leda till oxidation medan extrema temperaturer kan påverka pulvrets egenskaper och flytbarhet. Hållbarheten är upp till 1-2 år under idealiska lagringsförhållanden.

Slutsats

7075 aluminiumpulver är en lätt och hållbar aluminiumlegering med utmärkta hållfasthetsegenskaper, vilket gör den lämplig för krävande tillämpningar inom flyg- och rymdindustrin, försvaret och högpresterande bilar. Dess goda bearbetbarhet, svetsbarhet och korrosionsbeständighet gör det också möjligt att använda den i allmänna tekniska applikationer. Genom att noga överväga dess styrkor och begränsningar jämfört med andra aluminiumlegeringar kan man identifiera den bästa lösningen för specifika designkrav.