- Алюминиевый сплав 7075 — Определение, свойства, применение
- Состав сплава алюминия 7075
- Характеристики алюминия 7075
- Свойства алюминия 7075
- Где используется алюминиевый сплав 7075?
- Насколько прочен алюминий 7075?
- Общие торговые названия алюминия 7075
- Каков диапазон рабочих температур для алюминия 7075?
- Подходит ли алюминий 7075 для сварки?
- Что следует учитывать при выборе марки алюминия?
Алюминиевый сплав 7075 — Определение, свойства, применение
В алюминии 7075 используется высокое содержание цинка, и он обеспечивает некоторые значительные улучшения характеристик по сравнению с другими современными марками.
Он обладает очень хорошими механическими свойствами, такими как: прочность на растяжение, пластичность, ударная вязкость и сопротивление усталости.
Алюминий 7075 весьма подвержен охрупчиванию из-за микросегрегации (относительно плохой однородности), но значительно улучшает коррозионную стойкость сплавов серии 2000. Он широко используется в конструкциях с высокими нагрузками, особенно в конструктивных элементах самолетов.
Алюминий 7075 был впервые разработан Sumitomo Metal в Японии в 1935 году и активно использовался в производстве военных самолетов.
В этой статье мы обсудим состав алюминиевого сплава 7075, его характеристики, свойства материала и области применения.
Что такое алюминиевый сплав?
Алюминиевые сплавы — это металлы, которые состоят в основном из алюминия и сочетаются с небольшим процентным содержанием других элементов, таких как: кремний, медь, магний, олово и марганец.
Комбинация приводит к изменению свойств алюминия. Это изменение обычно вызывается комбинацией деформации решетки из-за «неподходящих» атомов и модифицированных кристаллических структур в результате процессов осаждения или непосредственного влияния на рост зерен.
Состав сплава алюминия 7075
Состав алюминиевого сплава марки 7075: 87,1–91,4 % алюминия, 5,1–6,1 % цинка, 1,2–2,0 % меди, 0,0–0,3 % марганца, 0,0–0,4 % кремния, 0,0–0,5 % железа, 2,1–2,9 % магния, 0,18–2,0 % хрома, 0,0–0,2 % титана и 0,05–0,15 % других элементов.
Каждое из этих небольших количеств модифицирующих элементов оказывает особое желательное влияние либо по отдельности, либо в сочетании с другими.
Характеристики алюминия 7075
Характеристики алюминия 7075: высокая прочность, средняя коррозионная стойкость, плохая свариваемость. Алюминий 7075 был первым алюминиевым сплавом, в котором выгодно сочеталось высокое содержание цинка и относительно высокое содержание хрома.
Цинк оказывает двойное действие: он способствует дисперсионному твердению, но в повышенных количествах в этом сплаве и обеспечивает более высокий предел текучести и предел прочности при растяжении.
Предполагается, что исследовательские модели показывают, что цинк повышает прочность, препятствуя частичному смещению. Относительно высокое содержание хрома снижает рост кристаллов, повышая пластичность и ударную вязкость.
Сплав 7075, также известный как авиационный алюминий или авиационный алюминий, широко используется для конструкционных деталей и элементов обшивки.
Структурные детали, как правило, имеют отпуск T651, тогда как листы обшивки обычно имеют отпуск T6. Усталостная устойчивость аналогична сплавам серии 2000, что делает алюминий 7075 идеальным для большинства самолетов и структурных компонентов ракет.
Свойства алюминия 7075
В Таблице 1 перечислены некоторые общие значения свойств для сопоставимых образцов трех разных сплавов алюминия 7075, чтобы проиллюстрировать сходства и различия:
| Свойство | 7075-О | 7075-Т6-Т62 | 7075-Т73 |
|---|---|---|---|
|
Плотность |
2,7–2,85 г/см3 |
2,7–2,85 г/см3 |
2,7–2,85 г/см3 |
|
Предел прочности |
228 МПа |
572 МПа |
505 МПа |
|
Предел текучести |
103 МПа |
503 МПа |
435 МПа |
|
Модуль упругости |
71,7 ГПа |
71,7 ГПа |
72,4 ГПа |
|
Твердость по Бринеллю — вес 500 г, шарик 10 мм. |
60 |
150 |
128 |
|
Удлинение при разрыве (испытательный образец 12,7 мм) |
16% |
19% |
5% |
|
Модуль сдвига |
26,9 ГПа |
26,9 ГПа |
27 ГПа |
|
Прочность на сдвиг |
152 ГПа |
331 МПа |
296 ГПа |
|
Предел выносливости |
Н/Д МПа |
159 МПа |
117 МПа |
|
Коэффициент теплового расширения |
23,6 мкм/м°С |
23,6 мкм/м°С |
23,2 мкм/м°С |
|
Солидус |
477°С |
477°С |
477°С |
|
Ликвидус |
635 °С |
635 °С |
635 °С |
|
Температура отжига |
413 °С |
413 °С |
413 °С |
|
Температура раствора |
466–482 °С |
466–482 °С |
256 °С |
|
Теплопроводность |
173 Вт/мК |
130 Вт/мК |
151 Вт/мК |
|
Удельная теплоемкость |
0,96 кДж/кг°С |
0,96 кДж/кг°С |
0,96 кДж/кг°С |
Где используется алюминиевый сплав 7075?
Алюминий 7075 широко используется в аэрокосмической отрасли, поскольку он предлагает одно из самых высоких доступных соотношений прочности к весу.
Он используется как в элементах конструкции, так и в обшивке самолетов, хотя его использование сокращается в пользу некоторых сплавов серии 6000.
Другое распространенное использование алюминия 7075 — это производство снаряжения для скалолазания и компонентов велосипеда, а также в качестве основного материала для винтовки M16.
Это один из материалов основы, используемых в керамической композитной броне военной техники из-за его высокого отношения прочности к весу и хорошей коррозионной стойкости.
Насколько прочен алюминий 7075?
Кованый алюминий марки 7075 имеет максимальную прочность на растяжение более 572 МПа при плотности 2,8 г/см3. С другой стороны, нержавеющая сталь марки 304 имеет предел прочности при растяжении 621 МПа и плотность 8 г/см3.
Таким образом, алюминий 7075 имеет 90 % прочности нержавеющей стали 304 и ~ 1/3 веса. Таким образом, эквивалентный вес 7075 почти в три раза превышает прочность детали равной массы, изготовленной из нержавеющей стали 304.
Общие торговые названия алюминия 7075
Распространенными торговыми названиями 7075 являются: AE Alloys, Aluminium v95, Zicral, Ergal и Fortal Constructal.
Каков диапазон рабочих температур для алюминия 7075?
Диапазон рабочих температур для алюминия 7075 не должен превышать 100 °C. Его предел текучести резко снижается при температуре выше 100 °C и снижается на 30 % при 150 °C, поэтому он не подходит для применения в условиях высоких нагрузок при повышенных температурах.
Однако сплавы 7075 считаются подходящими для криогенного использования. Несмотря на то, что произойдет некоторая потеря прочности и охрупчивание, это можно рассматривать как конструктивный фактор, а не как причину для исключения.
Подходит ли алюминий 7075 для сварки?
Нет, алюминий 7075 плохо подходит для дуговой и кислородно-ацетиленовой сварки из-за микротрещин, возникающих вокруг свариваемых участков.
Однако точечная сварка представляет собой вариант с меньшим риском, так как требуется меньший объемный нагрев, что приводит к меньшему нарушению микроструктуры сплава.
Что следует учитывать при выборе марки алюминия?
Факторы, которые следует учитывать при выборе марки алюминия:
- Прочность: может ли конструкция вместить объем материала, необходимый для обеспечения требуемой прочности?
- Сопротивление усталости: Хотя многие марки алюминия устойчивы к алюминию , существуют лучшие, не алюминиевые варианты, если воздействие усталости является экстремальным.
- Обработка: не все процессы подходят для всех сплавов. Так, например, потребность в минимальном весе может привести к использованию ковки для компонента.
- Конструкция: если конструкция требует сварки для формирования сборки деталей, некоторые сплавы подходят для этого, а другие исключены.
- Коррозия: некоторые алюминиевые сплавы обладают плохой коррозионной стойкостью. Их можно исключить из влажных и, в частности, морских применений, в то время как другие хорошо подходят для долговременной (умеренно) коррозионной среды.
- Устойчивость к повреждениям: жизненно важные конструкции, подверженные риску серьезного отказа, должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать частичный отказ без каскадного перехода к полному обрушению. Некоторые сорта обладают значительно более высоким удлинением при разрыве наряду с высокой прочностью; когда происходит немыслимое, они с большей вероятностью переживут повреждения, которые могут спасти жизни.
- Косметика: некоторые сорта лучше, чем другие, подходят для эстетически привлекательных поверхностей и деталей.
