Vad 7075 är och varför den motstår svetsning
Legering 7075 är en Al-Zn-Mg-Cu-bearbetad legering i 7xxx-serien, med registrerade sammansättningsgränser på zink 5,1 till 6,1 procent, magnesium 2,1 till 2,9 procent, koppar 1,2 till 2,0 procent och krom till 0,218 procent. Denna kombination reagerar starkt på lösningens värmebehandling och åldrande, vilket ger en hållfasthet i storleksordningen 572 MPa draghållfasthet och 503 MPa utbyte i T6-tempereringen vid en densitet på cirka 2,81 g/cm3, med flygplanskonstruktioner, verktyg och sportkomponenter med hög{19}}belastning som typiska applikationer. Plåt och plåt levereras under ASTM B209/B209M, profiler enligt ASTM B221, och stång och stång under ASTM B211.
Samma kemi som ger den styrkan förstör svetsbarheten. Två mekanismer fungerar tillsammans. För det första främjar svetsbadets breda stelningsintervall i koppar- och zink-bärande 7xxx-legeringar varmsprickning, eftersom eutektiken med låg-smältning vid korngränserna förblir flytande medan den omgivande metallen redan har sammandragit sig, så att gränserna rivs sönder under kylning. För det andra överskrider svetsvärmen modermetallen i den värmepåverkade zonen, vilket löser de förstärkande fällningarna; uppmätt HAZ-hållfasthet i svetsad 7075 faller vanligtvis till ungefär hälften av T6 basmetallen. Resultatet är en fog som är både svår att producera och svag i drift, varför 7075 är klassad som inte rekommenderad för bågsvetsning eller gassvetsning i aluminiumsvetsning och i AWS D1.2/D1.2M.
7075 Jämfört med 6061
| Egendom | 7075-T6 | 6061-T6 |
|---|---|---|
| Serie och system | 7xxx, Al-Zn-Mg-Cu | 6xxx, Al-Mg-Si |
| Draghållfasthet (typiskt) | 572 MPa | 310 MPa |
| Sträckgräns (typisk) | 503 MPa | 276 MPa |
| Densitet | 2,81 g/cm3 | 2,70 g/cm3 |
| Värmeledningsförmåga | ca 130 W/(mK) | cirka 167 W/(mK) |
| Elektrisk ledningsförmåga | cirka 33 % IACS | cirka 43 % IACS |
| Fusionssvetsning | Rekommenderas inte | Rutinsvetsad med ER4043 eller ER5356 till AWS A5.10 |
| Korrosionsbeständighet | Lägre; T6 utsatt för spänningskorrosionssprickor | Bra i atmosfärisk och marin service |
| Formbarhet | Begränsad; normalt bearbetad | Begränsad i T6, bra i T4 eller O |
| Relativ kostnad | Högre | Lägre, brett lager |
Den praktiska sammanfattningen är att 7075 är ett styrkebeslut och 6061 är ett tillverkningsbeslut. En design som måste svetsas bör om-granskas i 6061, 5083 eller 6082 istället för att tvingas in i 7075, såvida inte en av fast-förbindningsvägarna nedan är tillgänglig.
Gå med i rutter för 7075
Friktionssvetsning.Detta är en fast-process som förenar materialet utan att smälta, så den eutektiska heta-sprickningsmekanismen elimineras. Det är den accepterade produktionsmetoden för hög-hållfasta 7xxx-strukturer och specificeras för flyg- och rymdarbete under AWS D17.3, med gemensamma effektivitetsvinster i intervallet cirka 70 procent och högre rapporterade för väl-utvecklade procedurer. Processparametrar, verktygsdesign och fixturstyvhet måste alla vara kvalificerade för den specifika legeringen och tjockleken.
Mekanisk infästning.Nitning, bultning och gängade fästelement är fortfarande den dominerande sammanfogningsmetoden för 7075-konstruktioner. Design måste ta hänsyn till galvaniska effekter om fästmaterialet skiljer sig, och hålkvaliteten spelar roll eftersom 7075 har begränsad hacktolerans.
Vidhäftande bindning.Strukturella epoxier binder 7075 väl när ytan är korrekt förberedd, och limmade fogar undviker både HAZ-mjukning och hål. Överlappsskjuvhållfastheten utvärderas med testmetoder såsom ASTM D1002. Hållbarhet kräver en kontrollerad ytförberedelse - vanligtvis en kemisk omvandlingsbeläggning eller en anodiserad och grundmålad yta - och miljöexponeringstestning av den bundna enheten.
Motståndspunktsvetsning.Detta introducerar mindre total värme än bågsvetsning och ger en mindre påverkad zon, så den används i vissa applikationer med tunna-mätare, men fogstyrkan är begränsad och processen är inte en ersättning för smältsvetsning där strukturell prestanda krävs.
Servicetemperatur, korrosion och temperaturval
Styrkan på 7075 beror på kvarhållna utfällningar, så temperaturexponering spelar roll. Konstruktionsvägledning begränsar generellt kontinuerlig drift till under cirka 100 C, eftersom sträckgränsen faller snabbt över den nivån och legeringen blir olämplig för mycket belastade delar vid förhöjd temperatur. Värme utesluts därför från servicekuvertet snarare än inryms i designen.
Kryogen tjänst är det motsatta fallet. Aluminiumlegeringar bibehåller och ökar i allmänhet hållfastheten vid låg temperatur samtidigt som användbar duktilitet bibehålls, så 7075 används i kryogena och kalla-miljötillämpningar, med design baserad på lämpliga låg-tillåtna temperaturer snarare än på rums-temperaturdata.
Korrosion är den andra begränsningen. T6-tempereringen är känslig för spänningskorrosionssprickor i klorid-lagermiljöer, och standardlösningen är att specificera ett överåldrat temperament. 7075-T73 och T7351 offrar cirka tio procent av draghållfastheten i förhållande till T6, med typiska värden på cirka 505 MPa tensile och avsevärt förbättrad MPa tensile motståndskraft mot spänningskorrosionssprickor. Känsligheten verifieras med testmetoder som ASTM G47 och ASTM G44 för spänningskorrosion och ASTM G34 för exfoliering, och anodisering enligt ISO 7599 eller en konverteringsbeläggning ger ytterligare barriärskydd utan att ändra den underliggande tempereringsprestandan.
Vanliga frågor
Q:Kan 7075 aluminium svetsas?
S: Inte genom konventionell smältsvetsning. Bågsvetsning och gassvetsning orsakar hetsprickbildning i svetsmetallen och minskar den värmepåverkade zonstyrkan med ungefär hälften. Friktionssvetsning, mekanisk infästning och strukturell limning är de accepterade alternativen.
Q:Är 7075 starkare än stål?
S: Inte i absoluta termer. 7075-T6 vid cirka 572 MPa draghållfasthet är starkare än många milda och låga-kolstål, men kolstål och hög-legerade stål når avsevärt högre hållfasthet. Dess fördel är styrkan per viktenhet, cirka 2,81 g/cm3.
Q:Vilken legering ska användas istället för 7075 om delen måste svetsas?
S: 6061 är det vanliga substitut där både måttlig styrka och svetsning behövs, med 5083 eller 6082 valda för svetsade strukturer med högre-hållfasthet. Alla tre är svetsade med ER4043 eller ER5356 tillsats till AWS A5.10.
Q:Vad är den maximala drifttemperaturen på 7075?
S: Kontinuerlig service är i allmänhet begränsad till under cirka 100 C. Styrkan faller brant över det, så legeringen är inte specificerad för mycket belastade delar vid förhöjd temperatur.
Q:Hur skyddas 7075 mot spänningskorrosionssprickor?
S: Genom att specificera den överåldrade T73- eller T7351-tempen istället för T6, och genom att applicera anodisering eller en omvandlingsbeläggning. Känsligheten verifieras av ASTM G47, ASTM G44 eller ASTM G34-testning.
Q:Är 7075 lämplig för kryogena applikationer?
A: Ja. Aluminiumlegeringar behåller och får vanligtvis styrka vid låg temperatur, så 7075 används i kryogen drift med design baserad på låg-tillåten temperatur snarare än rums-temperaturegenskaper.
