Überblick über 7075 Aluminiumpulver
7075-Aluminiumpulver ist eine sehr feste Aluminiumlegierung, die aus Aluminium, Zink, Magnesium, Kupfer und geringen Mengen von Silizium, Eisen, Mangan, Chrom und Titan besteht. Sie wird häufig für Anwendungen verwendet, die ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und eine gute Dauerfestigkeit erfordern, wie z. B. Bauteile für die Luft- und Raumfahrt.
7075-Aluminiumpulver hat ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften, eine gute Ermüdungsbeständigkeit, eine durchschnittliche Bearbeitbarkeit und ist wärmebehandelbar. Es kann durch Strangpressen, Schmieden oder Walzen verarbeitet werden und ist in verschiedenen Formen wie Pulver, Bleche, Platten, Stangen und Strangpressprofile erhältlich.
Einige wichtige Eigenschaften und Merkmale von Aluminiumpulver 7075:
- Hohe Festigkeit und Härte - hat eine Zugfestigkeit von 510-570 MPa und eine Brinell-Härte von 150-190.
- Gute Ermüdungsfestigkeit - Etwa 30-40% bessere Ermüdungsfestigkeit als andere Aluminiumlegierungen der Serie 7xxx wie 7050.
- Geringes Gewicht - Mit einer Dichte von 2,81 g/cm3 ist es leichter als Stahllegierungen.
- Wärmebehandelbar - Kann durch Wärmebehandlungsverfahren wie Lösungsglühen, Abschrecken und künstliche Alterung verfestigt werden.
- Gute Zähigkeit - Dehnung von 11% im 50-mm-Schnitt.
- Gute Dimensionsstabilität - Keine Probleme mit Kaltverfestigung.
- Korrosionsbeständig - Widersteht der Abblätterungskorrosion durch den Zusatz von Chrom.
- Schweißbar - Kann mit Wolfram- und Metall-Gasschweißen geschweißt werden.
- Leitfähig - Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei 130 W/m-K und die elektrische Leitfähigkeit bei 43% IACS.
Zusammensetzung von 7075-Aluminium
7075-Aluminium gehört zur 7xxx-Serie oder Al-Zn-Mg-Cu-Serie der hochfesten Aluminiumlegierungen. Die typische Zusammensetzung ist unten dargestellt:
| Element | Zn | Mg | Cu | Fe | Si | Mn | Cr | Ti | Al |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gewicht % | 5.1-6.1 | 2.1-2.9 | 1.2-2.0 | Maximal 0,5 | Maximal 0,4 | Maximal 0,3 | 0.18-0.28 | Maximal 0,2 | Bilanz |
- Zink ist das wichtigste Legierungselement, das durch Ausscheidungshärtung für Festigkeit sorgt. Auch Mg und Cu tragen zur Ausscheidungshärtung bei.
- Chrom verbessert die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion.
- Eisen, Silizium, Mangan und Titan sind als Verunreinigungen vorhanden.
Die Kombination von Zink, Magnesium und Kupfer verleiht 7075 eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Verformbarkeit, Schweißbarkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Mechanische Eigenschaften von 7075-Aluminium
7075-Aluminiumpulver verfügt über ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig guter Bruchzähigkeit. Die mechanischen Eigenschaften im geglühten Zustand und in verschiedenen wärmebehandelten Zuständen sind unten angegeben:
Tabelle 1. Mechanische Eigenschaften von Aluminium 7075
| Temperament | Streckgrenze (MPa) | Zugfestigkeit (MPa) | Dehnung (%) |
|---|---|---|---|
| O | 103 | 241 | 17 |
| T6 | 503 | 572 | 11 |
| T651 | 469 | 524 | 12 |
| T7351 | 503 | 572 | 8 |
| T736 | 455 | 496 | 10 |
- Im geglühten Zustand O ist die Dehnung hoch, während die Festigkeit niedrig ist.
- Im T6-Spitzenalterungszustand erreicht die Streckgrenze 503 MPa und die Zugfestigkeit 572 MPa, während die Dehnung 11% beträgt.
- Der überalterte Zustand T7351 weist ebenfalls hohe Festigkeiten bei reduzierter Duktilität auf.
- Weniger gealterte Temperamente wie T651 und T736 bieten ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Formbarkeit.
7075-Aluminium hat eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit, die fast mit der von Stählen vergleichbar ist. Es hat eine gute Bruchzähigkeit von 33 MPa√m im Zustand T6. Außerdem weist es eine gute Beständigkeit gegen Risswachstum auf.
Physikalische Eigenschaften
7075 Aluminiumpulver hat eine geringe Dichte, eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Seine Dichte beträgt 2,81 g/cm3, fast ein Drittel der Dichte von Stahllegierungen.
Tabelle 2. Physikalische Eigenschaften von Aluminium 7075
| Eigentum | Wert |
|---|---|
| Dichte | 2,81 g/cm3 |
| Schmelzpunkt | 475°C |
| Wärmeleitfähigkeit | 130 W/m-K |
| Elektrische Leitfähigkeit | 43% IACS |
| Elastizitätsmodul | 71,7 GPa |
| Poissonsche Zahl | 0.33 |
| Thermische Ausdehnung | 23,6 x 10-6/K |
Die Wärmeleitfähigkeit ist viel höher als bei Polymeren, aber niedriger als bei reinem Aluminium und Kupfer. Die Wärmeausdehnungsrate ist 50% höher als bei Baustahl.
Bearbeitungseigenschaften
7075-Aluminium hat eine durchschnittliche Bearbeitbarkeit von 65%, verglichen mit der einfachen Bearbeitung von Messing.
- Drehen - Es werden Hartmetallschneidwerkzeuge empfohlen. Hohe Schnittgeschwindigkeiten und niedrige Vorschübe werden bevorzugt.
- Fräsen - Es sollten Hartmetallfräser mit hohen Spiralwinkeln verwendet werden. Fräsen im Gleichlauf ergibt eine bessere Oberfläche.
- Bohren - Geeignet sind Spiralbohrer aus Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall. Die Spankontrolle ist wichtig.
- Schleifen - Effektiv sind kunstharzgebundene Scheiben, die der Belastung standhalten. Reichlich Kühlmittel verwenden.
- Sägen - Niedrige Vorschubgeschwindigkeiten mit fein gezahnten Sägeblättern sorgen für eine glatte Oberfläche. Luft- oder Nebelsysteme unterstützen die Spankontrolle.
Die Zugabe von Schwefel zur Verbesserung des Spanbruchs kann die Bearbeitbarkeit weiter verbessern. Verwenden Sie feste Aufspannungen und scharfe Werkzeuge, um Kaltverfestigung zu vermeiden.
Schweißeignung
Die Aluminiumlegierung 7075 lässt sich bei Anwendung geeigneter Techniken recht gut schweißen.
- Üblich ist das Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW). Die Aluminiumlegierung 4043 ergibt die stärksten Schweißnähte.
- Das Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) kann ebenfalls verwendet werden, aber die Wärmezufuhr sollte minimiert werden, um Heißrisse zu vermeiden.
- Widerstands-Punktschweißen mit Kegelstumpfelektroden funktioniert sehr gut. Die Nahtstellen sollten gründlich gereinigt werden.
- Mit dem Rührreibschweißen lassen sich qualitativ hochwertige Festkörperschweißnähte in allen Härtegraden von Aluminium 7075 herstellen.
- Die wärmebeeinflusste Zone ist weicher als das Grundmetall. Durch Lösungsbehandlung und Alterung werden die Eigenschaften wiederhergestellt.
Korrosionsbeständigkeit
7075 Aluminiumpulver bietet eine gute Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion in der Atmosphäre und in Süßwasser.
- Die dünne Oberflächenoxidschicht bietet eine wirksame Barriere gegen Korrosion in neutralen Lösungen.
- Legierungselemente wie Zink, Magnesium, Kupfer und Chrom sorgen für Korrosionsbeständigkeit.
- Der Chromzusatz verhindert die Anfälligkeit für interkristalline Korrosion und Abblätterung.
- Geringe Beständigkeit gegen Laugen, kann aber durch Eloxieren verbessert werden.
- Empfindlich gegen Spannungsrisskorrosion in einigen Umgebungen, wenn sie stark beansprucht werden.
- Neigt in Verbindung mit edleren Metallen zu galvanischer Korrosion. Kontakt mit rostfreiem Stahl ist zu vermeiden.
Insgesamt bietet 7075-Aluminium eine zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit für die meisten gängigen Anwendungen in der Architektur, Schifffahrt und Industrie.
Anwendungen von 7075-Aluminium
Die einzigartige Kombination aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht, Ermüdungsbeständigkeit und günstigen Kosten macht 7075-Aluminium für verschiedene anspruchsvolle Anwendungen geeignet:
Tabelle 3. Anwendungen von 7075 Aluminium
| Industrie | Anwendungen |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Flugzeugbauteile wie Tragflächen, Rümpfe, Schotten, Rahmen, Befestigungselemente |
| Raketen und Raketengehäuse, Abschussrohre, Befestigungen, Halterungen | |
| Satellitenschüsseln und -strukturen | |
| Automobilindustrie | Fahrwerk, Lenker, Antriebsjoche, Wellen, Ventile, Armaturen |
| Marine | Masten, Antennentragwerke |
| Bootsrümpfe, Gangways, Aufbauten, Propeller | |
| Verteidigung | Gepanzerte Fahrzeugrümpfe, Gehäuse, Minenräumsysteme |
| Gewehrhalterungen, Raketenwerfer, Patronenhülsen | |
| Allgemeines Ingenieurwesen | Vorrichtungen, Halterungen, Roboterarme, Ventile, Zahnräder, Wellen |
| Motorgehäuse, Kupplungen, Zylinderlaufbuchsen, Blasformen |
Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt machen aufgrund der strengen Anforderungen an Festigkeit und Gewicht den größten Teil der Verwendung aus. Auch im Automobilbau und bei Hochleistungs-Schiffskomponenten werden Strangpress- und Schmiedeteile aus 7075-Aluminium verwendet.
Arten von 7075-Aluminium-Pulver
7075-Aluminiumpulver ist je nach Produktionsverfahren und Partikeleigenschaften in verschiedenen Ausführungen erhältlich:
Zerstäubtes 7075-Aluminium-Pulver
- Hergestellt durch Zerstäuben der geschmolzenen Aluminiumlegierung 7075 in feine Tröpfchen, die sich zu Pulver verfestigen.
- Unregelmäßig geformte Partikel mit einer breiten Größenverteilung von 10 bis 180 Mikron.
- Wird in der Pulvermetallurgie zur Herstellung von Bauteilen durch Verdichtung und Sintern verwendet.
Tabelle 4. Spezifikationen von zerstäubtem 7075 Aluminiumpulver
| Eigentum | Wert |
|---|---|
| Partikelform | Unregelmäßig, kugelförmig |
| Partikelgröße (Mikron) | 10 – 180 |
| Scheinbare Dichte (g/cc) | ~ 2.7 |
| Reale Dichte (g/cc) | 2.8 |
| Durchflussmenge (s/50g) | ~ 28 |
Gasverdüstes 7075 Al-Pulver
- Erzeugt durch Zerstäubung von Inertgas zu sehr feinen kugelförmigen Partikeln.
- Glatte Oberfläche, regelmäßige Form und enge Größenverteilung.
- Wird in fortschrittlichen Metall-AM-Verfahren wie DMLS und SLM für die additive Fertigung verwendet.
Tabelle 5. Spezifikationen von gasverdüstem 7075 Aluminiumpulver
| Eigentum | Wert |
|---|---|
| Partikelform | Sphärisch |
| Partikelgröße (Mikron) | 15 – 45 |
| Scheinbare Dichte (g/cc) | ~ 2 |
| Reale Dichte (g/cc) | 2.8 |
| Durchflussmenge (s/50g) | ~ 25 |
Gefräste 7075-Aluminium-Flocken
- Unregelmäßige, flockige Partikel, die durch Mahlen von Aluminiumpulver 7075 hergestellt werden.
- Flockige Partikel mit großer Oberfläche, die in Beschichtungen und Grundierungen verwendet werden.
- Wird auch als Brennstoffzusatz, in Sprengstoffen und in der Pyrotechnik verwendet.
Tabelle 6. Spezifikationen von gefrästen 7075 Aluminium-Flakes
| Eigentum | Wert |
|---|---|
| Partikelform | Flocken |
| Seitenverhältnis | ~ 10:1 |
| Dicke (Mikron) | 0.5 - 4 |
| Scheinbare Dichte (g/cc) | 0.25 - 1 |
| Reale Dichte (g/cc) | 2.8 |
Verarbeitung von 7075-Aluminium-Pulver
7075-Aluminiumpulver kann mit Methoden wie der pulvermetallurgischen Press- und Sintertechnik sowie mit additiven Fertigungstechniken zu fertigen Bauteilen verarbeitet werden:
Pulvermetallurgische Verarbeitung
Typische Schritte sind:
- Verdichtung - Kaltes Pressen, gefolgt von isostatischem Pressen, um kompakte Grünteile mit einer theoretischen Dichte von 65-90% zu erhalten.
- Sintern - Vakuumsintern bei 600-650°C für 1-3 Stunden, um eine geschlossene Porosität und eine Dichte von 95% zu erreichen.
- Infiltration - Geschmolzenes Aluminium wird unter Druck infiltriert, um die Dichte auf 99% oder mehr zu erhöhen.
- Wärmebehandlung - Lösungsglühen mit anschließendem Abschrecken und Altern, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.
Mit dem pulvermetallurgischen Verfahren können komplexe Bauteile mit engen Toleranzen hergestellt werden, ohne dass eine aufwendige Bearbeitung erforderlich ist.
Additive Fertigung
7075-Aluminiumpulver wird mit Hilfe von Pulverbettschmelzverfahren zu Bauteilen voller Dichte verarbeitet:
- Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) - Verwendet einen fokussierten Laserstrahl zum selektiven Verschmelzen von Pulverschichten anhand eines CAD-Modells.
- Selektives Laserschmelzen (SLM) - Vollständiges Aufschmelzen führt zu völlig dichten Bauteilen mit feinem Gefüge.
- Elektronenstrahlschmelzen (EBM) - Schnellerer Aufbau, aber nur unter Vakuum.
AM ermöglicht die Herstellung komplizierter, leichter Geometrien mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und einer hohen Materialausnutzung.
Lieferung und Preisgestaltung von 7075-Aluminium-Pulver
Zu den weltweit wichtigsten Lieferanten von 7075-Aluminiumpulver gehören:
Tabelle 7. 7075 Aluminiumpulver Lieferanten und Preise
| Anbieter | Klassen | Partikelgröße | Preisspanne |
|---|---|---|---|
| Alcoa | 7075, Z7075 | 10-180 μm | $10-15/Pfund |
| Valimet | 7075 | 15-63 μm | $13-17/Pfund |
| 45-105 μm | $11-14/Pfund | ||
| TLS Technik | 7075 | 20-90 μm | $15-22/Pfund |
| Sandvik | 7075 | 15-45 μm | $18-25/Pfund |
| LPW-Technologie | 7075 | 15-45 μm | $22-30/Pfund |
| AP&C | 7075, 7075-O | 5-50 μm | $25-40/Pfund |
- Atomisiertes 7075 ist die kostengünstigste Sorte für Press- und Sinteranwendungen.
- Gasverdüstes Pulver für AM ist aufgrund der Sphärizität und Größenkontrolle teurer.
- Die Mindestbestellmenge kann je nach Lieferant zwischen 25 kg und 500 kg liegen.
- Kundenspezifische Partikelgrößenverteilungen und eine genaue Größenkontrolle erfordern einen höheren Preis.
- Die Preise hängen von der Reinheit, der Produktionsmethode, dem Größenbereich und der Abnahmemenge ab.
Vergleich mit anderen Aluminium-Legierungen
7075 Aluminium wird im Folgenden mit einigen anderen gängigen Aluminiumlegierungen der Serien 7xxx und 2xxx verglichen:
Tabelle 8. Vergleich von Aluminium 7075 mit anderen Legierungen
| Legierung | Streckgrenze (MPa) | Ermüdungsfestigkeit (MPa) | Bruchzähigkeit (MPa√m) | Korrosionsbeständigkeit | Schweißeignung | Kosten |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2024 Al | 440 | 159 | 29 | Durchschnitt | Messe | Niedrig |
| 6061 Al | 290 | 115 | 15 | Gut | Ausgezeichnet | Niedrig |
| 7050 Al | 455 | 165 | 25 | Durchschnitt | Messe | Hoch |
| 7075 Al | 470 | 208 | 33 | Durchschnitt | Gut | Mäßig |
| 7178 Al | 490 | 170 | 20 | Durchschnitt | Messe | Sehr hoch |
- 7075 bietet die beste Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit, Schweißbarkeit und Kosten.
- 2024 ist billiger, hat aber eine geringere Festigkeit und Bruchzähigkeit.
- 7178 ist am stärksten, aber sehr teuer und von geringer Zähigkeit.
- 6061 hat eine gute Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit, aber eine geringere Festigkeit.
- 7050 ist etwas stärker als 7075, hat aber eine geringere Dauerfestigkeit und Zähigkeit.
Für die meisten hochfesten Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich bietet 7075 das beste Verhältnis von Eigenschaften und Kosten. Auch die Automobilindustrie und der allgemeine Maschinenbau bevorzugen 7075 wegen seiner leichten Verfügbarkeit, Bearbeitbarkeit und Eloxierbarkeit.
Beschränkungen und Nachteile
Trotz seiner Stärken hat 7075-Aluminium auch gewisse Einschränkungen:
- Anfälliger für Spannungskorrosion als einige andere Aluminiumlegierungen.
- Geringere Bruchzähigkeit als 2xxx-Legierungen wie 2024 und 2024.
- Weniger korrosionsbeständig als 5xxx-Marine-Grade-Legierungen.
- Schwerer zu schweißen als Aluminiumlegierungen der Serien 4xxx, 5xxx und 6xxx.
- Nicht geeignet für Hochtemperaturanwendungen über 250°C.
- Erheblich teurer als Legierungen wie 6061 und 5052 Aluminium.
- Erfordert eine Wärmebehandlung, um optimale Eigenschaften zu erzielen.
7075 Aluminium-Pulver - FAQs
Q. Wie lässt sich Aluminium 7075 mit Aluminium 2024 vergleichen?
A. 7075 hat eine höhere Festigkeit, Härte, Ermüdungsfestigkeit und bessere Spannungskorrosionsbeständigkeit als Aluminium 2024. Es hat eine geringere Bruchzähigkeit und Formbarkeit. 7075 enthält auch höhere Mengen an Legierungselementen, die es 30-40% teurer machen als 2024er Aluminium.
Q. Ist der Härtegrad von 7075-T6 und 7075-T651 derselbe?
A. Nein. T6 bezieht sich auf den am höchsten gealterten Zustand, der maximale Festigkeit bietet. T651 ist leicht unteraltert und bietet eine bessere Zähigkeit bei etwas geringerer Festigkeit als T6.
Q. Wie hoch ist der Gehalt an Zink, Magnesium und Kupfer in Aluminium 7075?
A. Die typische Zusammensetzung ist: Zink 5,1-6,1%, Magnesium 2,1-2,9%, Kupfer 1,2-2,0%. Der Rest ist Aluminium und andere kleinere Legierungselemente wie Chrom, Silizium usw.
Q. Kann Aluminium 7075 eloxiert werden?
A. Ja, 7075 Aluminium kann eloxiert werden, um eine Oxidschicht zu erzeugen, die die Korrosions- und Verschleißfestigkeit erhöht. Die Harteloxierung ergibt eine Schichtdicke von bis zu 75 Mikron, während die normale Eloxierung bis zu 25 Mikron ergibt.
Q. Wie hoch ist die Härte von 7075-T6 Aluminium?
A. 7075-T6-Aluminium hat einen Brinell-Härtewert im Bereich von 150-190. Die entsprechende Rockwell-Härte ist Rockwell B 95-105.
Q. Wird 7075-Aluminium in Flugzeugen verwendet?
A. Ja, 7075-Aluminium wird in großem Umfang für Flugzeugstrukturteile wie Rumpfhäute, Flügel, Rippen und Schotten verwendet. Sein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist entscheidend für die Reduzierung des Flugzeuggewichts.
Q. Was ist der Unterschied zwischen 7075 und 7050 Aluminiumlegierungen?
A. Der Hauptunterschied besteht darin, dass 7075 eine etwas höhere Festigkeit aufweist, während 7050 eine geringfügig bessere Spannungskorrosionsbeständigkeit hat. 7075 hat auch eine bessere Ermüdungsfestigkeit. Insgesamt bietet 7075 für die meisten Anwendungen eine bessere Kombination von Eigenschaften.
Q. Wie sollte 7075 Aluminiumpulver gelagert werden?
A. 7075 Aluminiumpulver sollte in versiegelten Behältern in einer kühlen, trockenen Umgebung gelagert werden. Feuchtigkeit kann zu Oxidation führen, während extreme Temperaturen die Pulvereigenschaften und Fließfähigkeit beeinträchtigen können. Die Haltbarkeit beträgt unter idealen Lagerbedingungen bis zu 1-2 Jahre.
Schlussfolgerung
7075-Aluminiumpulver ist eine leichte und dauerhafte Aluminiumlegierung mit ausgezeichneten Festigkeitseigenschaften, die sich für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Verteidigung und in Hochleistungsfahrzeugen eignet. Seine gute Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit ermöglichen auch den Einsatz in allgemeinen technischen Anwendungen. Eine sorgfältige Abwägung seiner Stärken und Grenzen im Vergleich zu anderen Aluminiumlegierungen kann dabei helfen, die beste Lösung für bestimmte Konstruktionsanforderungen zu finden.