7075 铝粉概述
7075 铝粉是一种非常坚固的铝合金，由铝、锌、镁、铜以及少量硅、铁、锰、铬和钛制成。它广泛用于要求高强度重量比和良好疲劳强度的应用领域，如航空航天部件。
7075 铝粉具有出色的强度性能、良好的抗疲劳性、一般的机加工性能，并可进行热处理。它可以通过挤压、锻造或轧制进行加工，并有粉末、板材、钢板、棒材和型材等多种形式。
7075 铝粉的一些关键性能和特点：
- 高强度和硬度 - 极限拉伸强度为 510-570 兆帕，布氏硬度为 150-190 。
- 良好的抗疲劳性 - 30-40% 左右的疲劳强度比 7050 等其他 7xxx 系列铝合金更好。
- 重量轻 - 密度为 2.81 克/立方厘米，比钢材合金更轻。
- 可热处理 - 可通过固溶热处理、淬火和人工时效等热处理工艺进行强化。
- 韧性好 - 50 毫米截面的伸长率为 11%。
- 良好的尺寸稳定性 - 不会出现应变硬化问题。
- 耐腐蚀 - 由于添加了铬，可防止剥落腐蚀。
- 可焊接 - 可使用气体钨极氩弧焊和气体金属弧焊进行焊接。
- 导电性 - 导热性为 130 W/m-K，导电性为 43% IACS。
7075 铝的成分
7075 铝属于 7xxx 系列或 Al-Zn-Mg-Cu 系列高强度铝合金。其典型成分如下所示：
| 要素 | 锌 | 镁 | 铜 | 铁 | Si | 锰 | Cr | Ti | Al |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 重量 % | 5.1-6.1 | 2.1-2.9 | 1.2-2.0 | 最大 0.5 | 最大 0.4 | 最大 0.3 | 0.18-0.28 | 最大 0.2 | 平衡 |
- 锌是主要的合金元素，可通过沉淀硬化提供强度。镁和铜也有助于沉淀硬化。
- 铬可提高抗应力腐蚀开裂性能。
- 铁、硅、锰和钛为杂质。
锌、镁和铜的结合使 7075 具有很高的强度，同时保持了足够的成型性、焊接性、机加工性和耐腐蚀性。
7075 铝的机械性能
7075 铝粉具有出色的强度特性和良好的断裂韧性。退火和各种热处理温度下的机械性能如下：
表 1. 7075 铝的机械性能
| 脾气 | 屈服强度（兆帕） | 拉伸强度（兆帕） | 伸长（％） |
|---|---|---|---|
| O | 103 | 241 | 17 |
| T6 | 503 | 572 | 11 |
| T651 | 469 | 524 | 12 |
| T7351 | 503 | 572 | 8 |
| T736 | 455 | 496 | 10 |
- 在退火 O 型回火中，伸长率高而强度低。
- 在峰值老化 T6 回火中，屈服强度达到 503 兆帕，拉伸强度为 572 兆帕，伸长率为 11%。
- 过时效 T7351 回火的强度也很高，但延展性降低。
- T651 和 T736 等低焙烧温度可在强度和成型性之间取得良好的平衡。
7075 铝具有出色的抗疲劳性能，几乎可与钢媲美。它具有良好的断裂韧性，在 T6 回火中达到 33 MPa√m。它还具有良好的抗裂纹生长性能。
物理特性
7075 铝粉密度低、导热性和导电性高、耐腐蚀性好。其密度为 2.81 克/立方厘米，几乎是钢合金的三分之一。
表 2.7075 铝的物理特性
| 物业 | 价值 |
|---|---|
| 密度 | 2.81 克/立方厘米 |
| 熔点 | 475°C |
| 导热性 | 130 瓦/米-千克 |
| 导电性 | 43% IACS |
| 弹性模量 | 71.7 GPa |
| 泊松比 | 0.33 |
| 热膨胀 | 23.6 x 10-6/K |
热导率远高于聚合物，但低于纯铝和纯铜。热膨胀率比低碳钢高 50%。
加工特性
与黄铜的易加工性相比，7075 铝的平均易加工性等级为 65%。
- 车削 - 建议使用硬质合金刀具。首选高切削速度和低进给量。
- 铣削 - 应使用高螺旋角的硬质合金立铣刀。爬行铣削的光洁度更好。
- 钻孔 - 适用于高速钢或硬质合金制成的麻花钻。切屑控制非常重要。
- 磨削--耐负荷的树脂粘合砂轮很有效。使用大量冷却液。
- 锯切 - 采用细齿刀片，进给率低，表面光滑。空气或喷雾系统有助于切屑控制。
添加硫磺以改善断屑性能，可进一步提高加工性能。使用严格的设置和锋利的工具，以避免加工硬化。
焊接性
如果采用适当的技术，7075 铝合金具有相当好的可焊性。
- 通常使用气体钨极氩弧焊（GTAW）。4043 铝填充合金的焊缝强度最高。
- 也可使用气体金属弧焊 (GMAW)，但应尽量减少输入热量，以减少热裂纹。
- 使用截锥电极进行电阻点焊效果非常好。焊接界面应彻底清洁。
- 搅拌摩擦焊可以在 7075 铝的所有温度下产生高质量的固态焊缝。
- 热影响区会比基体金属软。固溶处理和时效处理可恢复其特性。
耐腐蚀性
7075 铝粉具有良好的耐大气和淡水腐蚀性能。
- 薄薄的表面氧化膜能有效阻挡中性溶液中的腐蚀。
- 锌、镁、铜和铬等合金元素具有耐腐蚀性。
- 添加铬可防止晶间腐蚀和剥落腐蚀。
- 耐碱性差，但可以通过阳极氧化处理来改善。
- 在某些环境中，高度受压时对应力腐蚀开裂敏感。
- 与惰性金属接触时易发生电化学腐蚀。避免与不锈钢接触。
总体而言，7075 铝的耐腐蚀性能令人满意，适用于大多数常见的建筑、海洋和工业应用。
7075 铝的应用
7075 铝具有强度高、重量轻、抗疲劳性强和成本合理等独特优势，适用于各种要求苛刻的应用场合：
表 3. 7075 铝的应用
| 行业 | 应用 |
|---|---|
| 航空航天 | 机翼、机身、舱壁、框架、紧固件等飞机结构部件 |
| 导弹和火箭外壳、发射管、紧固件、支架 | |
| 卫星天线和结构 | |
| 汽车 | 底盘、连接件、传动轭、轴、阀门、配件 |
| 海事 | 桅杆、天线支撑结构 |
| 船体、舷梯、上层建筑、螺旋桨 | |
| 国防 | 装甲车车体、外壳、扫雷系统 |
| 枪架、火箭发射器、弹壳 | |
| 一般工程学 | 夹具、固定装置、机械臂、阀门、齿轮、轴 |
| 电机外壳、联轴器、气缸套、吹塑模具 |
由于对强度和重量的严格要求，航空航天应用占了绝大多数。汽车和高性能船舶部件也使用 7075 铝挤压件和锻件。
7075 铝粉的类型
根据生产工艺和颗粒特性的不同，7075 铝粉有不同的类型：
雾化 7075 铝粉
- 将熔融的 7075 铝合金雾化成细小的液滴，然后凝固成粉末。
- 颗粒形状不规则，大小分布广泛，从 10 微米到 180 微米不等。
- 用于粉末冶金工艺，通过压制和烧结来制造部件。
表 4. 雾化 7075 铝粉的规格
| 物业 | 价值 |
|---|---|
| 粒子形状 | 不规则，球形 |
| 颗粒大小（微米） | 10 – 180 |
| 表观密度（克/立方厘米） | ~ 2.7 |
| 实际密度（克/立方厘米） | 2.8 |
| 流速（秒/50 克） | ~ 28 |
气体雾化 7075 铝粉
- 由惰性气体雾化成非常细小的球形颗粒。
- 表面光滑，形状规则，尺寸分布窄。
- 用于 DMLS 和 SLM 增材制造等先进金属 AM 工艺。
表5。 气体雾化 7075 铝粉的规格
| 物业 | 价值 |
|---|---|
| 粒子形状 | 球形 |
| 颗粒大小（微米） | 15 – 45 |
| 表观密度（克/立方厘米） | ~ 2 |
| 实际密度（克/立方厘米） | 2.8 |
| 流速（秒/50 克） | ~ 25 |
铣削 7075 铝片
- 通过研磨 7075 铝粉原料产生的不规则片状颗粒。
- 用于涂料和底漆的高表面积片状颗粒。
- 还可用作燃料添加剂、炸药和烟火剂。
表6。 7075 铣削铝片的规格
| 物业 | 价值 |
|---|---|
| 粒子形状 | 薄片 |
| 长宽比 | ~ 10:1 |
| 厚度（微米） | 0.5 - 4 |
| 表观密度（克/立方厘米） | 0.25 - 1 |
| 实际密度（克/立方厘米） | 2.8 |
加工 7075 铝粉
7075 铝粉可通过粉末冶金压制和烧结路线等方法以及快速成型制造技术加工成成品部件：
粉末冶金加工
典型步骤包括
- 压实 - 冷压后再进行等静压，形成理论密度为 65-90% 的绿色紧凑部件。
- 烧结 - 在 600-650°C 的温度下真空烧结 1-3 小时，以达到封闭孔隙率和 95% 密度。
- 渗透 - 熔融铝在压力下渗入，使密度增至 99% 或以上。
- 热处理 - 固溶热处理后进行淬火和时效处理，以达到所需的性能。
粉末冶金工艺可以生产出复杂的净形部件，公差很小，避免了机械加工造成的浪费。
快速成型制造
7075 铝粉采用粉末床熔融技术加工成全密度部件，如
- 直接金属激光烧结（DMLS） - 使用聚焦激光束，根据 CAD 模型选择性地熔化粉末层。
- 选择性激光熔化（SLM） - 实现完全熔化，从而生产出具有精细微观结构的全致密部件。
- 电子束熔化（EBM） - 生成速度更快，但只能在真空条件下进行。
AM 可以制造复杂、轻质的几何形状，并具有优异的机械性能和材料利用率。
7075 铝粉的供应和定价
7075 铝粉的一些主要全球供应商包括
表7。 7075 铝粉供应商和价格
| 供应商 | 年级 | 颗粒大小 | 价格范围 |
|---|---|---|---|
| 美国铝业公司 | 7075, Z7075 | 10-180 μm | $10-15/lb |
| Valimet | 7075 | 15-63 μm | $13-17/lb |
| 45-105 μm | $11-14/lb | ||
| TLS 技术 | 7075 | 20-90 μm | $15-22/lb |
| 山特维克 | 7075 | 15-45 μm | $18-25/lb |
| LPW 技术 | 7075 | 15-45 μm | $22-30/lb |
| AP&C | 7075, 7075-O | 5-50 μm | $25-40/lb |
- 雾化 7075 是冲压和烧结应用中成本最低的等级。
- 用于 AM 的气体雾化粉末由于球形度和尺寸控制的原因，成本较高。
- 根据供应商的不同，最低订购量从 25 公斤到 500 公斤不等。
- 定制的粒度分布和严密的粒度控制需要高价。
- 价格取决于纯度、生产方法、尺寸范围和购买量。
与其他铝合金的比较
下面将 7075 铝与其他一些常用的 7xxx 和 2xxx 系列铝合金进行比较：
表 8. 7075 铝与其他合金的比较
| 合金 | 屈服强度（兆帕） | 疲劳强度（兆帕） | 断裂韧性（兆帕√米） | 耐腐蚀性 | 焊接性 | 费用 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2024 Al | 440 | 159 | 29 | 平均 | 公平 | 低 |
| 6061 铝 | 290 | 115 | 15 | 良好 | 优秀 | 低 |
| 7050 Al | 455 | 165 | 25 | 平均 | 公平 | 高 |
| 7075 Al | 470 | 208 | 33 | 平均 | 良好 | 中度 |
| 7178 Al | 490 | 170 | 20 | 平均 | 公平 | 非常高 |
- 7075 是强度、韧性、可焊性和成本的最佳组合。
- 2024 价格便宜，但强度和断裂韧性较差。
- 7178 强度最高，但价格昂贵，韧性较差。
- 6061 具有良好的耐腐蚀性和可焊性，但强度较低。
- 7050 比 7075 稍强，但疲劳强度和韧性较低。
对于大多数高强度航空航天和国防应用来说，7075 在性能和成本之间取得了最佳平衡。汽车和一般工程领域也更青睐 7075，因为它易于获得、可加工性强且可进行阳极氧化处理。
局限性和缺点
尽管 7075 铝材有其优点，但也有一定的局限性：
- 比其他一些铝合金更容易受到应力腐蚀。
- 断裂韧性低于 2024 和 2024 等 2xxx 合金。
- 耐腐蚀性低于 5xxx 海洋级合金。
- 比 4xxx、5xxx 和 6xxx 系列铝合金更难焊接。
- 不适用于 250°C 以上的高温应用。
- 价格明显高于 6061 和 5052 铝等合金。
- 需要进行热处理加工，以获得最佳性能。
7075 铝粉 - 常见问题
Q.7075 铝与 2024 铝相比如何？
A.7075 比 2024 铝具有更高的强度、硬度、疲劳强度和更好的抗应力腐蚀性。它的断裂韧性和成型性较低。7075 还含有较多的合金元素，因此成本比 2024 铝高 30-40%。
Q.7075-T6 和 7075-T651 的温度是否相同？
A.T6 是指峰值老化温度，可提供最高强度。T651 回火略低，强度略低于 T6，但韧性更好。
Q.7075 铝材中的锌、镁和铜含量是多少？
A.典型成分为：锌 5.1-6.1%、镁 2.1-2.9%、铜 1.2-2.0%。其余为铝和其他少量合金元素，如铬、硅等。
Q.7075 铝能否进行阳极氧化处理？
A.是的，7075 铝可以进行阳极氧化处理，以产生一层氧化物涂层，增强耐腐蚀性和耐磨性。硬质阳极氧化的涂层厚度可达 75 微米，而普通阳极氧化的涂层厚度可达 25 微米。
Q.7075-T6 铝的硬度是多少？
A.7075-T6 铝的布氏硬度值在 150-190 之间。相应的洛氏硬度为洛氏 B 95-105。
Q.7075 铝是否用于飞机？
A.是的，7075 铝广泛用于飞机结构件，如机身蒙皮、机翼、肋骨和舱壁。它的高强度重量比对于减轻飞机重量至关重要。
Q.7075 和 7050 铝合金有什么区别？
A.主要区别在于 7075 的强度稍高，而 7050 的抗应力腐蚀性能稍好。7075 还具有更好的疲劳强度。总的来说，7075 能为大多数应用提供更好的性能组合。
Q.7075 铝粉应如何储存？
A.7075 铝粉应存放在密封容器中，并置于阴凉、干燥的环境中。暴露在潮湿环境中会导致氧化，而极端温度则会影响粉末的特性和流动性。在理想的储存条件下，保质期可达 1-2 年。
结论
7075 铝粉是一种轻质耐用的铝合金，具有优异的强度性能，适用于航空航天、飞机、国防和高性能汽车等要求苛刻的应用领域。其良好的可加工性、可焊性和耐腐蚀性也使其可用于一般工程应用。仔细考虑其与其他铝合金相比的优势和局限性，有助于确定最适合特定设计要求的铝合金。