Què és el 7075 i per què resisteix la soldadura
L'aliatge 7075 és un aliatge forjat d'Al-Zn{-Mg{-Cu de la sèrie 7xxx, amb límits de composició registrats de zinc entre 5,1 i 6,1 per cent, magnesi entre 2,1 i 2,9 per cent, coure entre 1,2 i 2,0 per cent i crom entre 0,28 per cent i crom. Aquesta combinació respon fortament al tractament tèrmic i l'envelliment de la solució, donant una resistència de l'ordre de 572 MPa de tracció i 503 MPa de rendiment en el tremp T6 a una densitat d'uns 2,81 g/cm3, amb accessoris estructurals, eines i components esportius d'alta càrrega com a aplicacions típiques. La xapa i la placa es subministren sota ASTM B209/B209M, extrusions sota ASTM B221 i barres i varetes sota ASTM B211.
La mateixa química que proporciona aquesta força destrueix la soldabilitat. Dos mecanismes funcionen conjuntament. En primer lloc, l'ampli rang de solidificació de la piscina de soldadura d'aliatges 7xxx de coure- i zinc-afavoreix el trencament en calent, perquè els eutèctics de baixa-fusió als límits del gra romanen líquids mentre el metall circumdant ja s'ha contret, de manera que els límits es trenquen durant el refredament. En segon lloc, la calor de la soldadura sobrepassa el metall matriu a la zona afectada per la calor-, dissolent els precipitats de reforç; La força HAZ mesurada en el 7075 soldat normalment cau a aproximadament la meitat de la del metall base T6. El resultat és una unió que és alhora difícil de produir i feble en servei, per això 7075 es classifica com a no recomanada per a la soldadura per arc o gas a la pràctica de soldadura d'alumini i en AWS D1.2/D1.2M.
7075 en comparació amb 6061
| Propietat | 7075-T6 | 6061-T6 |
|---|---|---|
| Sèrie i sistema | 7xxx, Al-Zn-Mg-Cu | 6xxx, Al-Mg-Si |
| Resistència a la tracció (típica) | 572 MPa | 310 MPa |
| Limitació de fluència (típica) | 503 MPa | 276 MPa |
| Densitat | 2,81 g/cm3 | 2,70 g/cm3 |
| Conductivitat tèrmica | uns 130 W/(mK) | uns 167 W/(mK) |
| Conductivitat elèctrica | aproximadament un 33% IACS | al voltant del 43% IACS |
| Soldadura per fusió | No recomanat | Soldat habitualment amb ER4043 o ER5356 a AWS A5.10 |
| Resistència a la corrosió | inferior; T6 propens a esquerdes per corrosió per estrès | Bona en servei atmosfèric i marítim |
| Formabilitat | Limitat; normalment mecanitzat | Limitat a T6, bo a T4 o O |
| Cost relatiu | Més alt | Més baix, molt proveït |
El resum pràctic és que 7075 és una decisió de força i 6061 és una decisió de fabricació. Un disseny que s'ha de soldar s'ha de re-examinar a 6061, 5083 o 6082 en lloc de forçar-lo a 7075, tret que hi hagi una de les vies d'unió d'estat sòlid-a continuació.
Unint-se a rutes per a 7075
Soldadura amb agitació per fricció.Es tracta d'un procés d'estat sòlid-que uneix el material sense fondre's, de manera que s'elimina el mecanisme d'esquerdament calent-eutèctic. És el mètode de producció acceptat per a estructures de -alta resistència 7xxx i s'especifica per a treballs aeroespacials sota AWS D17.3, amb eficiències conjuntes al voltant del 70% o superiors per procediments ben desenvolupats. Els paràmetres del procés, el disseny de l'eina i la rigidesa de la fixació han de ser qualificats per a l'aliatge i el gruix específics.
Subjecció mecànica.El reblat, els cargols i els elements de fixació roscats segueixen sent el mètode d'unió dominant per a les estructures 7075. El disseny ha de tenir en compte els efectes galvànics si el material de fixació és diferent, i la qualitat del forat és important perquè 7075 té una tolerància limitada a l'osca.
Unió adhesiva.Els epoxis estructurals s'uneixen bé 7075 quan la superfície està correctament preparada, i les juntes unides eviten tant el suavització HAZ com els forats. La resistència al cisallament s'avalua mitjançant mètodes de prova com ASTM D1002. La durabilitat requereix una preparació de la superfície controlada - normalment un recobriment de conversió química o una superfície anoditzada i imprimada - i proves d'exposició ambiental del conjunt adherit.
Soldadura per punts per resistència.Això introdueix menys calor total que la soldadura per arc i produeix una zona afectada més petita, de manera que s'utilitza en algunes aplicacions de calibre prim-, però la resistència de la junta és limitada i el procés no substitueix la soldadura per fusió on es requereix un rendiment estructural.
Selecció de temperatura de servei, corrosió i temperatura
La força de 7075 depèn dels precipitats retinguts, de manera que l'exposició a la temperatura és important. La guia de disseny generalment limita el servei continu per sota d'uns 100 C, perquè la resistència a la fluència cau ràpidament per sobre d'aquest nivell i l'aliatge esdevé inadequat per a peces molt tenses a temperatura elevada. Per tant, la calor s'exclou de l'embolcall del servei en lloc d'allotjar-se en el disseny.
El servei criogènic és el cas contrari. Els aliatges d'alumini mantenen i, generalment, augmenten la resistència a baixa temperatura mentre mantenen la ductilitat útil, de manera que el 7075 s'utilitza en aplicacions criogèniques i en ambients freds-, amb un disseny basat en els permesos de baixa-temperatura adequats en lloc de les dades de temperatura-ambientals.
La corrosió és l'altra limitació. El tremp T6 és susceptible al trencament per corrosió per tensió en entorns de coixinets de clorur-, i el remei estàndard és especificar un temperament exagerat. 7075-T73 i T7351 sacrifiquen al voltant d'un deu per cent de la resistència a la tracció en relació amb el T6, amb valors típics d'uns 505 MPa de tracció i 435 MPa de millora substancial de la resistència a la corrosió. La susceptibilitat es verifica mitjançant mètodes de prova com ASTM G47 i ASTM G44 per a la corrosió per estrès i ASTM G34 per a l'exfoliació, i l'anodització segons ISO 7599 o un recobriment de conversió proporciona una protecció de barrera addicional sense canviar el rendiment de temperament subjacent.
Preguntes freqüents
Q:Es pot soldar l'alumini 7075?
R: No per soldadura de fusió convencional. La soldadura per arc i gas provoca esquerdes en calent al metall de soldadura i redueix aproximadament la meitat la força de la zona afectada-la calor. La soldadura per fricció, la subjecció mecànica i l'adhesiu estructural són les alternatives acceptades.
Q:El 7075 és més fort que l'acer?
R: No en termes absoluts. 7075-T6 a uns 572 MPa de tracció és més resistent que molts acers suaus i de baix-carboni, però els acers al carboni i els acers d'aliatge d'alta-resistència assoleixen una resistència considerablement més alta. El seu avantatge és la resistència per unitat de pes, al voltant de 2,81 g/cm3.
Q:Quin aliatge s'ha d'utilitzar en lloc del 7075 si la peça s'ha de soldar?
R: 6061 és el substitut habitual on es necessiten una força moderada i soldadura, amb 5083 o 6082 seleccionat per a estructures soldades -de major resistència. Tots tres estan soldats amb farciment ER4043 o ER5356 a AWS A5.10.
Q:Quina és la temperatura màxima de servei de 7075?
R: El servei continu es limita generalment a sota d'uns 100 C. La resistència cau molt per sobre d'això, de manera que l'aliatge no s'especifica per a peces molt tensades a temperatura elevada.
Q:Com es protegeix el 7075 contra l'esquerdament per corrosió per estrès?
R: Especificant el tremp T73 o T7351 en comptes de T6, i aplicant un anoditzat o un recobriment de conversió. La susceptibilitat es verifica mitjançant proves ASTM G47, ASTM G44 o ASTM G34.
Q:El 7075 és adequat per a aplicacions criogèniques?
A: Sí. Els aliatges d'alumini conserven i solen guanyar resistència a baixa temperatura, de manera que el 7075 s'utilitza en el servei criogènic amb un disseny basat en les propietats de baixa-temperatura permesa en lloc de les propietats de la temperatura-ambiental.
