Aluminiumlegierungen der Serie 7xxx

Die härtesten Aluminiumlegierungen

Die Legierungen der 7xxx-Serie sind die härtesten von allen Aluminiumlegierungen (Bild 1). Sie haben jedoch einen großen Nachteil. – sie neigen zu Spannungskorrosion. Hauptlegierungselemente - von 1 zu 9 % цинка (чаще всего от 4 zu 6 %), aus 1 zu 3 % Magnesium, und auch, für einige Legierungen – zu 3,0 % Kupfer, Aluminium – alles andere. Diese Legierungen werden durch Wärmebehandlung gehärtet.

Wichtige Anwendungsgebiete dieser Legierungen sind mit ihrer hohen Festigkeit verbunden.. Das ist Luft- und Raumfahrttechnik, Militärische Maschinen und Ausrüstungen für die Atomkraft. Außerdem, sie haben Anwendung im Bauwesen, sowie für die Herstellung von Sportgeräten, z.B, Skistöcke und Tennisschläger.

Bild 1 – Festigkeitsbewertung gängiger Aluminiumlegierungen

Aluminiumlegierungen der Serie 7xxx

Die Löslichkeit von Zink in Aluminium nimmt ab von 31,6 % beim 275 ºC bis 5,6 % beim 125 ºС (Abbildung 2). Industrielegierungen der Serie 7xxx enthalten Zink, Magnesium und Kupfer mit geringen Zusätzen von Mangan und Chrom, sowie Zirkonium zur Kontrolle des Kornwachstums und der Rekristallisation.

Bild 2 – “Aluminium” участок фазовой диаграммы алюминий-цинк [2]

Aluminiumlegierungen der Serie 7xxx werden zur Herstellung von tragenden Elementen von Flugzeugen verwendet, wie Oberflügelhäute, Stringer, horizontale und vertikale Stabilisatoren. Die Höhen- und Seitenleitwerke haben die gleichen Konstruktionskriterien wie die Tragflächen.. Die oberen und unteren Oberflächen des Höhenleitwerks erfahren Biege- und Druckbelastungen, die für sie kritisch sind.. Daher ist der Elastizitätsmodul bei Kompression die wichtigste Eigenschaft.. Kritische Konstruktionsparameter für obere Flügelkomponenten sind Druckfestigkeit und Dauerfestigkeit..

Die härtesten Legierungen der 7xxx-Serie

Alle Aluminiumlegierungen des Al-Zn-Mg-Cu-Systems weisen die höchste Festigkeit auf. Hinzufügen 2 % Kupfer in Kombination mit Magnesium und Zink erhöht die Festigkeitseigenschaften der Legierungen der 7xxx-Serie deutlich.

Höchste Zugfestigkeiten, was aluminiumlegierungen haben können, имеют следующие сплавы:

  • 7075: 5,5 % Zink - 2,5 % Magnesium - 1,5 % меди;
  • 7079: 4,3 % Zink - 3,3 % Magnesium - 0,6 % меди;
  • 7178: 6,8 % Zink - 2,7 % Magnesium - 2,0 % Kupfer.

Alloy 7075-T6 hat ein sehr hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, niedrige Produktionskosten und gute Bearbeitbarkeit. Daher wird es bei der Auswahl eines Materials für Strukturelemente von Flugzeugen bevorzugt.. Gleichzeitig, Legierung 7075 hat eine relativ geringe Korrosionsbeständigkeit. Die Neigung dieser Legierung zur Spannungsrisskorrosion kann durch geeignete Wärmebehandlung und Zugabe bestimmter Materialien kontrolliert werden., wie Chrom.

Bild 3 – Festigkeitsniveau der 7075-T6-Aluminiumlegierung unter anderen Baumaterialien

Aluminiumlegierung 7075

Bedingung T6

Legierung 7075 - Al-Zn-Mg-Cu-Cr-Legierung - hat die breiteste und längste Anwendung aller Legierungen der 7xxx-Serie. Es wurde in Japan eingeführt in 1943 Jahr, war ein großes Geheimnis und wurde zur Herstellung japanischer Militärflugzeuge verwendet. Legierung 7075 ursprünglich für Teile und Komponenten mit dünnen Querschnitten verwendet, hauptsächlich in Form von Platten und Strangpressprofilen. Bei diesen Produkten ist die Abschreckgeschwindigkeit meist sehr hoch und Zugspannungen treten in kurzer Querrichtung nicht auf.. Daher ist Spannungsrisskorrosion für solche hochfesten Materialien kein Problem. Kondition T6.

aber, wenn legierung 7075 verwendet in Produkten und Teilen mit großen Abmessungen und Dicken, es wird klar, Was sind solche Produkte und Teile?, thermisch gehärtet auf T6-Zustände, erfüllen oft nicht die spezifizierten Anforderungen. Produkte, die durch große mechanische Bearbeitung aus großen Schmiedestücken gewonnen wurden, extrudierte Profile oder Platten, dann längerer Zugspannung in ungünstiger Orientierung ausgesetzt. В таких условиях в эксплуатации довольно часто возникало коррозионное растрескивание под напряжением (коррозия под напряжением).

Zustand T73

Die Lösung dieses Problems war die Einführung des T73-Zustands für dicke und massive Legierungsprodukte 7075. Wärmebehandlung, was angewendet wird, um diesen Zustand zu erhalten, erfordert zweistufige künstliche Alterung. Die zweite Stufe wird bei einer höheren Temperatur durchgeführt., als die, die verwendet wird, um den T6-Zustand zu erreichen. Diese zusätzliche Wärmebehandlung reduziert die Festigkeit auf ein darunter liegendes Niveau, welche Legierung 7075 erreicht im Zustand T6.

Zustand T7 wird durch Überalterung erreicht, was bedeutet, dass die Alterung der Legierung nach Erreichen der Spitzenwerte ihrer Härte und Festigkeit weitergeht, im Gegensatz zu den Zuständen T6.

Zahlreiche Versuche und langjährige Betriebserfahrungen haben bestätigt, diese 7075-T73-Legierung hat eine deutlich höhere Spannungskorrosionsbeständigkeit, im Vergleich zu Legierung 7075-T6.

Interessant, что колеса знаменитого марсохода Curiosity сделаны из сплава 7075-Т7351 с помощью механической обработкой из цельного кованого кольца (рисунок 8).

(а)


Bild 8 – Колесо марсохода Curiosity из алюминиевого сплава 7075-Т7351:
aber – на Земле; б – в условиях эксплуатации на Марсе

Magnesium in Aluminiumlegierungen 7xxx

Die meisten Legierungen der 7xxx-Serie enthalten Magnesium, um die Effizienz des Alterungshärtungsmechanismus zu erhöhen.. Die Hauptverstärkungsphase sind MgZn-Partikel2. Diese Legierungen haben eine mittlere Festigkeit, aber relativ leicht zu schweißen, z.B, Legierung 7005 (analog 1915). Al-Zn-Mg-Legierungen haben eine höhere Anfälligkeit gegenüber Wärmebehandlung, als binäre Legierungen Al-Zn, was ihnen eine höhere Festigkeit verleiht.

Медь в алюминиевых сплавах 7ххх

Добавление меди сплавам Al-Zn-Mg вместе с небольшими количествами хрома и марганца дает этим сплавам самую высокую прочность из всех известных алюминиевых сплавов. Сплавы четверной системы Al-Zn-Mg-Cu имеют самый высокий потенциал упрочнения старением из всех алюминиевых сплавов: у некоторых сплавов предел прочности достигает 600 MPa, wie, z.B, für Legierung B95, und selbst 700 MPa, wie Legierung B96. Eine übermäßige Erhöhung des Zink- und Magnesiumgehalts verringert jedoch die Zähigkeit und Beständigkeit gegen Spannungskorrosion.. Bei diesen Legierungen steuern Zink und Magnesium den Alterungsprozess., während die Rolle von Kupfer darin besteht, die Alterungsrate zu erhöhen und die Abschreckempfindlichkeit zu erhöhen. Obwohl Kupfer die Korrosionsbeständigkeit insgesamt verringert, es erhöht die Beständigkeit gegen Spannungskorrosion.

aluminievye-splavy-serii-7xxxQuellen:

  1. Aluminium und Aluminiumlegierungen /J. R. Davis, ASM, 1993
  2. Trends in der Entwicklung von Aluminiumlegierungen /R. Rajan überhaupt – Rev. Hinweis. Mater. Wissenschaft. 44 (2016) 383-397

Подробно о состояниях алюминиевых сплавов:

Einführung in Aluminiumlegierungen und Härter – J. Gilbert Kaufmann