آلومینیوم ۷۰۷۵

اولین بار در سال ۱۹۴۳ آلیاژ ۷۰۷۵ توسط یک شرکت ژاپنی به نام سومیتومو Sumitomo Metal به صورت مخفیانه توسعه داده شد. چون آن زمان ژاپن درگیر جنگ بود تحقیقات و بررسی های منتج به دستیابی به این آلیاژ به صورت کاملا محرمانه و مخفیانه انجام شد. در نهایت این آلیاژ برای تولید بدنه در نیروی دریایی امپراتوری ژاپن مورد استفاده قرار گرفت. آلیاژ ۷۰۷۵ تحت نام‌های تجاری مختلف از جمله Zicral ,Ergal و Fortal Constructal به فروش می‌رسد. برخی از آلیاژهای سری ۷۰۰۰ تحت نام‌های تجاری Alumec 79، Alumec 89، Contal, Certal, Alumould و Hokotol برای ساخت قالب به کار می‌رود.

یکی از سخت ترین آلیاژهای آلومینیوم ۷۰۷۵ است که از نظر استحکام آن را با انواع فولادها مقایسه می کنند. آلومینیوم ۷۰۷۵ یکی از گران قیمت ترین آلیاژهای آلومینیوم است که تولید آن زیروبم های بسیاری به همراه دارد. در صنایع گوناگون و بزرگ و کوچک مشتریان پروپاقرصی دارد و معمولا قیمت تولید و یا فروش آن با آلیاژهای دیگر آلومینیوم متفاوت است.

شاکله اصلی آلومینیوم ۷۰۷۵ را روی و منیزیم تشکیل داده که میزان روی موجود در این آلیاژ به دیگر افزودنی ها چربش دارد. به بیان دیگر عنصر اصلی آلومینیوم ۷۰۷۵ ، روی می باشد که درصد آن در این آلیاژ ۵.۶تا۶.۱ درصد می باشد. پس از روی، دیگر عنصر پررنگ در آلومینیوم ۷۰۷۵ منیزیم است. هنگامی که ۳ تا ۷/۵ درصد منیزیم به آلیاژ روی اضافه می شود، می تواند MgZn2 را تشکیل دهد، که جلوه ای تقویتی می بخشد. این اثر عملیات حرارتی آلیاژ را نسبت به آلیاژ باینری آلومینیوم و روی می دهد. بهبود محتوای روی و منیزیم در آلیاژ، مقاومت کششی بیشتر بهبود می یابد، اما توانایی آن در مقاومت در برابر خوردگی تنش و خوردگی پانچ کاهش می یابد .تحت عملیات گرما می تواند به خصوصیات مقاومت بسیار بالایی دست یابد. مقادیر کمی آلیاژهای مس و کروم معمولاً به مواد ۷۰۷۵ افزوده می شود، برای مثال بخش A7075 خصوصاً بالاترین درجه آلیاژ آلومینیوم، عالی ترین محصول آلیاژ آلومینیوم، استحکام بالا، بسیار بهتر از هر نوع فولاد خفیف محسوب می شد .این آلیاژ از واکنش مکانیکی و آند خوبی برخوردار است.

از مزایای آن می‌توان به استحکام قابل مقایسه با بسیاری از فولادها، استحکام خستگی خوب و سطح متوسط ماشین‌کاری و از معایب آن می‌توان به مقاومت کمتر در برابر خوردگی در مقایسه با بسیاری از آلیاژهای آلومینیومی اشاره کرد. نسبت استحکام به وزن بالای این آلیاژ، آن ها را برای استفاده در قطعاتی که تحت تنش بالا قرار می گیرند مناسب کرده است. هزینهٔ تولید آن بسیار بالاست که استفاده آن را در صنایع محدود می‌سازد. آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵ از مهمترین آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا به شمار می‌رود البته باید توجه داشت که این آلیاژ پس از عملیات حرارتی مناسب به سخت ترین حالت خود دست پیدا می کند. از خواص بارز این نوع آلیاژ می توان به مقاومت به سایش و استحکام بالا اشاره کرد که به صورت گسترده‌ای برای ساخت اجزاء مختلف در صنایع هوافضا، دفاعی و نظامی به کار می‌رود. به طوریکه در بین ۲۵ آلیاژ آلومینیوم کارپذیر رایج، آلیاژ ۷۰۷۵ به عنوان مشکل ترین آلیاژ جهت اکستروژن ارزیابی شده است.

از مهمترین مشتقات این آلیاژ که در عملیات برگشت دادن یا تمپر کردن تولید می‌شوند می‌توان به O-7075, T6-7075 ,T651-7075 اشاره کرد.

آنالیز ترکیب شیمیایی۷۰۷۵

استانداردهای دیگر ۷۰۷۵

سایر مشخصه های آلومینیوم ۷۰۷۵ در جدول زیر آمده است:

ویژگی های آلومینیوم ۷۰۷۵

این آلومینیوم آلیاژی قابلیت های فراوانی دارد که همین مجموعه از ویژگی های خاص آن را تبدیل به فلزی پرطرفدار کرده است. از استحکامی بسیار بالا برخوردار است که می توان آن را از این منظر با رده هایی از فولادها هم مقایسه کرد. از سطح استحکام خستگی قابل قبولی برخوردار است و قابلیت ماشین کاری بالایی از خود نشان داده است. به دلیل اینکه چرخه تولید آلومینیوم ۷۰۷۵ دارای ایستگاه های کاری بیشتری نسبت به دیگر آلیاژها می باشد قیمت تمام شده آن همیشه بالاتر از آلیاژهای دیگر آلومینیوم است و در بازارهای جهانی و منطقه ای هم گرانتر به فروش می رسد.

آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵ که عملیات حرارتی T6 را پشت سر گذاشته باشد،دارای ویژگی‌هایی از جمله مقاومت به خوردگی مناسب، نسبت استحکام به وزن بالا و هدایت حرارتی خوب می‌باشد. ولی این آلیاژ در مقابل روش‌های جوشکاری ذوبی قابلیت جوش‌پذیری ضعیفی از خود نشان می‌دهد. جوشکاری مقاومتی تنها پیشنهاد اتصال این آلیاژ است. باید از جوشکاری تحت گاز خودداری شود به همین دلیل است که در طراحی ها از پیچ کردن و یا پرچ کردن به جای جوشکاری روی این آلیاژ نام برده اند. آلیاژ ۷۰۷۵ در کنار تمامی ویژگی های قدرتمندی که دارد در زمینه مقاومت در مقابل خوردگی بسیار ضعیف تر از دیگر رده های آلیاژی آلومینیوم است.

به دلیل استحکام فوق العاده این آلومینیوم، از ورق های آلیاژ ۷۰۷۵ بیشتر در شرایط تحت تنش بالا استفاده می شود. از ورق های آلومینیوم ۷۰۷۵ در بدنه سلاح های نظامی سبک و سنگین فراوان استفاده می شود. این آلومینیوم آلیاژی با عملیات آنودایزینگ جلوه بسیار زیبا و چشمگیری پیدا کرده و به بیان دیگر واکنش بسیار خوبی به فرایند آنودایز نشان می دهد.

خواص خوردگی آلومینیوم ۷۰۷۵

جدول زیر خواص خوردگی آلومینیوم ۲۰۲۴ نشان می دهد:

ویژگی های مکانیکی آلومینیوم ۷۰۷۵ 

خواص مکانیکی ۷۰۷۵ تا حد زیادی به عملیات بازپخت (Tempering) مواد بستگی دارد.

۷۰۷۵-O

در عملیات حرارتی بازگشت دهی آلیاژ ۷۰۷۵–۰ حداکثر مقاومت کششی (Mpa 280 (PSI 40.000 و حداکثر استحکام تسلیم آن (Mpa 140 (PSI 21.000 می‌باشد. این آلیاژ می‌تواند (کشش قبل از شکست نهایی) به میزان ۹ تا ۱۰ درصد طول خود افزایش طول پیدا کند. همچنین مقاومت به خوردگی و استحکام خوبی از خود به نمایش می‌گذارد.

۷۰۷۵-T6

آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵-T6 دارای ویژگی‌هایی از جمله مقاومت به خوردگی مناسب، نسبت استحکام به وزن بالا و هدایت حرارتی خوب می‌باشد ولی این آلیاژها در مقابل روش‌های جوشکاری ذوبی قابلیت جوش‌پذیری ضعیفی از خود نشان می‌دهند. آلیاژ عملیات حرارتی شده ۷۰۷۵-T6 دارای استحکام کششی نهایی (Mpa 510-540 (PSI 74.000-78.000 و استحکام تسلیم (Mpa 430-480 (PSI 63.000-69.000 می‌باشد. همچنین در حدود ۵ تا ۱۱ درصد افزایش طول شکست دارد. دمای عملیات T6 معمولاً به صورت یکسان‌سازی شده از آلیاژ ۷۰۷۵ در ۴۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد به مدت چندین ساعت به کوئنچ و سپس در دمای ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۲۴ ساعت به پیر سختی می‌رسد. نوع T6 بالاترین حد استحکام تسلیم را در بین آلیاژهای ۷۰۷۵ است. عمدتاً منشأ اصلی این استحکام به پراکندگی و زمان رسوب‌دهی بین درون دانه‌ها و در امتداد مرز دانه‌ها بستگی دارد و در مقابل مقاومت به خوردگی تنشی کاهش می‌یابد.

۷۰۷۵-T651

آلیاژ عملیات حرارتی شده‌ ۷۰۷۵-T651 دارای استحکام کششی نهایی (Mpa 570 (PSI 83.000 و استحکام تسلیم (Mpa 500 (PSI 73.000 می‌باشد. همچنین ۳ تا ۹ درصد افزایش طول شکست دارد. این خواص می‌تواند بسته به نوع مواد مورد استفاده تغییر کند.

۷۰۷۵-T7

آلیاژ عملیات حرارتی شده ۷۰۷۵-T7 دارای استحکام کششی نهایی (Mpa 505 (PSI 73.000 و استحکام تسلیم (Mpa 435 (PSI 63.100 می‌باشد. همچنین ۱۳ درصد افزایش طول شکست دارد. دمای عملیات T7 توسط میانگین مواد (meaning aging past the peak hardness) به دست می‌آید. این امر اغلب به وسیله پیر سختی در دمای ۱۰۰-۱۲۰ درجه سانتی گراد برای چندین ساعت صورت می‌پذیرد و سپس به مدت ۲۴ ساعت یا بیشتر در دمای ۱۶۰-۱۸۰ درجه سانتی گراد نگه داشته می‌شود. دمای عملیات T7 یک میکرو ساختار ازeta تولید می‌کند. در مقابل در دمای عملیات T6 این ذرات eta بسیار بزرگ هستند و تمایل به رشد در امتداد مرز دانه‌ها دارند. این امر حساسیت تنش ترک خوردگی را کاهش می‌دهد. دمای عملیات T7 یکسان با دمای عملیات T73 می‌باشد.

۷۰۷۵-RRA

همان‌طور که در بالا ذکر شد در عملیات حرارتی T6 استحکام و سختی افزایش و در عوض، مقاومت به خوردگی تنشی(SCC) کاهش می‌یابد. برای افزایش مقاومت به SCC همراه با حفظ یا تقویت استحکام و سختی عملیات حرارتی برگشت پیرسازی مجدد (RRA) بر روی نمونه‌های آلومینیومی ۷۰۷۵ فورج شده در شرایط T6 مورد استفاده قرار می‌گیرد. بدین منظور را حل زیر صورت می‌گیرد:

۱- انجام عملیات حرارتی T6 یعنی عمل حرارتی انحلالی در ۴۶۵  درجه سانتی گراد، کوئنچ کردن در آب سرد و پیر کردن به مدت ۲۴ ساعت در ۱۲۰ درجه سانتی گراد.

۲- حرارت دادن به مدت کوتاه (مثلا ۵ دقیقه) در دمایی در محدوده ۲۰۰-۲۸۰  درجه سانتی گراد و کوئنچ کردن در آب سرد.

۳- پیر کردن مجدد بمدت ۲۴ ساعت در۱۲۰ سانتی گراد.

ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی سختی نمونه‌های RRA شده به نمونه‌های T6 (در صورت اعمال مناسب عملیات RRA) بسیار نزدیک است و خواص مکانیکی قطعات جدار نازک آلیاژ ۷۰۷۵ به نحو مؤثری افزایش می‌یابد.

خواص مکانیکی آلومینیوم ۷۰۷۵

جدول زیر خواص مکانیکی آلومینیوم ۷۰۷۵ را نشان می دهد:

خواص فیزیکی آلومینیوم ۷۰۷۵

جدول زیر خواص فیزیکی آلومینیوم ۷۰۷۵ را نشان می دهد:

مشاهده می شود که در خواص مکانیکی و خواص فیزیکی متفاوت هستند ولی از آنالیز و ترکیب شیمیایی یکسان بهره می برند.

کاربرد آلومینیوم ۷۰۷۵

آلیاژهای سری ۷۰۰۰ از قبیل ۷۰۷۵ اغلب در صنایع حمل و نقل از جمله حمل و نقل دریایی، هوایی و خودروها به دلیل بالا بودن نسبت استحکام به چگالی مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین این قابلیت سبکی و استحکام بالا باعث شده تا این آلیاژ در تجهیزات صخره نوردی، قطعات دوچرخه، قاب اسکیت‌ها و بدنه گلایدرها نیز به کار برده شود. در بدنه اغلب مدل‌های سرگرمی رادیو کنترل معمولاً از آلیاژهای ۷۰۷۵ و ۶۰۶۱ برای صفحات شاسی استفاده می‌شود. آلیاژ ۷۰۷۵ همچنین در تولید تفنگ M16 برای ارتش آمریکا استفاده می‌شود.

شرکت‌های ساخت اسلحه از جمله Desert Tactical Arms, SIG Sauer و شرکت جنگ‌افزار فرانسوی PGM از این آلیاژ برای افزایش دقت در اسلحه استفاده می‌کنند. همچنین به صورت میله برای چوب بازی لاکراس، شمشیر STX و مجموعه بعضی از چاقو و چنگال‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به علت استحکام بالا، چگالی پایین، خواص حرارتی مطلوب و قابلیت پولیش بالا آلیاژ ۷۰۷۵ به طور گسترده‌ای در ساخت ابزار قالب استفاده می‌شود.

ساخت و تولید آلومینیوم ۷۰۷۵

در هنگام ماشین کاری این آلیاژ که بهتر است در شرایط آنیل انجام شود استفاده از روان کننده های صنعتی به شدت توصیه می شود چراکه به علت سختی بالای این آلیاژ امکان آسیب به ماشین آلات و ابزارهای ماشین کاری وجود دارد. ازآنجا که آلیاژ ۷۰۷۵ استحکام بالایی دارد؛ از حالت فنری بالایی نیز برخوردار است. بنابراین بهتر است شکل‌دهی این آلیاژ در حالت آنیل انجام شود. اگر فرآیند شکل‌دهی با سختی مواجه بود؛ گرم کردن آلیاژ تا دماهای ۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه فارنهایت توصیه می‌شود.

برای عملیات حرارتی، آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵ باید به مدت ۲ ساعت در دمای ۹۰۰ درجه فارنهایت حرارت داده شود و سپس در آب کوئنچ شود. پس از آن بهتر است تحت عملیات حرارتی ایجینگ قرار گیرد. دمایی که برای عملیات فورجینگ این آلیاژ توصیه می شود دمای ۷۰۰ تا ۹۰۰ درجه فارنهایت است. در مواردی که برای این آلیاژها نیاز به مقاومت در برابر ترک ناشی از خوردگی تنشی باشد؛ از عملیات حرارتی T73 به جای T6 استفاده می‌شود.

جوشکاری مقاومتی تنها راه اتصال این آلیاژ است. باید از جوشکاری تحت گاز اجتناب شود. جوشکاری قوس الکتریکی نیز باعث کاهش مقاومت به خوردگی می‌شود. کار سرد را می‌توان بر روی این آلیاژ اعمال کرد اما بهتر است قبل از آن دمادهی شود چرا که حالت فنری زیادی دارد. نمی‌توان این آلیاژ را تمپر کرد و برای سخت سازی باید از عملیات حرارتی پیرسازی استفاده کرد.

آلیاژهای آلومینیم-روی-منیزیم و آلومینیم-روی-منیزیم-مس (۷xxx)

آلیاژهای آلومینیم-روی-منیزیم در میان کلیه آلیاژهای آلومینیم بیشترین پتانسیل پیرسختی را دارند. در آلیاژهای پر استحکام این گروه از مس به مقدار کمتر از ۰/۳ درصد، برای افزایش مقاومت به خوردگی تنشی استفاده می‌شود. آلیاژهایی که فاقد مس یا دارای مقادیر اندکی مس هستند، به آسانی جوشکاری می‌شوند. این آلیاژها در دمای محیط به طور قابل ملاحظه‌ای پیرسخت شده و محدوده وسیع دمایی برای عملیات محلول سازی آن‌ها وجود دارد؛ بنابراین در هنگام جوشکاری، استحکام آلیاژ بازیابی می‌شود و نیاز به عملیات حرارتی دیگری نیست. آلیاژهای جوش پذیر آلومینیم-روی-منیزیم در ابتدا برای ساخت پل‌های نظامی سبک مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه برای کنترل ساختار این آلیاژها از عناصر کروم، منگنز و زیرکونیوم استفاده می‌شود.