alliage d'aluminium 7075 poudre est un matériau solide, dur et léger qui a été largement utilisé dans l'aérospatiale, les véhicules et équipements militaires, les applications marines, les moules, les outils et les pièces structurelles soumises à de fortes contraintes. Voici quelques-unes des principales fonctions et applications de l'alliage d'aluminium 7075 :
Résistance et dureté
L'une des principales raisons pour lesquelles la poudre d'alliage d'aluminium 7075 est si largement utilisée est son rapport résistance/poids élevé. Il possède d'excellentes propriétés de résistance, tout en restant léger. L'alliage 7075 a une résistance à la traction de 83 000 psi et une limite d'élasticité de 73 000 psi à l'état T6.
Cette résistance provient d'éléments d'alliage tels que le zinc, le magnésium et le cuivre, qui forment des précipités renforçant la matrice d'aluminium. Le traitement thermique T6 renforce encore la résistance en formant de fins précipités. La combinaison des éléments d'alliage et du traitement thermique rend la poudre d'alliage d'aluminium 7075 nettement plus résistante que d'autres alliages d'aluminium courants tels que le 6061.
Outre sa grande résistance, la poudre d'alliage d'aluminium 7075 présente également une bonne dureté qui lui confère une bonne résistance à l'usure. La dureté Brinell typique est d'environ 150. Cette dureté provient des mêmes précipités qui assurent la résistance. Cette combinaison de résistance et de dureté fait que l'alliage 7075 convient aux pièces soumises à de fortes contraintes, à des vibrations, à des chocs ou à l'usure.
Ténacité et résistance à la fatigue
En plus d'être solide et dur, le 7075 conserve également une bonne ténacité et une bonne résistance à la fatigue par rapport à d'autres alliages d'aluminium à haute résistance. Cela est dû à un contrôle minutieux des éléments d'alliage tels que le zinc et le magnésium. Un excès de ces éléments peut réduire la ductilité et la résistance à la rupture. Mais à des niveaux optimaux, le 7075 est capable d'atteindre un allongement de 40 % et une réduction de 25 % de la surface lors d'un essai de traction.
La ténacité et la capacité à résister aux impacts font de l'alliage d'aluminium 7075 en poudre un bon choix pour les pièces forgées telles que les cloisons d'avion qui subissent des charges de fatigue. L'alliage peut être utilisé pour des applications de fatigue à cycle élevé. Un traitement thermique approprié est important pour obtenir une ténacité et une résistance à la fatigue optimales.
Résistance à la corrosion de la poudre d'alliage d'aluminium 7075
Bien qu'elle ne soit pas aussi résistante à la corrosion que d'autres alliages d'aluminium, la poudre d'alliage d'aluminium 7075 offre une bonne résistance à la corrosion générale dans la plupart des environnements. Cela est dû à la teneur élevée en zinc qui améliore la résistance à la corrosion.
À l'état T6, il est quelque peu sensible à la corrosion fissurante sous contrainte. Mais à l'état T73, la résistance à la corrosion sous contrainte est améliorée. L'ajout de revêtements de conversion au chromate ou l'anodisation améliorent également la protection contre la corrosion. Dans l'ensemble, la résistance à la corrosion du 7075 est suffisante pour la plupart des applications.
Usinabilité
L'alliage 7075 présente une usinabilité relativement bonne pour un alliage d'aluminium à haute résistance, même si elle n'est pas aussi bonne que celle d'alliages plus tendres comme le 6061. Les outils s'usent plus rapidement qu'avec les alliages plus tendres, mais la poudre de l'alliage d'aluminium 7075 produit des copeaux qui se cassent facilement. Cela permet de l'usiner à l'aide de fraises et de tours à grande vitesse. La profondeur de coupe doit être plus faible qu'avec d'autres alliages. Des liquides de refroidissement et des lubrifiants doivent toujours être utilisés pour maximiser la durée de vie des outils.
La résistance de l’alliage pose quelques problèmes d’usinage. L'écrouissage doit être minimisé en utilisant des outils de coupe tranchants, en évitant les vitesses/avancements excessifs et en effectuant des coupes de finition légères. La poudre d'alliage d'aluminium 7075 recuit offre une meilleure usinabilité si la résistance légèrement inférieure est acceptable.
Soudabilité
La soudabilité de la poudre d'alliage d'aluminium 7075 est considérée comme médiocre par rapport à d'autres alliages d'aluminium. Des problèmes tels que la fissuration par solidification peuvent survenir lors du soudage de l'alliage 7075. La teneur élevée en zinc entraîne une contraction considérable du métal liquide au cours de la solidification, ce qui accroît la sensibilité à la fissuration à chaud.
Des baguettes d'apport spéciales comme la 5356 sont utilisées pour améliorer la soudabilité. Des précautions telles que le préchauffage, le maintien de la température d'interpassage et le traitement thermique après soudage doivent être prises. Le soudage par friction-malaxage offre de meilleurs résultats que les méthodes de soudage par fusion. Dans l'ensemble, le soudage de la poudre d'alliage d'aluminium 7075 nécessite des précautions, mais il est possible d'obtenir des soudures solides en utilisant des procédures appropriées.
Formabilité
La poudre d'alliage d'aluminium 7075 présente une formabilité relativement faible par rapport à d'autres alliages d'aluminium, comme on peut s'y attendre compte tenu de sa résistance élevée. Dans l'état de vieillissement maximal T6, ses propriétés de formage sont médiocres. Le recuit de l'alliage avant le formage améliore la ductilité et la pliabilité.
Pour les formes complexes, une trempe W ou une trempe O avec des caractéristiques de formage maximales peut être utilisée avant le traitement thermique final. Des opérations telles que l'étirage, le cintrage, le pliage et le sertissage peuvent être réalisées dans des états correctement recuits ou vieillis. L'étirement et l'emboutissage sont satisfaisants. Les alliages comme le 5052 et le 3003 sont de meilleurs choix lorsque la formabilité est critique.
Disponibilité et coût
La poudre d'alliage d'aluminium 7075 est largement disponible auprès des principaux fournisseurs d'aluminium dans une gamme de produits tels que les tôles, les plaques, les barres, les tiges, les tubes et les fils. Différentes températures sont disponibles, mais les tôles T651 et T7351 sont les plus courantes.
En tant qu'aluminium de qualité aérospatiale, le 7075 a un coût plus élevé que les alliages à usage plus général. Mais son prix n'est pas prohibitif, en particulier pour la résistance et les performances améliorées qu'il offre. Son utilisation intensive dans les avions signifie que la demande est élevée et que la disponibilité est bonne.
Applications clés
Parmi les applications les plus courantes qui tirent parti des propriétés de la poudre de l'alliage d'aluminium 7075, on peut citer
- Structures d'aéronefs – ; Largement utilisé dans les composants de cellules d'avion tels que les ailes, les peaux, les nervures et les cloisons où la résistance et le faible poids sont essentiels.
- Pièces pour l'aérospatiale – ; Utilisé pour les pièces soumises à de fortes contraintes dans les véhicules de lancement et les engins spatiaux, comme les sections de fuselage, les réservoirs cryogéniques, les structures de poussée.
- Véhicules militaires – ; Utilisé dans les pièces structurelles critiques de véhicules tels que les camions, les hélicoptères, les navires et les sous-marins. Il offre une grande résistance pour un poids réduit.
- Moules et outillage – ; Offre un bon équilibre entre résistance, dureté et usinabilité pour les moules de prototypage et les applications d'outillage durables.
- Applications marines – ; Populaire pour les composants de bateaux et de navires tels que les coques, les superstructures, les mâts et les gréements où la résistance à la corrosion est également importante.
- Bicyclettes – ; Souvent utilisé pour les cadres et les composants de bicyclettes haut de gamme pour lesquels un faible poids et une bonne résistance à la fatigue sont souhaités.
- Pièces détachées automobiles – ; Utilisé dans certains composants critiques du moteur et du groupe motopropulseur et dans des applications de course.
- Produits de loisirs – ; Utilisé dans des produits tels que l'équipement de tir à l'arc, les bâtons de ski et de randonnée, et l'équipement où la résistance et le faible poids sont des priorités.
En résumé, la poudre d'alliage d'aluminium 7075 offre une combinaison exceptionnelle de haute résistance, de bonne ténacité et de résistance à la fatigue, de dureté et de propriétés d'usure, d'une résistance adéquate à la corrosion, et d'une usinabilité et d'une formabilité raisonnables qui la rendent idéale pour les applications structurelles soumises à de fortes contraintes et pour lesquelles un faible poids est essentiel. Son coût élevé est compensé par les avantages qu'elle offre en termes de performances dans les applications aérospatiales, militaires, marines et autres applications exigeantes.
composition chimique
La composition chimique typique de la poudre d'alliage d'aluminium 7075 est la suivante :
- Aluminium : 87,1 à 91,4%.
- Zinc : 5,1 à 6,1%.
- Magnésium : 2,1 à 2,9 %.
- Cuivre : 1,2 à 2,0 %.
- Fer : 0,5 % au maximum
- Silicium : Max 0.4%
- Manganèse : Max 0,3 %
- Chrome : 0,18 à 0,28%.
- Autres éléments (total) : Max 0,15%
Les principaux éléments d'alliage comme le zinc, le magnésium et le cuivre contribuent principalement à la résistance par durcissement par précipitation. Le chrome améliore la résistance à la corrosion fissurante sous contrainte. Le fer, le silicium et le manganèse sont présents en tant qu'impuretés. Les proportions des principaux éléments d'alliage ainsi que les limites imposées aux impuretés sont soigneusement contrôlées afin de garantir les propriétés optimales de l'alliage.
Propriétés mécaniques
Les propriétés mécaniques typiques de la poudre d'alliage d'aluminium 7075 à l'état T6 sont les suivantes :
- Résistance à la traction : 83 000 psi
- Limite d'élasticité : 73 000 psi
- Élongation : 11%
- Réduction de la surface : 15%
- Dureté : 150 Brinell
- Module d'élasticité : 10 200 ksi
- Résistance au cisaillement : 48 000 psi
- Résistance à la fatigue : 28 000 psi
Les propriétés varient en fonction de la forme du produit et de l'état exact. Mais vous pouvez constater les propriétés exceptionnelles de résistance, tout en conservant une ductilité et une ténacité raisonnables pour un alliage aussi résistant. N'oubliez pas que les propriétés mécaniques diminuent à des températures élevées.
Traitement thermique
Le traitement thermique, généralement effectué à l'état T6, est une étape clé pour obtenir les propriétés optimales de la poudre d'alliage d'aluminium 7075. Les principales étapes du traitement thermique sont les suivantes :
1. Traitement thermique en solution – ; L'alliage est chauffé à une température de 875-885°F et maintenu pendant 1 à 2 heures. L'alliage passe ainsi dans la région monophasée et dissout les particules solubles.
2. La trempe – ; Après avoir été chauffé, l'alliage est rapidement refroidi ou trempé, généralement dans l'eau. On obtient ainsi une solution solide sursaturée.
3. Vieillissement – ; L'alliage est ensuite vieilli à 250-350°F pendant des durées allant de 4 à 36 heures en fonction de la résistance souhaitée. Des précipités de durcissement par vieillissement se forment au cours de cette étape.
4. Étirements – ; Un étirement de 2 à 5 % de la résistance est généralement effectué après le vieillissement pour redresser le matériau et assurer un certain durcissement des dislocations.
La trempe T6 offre une résistance optimale. Les nuances T7 insuffisamment vieillies échangent un peu de résistance contre une meilleure ténacité. Le sur-vieillissement de la trempe T73 améliore la résistance à la corrosion et la formabilité à un niveau de résistance inférieur.
Microstructure
La microstructure de la poudre d'alliage d'aluminium 7075 est composée de.. :
- Une matrice riche en aluminium – ; Elle constitue l'essentiel de la microstructure et confère à l'alliage son caractère léger. Les grains proprement dits sont assez grossiers.
- Précipités intermétalliques – ; Les particules contenant des solutés de renforcement comme MgZn2, Al2CuMg, Al2Cu se forment pendant le traitement thermique et fournissent un durcissement par précipitation considérable.
- Particules dispersées – ; Les particules plus fines contenant du manganèse aident à contrôler la structure du grain et la recristallisation pendant le travail à chaud et le traitement thermique.
- Particules de la phase alpha – ; Les particules insolubles plus grossières contenant du fer et du silicium améliorent les propriétés à haute température mais réduisent la résistance à la rupture.
L'interaction entre la matrice ductile et les particules de durcissement dispersées confère à l'alliage sa combinaison unique de résistance, de dureté et de ténacité. Le contrôle minutieux des précipités par l'alliage et le traitement thermique est essentiel.
Effets des éléments d'alliage
Les principaux éléments d'alliage de la poudre d'alliage d'aluminium 7075 remplissent les fonctions clés suivantes :
- Zinc – ; Principal élément d'alliage, le zinc forme des précipités renforçants et améliore considérablement la résistance. Il contribue également au durcissement par précipitation et améliore la résistance à la fatigue. Des niveaux plus élevés réduisent légèrement la résistance à la corrosion.
- Magnésium – ; Le magnésium permet également un durcissement par précipitation important grâce à des particules telles que MgZn2. Il augmente la résistance avec une diminution minimale de la résistance à la corrosion. Il améliore la dureté et les propriétés mécaniques à des températures élevées.
- Cuivre – ; Le cuivre augmente la résistance par la précipitation de particules Al2CuMg. Il améliore également l'usinabilité en rendant les copeaux plus fragiles. Cependant, un excès de cuivre réduit la résistance à la rupture.
- Chrome – ; Ajouté en petites quantités, le chrome forme des particules qui atténuent la corrosion fissurante sous contrainte. Fournit une résistance à la corrosion par piqûres. A un léger effet de renforcement.
- Le fer – ; Présent en tant qu'impureté, le fer réduit la résistance à la rupture et la ductilité en quantités élevées. Contribue à une plus grande réaction au traitement thermique. Des limites inférieures sont souhaitables.
Désignations et grades alternatifs
En raison de son utilisation intensive dans l'industrie aérospatiale, la poudre d'alliage d'aluminium 7075 est également désignée par un certain nombre d'autres désignations et qualités d'aluminium aéronautique, notamment :
- Aluminium 7075-T6
- Aluminium 7075-T651
- Aluminium 7075-T7351
- AA7075-T6
- AA 7075-T651
- Alclad 7075-T6
- AMS 4045
- AMS 4130
- AMS 7010
- AMS 7090
- QQ-A-225/9
- MIL-A-7075
- UNS A97075
- ALCOA 7075-T6
Le tiret 7075 indique l'alliage d'aluminium, tandis que le deuxième chiffre indique la trempe. T6 et T651 sont les tempéraments les plus courants et offrent une résistance optimale. Il existe de légères différences de composition entre certaines spécifications.
Formes et finitions disponibles
La poudre d'alliage d'aluminium 7075 est disponible auprès des fournisseurs dans une grande variété de formes et de finitions :
- Feuille – ; Disponible en épaisseurs de 0,025 pouces à 6 pouces. Largeurs de stock jusqu'à 49 pouces.
- Assiette – ; Disponible dans des épaisseurs allant jusqu'à 10 pouces. Peut être découpé en barres, bandes et autres formes.
- Tige – ; Diamètres de 0,125 à 10 pouces. Sections rondes simples.
- Barre – ; Barres rectangulaires de différentes tailles. Egalement des barres carrées, hexagonales et ovales.
- Tube – ; Tube sans soudure ou soudé dans des diamètres de 0,125 à 12 pouces avec une variété d'épaisseurs de paroi.
- Fil de fer – ; Disponible sous forme de fil enroulé en différents diamètres et tailles de bobines.
- Extrusions – ; Disponible sous forme d'extrusions dans des angles, des canaux, des formes en T, des tubes et d'autres profils spéciaux.
- Moulages – ; Disponible sous forme de moulage en sable, de moulage à la cire perdue et de moulage permanent.
- Moulures – ; Peut être forgé dans des formes complexes avec des propriétés de résistance améliorées.
Les finitions les plus courantes sont la finition en usine, l'anodisation, la peinture, le revêtement en poudre, le laquage et les revêtements de conversion chimique.
Coût et disponibilité
La poudre d'alliage d'aluminium 7075 est disponible auprès des principaux fournisseurs de produits en aluminium et des centres de service pour les métaux. Les délais de livraison varient de 1 à 4 semaines pour les tailles et formes courantes. Fabriqué dans le monde entier, mais particulièrement bien représenté par les producteurs américains.
Les prix peuvent varier en fonction du degré d'alliage, de la forme, de la taille, de la quantité commandée et d'autres facteurs. Quelques coûts approximatifs :
- Feuille/plaque : 6-12 $ par livre
- Bar : 4-15 dollars par livre
- Tube : 6-20 $ par livre
- Fil de fer : 5 à 15 dollars par livre
En tant qu'alliage de qualité aérospatiale, la poudre d'alliage d'aluminium 7075 a un coût supérieur à celui des alliages plus standard comme l'aluminium 6061 et 7050. Cependant, il offre des propriétés mécaniques qui justifient le coût supplémentaire pour les applications exigeantes.
FAQ
Voici quelques questions fréquemment posées sur la poudre d'alliage d'aluminium 7075 :
Q : Quelles sont les principales différences entre l'aluminium 7075-T6 et l'aluminium 7075-T651 ?
R : Les désignations T6 et T651 font toutes deux référence à un état de vieillissement maximal. La seule différence est que le matériau T651 est détendu par étirement. Cela permet de redresser les contraintes résiduelles dues à la trempe, mais n'a qu'un effet minime sur les propriétés mécaniques globales.
Q : L'alliage d'aluminium 7075 peut-il être soudé à la poudre ?
R : Oui, l'aluminium 7075 peut être soudé, mais il est plus difficile à souder et plus sensible aux fissures que les alliages plus tendres tels que les séries 5XXX et 6XXX. Des précautions telles que le choix du métal d'apport approprié, le préchauffage et le traitement thermique après soudage sont nécessaires pour obtenir des soudures de qualité. Le soudage par friction-malaxage donne généralement de meilleurs résultats.
Q : Quelle est l'épaisseur de l'aluminium 7075 ?
R : Sous forme de feuille, le 7075 peut être obtenu dans des épaisseurs allant de 0,025 pouce à 6 pouces. Les tôles sont disponibles jusqu'à 10 pouces d'épaisseur et les barres/tiges jusqu'à 10 pouces de diamètre. L'acier 7075 est donc facilement disponible en sections épaisses adaptées aux applications structurelles.
Q : Pouvez-vous usiner l'alliage d'aluminium 7075 en poudre - aluminium T6 ?
R : Oui, le matériau 7075-T6 peut être usiné à l'aide de machines-outils conventionnelles ou à commande numérique, mais il convient de faire preuve de prudence en raison de sa résistance et de sa dureté élevées. Il est recommandé d'utiliser des vitesses lentes, de faibles profondeurs de coupe, des outils tranchants et du liquide de refroidissement. Les tempéraments recuits s'usinent plus facilement si nécessaire.
Q : L'aluminium 7075 est-il utilisé dans les avions ?
R : Oui, la poudre d'alliage d'aluminium 7075 est largement utilisée dans les avions. Il est couramment utilisé dans les pièces structurelles telles que les peaux de fuselage, les nervures, les cloisons, les ailes et les composants d'empennage pour lesquels un faible poids et une grande résistance sont essentiels. Sa bonne résistance à la fatigue est également importante pour la conception des avions.
Q : Quelle protection contre la corrosion est utilisée sur l'aluminium 7075 ?
R : La résistance à la corrosion de l'acier 7075 repose sur l'oxydation naturelle de sa surface. Une protection supplémentaire telle que l'anodisation, les revêtements de conversion au chromate, le revêtement en poudre ou la peinture est parfois appliquée en fonction de l'environnement de service. Le revêtement avec un alliage plus résistant à la corrosion est également utilisé pour certaines applications.
Q : Quel est le procédé de soudage utilisé pour l'aluminium 7075 ?
R : Le soudage à l'arc au tungstène (GTAW) et le soudage à l'arc au gaz et au métal (GMAW) sont les plus courants pour le soudage de 7075, en utilisant des métaux d'apport comme le 5356. Le soudage par friction-malaxage peut également être utilisé. Des précautions doivent être prises pour minimiser la fissuration à chaud. Le traitement thermique après soudage permet de renforcer la soudure.
Q : Peut-on recuire l'aluminium 7075 ?
R : Oui, l'aluminium 7075 peut être recuit pour améliorer la ductilité et la formabilité dans les états O ou W. Un recuit typique implique un chauffage à 415°C pendant 1 à 3 heures, suivi d'un refroidissement lent. Le recuit rétablit une certaine ductilité mais sacrifie la résistance – ; l'alliage devra être retrempé après le formage pour retrouver sa résistance élevée.
Q : L'aluminium 7075-T6 est-il plus résistant que l'aluminium 6061-T6 ?
R : Oui, l'aluminium 7075-T6 offre une résistance nettement supérieure à celle de l'aluminium 6061-T6. La résistance à la traction de l'aluminium 7075 est d'environ 83 000 psi, contre 45 000 psi pour l'aluminium 6061, soit presque le double. La teneur plus élevée en zinc et en cuivre de l'aluminium 7075 crée des précipités plus résistants.
Q : Quelles sont les alternatives à l'aluminium 7075 ?
R : Voici quelques alternatives potentielles aux propriétés similaires : 2024, 6013, 6061, 7050 et 7150 pour les applications à résistance modérée. 2024, 2324, 2524, 7055, 7175, 7475 pour des exigences de résistance plus élevées. 6061, 5005, 5050 pour une meilleure résistance à la corrosion.