Quais são as funções do pó de liga de alumínio 7075?

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liga de alumínio 7075 em pó O alumínio 7075 é um material forte, duro e leve que tem sido amplamente utilizado na indústria aeroespacial, em veículos e equipamentos militares, em aplicações marítimas, moldes, ferramentas e peças estruturais de alta tensão. Veja a seguir algumas das principais funções e aplicações da liga de alumínio 7075:

Resistência e dureza

Um dos principais motivos pelos quais a liga de alumínio 7075 em pó é usada tão amplamente é sua alta relação resistência/peso. Ela tem excelentes propriedades de resistência e, ao mesmo tempo, é leve. O 7075 tem uma resistência à tração de 83.000 psi e uma resistência ao escoamento de 73.000 psi na têmpera T6.

Essa resistência vem de elementos de liga como zinco, magnésio e cobre, que formam precipitados que fortalecem a matriz de alumínio. O tratamento térmico T6 aumenta ainda mais a resistência ao formar precipitados finos. A combinação de liga e tratamento térmico torna o pó da liga de alumínio 7075 significativamente mais resistente do que outras ligas de alumínio populares, como a 6061.

Além da alta resistência, o pó da liga de alumínio 7075 também tem boa dureza, o que proporciona resistência ao desgaste. A dureza Brinell típica é de cerca de 150. Essa dureza vem dos mesmos precipitados que proporcionam resistência. Essa combinação de resistência e dureza torna o 7075 adequado para peças que sofrem altas tensões, vibração, impacto ou desgaste.

Tenacidade e resistência à fadiga

Além de ser forte e duro, o 7075 também mantém boa tenacidade e resistência à fadiga em comparação com outras ligas de alumínio de alta resistência. Isso se deve ao controle cuidadoso dos elementos de liga, como o zinco e o magnésio. O excesso desses elementos pode reduzir a ductilidade e a resistência à fratura. Porém, em níveis ideais, o 7075 é capaz de atingir 40% de alongamento e 25% de redução de área em um teste de tração.

A tenacidade e a capacidade de resistir a impactos tornam a liga de alumínio 7075 em pó uma boa opção para peças forjadas, como anteparos de aeronaves que sofrem cargas de fadiga. A liga pode ser usada em aplicações de fadiga de alto ciclo. O tratamento térmico adequado é importante para obter a tenacidade e a resistência à fadiga ideais.

liga de alumínio 7075 em pó
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Resistência à corrosão do pó de liga de alumínio 7075

Embora não seja tão resistente à corrosão quanto algumas outras ligas de alumínio, a liga de alumínio 7075 em pó ainda oferece boa resistência à corrosão geral na maioria dos ambientes. Isso se deve ao alto teor de zinco, que melhora a resistência à corrosão.

Na têmpera T6, ele é um pouco suscetível a rachaduras por corrosão sob tensão. Porém, na têmpera T73, a resistência à corrosão sob tensão é maior. A adição de revestimentos de conversão de cromato ou anodização também melhora a proteção contra corrosão. De modo geral, a resistência à corrosão do 7075 é suficiente para a maioria das aplicações.

Usinabilidade

O 7075 tem uma usinabilidade relativamente boa para uma liga de alumínio de alta resistência, embora não seja tão boa quanto as ligas mais macias, como a 6061. As ferramentas se desgastam mais rapidamente do que com ligas mais macias, mas o pó da liga de alumínio 7075 produz cavacos que se quebram prontamente. Isso permite que ela seja usinada em fresas e tornos de alta velocidade. A profundidade de corte deve ser menor do que em outras ligas. Refrigerantes e lubrificantes devem ser sempre usados para maximizar a vida útil da ferramenta.

A resistência da liga apresenta alguns desafios na usinagem. O endurecimento por trabalho precisa ser minimizado com o uso de ferramentas de corte afiadas, evitando velocidades/alavancas excessivas e fazendo cortes de acabamento leves. O pó de liga de alumínio 7075 recozido oferece melhor usinabilidade se a resistência ligeiramente inferior for aceitável.

Soldabilidade

A soldabilidade do pó da liga de alumínio 7075 é considerada ruim em comparação com outras ligas de alumínio. Problemas como rachaduras por solidificação podem ocorrer durante a soldagem do 7075. O alto teor de zinco faz com que o metal líquido encolha consideravelmente durante a solidificação, aumentando a suscetibilidade a trincas a quente.

Varetas de enchimento especiais, como a 5356, são usadas para melhorar a soldabilidade. Precauções como pré-aquecimento, manutenção da temperatura de interpasse e tratamento térmico pós-soldagem precisam ser tomadas. A soldagem por fricção oferece melhores resultados do que os métodos de soldagem por fusão. Em geral, a soldagem de pó de liga de alumínio 7075 requer cuidado, mas é possível realizar soldas sólidas usando os procedimentos adequados.

Formabilidade

O pó da liga de alumínio 7075 tem uma conformabilidade relativamente baixa em comparação com outras ligas de alumínio, como seria de se esperar, devido à sua alta resistência. Na têmpera T6 envelhecida no pico, ela tem propriedades de conformação ruins. O recozimento da liga antes da conformação melhora a ductilidade e a capacidade de flexão.

Para formas complexas, uma têmpera W ou O com características máximas de conformação pode ser usada antes do tratamento térmico final. Coisas como trefilação, flexão, flangeamento e crimpagem podem ser feitas em têmperas adequadamente recozidas ou superenvelhecidas. A resposta ao estiramento e à estampagem profunda é razoável. Ligas como 5052 e 3003 são melhores opções quando a conformabilidade é fundamental.

Disponibilidade e custo

O pó da liga de alumínio 7075 está amplamente disponível nos principais fornecedores de alumínio em uma variedade de formas de produtos, como chapas, placas, barras, hastes, tubos e fios. Há várias têmperas disponíveis, mas as chapas e folhas T651 e T7351 são as mais comuns.

Por ser um alumínio de grau aeroespacial, o 7075 tem um custo mais alto do que as ligas de uso geral. Mas não é proibitivamente caro, especialmente pela maior resistência e desempenho que proporciona. Seu uso extensivo em aeronaves significa que a demanda é alta e a disponibilidade é boa.

Principais aplicativos

Algumas das aplicações mais comuns que aproveitam as propriedades do pó da liga de alumínio 7075 incluem:

  • Estruturas de aeronaves - Usado extensivamente em componentes de fuselagem, como asas, revestimentos, nervuras e anteparos, onde a resistência e o baixo peso são essenciais.
  • Peças aeroespaciais - Usado para peças altamente tensionadas em veículos de lançamento e naves espaciais, como seções de fuselagem, tanques criogênicos e estruturas de empuxo.
  • Veículos militares - Usado em peças estruturais críticas para veículos como caminhões, helicópteros, navios e submarinos. Proporciona resistência com menor peso.
  • Moldes e ferramentas - Oferece um bom equilíbrio de resistência, dureza e usinabilidade para moldes de prototipagem e aplicações de ferramentas duráveis.
  • Aplicações marítimas - Popular para componentes de barcos e navios, como cascos, superestruturas, mastros e cordames, nos quais a resistência à corrosão também é importante.
  • Bicicletas - Geralmente usado em quadros e componentes de bicicletas de alta qualidade, nos quais se deseja baixo peso e boa resistência à fadiga.
  • Peças automotivas - Usado em alguns componentes críticos do motor e do trem de força e em aplicações de corrida.
  • Produtos de recreação - Usado em produtos como equipamentos de arco e flecha, bastões de esqui e de caminhada e equipamentos em que a resistência e o baixo peso são prioridades.

Em resumo, o pó da liga de alumínio 7075 oferece uma combinação excepcional de alta resistência, boa tenacidade e resistência à fadiga, dureza e propriedades de desgaste, resistência adequada à corrosão e usinabilidade e conformabilidade razoáveis, o que o torna ideal para aplicações estruturais de alta tensão em que o baixo peso é fundamental. Seu alto custo é compensado pelos benefícios de desempenho que proporciona em aplicações aeroespaciais, militares, marítimas e outras aplicações exigentes.

Composição química

A composição química típica do pó da liga de alumínio 7075 é:

  • Alumínio: 87,1 a 91,4%
  • Zinco: 5,1 a 6,1%
  • Magnésio: 2,1 a 2,9%
  • Cobre: 1,2 a 2,0%
  • Ferro: Máximo de 0,5%
  • Silício: Máximo de 0,4%
  • Manganês: Máximo de 0,3%
  • Cromo: 0,18 a 0,28%
  • Outros elementos (total): Máximo de 0,15%

Os principais elementos de liga, como zinco, magnésio e cobre, contribuem principalmente para a resistência por meio do endurecimento por precipitação. O cromo melhora a resistência à rachadura por corrosão sob tensão. Ferro, silício e manganês estão presentes como impurezas. As proporções dos principais elementos de liga, bem como os limites das impurezas, são cuidadosamente controlados para garantir as propriedades ideais da liga.

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas típicas do pó da liga de alumínio 7075 na têmpera T6 são:

  • Resistência à tração: 83.000 psi
  • Resistência ao rendimento: 73.000 psi
  • Alongamento: 11%
  • Redução de área: 15%
  • Dureza: 150 Brinell
  • Módulo de elasticidade: 10.200 ksi
  • Resistência ao cisalhamento: 48.000 psi
  • Resistência à fadiga: 28.000 psi

As propriedades variam um pouco com base na forma do produto e na têmpera exata. Mas você pode ver as propriedades excepcionais de resistência, ao mesmo tempo em que mantém a ductilidade e a tenacidade razoáveis para uma liga tão forte. Lembre-se de que as propriedades mecânicas diminuem em temperaturas elevadas.

liga de alumínio 7075 em pó
Pós de metal PREP

Tratamento térmico

Uma etapa fundamental para obter as propriedades ideais do pó da liga de alumínio 7075 é o tratamento térmico, geralmente feito na têmpera T6. As principais etapas do tratamento térmico incluem:

1. Tratamento térmico da solução - A liga é aquecida a uma temperatura de 875-885°F e mantida por 1-2 horas. Isso leva a liga para a região de fase única e dissolve as partículas solúveis.

2. Resfriamento - Após o aquecimento, a liga é rapidamente resfriada ou temperada, geralmente em água. Isso produz uma solução sólida supersaturada.

3. Envelhecimento - A liga é então envelhecida a 250-350°F por períodos que variam de 4 a 36 horas, dependendo da resistência desejada. Durante essa etapa, formam-se precipitados de endurecimento por envelhecimento.

4. Alongamento - Um estiramento de resistência 2-5% é comumente realizado após o envelhecimento para endireitar o material e proporcionar algum endurecimento por deslocamento.

A têmpera T6 oferece resistência ideal. As têmperas T7 com baixo envelhecimento trocam um pouco de resistência por uma tenacidade aprimorada. As têmperas T73 envelhecidas em excesso melhoram a resistência à corrosão e a conformabilidade em um nível de resistência mais baixo.

Microestrutura

A microestrutura do pó da liga de alumínio 7075 consiste em:

  • Uma matriz rica em alumínio - forma a maior parte da microestrutura e confere à liga seu caráter leve. Os grãos reais são bastante grosseiros.
  • Precipitados intermetálicos - Partículas que contêm solutos fortalecedores, como MgZn2, Al2CuMg, Al2Cu, formam-se durante o tratamento térmico e proporcionam considerável endurecimento por precipitação.
  • Partículas dispersas - Partículas mais finas contendo manganês ajudam a controlar a estrutura do grão e a recristalização durante o trabalho a quente e o tratamento térmico.
  • Partículas de fase alfa - Partículas insolúveis mais grossas com ferro e silício melhoram as propriedades em altas temperaturas, mas reduzem a resistência à fratura.

A interação entre a matriz dúctil e as partículas de endurecimento dispersas confere à liga sua combinação exclusiva de resistência, dureza e tenacidade. O controle cuidadoso dos precipitados por meio da liga e do tratamento térmico é fundamental.

Efeitos dos elementos de liga

Os principais elementos de liga no pó da liga de alumínio 7075 têm as seguintes funções principais:

  • Zinco - O zinco, principal adição de liga, forma precipitados fortalecedores e melhora substancialmente a resistência. Ele também auxilia no endurecimento por precipitação e melhora a resistência à fadiga. Níveis mais altos reduzem um pouco a resistência à corrosão.
  • Magnésio - O magnésio também proporciona um endurecimento substancial por precipitação por meio de partículas como MgZn2. Aumenta a resistência com uma redução mínima na resistência à corrosão. Melhora a dureza e as propriedades mecânicas em temperaturas elevadas.
  • Cobre - O cobre aumenta a resistência por meio da precipitação de partículas de Al2CuMg. Também melhora a usinabilidade ao tornar os cavacos mais frágeis. Entretanto, o excesso de cobre reduz a resistência à fratura.
  • Cromo - Adicionado em pequenas quantidades, o cromo forma partículas que atenuam a fissuração por corrosão sob tensão. Oferece resistência à corrosão por pite. Tem um leve efeito de fortalecimento.
  • Ferro - Presente como uma impureza, o ferro reduz a resistência à fratura e a ductilidade em grandes quantidades. Contribui para uma maior resposta ao tratamento térmico. É desejável ter limites mais baixos.

Designações e notas alternativas

Devido ao seu amplo uso no setor aeroespacial, o pó da liga de alumínio 7075 também é conhecido por várias designações e classes alternativas de alumínio para aeronaves, incluindo

  • Alumínio 7075-T6
  • Alumínio 7075-T651
  • Alumínio 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

O número do traço 7075 indica a liga de alumínio, enquanto o segundo número indica a têmpera. T6 e T651 são as têmperas mais comuns, proporcionando resistência ideal. Há pequenas diferenças de composição entre algumas especificações.

Formas e acabamentos disponíveis

O pó de liga de alumínio 7075 está disponível nos fornecedores em uma ampla variedade de formas, formatos e acabamentos, incluindo:

  • Folha - Disponível em espessuras de 0,025 polegadas a 6 polegadas. Larguras de estoque de até 49 polegadas.
  • Placa - Disponível em espessuras de até 10 polegadas. Pode ser cortado em barras, tiras e outros formatos.
  • Vara - Diâmetros de 0,125 a 10 polegadas. Seções redondas simples.
  • Bar - Barra retangular em uma variedade de tamanhos. Também barras quadradas, hexagonais e ovais.
  • Tubo - Tubo sem costura ou soldado em diâmetros de 0,125 a 12 polegadas com várias espessuras de parede.
  • Fio - Disponível na forma de fio em carretel com diferentes diâmetros e tamanhos de carretel.
  • Extrusões - Disponível como extrusões em ângulos, canais, formas em T, tubos e outros perfis especiais.
  • Fundições - Disponível em fundições de areia, de revestimento e de molde permanente.
  • Forjados - Pode ser forjado em formas complexas com propriedades de resistência aprimoradas.

Os acabamentos mais comuns incluem acabamento de fábrica, anodizado, pintado, revestido a pó, laqueado e revestimentos de conversão química.

liga de alumínio 7075 em pó
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Custo e disponibilidade

O pó de liga de alumínio 7075 tem boa disponibilidade nos principais fornecedores de produtos de alumínio e centros de serviços de metais. Os prazos de entrega variam de 1 a 4 semanas para tamanhos e formas comuns. Fabricado globalmente, mas especialmente bem representado pelos produtores dos EUA.

O preço pode variar de acordo com o tipo de liga, a forma, o tamanho, a quantidade pedida e outros fatores. Alguns custos aproximados:

  • Folha/placa: $6-12 por libra
  • Barra: $4-15 por libra
  • Tubo: $6-20 por libra
  • Fio: $5-15 por libra

Por ser uma liga de grau aeroespacial, o pó da liga de alumínio 7075 tem um custo mais elevado em comparação com as ligas mais comuns, como o alumínio 6061 e 7050. Entretanto, ela oferece propriedades mecânicas que justificam o custo adicional para aplicações exigentes.

perguntas frequentes

Aqui estão algumas perguntas frequentes sobre o pó de liga de alumínio 7075:

P: Quais são as principais diferenças entre o alumínio 7075-T6 e o 7075-T651?

R: As designações de têmpera T6 vs. T651 referem-se a uma têmpera com idade máxima. A única diferença é que o material T651 tem a tensão aliviada por estiramento. Isso ajuda a endireitar quaisquer tensões residuais da têmpera, mas tem efeito mínimo sobre as propriedades mecânicas gerais.

P: A liga de alumínio 7075 pode ser soldada com pó?

R: Sim, o 7075 pode ser soldado, mas é mais difícil e propenso a rachaduras do que as ligas mais macias, como o alumínio das séries 5XXX e 6XXX. Precauções como a escolha do metal de enchimento adequado, o pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-soldagem são necessários para obter soldas sólidas. A soldagem por fricção geralmente oferece melhores resultados.

P: Em que espessura o alumínio 7075 está disponível?

R: Em forma de chapa, o 7075 pode ser obtido em espessuras que variam de 0,025 polegada a 6 polegadas. As chapas estão disponíveis com até 10 polegadas de espessura e as barras de até 10 polegadas de diâmetro. Portanto, o 7075 está prontamente disponível em seções espessas adequadas para aplicações estruturais.

P: É possível usinar a liga de alumínio 7075 em pó de alumínio T6?

R: Sim, o 7075-T6 pode ser usinado com máquinas-ferramentas convencionais ou CNC, mas é preciso ter cuidado devido à sua alta resistência e dureza. São recomendadas velocidades baixas, profundidades de corte leves, ferramentas afiadas e líquido de arrefecimento. Temperaturas recozidas são usinadas com mais facilidade, se necessário.

Q: O alumínio 7075 é usado em aeronaves?

R: Sim, a liga de alumínio 7075 em pó é muito usada em aeronaves. Ela é comumente encontrada em peças estruturais, como revestimentos de fuselagem, nervuras, anteparos, asas e componentes de empenagem em que o baixo peso e a alta resistência são essenciais. Sua boa resistência à fadiga também é importante para o projeto da aeronave.

P: Que proteção contra corrosão é usada no alumínio 7075?

R: O 7075 conta com seu óxido de superfície natural para resistência à corrosão. Dependendo do ambiente de serviço, às vezes é aplicada uma proteção adicional, como anodização, revestimentos de conversão de cromato, revestimento em pó ou pintura. O revestimento com uma liga mais resistente à corrosão também é usado em algumas aplicações.

P: Qual processo de soldagem é usado para o alumínio 7075?

R: A soldagem a arco de tungstênio a gás (GTAW) e a soldagem a arco de metal a gás (GMAW) são as mais comuns para a soldagem do 7075, usando metais de adição como o 5356. A soldagem por fricção também pode ser usada. Devem ser tomadas precauções para minimizar a formação de trincas a quente. O tratamento térmico pós-soldagem ajuda a fortalecer a solda.

P: É possível recozer o alumínio 7075?

R: Sim, o alumínio 7075 pode ser recozido para melhorar a ductilidade e a conformabilidade nas têmperas O ou W. Um recozimento típico envolve o aquecimento a 415°C por 1 a 3 horas, seguido de resfriamento lento. O recozimento restaura um pouco da ductilidade, mas sacrifica a resistência - a liga precisará ser reenvelhecida após a conformação para recuperar sua alta resistência.

P: O alumínio 7075-T6 é mais resistente que o 6061-T6?

R: Sim, o 7075-T6 oferece uma resistência substancialmente maior do que o alumínio 6061-T6. O 7075 tem uma resistência à tração de cerca de 83.000 psi em comparação com 45.000 psi do 6061, quase o dobro da resistência. O maior teor de zinco e cobre no 7075 cria precipitados mais resistentes.

P: Quais são algumas alternativas ao alumínio 7075?

R: Algumas alternativas em potencial com propriedades semelhantes incluem alumínio 2024, 6013, 6061, 7050 e 7150 para aplicações de resistência moderada. 2024, 2324, 2524, 7055, 7175, 7475 para requisitos de maior resistência. 6061, 5005, 5050 para maior resistência à corrosão.

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