อลูมิเนียม 7075 เหมาะสำหรับงานเชื่อมหรือไม่? โลหะวิทยา ทางเลือกและขีดจำกัด

7075 คืออะไร และเหตุใดจึงต้านทานการเชื่อม

ล้อแม็ก 7075 เป็นโลหะผสม Al-Zn-Mg-Cu ที่สร้างในซีรีส์ 7xxx โดยมีขีดจำกัดองค์ประกอบที่ลงทะเบียนไว้คือ สังกะสี 5.1 ถึง 6.1 เปอร์เซ็นต์ แมกนีเซียม 2.1 ถึง 2.9 เปอร์เซ็นต์ ทองแดง 1.2 ถึง 2.0 เปอร์เซ็นต์ และโครเมียม 0.18 ถึง 0.28 เปอร์เซ็นต์ การผสมผสานนี้ตอบสนองอย่างมากต่อการบำบัดความร้อนและการเสื่อมสภาพของสารละลาย โดยให้ความแข็งแกร่งตามลำดับแรงดึง 572 MPa และผลผลิต 503 MPa ในเทมเปอร์ T6 ที่ความหนาแน่นประมาณ 2.81 g/cm3 โดยมีอุปกรณ์ประกอบโครงสร้างเครื่องบิน เครื่องมือ และ-ส่วนประกอบกีฬาที่รับน้ำหนักสูงตามการใช้งานทั่วไป แผ่นและเพลทมีจำหน่ายภายใต้ ASTM B209/B209M การอัดขึ้นรูปภายใต้ ASTM B221 และแท่งและแท่งภายใต้ ASTM B211

เคมีชนิดเดียวกับที่ให้ความแข็งแรงนั้นทำลายความสามารถในการเชื่อม สองกลไกทำงานร่วมกัน ประการแรก ช่วงการแข็งตัวที่กว้างของสระเชื่อมในทองแดง- และโลหะผสมสังกะสี-ที่มีแบริ่ง 7xxx ส่งเสริมการแตกร้าวที่ร้อน เนื่องจากยูเทคติกที่ละลายต่ำ-ที่ขอบเขตของเกรนยังคงเป็นของเหลวในขณะที่โลหะโดยรอบหดตัวแล้ว ดังนั้นขอบเขตจึงฉีกขาดระหว่างการทำความเย็น ประการที่สอง ความร้อนจากการเชื่อมทำให้โลหะต้นกำเนิดอยู่ในโซนที่ได้รับความร้อน-มากเกินไป ซึ่งจะละลายตะกอนที่เสริมกำลัง ความแข็งแรงของ HAZ ที่วัดได้ในการเชื่อม 7075 โดยทั่วไปจะลดลงเหลือประมาณครึ่งหนึ่งของโลหะฐาน T6 ผลลัพธ์ที่ได้คือข้อต่อที่ผลิตได้ยากและให้บริการได้ไม่ดี ด้วยเหตุนี้ 7075 จึงถูกจัดประเภทเป็นไม่แนะนำสำหรับการเชื่อมอาร์คหรือแก๊สในการฝึกเชื่อมอะลูมิเนียมและใน AWS D1.2/D1.2M

7075 เทียบกับ 6061

บทสรุปเชิงปฏิบัติคือ 7075 คือการตัดสินใจที่แข็งแกร่ง และ 6061 คือการตัดสินใจในการประดิษฐ์ การออกแบบที่ต้องเชื่อมควรได้รับ-การตรวจสอบอีกครั้งใน 6061, 5083 หรือ 6082 แทนที่จะบังคับเป็น 7075 เว้นแต่จะมีเส้นทางเชื่อมต่อสถานะโซลิด-รายการใดรายการหนึ่งด้านล่างนี้

เข้าร่วมเส้นทางสำหรับ 7075

การเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทานนี่เป็นกระบวนการ-สถานะของแข็งที่เชื่อมวัสดุโดยไม่ละลาย ดังนั้นกลไกการแคร็กร้อนยูเทคติก-จึงหมดไป เป็นวิธีการผลิตที่ได้รับการยอมรับสำหรับโครงสร้าง 7xxx ที่มีความแข็งแรงสูง- และระบุไว้สำหรับงานด้านการบินและอวกาศภายใต้ AWS D17.3 โดยมีประสิทธิภาพร่วมในช่วงประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไปที่รายงานสำหรับ-ขั้นตอนการพัฒนาที่ดี พารามิเตอร์กระบวนการ การออกแบบเครื่องมือ และความแข็งของฟิกซ์เจอร์ ล้วนต้องมีคุณสมบัติตามโลหะผสมและความหนาเฉพาะ

การยึดเชิงกลการตอกหมุด การโบลท์ และตัวยึดแบบเกลียวยังคงเป็นวิธีการเชื่อมต่อที่โดดเด่นสำหรับโครงสร้าง 7075 การออกแบบต้องคำนึงถึงผลกระทบจากกระแสไฟฟ้าหากวัสดุตัวยึดแตกต่างกัน และคุณภาพของรูก็มีความสำคัญเนื่องจาก 7075 มีความทนทานต่อรอยบากที่จำกัด

การติดกาวอีพอกซีเชิงโครงสร้างจะยึดเกาะ 7075 ได้ดีเมื่อมีการเตรียมพื้นผิวอย่างถูกต้อง และข้อต่อที่ยึดติดจะป้องกันไม่ให้ HAZ อ่อนตัวและรูพรุน ความต้านทานแรงเฉือนของตักได้รับการประเมินโดยวิธีทดสอบ เช่น ASTM D1002 ความทนทานจำเป็นต้องมีการเตรียมพื้นผิวที่มีการควบคุม - โดยทั่วไปคือการเคลือบด้วยการเปลี่ยนรูปทางเคมีหรือพื้นผิวอะโนไดซ์และรองพื้น - และการทดสอบการสัมผัสต่อสิ่งแวดล้อมของชิ้นส่วนที่ถูกยึดติด

การเชื่อมจุดต้านทานวิธีนี้ทำให้เกิดความร้อนรวมน้อยกว่าการเชื่อมอาร์กและทำให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบน้อยกว่า ดังนั้นจึงใช้ในการใช้งานเกจวัดบาง- แต่ความแข็งแรงของข้อต่อมีจำกัด และกระบวนการนี้ไม่สามารถทดแทนการเชื่อมฟิวชันที่ต้องใช้ประสิทธิภาพของโครงสร้าง

อุณหภูมิบริการ การกัดกร่อน และการเลือกอุณหภูมิ

ความแรงของ 7075 ขึ้นอยู่กับปริมาณตะกอนที่สะสมอยู่ ดังนั้นการสัมผัสอุณหภูมิจึงมีความสำคัญ โดยทั่วไปแนวทางการออกแบบจะจำกัดการให้บริการอย่างต่อเนื่องให้ต่ำกว่าประมาณ 100 C เนื่องจากความแข็งแรงของผลผลิตลดลงอย่างรวดเร็วเหนือระดับนั้น และโลหะผสมจะไม่เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีความเค้นสูงที่อุณหภูมิสูงขึ้น ความร้อนจึงถูกแยกออกจากซองบริการแทนที่จะเก็บไว้ในการออกแบบ

บริการไครโอเจนิกส์เป็นกรณีตรงกันข้าม อลูมิเนียมอัลลอยด์จะคงและเพิ่มความแข็งแรงโดยทั่วไปที่อุณหภูมิต่ำในขณะที่ยังคงความเหนียวที่เป็นประโยชน์ ดังนั้น 7075 จึงถูกนำมาใช้ในการใช้งานในสภาพแวดล้อมแบบแช่แข็งและเย็น- โดยมีการออกแบบตามอุณหภูมิต่ำ-ที่เหมาะสมที่อนุญาต แทนที่จะใช้ข้อมูลอุณหภูมิห้อง-

การกัดกร่อนเป็นอีกข้อจำกัดหนึ่ง การปรับอุณหภูมิ T6 นั้นไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์- และวิธีการแก้ไขมาตรฐานคือระบุการปรับอุณหภูมิที่มากเกินไป. 7075-T73 และ T7351 เสียสละความต้านทานแรงดึงประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับ T6 โดยมีค่าทั่วไปประมาณ 505 MPa และผลผลิต 435 MPa เพื่อแลกกับความต้านทานที่ดีขึ้นอย่างมากต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น ความไวได้รับการตรวจสอบโดยวิธีการทดสอบ เช่น ASTM G47 และ ASTM G44 สำหรับการกัดกร่อนจากความเค้น และ ASTM G34 สำหรับการขัดผิว และการชุบอโนไดซ์ตามมาตรฐาน ISO 7599 หรือการเคลือบแบบแปลงให้การป้องกันสิ่งกีดขวางเพิ่มเติมโดยไม่เปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพการทำงานของเทมเปอร์

คำถามที่พบบ่อย

Q:เชื่อมอลูมิเนียม 7075 ได้ไหม?
ตอบ: ไม่ใช่โดยการเชื่อมฟิวชันแบบธรรมดา การเชื่อมอาร์กและแก๊สทำให้เกิดการแตกร้าวร้อนในโลหะเชื่อม และลด-ความแข็งแกร่งของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนลงประมาณครึ่งหนึ่ง การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแบบกวน การยึดด้วยกลไก และการติดกาวเชิงโครงสร้างเป็นทางเลือกที่ได้รับการยอมรับ

Q:7075 แข็งแกร่งกว่าเหล็กจริงหรือ?
ตอบ: ไม่ใช่ในแง่ที่แน่นอน. 7075-T6 ที่แรงดึงประมาณ 572 MPa นั้นแข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนอ่อนและต่ำ-หลายชนิด แต่เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง-จะมีความแข็งแรงสูงกว่ามาก ข้อดีคือมีความแข็งแรงต่อหน่วยน้ำหนักประมาณ 2.81 g/cm3

Q:โลหะผสมชนิดใดที่ควรใช้แทน 7075 หากต้องเชื่อมชิ้นส่วน?
ตอบ: 6061 เป็นสิ่งทดแทนตามปกติที่ต้องการความแข็งแรงปานกลางและการเชื่อม โดยเลือก 5083 หรือ 6082 สำหรับโครงสร้างการเชื่อมที่มีความแข็งแรงสูงกว่า- ทั้งสามเชื่อมด้วยตัวเติม ER4043 หรือ ER5356 กับ AWS A5.10

Q:อุณหภูมิการใช้งานสูงสุด 7075 คือเท่าไร?
ตอบ: โดยทั่วไปการใช้งานต่อเนื่องจะจำกัดอยู่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 C ความแข็งแกร่งจะลดลงอย่างมาก ดังนั้นจึงไม่ได้ระบุโลหะผสมไว้สำหรับชิ้นส่วนที่มีความเค้นสูงที่อุณหภูมิสูงขึ้น

Q:7075 ได้รับการปกป้องจากการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นอย่างไร
ตอบ: โดยการระบุอุณหภูมิเกินพิกัด T73 หรือ T7351 แทน T6 และโดยการชุบอโนไดซ์หรือการเคลือบแบบแปลง ความไวได้รับการตรวจสอบโดยการทดสอบ ASTM G47, ASTM G44 หรือ ASTM G34

Q:7075 เหมาะสำหรับการใช้งานแบบไครโอเจนิกส์หรือไม่
ก. ใช่. อลูมิเนียมอัลลอยด์จะคงสภาพและมักจะได้รับความแข็งแรงที่อุณหภูมิต่ำ ดังนั้น 7075 จึงถูกนำมาใช้ในการให้บริการแบบไครโอเจนิกด้วยการออกแบบตาม-อุณหภูมิต่ำที่อนุญาต แทนที่จะเป็นคุณสมบัติของอุณหภูมิห้อง-