Rövid válasz: a 7075-ös alumínium sűrűsége az acéllal szemben
A 7075 alumínium sűrűsége körülbelül 2,81 g/cm³, ami körülbelül egyharmada a tipikus szénacél sűrűségének, nagyjából 7,85 g/cm³. Ez az egyetlen különbség határozza meg az ötvözet értékének nagy részét a szállításban és a repülőgépiparban, mivel lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy a teherbírás csökkentése nélkül eltávolítsák a súlyt a szerkezetről.
A sűrűség egy rögzített anyagtulajdonság: nem változik temperálással, hőkezeléssel vagy hidegmunkával, így a 7075 O, T6 és T651 körülmények között kb. 2,81 g/cm³. Ami az indulat hatására változik, az az erő, és az erő és a sűrűség az, amivel a tervezők ténylegesen dolgoznak.
| Ingatlan | 7075 alumínium | Tipikus szénacél |
|---|---|---|
| Sűrűség | 2,81 g/cm³ (0,102 lb/in³) | 7,85 g/cm³ (0,284 lb/in³) |
| Relatív tömeg azonos térfogatra | 1.00 | 2.79 |
| Rugalmassági modulus | körülbelül 71 GPa | kb 200 GPa |
| Erő---súlypozíció | Nagyon magas a T6 családban | Évfolyamtól és szakasztól függ |
A sűrűségtől az erősségig-a-tömeg arányáig
A sűrűség önmagában semmit sem mond a teljesítményről. A hasznos mérték a szilárdság osztva a sűrűséggel, és itt a 7xxx család szokatlanul erős: a 7075-T651 572 MPa szakítószilárdságot és 503 MPa 0,2%-os folyáshatárt 2,81 g/cm³ mellett ér el.
Mivel az ötvözet körülbelül 2,8-szor könnyebb, mint az acél azonos térfogat mellett, a pusztán szilárdságra méretezett alkatrész nagyjából háromszor könnyebbé tehető, ha 7075-T651-ben újratervezik. Az űrrepülésben, az autóiparban és más mozgó szerkezetekben ez megtakarította a tömegvegyületeket: az alacsonyabb szerkezeti tömeg növeli a hasznos teherbírást, csökkenti a tonnakilométerenkénti üzemanyag elégetését, és csökkenti a szerkezet többi részének elviselhető terhelést.
A súlycsökkentés a legnagyobb a merevségtűrő{0}}részeknél, ahol a szakasz csökkenthető, amíg a szilárdság nem szabályozza a kialakítást.
A súlymegtakarítás a legkevesebb a merevség{0}}kritikus részek esetében, mivel a merevség a modulustól és a szelvény geometriájától függ, nem pedig az ötvözet szilárdságától.
A korrózióvédelem és a fáradásos részlettervezés általában szabja meg a gyakorlati határt annak, hogy mennyi anyag eltávolítható.
Rugalmas modulus és mit jelent a tervezésben
A 7075 alumínium rugalmassági modulusa megközelítőleg 71 GPa, hasonlóan más alumíniumötvözetekhez, de jóval az acélnál. A modulus határozza meg, hogy egy alkatrész terhelés hatására mennyit tér el, tehát egy azonos méretű alumínium gerenda körülbelül háromszor akkora, mint az azonos terhelést hordozó acélgerenda. Az ötvözet egy szempontból segít itt: az alacsonyabb modulus és a hozzá tartozó hajlékonyság ártalmatlan hajlítást tesz lehetővé, amely képes elnyelni az energiát és javítani a kifáradási viselkedést, ami hasznos a repülőgépvázakban és a járműszerkezetekben.
A tervezőknek ezért két kérdést kell elkülöníteniük. Ha az alkatrészt a szilárdság korlátozza, az alumínium alacsony sűrűsége közvetlen előnyt jelent. Ha elhajlás, rezgés vagy kihajlás korlátozza, akkor a metszet geometriájának kell elvégeznie a munkát, mert a modulus sűrűséggel való osztásakor a két anyag közel egyenlő arányban jön ki. A gyakorlati műveletek egyszerűek:
A hajlítási merevség hozzáadásakor inkább a mélységet növelje, mint a szélességet, mivel a merevség a mélységkockával együtt növekszik.
Ellenőrizze újra az elhajlást, a természetes frekvenciát és a kihajlási határokat, mielőtt bármilyen súlycsökkentett{0}}konstrukciót felszabadítana.
A tűréshatárokat és a felületvédelmet a rajzi megjegyzésekben tartsa be, mert a vékonyabb részek kevésbé tolerálják a korróziót vagy az ütési sérüléseket.
Hozamarány és tartalék a deformáció ellen
A 7075 alumínium folyási aránya, amelyet a 0,2%-os eltolt folyáshatár osztva a szakítószilárdsággal határoznak meg, jellemzően 0.85 - 0.88. A T651 temperálásnál ez azt jelenti, hogy az 503 MPa folyáshatár közel van az 572 MPa-os végszilárdsághoz. Az előny a minimális maradandó alakváltozás az üzemi igénybevétel során; az ár egy rövid műanyag plató a hozam és a törés között.
Két következmény következik a tervezésből. Először is, a megengedett feszültséget a folyáshatárból kell beállítani megfelelő tényezővel, nem pedig a szakítószilárdságból. Másodszor, a körülbelül 159 MPa-os kifáradási szilárdságot és a réz-7xxx-es csapágyazású ötvözet bevágásérzékenységét minden ciklikusan terhelt alkalmazásnál szabályozó határértékként kell kezelni.
Az ingatlan stabilitása és a szolgáltatási hőmérséklet
A 7075 alumínium mechanikai tulajdonságai stabilak normál üzemi körülmények között, különösen körülbelül 120 fok alatt. A kiegyensúlyozott cink-, magnézium- és réz-adalékok, valamint az ellenőrzött hőkezelés hosszú ideig stabilan tartják az erősítő csapadékot, a T651 lemez pedig nyújtással csökkenti a feszültséget, ami javítja a hosszú -méretstabilitást.
Tárolja a lemezt és a rudat laposan és szárazon, távol a kloridoktól, hogy megakadályozza a korróziós gödrök kialakulását, amelyek kifáradási helyként szolgálnak.
Vigyen fel eloxálást, alapozót vagy konverziós bevonatot, ahol az alkatrész nedvességgel, sóval vagy ipari légkörrel érintkezik.
Tartsa az üzemi hőmérsékletet az öregedési hőmérséklet alatt, mivel a magasabb hőmérsékleten való hosszabb expozíció lassan túlterheli az ötvözetet és csökkenti a szilárdságot.
A vágott éleket és a megmunkált zsebeket ugyanolyan védelemmel kezelje, mint a fő felületet, mert ezeken a helyeken kezdődik a támadás.
Ily módon alkalmazva a szakítószilárdság, a folyáshatár és a kifáradási ellenállás az alkatrész teljes élettartama alatt kiszámítható marad, ahelyett, hogy néhány év használat után elsodródna.
Gyakran Ismételt Kérdések
K: Mekkora a 7075-ös alumínium sűrűsége az acélhoz képest?
A 7075 alumínium körülbelül 2,81 g/cm³, szemben a tipikus szénacél nagyjából 7,85 g/cm³-vel, tehát körülbelül egyharmadával sűrűbb, és ugyanennyi térfogat nagyjából 2,8-szor kisebb súlyú.
K: Az indulat megváltoztatja a 7075 sűrűségét?
Nem. A sűrűséget az összetétel határozza meg, így az O, T6 és T651 temperek mindegyike körülbelül 2,81 g/cm³. Az indulat csak az erőt, a keménységet és a belső feszültséget változtatja meg.
K: Miért számít annyira az alacsony sűrűség a tervezésben?
Mert a szilárdság osztva a sűrűséggel dönti el, hogy mennyire könnyű a teherviselő alkatrész-. 572 MPa szakítószilárdság és 2,81 g/cm³ mellett egy szilárdsági{4}}méretű alkatrész nagyjából háromszor könnyebb lehet, mint az acél megfelelője.
K: A 7075 merevebb, mint az acél?
Nem. Rugalmassági modulusa körülbelül 71 GPa, nagyjából egyharmada az acélénak körülbelül 200 GPa-nál, tehát egy azonos szakasz körülbelül háromszor akkorát hajlik el azonos terhelés mellett.
K: Mi a 7075 alumínium hozamaránya?
Általában 0.85 - 0.88, a 0,2%-os eltolás folyáshatár osztva a szakítószilárdsággal. A magas hozamarány csekély deformációt jelent a meghibásodás előtt, így a kifáradás és a bemetszések befolyásolják a tervezést.
K: Mennyire stabilak a 7075 tulajdonságok az időben?
Nagyon stabil 120 fok alatt. Az öregedés során képződött csapadék a helyén marad, és a feszültségmentesített T651 lemez megtartja méreteit, feltéve, hogy a felület védett és az üzemi hőmérséklet szabályozott marad.
