Kratak odgovor: Gustoća 7075 aluminijuma naspram čelika
7075 aluminijum ima gustinu od približno 2,81 g/cm³, što je oko jedne trećine gustine tipičnog ugljeničnog čelika od otprilike 7,85 g/cm³. Ta jedina razlika određuje većinu vrijednosti legure u transportu i radu u svemiru, jer omogućava inženjerima da uklone težinu sa konstrukcije bez uklanjanja nosivosti.
Gustina je fiksno svojstvo materijala: ne mijenja se temperaturom, toplinskom obradom ili hladnim radom, tako da 7075 u uvjetima O, T6 i T651 svi imaju oko 2,81 g/cm³. Ono što se mijenja s temperamentom je snaga, a snaga u kombinaciji sa gustinom je ono što proizvodi brojeve s kojima dizajneri zapravo rade.
| Nekretnina | 7075 aluminijum | Tipičan ugljični čelik |
|---|---|---|
| Gustina | 2,81 g/cm³ (0,102 lb/in³) | 7,85 g/cm³ (0,284 lb/in³) |
| Relativna težina za istu zapreminu | 1.00 | 2.79 |
| Modul elastičnosti | oko 71 GPa | oko 200 GPa |
| Položaj snage-do-težine | Veoma visoko u T6 porodici | Zavisi od razreda i sekcije |
Od gustine prema jačini-i-omjeru težine
Sama gustoća ne govori ništa o performansama. Korisna mjera je čvrstoća podijeljena sa gustinom, a ovdje je porodica 7xxx neobično jaka: 7075-T651 dostiže graničnu zateznu čvrstoću od 572 MPa i 0,2% offset granicu tečenja od 503 MPa pri 2,81 g/cm³.
Budući da je legura oko 2,8 puta lakša od čelika za istu zapreminu, komponenta veličine isključivo na osnovu čvrstoće može se učiniti otprilike tri puta lakša kada se redizajnira u 7075-T651. U vazduhoplovstvu, automobilskoj industriji i drugim pokretnim konstrukcijama, to je sačuvalo masene mase: manja težina konstrukcije povećava nosivost, smanjuje sagorevanje goriva po tonskom kilometru i smanjuje opterećenje koje ostatak konstrukcije mora da nosi.
Ušteda na težini je najveća u dijelovima koji su{0}}tolerantni na krutost, gdje se presjek može smanjiti sve dok snaga ne upravlja dizajnom.
Ušteda na težini je najmanja u kritičnim dijelovima za krutost-, jer krutost ovisi o modulu i geometriji presjeka, a ne o čvrstoći legure.
Zaštita od korozije i detaljni dizajn zamora obično postavljaju praktičnu granicu koliko materijala može biti uklonjeno.
Modul elastičnosti i što to znači za dizajn
Modul elastičnosti 7075 aluminija je približno 71 GPa, slično kao i kod drugih aluminijskih legura, ali daleko ispod čelika. Modul određuje koliko se dio deformiše pod opterećenjem, tako da se aluminijska greda identičnih dimenzija otkloni oko tri puta više od čelične koja nosi isto opterećenje. Legura ovdje pomaže u jednom pogledu: niži modul i povezana duktilnost omogućavaju bezopasno savijanje koje može apsorbirati energiju i poboljšati ponašanje pri zamoru, što je korisno u okvirima aviona i strukturama vozila.
Dizajneri stoga moraju odvojiti dva pitanja. Ako je dio ograničen čvrstoćom, niska gustoća aluminija je direktna prednost. Ako je ograničen otklonom, vibracijom ili izvijanjem, geometrija presjeka mora obaviti posao, jer kada se modul podijeli sa gustinom, dva materijala izlaze gotovo jednaka. Praktične radnje su jednostavne:
Povećajte dubinu radije nego širinu kada dodajete krutost na savijanje, jer krutost raste sa kockom dubine.
Ponovo provjerite otklon, prirodnu frekvenciju i margine izvijanja prije nego što pustite bilo kakav dizajn{0}}smanjene težine.
Zadržite tolerancije i površinsku zaštitu u napomenama na crtežima, jer tanji profili manje opraštaju od korozije ili oštećenja od udara.
Omjer prinosa i rezerva protiv deformacije
Odnos popuštanja 7075 aluminijuma, definisan kao 0,2% offset čvrstoće tečenja podijeljeno sa zateznom čvrstoćom, je tipično 0.85 - 0.88. U T651 temperamentu, što znači da je granica tečenja od 503 MPa blizu 572 MPa krajnje čvrstoće. Prednost je minimalna trajna deformacija pod radnim naprezanjem; cijena je kratki plastični plato između prinosa i loma.
Za dizajn slijede dvije posljedice. Prvo, dozvoljeno naprezanje treba odrediti od popuštanja sa odgovarajućim faktorom, a ne od krajnje čvrstoće. Drugo, čvrstoća na zamor od oko 159 MPa i osjetljivost na zarez legure bakra{3}}koja sadrži 7xxx treba tretirati kao vladajuće granice u bilo kojoj ciklično opterećenoj primjeni.
Stabilnost svojstva i radna temperatura
Mehanička svojstva 7075 aluminijuma su stabilna u normalnim uslovima rada, posebno ispod oko 120 stepeni. Izbalansirani dodaci cinka, magnezija i bakra zajedno s kontroliranom toplinskom obradom održavaju talog za jačanje stabilnim tokom dugih perioda, a ploča T651 dodaje oslobađanje od naprezanja rastezanjem što poboljšava dugoročnu-stabilnost dimenzija.
Čuvajte ploču i šipku ravne i suhe, dalje od hlorida, kako biste spriječili korozivne jame koje djeluju kao mjesta iniciranja zamora.
Nanesite eloksiranje, prajmer ili premaz za konverziju gdje će se dio suočiti sa vlagom, soli ili industrijskom atmosferom.
Održavajte radnu temperaturu ispod temperature starenja, jer produženo izlaganje na višoj temperaturi polako nadmašuje leguru i smanjuje čvrstoću.
Rukovati sečenim rubovima i obrađenim džepovima sa istom zaštitom kao i glavna površina, jer to su lokacije na kojima počinje napad.
Primijenjena na taj način, vlačna čvrstoća, granica popuštanja i otpornost na zamor ostaju predvidljivi za cijeli vijek trajanja komponente umjesto da se pomjeraju nakon nekoliko godina rada.
Često postavljana pitanja
P: Koja je gustina aluminijuma 7075 u poređenju sa čelikom?
Aluminij 7075 je oko 2,81 g/cm³, naspram otprilike 7,85 g/cm³ za tipični ugljični čelik, tako da je otprilike jedna trećina gušće, a ista zapremina je otprilike 2,8 puta manja.
P: Da li temperament mijenja gustinu 7075?
Ne. Gustina je fiksirana sastavom, tako da O, T6 i T651 temperamenti imaju oko 2,81 g/cm³. Narav mijenja samo snagu, tvrdoću i unutrašnji stres.
P: Zašto je niska gustina toliko važna u dizajnu?
Jer snaga podijeljena sa gustinom odlučuje koliko lagan dio{0}}nosi teret može biti. Sa vlačnom čvrstoćom od 572 MPa i 2,81 g/cm³, dio veličine čvrstoće-može biti otprilike tri puta lakši od svog čeličnog ekvivalenta.
P: Da li je 7075 tvrđi od čelika?
Ne. Njegov modul elastičnosti je oko 71 GPa, otprilike jedna trećina od čelika na oko 200 GPa, tako da se identična presjeka ugiba oko tri puta više pod istim opterećenjem.
P: Koji je omjer prinosa 7075 aluminijuma?
Tipično 0.85 - 0.88, 0,2% offset čvrstoće tečenja podijeljeno sa zateznom čvrstoćom. Visok omjer popuštanja znači malu deformaciju prije kvara, tako da zamor i efekti zareza pokreću dizajn.
P: Koliko je 7075 nekretnina stabilno tokom vremena?
Veoma stabilan ispod oko 120 stepeni. Precipitati nastali tokom starenja ostaju na svom mjestu, a T651 ploča sa-oslobođenom naprezanjem zadržava svoje dimenzije, pod uslovom da je površina zaštićena i da je radna temperatura kontrolisana.
