Hợp kim nhôm là kim loại mạnh nhưng nhẹ đã được sử dụng ở hầu hết mọi thị trường. Hợp kim được hiểu là một hỗn hợp của các kim loại, khi ở cùng nhau, hữu ích hơn so với thành phần của chúng. Một kim loại cơ bản (trong trường hợp này là nhôm), có thể được coi là “cải tiến” bởi một lượng nhỏ các kim loại khác nhau, được gọi là các nguyên tố hợp kim. Hợp kim đã được phát minh để cung cấp các vật liệu mạnh hơn, dẫn điện hơn hoặc đàn hồi hơn để thiết kế các ý tưởng mới và đã tạo ra một cuộc cách mạng về khả năng kỹ thuật của chúng . Nhôm là một kim loại rất phổ biến có nhiều hợp kim hữu ích; trên thực tế, rất nhiều hiệp hội nhôm đã xác định các lớp của các hợp kim này bằng cách sử dụng sơ đồ đặt tên được đánh số dựa trên các nguyên tố hợp kim. Chủ đề của bài viết này là từ seri 7xxx, hoặc các hợp kim sử dụng kẽm làm nguyên tố hợp kim chính của chúng, và tên của nó là hợp kim nhôm loại 7075 và hợp kim nhôm 6061 ). Bài viết này nhằm mục đích chỉ ra các đặc tính và công dụng của nhôm 7075, đồng thời nêu bật những điểm mạnh của nó như một vật liệu kỹ thuật.
1. Khối lượng riêng của nhôm 7075
Theo Hiệp hội nhôm khối lượng riêng của A7075 là 2,81g/cm3
Có thể nói đặc điểm chung 7075 là vật liệu có độ bền rất cao được sử dụng cho các bộ phận kết cấu chịu lực cao. Đặc biệt nhôm 7075 còn cung cấp khả năng chống nứt do ứng suất ăn mòn được cải thiện.
2.Tính chất vật lý của nhôm 7075
Nhôm 7075 bao gồm 90,0% Al, 5,6% Zn, 2,5% Mg, 0,23% Cr và 1,6% Cu, mặc dù những con số này trên danh nghĩa dao động tùy thuộc vào các yếu tố sản xuất. Như đã nói khối lượng riêng của 7075 là 2,81 g / cm3 (0,102 lb / in³), tương đối nhẹ đối với một kim loại. Hợp kim nhôm 7075 là một trong những hợp kim nhôm mạnh nhất hiện có, làm cho nó có giá trị trong nhiều thiết kế. Hàm lượng đồng trong nhôm 7075 làm tăng khả năng bị ăn mòn của nó, nhưng sự hy sinh này là cần thiết để tạo ra một vật liệu bền nhưng có thể làm việc được.
Hợp kim nhôm 7075 có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách nó được tăng cường bằng cách sử dụng một quá trình được gọi là xử lý nhiệt, hay còn được gọi là “tôi luyện”. Phương pháp này sử dụng nhiệt cao (300-500 ºC) để định hình lại cấu trúc tinh thể của kim loại nhằm tăng cường các tính chất cơ học tổng thể của nó và có thể tạo ra hoặc phá vỡ vật liệu theo đúng nghĩa đen. Có rất nhiều phương pháp tôi luyện nhôm 7075, nhưng để đơn giản hóa bài viết này, chúng tôi sẽ nêu rõ về hợp kim nhôm T6 tôi 7075 (7075-T6). 7075-T6 là nhiệt độ phổ biến cho nhôm tấm và thanh kho; tuy nhiên, điều quan trọng cần biết là mỗi quá trình tôi luyện mang lại cho nhôm 7075 những giá trị và đặc điểm riêng biệt.
3.Tính chất cơ học
Phép đo khả năng chống biến dạng của vật liệu được đưa ra bằng môđun đàn hồi và môđun cắt của nó. Môđun đàn hồi của nhôm 7075 là 71,7 GPa (10.400 ksi) và môđun cắt của nó là 26,9 GPa (3900 ksi) . Nói chung, hợp kim này bền và chống biến dạng tốt, phù hợp với các ứng dụng cần kim loại cứng nhưng nhẹ.
Khi xác định một hợp kim, một trong những thước đo quan trọng nhất là độ bền chảy của nó. Độ bền chảy của vật liệu được định nghĩa là lượng ứng suất lớn nhất (hoặc lực tác động lên một số khu vực) sẽ không làm biến dạng vật liệu vĩnh viễn. Có thể hiểu đơn giản hơn là ống hút nhựa; nếu bạn chỉ cần uốn cong ống hút, nó sẽ tự nhiên trở lại hình dạng ban đầu. Ứng suất chảy cho biết lượng "uốn" tối đa có thể được thực hiện trước khi ống hút (hoặc kim loại) bị uốn vĩnh viễn. Hợp kim nhôm 7075 có độ bền kéo 503 MPa (83.000 psi), có nghĩa là một mảnh hợp kim 7075 phải chịu ứng suất 503 MPa trước khi nó không thể trở lại hình dạng ban đầu. Giá trị này cho thấy lợi ích to lớn của hợp kim nhôm và lý do tại sao 7075 là sản phẩm thích hợp cho các vật liệu kết cấu như ống nhôm cho khung.
Một thông số hữu ích khác là độ bền cuối cùng của vật liệu. Thông số này là lượng ứng suất tối đa sẽ không làm cho ống hút như đã đề cập ở trên bị "búng" (trong thuật ngữ kỹ thuật, điều này được biết đến ở "điểm đứt gãy"). Trước điểm đứt gãy này, vật liệu sẽ trải qua biến dạng dẻo (hoặc vĩnh viễn), và sẽ không trở lại hình dạng ban đầu. Giá trị này hữu ích cho các trường hợp có thể xảy ra loại biến dạng này, chẳng hạn như trong các ứng dụng rủi ro cao (quân sự, tòa nhà chọc trời) nơi 7075 thường được thực hiện. Nhôm 7075 có độ bền kéo tối đa là 572 MPa (83000 psi), cao một cách ấn tượng khi xét đến mật độ thấp của nó.
Loại nhôm 7075 thường được sử dụng trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, điều này đã làm tăng mối quan tâm về sự hỏng hóc do mỏi. Một vật liệu vẫn có thể bị hỏng, ngay cả khi nó chịu một lực nhỏ hơn nhiều so với điểm chảy của nó. Nếu ứng suất này có tính chu kỳ, nghĩa là vật liệu được tải định kỳ với lực này đủ số lần, các vết nứt vi mô có thể xảy ra làm vật liệu yếu đi và cuối cùng sẽ khiến vật liệu bị gãy. Độ bền mỏi là thước đo khả năng của vật liệu để chịu tải theo chu kỳ này và rất hữu ích cho các ứng dụng trong đó một bộ phận được tạo ra bằng vật liệu này phải chịu chu kỳ tải lặp lại (chẳng hạn như trong máy bay hoặc xe có động cơ). Độ bền mỏi của hợp kim nhôm 7075 là 159 MPa (23.000 psi). Giá trị này được tính bằng cách sử dụng 500.000.000 chu kỳ tải liên tục, định kỳ dưới điểm năng suất,
Loại nhôm 7075 thường được sử dụng trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, điều này đã làm tăng mối quan tâm về sự hỏng hóc do mỏi. Một vật liệu vẫn có thể bị hỏng, ngay cả khi nó chịu một lực nhỏ hơn nhiều so với điểm chảy của nó. Nếu ứng suất này có tính chu kỳ, nghĩa là vật liệu được tải định kỳ với lực này đủ số lần, các vết nứt vi mô có thể xảy ra làm vật liệu yếu đi và cuối cùng sẽ khiến vật liệu bị gãy. Độ bền mỏi là thước đo khả năng của vật liệu để chịu tải theo chu kỳ này và rất hữu ích cho các ứng dụng trong đó một bộ phận được tạo ra bằng vật liệu này phải chịu chu kỳ tải lặp lại (chẳng hạn như trong máy bay hoặc xe có động cơ). Độ bền mỏi của hợp kim nhôm 7075 là 159 MPa (23.000 psi). Giá trị này được tính bằng cách sử dụng 500.000.000 chu kỳ tải liên tục, định kỳ dưới điểm năng suất,
4.Các ứng dụng của nhôm 7075
Loại 7075 nhôm là một trong những hợp kim nhôm mạnh nhất. Độ bền năng suất cao (> 500MPa) và mật độ thấp của nó làm cho vật liệu phù hợp cho các ứng dụng như các bộ phận máy bay hoặc các bộ phận chịu mài mòn nặng. Mặc dù nó có khả năng chống ăn mòn kém hơn so với các hợp kim khác (chẳng hạn như hợp kim nhôm 5052 , có khả năng chống ăn mòn đặc biệt), nhưng sức mạnh của nó nhiều hơn là biện minh cho những nhược điểm. Một số ứng dụng chính của hợp kim nhôm 7075 bao gồm:
- Phụ kiện máy bay
- Bánh răng và trục
- Bộ phận tên lửa
- Bộ phận van điều tiết
- Bánh răng giun
- Ứng dụng hàng không vũ trụ / quốc phòng