Алуминий 7075 срещу алуминий 2024: Какви са разликите в здравината?

Често виждам инженери, които се колебаят между 7075 и 2024. Те искат части, които остават здрави при натоварване.

7075 предлага по-висока якост на опън, докато 2024 осигурява добра якост на умора при малко по-ниско максимално натоварване.

Нека да сравним тези две високоякостни сплави и да видим в какво се отличава всяка от тях.

Какви са разликите в здравината между 7075 и 2024?

Когато за първи път започнах да правя самолетни компоненти, използвах и двете сплави за фитинги и скоби. Те се представяха различно при стрес тестовете и циклите на умора.

7075-T6 има по-висока якост на опън (~572 MPa) от 2024-T3 (~469 MPa). Но 2024 има по-добра устойчивост на умора при циклично натоварване.

Потопете се по-дълбоко: Сравнение на якостта на опън и умора

Якост на опън (статично натоварване):

• 7075-T6: ~572?MPa
• 2024-T3: ~469?MPa

При тестовете за статично натоварване 7075 е очевидно по-силен. Той често се използва там, където максималната товароносимост е от значение.

Якост на провлачване (постоянна деформация):

• 7075-T6: ~503?MPa
• 2024-T3: ~324?MPa

Това означава, че 7075 е по-устойчив на огъване или поддаване.

Устойчивост на умора (многократно натоварване):

2024 се справя по-добре с цикличната умора, което го прави предпочитан за части, подложени на вибрации или цикли на натоварване.

Веднъж направих две скоби: една от 7075 и една от 2024. При вибротестове скобата от 2024 издържа по-дълго без пукнатини, въпреки че понасяше по-малки натоварвания.

Време за викторина:

Коя сплав е по-подходяща за аерокосмически части?

При проектирането на аерокосмически компоненти балансирах между здравина, умора и възможност за производство.

2024 се използва за листовете на фюзелажа и на крилата поради своята дълготрайност при умора. 7075 е идеален за силно натоварени детайли като зъбни колела и лонжерони.

Потопете се по-дълбоко: Случаи на употреба в авиацията и космонавтиката

2024-T3:

• Отлична якост на умора
• Запазва твърдостта си при ниски температури
• Използва се за структурни обвивки, ребра, фитинги
• Податливи на корозия, освен ако не са покрити или облицовани

7075-T6:

• Изключителна статична якост
• Използва се за фитинги на шасито, точки с високо натоварване
• Животът при умора е по-нисък, но е поносим при кратки цикли
• Нуждае се от добра антикорозионна защита

Примерни приложения:

• Обшивки на крилата (2024): дълги цикли, леки натоварвания, критични на умора
• Фитинги за шасито (7075): високи статични натоварвания, по-малко цикли

Веднъж построих две скоби: част от 2024 върху кожата на крилото и връзка от 7075 върху пътя на натоварване. И двете изпълниха ефикасно структурните си нужди.

Време за викторина:

Каква е устойчивостта на корозия?

Тествах и двете сплави в камери за солена мъгла и влажност. Те се държаха различно при излагане.

2024 е по-предразположен към корозия, докато 7075 е малко по-устойчив на нея, но и двата вида се нуждаят от защитни покрития за употреба на открито или в морето.

Потопете се по-дълбоко: Корозионно поведение и защити

Вътрешна устойчивост:

• 2024: високо съдържание на мед (~4.4%) → слаба устойчивост на корозия
• 7075: високо съдържание на цинк (~5,6%) → умерена устойчивост на корозия, но склонност към корозионно напукване под напрежение

Защитни процедури:

Екологична издръжливост:

• 2024: нуждае се от облицовка или тежки покрития. Не е подходящ за работа във влажен или солен въздух.
• 7075: по-добре, но все още се нуждае от анодиране или уплътнители, за да се избегне корозия при напрежение по ръбовете.

Случай от реалния свят:

Направих два фитинга, по един от всяка сплав. Оставих 2024 гола и 7075 анодизирана. Във влажни месеци 2024 корозира по ръбовете в рамките на седмици. Анодизираната 7075 не показа ръжда в продължение на години.

Време за викторина:

Кое е по-лесно за обработка: 7075 или 2024?

В моя цех с ЦПУ обработваемостта беше от значение. Тествах и двете сплави при едни и същи условия.

2024 се обработва по-лесно от 7075 - по-малко нагряване и по-добър живот на инструмента. Но 7075 също реже добре и държи тесни допуски.

Потопете се по-дълбоко: Производителност на обработката и съвети

Образуване на стружки и износване на инструмента:

• 2024-T3: по-мек, образува дълги стружки, лесен за рязане, добро покритие
• 7075-T6: по-твърди, стружките са по-скоро къси и абразивни, по-бързо износване на инструмента, нужда от твърда настройка

Допустими отклонения и обработка:

• И двете могат да поддържат ±0,01?mm с добри инструменти и охлаждаща течност
• 2024 често дава по-гладки финиши поради по-малката си твърдост.

Нарязване на резби и резбонарязване:

• 2024 кранчета добре
• 7075 се нуждае от по-бавни скорости на крана и кранове с форма на срязване

Съвети за фрезоване и пробиване:

• 2024: натоварване на стружките от 0,3 mm, скорост 250-300 m/min
• 7075: 0.2?mm натоварване на стружките, 200?m/min скорост, заливане с охлаждаща течност

Резултати от тестовете в моя магазин:

Изпълних странични слотове в 2024 и 7075. Инструментите от 2024 издържаха ~200 минути преди да се затъпят ×2 повече, отколкото тези от 7075.

Време за викторина:

Заключение

7075 е по-здрава при статично натоварване и е по-подходяща за компоненти с високи натоварвания. 2024 предлага по-добър живот на умора при повтарящи се натоварвания. И двата вида се нуждаят от защита срещу корозия, а 2024 е по-лесен за обработка. Изберете в зависимост от вида на натоварването, околната среда и нуждите от обработка.