Co je slitina hliníku 7021?
7021 je tepelně zpracovatelná slitina Al-Zn-Mg ze skupiny 7xxx, registrovaná jako EN AW-7021 (AlZn5.5Mg1.5) a jako UNS A97021. Je to stupeň 7xxx, po kterém sáhnout, když díl musí udržet toleranci při těžkém obrábění nebo musí být svařitelný a přitom dosáhnout pevnostní třídy 7xxx — dvě věci, které 7075 nezvládne.
Kompromis, který dělá, se týká mědi. 7075 obsahuje 1,2–2,0% mědi, což jí kupuje špičkovou pevnost a stojí ji to svařitelnost a odolnost proti koroznímu praskání za napětí. 7021 omezuje měď na 0,25%, vzdává se přibližně 30% této pevnosti a výměnou se čistě obrábí, zůstává plochý při hlubokých řezech a lze jej tavně svařovat — kombinace, kterou zbytek skupiny 7xxx nenabízí.
Chemické složení 7021
Níže uvedené limity jsou registrované hodnoty podle EN 573-3. Rozsah mimo ně na certifikátu pochází z jiné normy, nikoli z jiné 7021.
| Prvek | Hmotnost % | Role |
| Křemík (Si) | 0,25 max. | Limit nečistot |
| Železo (Fe) | max 0,40 | Limit nečistot |
| Měď (Cu) | 0,25 max. | Horní mez, která udržuje slitinu svařitelnou |
| Mangan (Mn) | 0,10 max | Limit nečistot |
| Hořčík (Mg) | 1.2 - 1.8 | Zpevňující prvek |
| Chrom (Cr) | 0,05 max | Limit nečistot |
| Zinek (Zn) | 5.0 - 6.0 | Primární zpevňující prvek |
| Titan (Ti) | 0,10 max | Zjemňovač zrna |
| Zirkonium (Zr) | 0.08 - 0.18 | Zvyšuje teplotu rekrystalizace; podporuje svařitelnost |
| Ostatní, každý / celkem | 0.05 / 0.15 | — |
| Hliník (Al) | Zbytek | Nobelmetal |
Pouze tři řádky jsou úmyslné přídavky — zinek, hořčík a zirkonium; každý další prvek je horní mezí toho, co může být přítomno. Měď je řádek, který je třeba zkontrolovat jako první, protože tento stupeň ji omezuje na 0,25%. Hliník je registrován jako zbytek, nikoli jako pevný rozsah.
Mechanické vlastnosti podle způsobu temperování
7021 se objednává mainly v T6 a T651. EN 485-2 pokrývá plech, pás a tlustý plech; EN 755-2 pokrývá lisované tyče, trubky a profily.
| Majetek | Hodnota | Stav |
| Pevnost v tahu, Rm | min. 400 MPa (typicky ≈410 MPa) | T6, plech a tlustý plech, EN 485-2 |
| Mez kluzu, Rp0.2 | min. 350 MPa | T6, plech a tlustý plech, EN 485-2 |
| Tažnost, A / A50 | min. 10% / min. 8% | T6, plech a tlustý plech, EN 485-2 |
| Tvrdost | ≈120 HBW | T6 |
| Fyzikální vlastnost | Hodnota |
| Hustota | 2,80 g/cm³ |
| Modul pružnosti | 70 GPa |
| Tepelná vodivost | 125 – 155 W/m·K |
| Tepelná roztažnost | 23 µm/m·K |
Mez kluzu 350 MPa je přibližně o 27% vyšší než u 6061-T6 a asi o 30% nižší než u 7075-T6 — skutečný stupeň 7xxx, aniž by byl špičkově pevnostním. Tepelná vodivost nese druhé komerčně rozhodující číslo: 125–155 W/m·K je to, co umožňuje hliníkové formě cyklovat rychleji než ocelové.
Tenké tloušťky dosahují vyšších hodnot než minimum pro tlustý plech — plech v kvalitě pro anodizaci od 1,5 do 3 mm je běžně testován na 460–480 MPa pro T6 a T651. Čtěte minima EN 485-2 jako návrhové hodnoty a tenčí čísla jako výrobní výkon; certifikát pro vaši tavbu rozhoduje, které platí.
Kde se 7021 používá
Tři aplikační skupiny představují většinu použití tohoto stupně a každá vyplývá ze stejné vlastnosti — nízké zbytkové napětí v tlustém plechu plus dobrá obrobitelnost.
Formy a nástrojové desky
Hlavní trh. Vstřikovací a vyfukovací formy, tvarování za tepla a nástroje pro přenos pryskyřice používají desky dutin z 7021, stejně jako základové desky a upínací stoly strojů. Důvodem je nízké vnitřní napětí: hluboká dutina si udrží tvar, místo aby se plazila, jak se materiál odebírá, a argument proti ocelovým nástrojům je doba cyklu, nikoli pevnost.
Obráběné a hydraulické komponenty
Rozdělovače, těla ventilů, montážní desky a hnací komponenty využívají stejné chování při řezání — krátké třísky, čistý povrch, životnost nástroje, která vydrží dlouhé série. Kde je řez hluboký nebo asymetrický, specifikujte T651.
Svařované sestavy
7021 je jednou z mála slitin Al-Zn-Mg, které lze tavně svařovat, což vyplývá z omezení mědi a přídavku zirkonia. Kde díl potřebuje pevnost 7xxx a svařovaný spoj, to je důvod, proč se tento stupeň specifikuje. U sériových svařovaných konstrukcí, 7005 nebo 7020 je obvykle levnější cestou.
Možnosti stavů slitiny 7021
7021 se dodává ve třech stavech, z nichž každý řeší jiný požadavek zpracování.
| Temperament | Zpracování | Pevnostní třída | Nejlepší pro | Vyhnout se, když |
| T6 | Tepelně ošetřeno roztokem a uměle stárnuto | Minima EN 485-2 | Formy, obecné konstrukční a svařované díly dodávané připravené k použití | Hluboké obrábění, kde záleží na zbytkovém napětí |
| T651 | T6 plus řízené protažení pro odstranění napětí o 1–3% | Stejná třída jako T6 | Silně obráběné díly: hluboké kapsy, asymetrické řezy, těsná rovinnost | Není potřeba, kde jde pouze o lehké ořezávání nebo vrtání |
| T62 | Rozpouštěcí žíhání a stárnutí po tváření nebo výrobě | Ekvivalentní T6 | Sestavy stárnuté jako hotový díl, nikoli dodávané ve stárnutém stavu | Objednávání výchozího materiálu — specifikujte T6 nebo T651 |
7021 vs 7075 vs 6061
Tyto tři slitiny pokrývají většinu rozhodnutí o vysokopevnostním hliníku.
| Majetek | 7021-T6 | 7075-T6 | 6061-T6 |
| Pevnost v tahu | min. 400 MPa (typicky ≈410) | typicky 572 MPa | typicky 310 MPa |
| Mez kluzu | min. 350 MPa | typicky 503 MPa | 276 MPa typicky |
| Prodloužení | 10% min | ~11% | 12–17% |
| Hustota | 2,80 g/cm³ | 2,81 g/cm³ | 2,70 g/cm³ |
| Zbytkové napětí / stabilita | Velmi nízké; jakost pro nástrojové desky | Vysoké; deformace při těžkém obrábění | Mírná |
| Obrobitelnost | Výborná; krátké třísky, dobrý lesk | Dobrý | Dobrý |
| Svařitelnost | Dobrá, s kvalifikovaným MIG/TIG a přídavným materiálem 5356 nebo 5183 | Nedoporučuje se pro tavné svařování | Výborná, všechny běžné procesy |
| Odolnost proti korozi | Střední; vyžaduje nátěr nebo eloxování | Omezená; vyžaduje nátěr nebo návary | Dobrý |
| Typické aplikace | Formy, nástrojové desky, obráběné a hydraulické díly, svařované sestavy | Vysoce namáhané obráběné díly, konstrukce draků letadel | Všeobecná výroba, námořní aplikace, architektura |
Sloupec 7021 je minimum podle EN 485-2; sloupce 7075 a 6061 jsou publikované typické hodnoty. Porovnávejte řádové hodnoty, nikoli desetinná místa, a potvrďte údaje platné pro váš vlastní tvar a tloušťku na atestu z válcovny.
Práce s 7021
Obrábění
Obrábění je důvodem existence této jakosti a 7021 podává výkon na horní hranici rozsahu pro slitinu 7xxx. Třísky se krátce lámou, povrch je čistý a karbidové nástroje při středních až vysokých otáčkách vřetena dobře vydrží. Rychlořezná ocel funguje pro mělké prvky, ale ekonomika spočívá v karbidu.
Pro hluboké kapsy, asymetrické řezy nebo těsné tolerance rovinnosti specifikujte T651 namísto T6. Napěťové vyrovnání tahem se provádí před obráběním, takže se deska během práce neuvolní do deformace. Pro ořezávání, vrtání a lehké frézování je T6 dostatečně stabilní.
Svařování
7021 lze tavně svařovat, a to je rozdílový prvek — vyplývá z omezení obsahu mědi a přídavku zirkonia. Přídavný materiál je jakost 5xxx, 5356 nebo 5183, která udržuje dostatek hořčíku v tavenině pro odolnost proti praskání za tuhnutí.
Kromě volby přídavného materiálu je to otázka postupu, nikoli materiálu: výrobce musí kvalifikovat svařovací postup pro tuto slitinu namísto převzetí postupu napsaného pro práci s 6xxx. Očekávejte, že limitujícím prvkem pevnosti bude svar, nikoli základní materiál, a dimenzujte průřez odpovídajícím způsobem.
Korozní ochrana
Jako většina zinkem bohatého hliníku má 7021 střední korozní odolnost a pro venkovní nebo vlhké prostředí vyžaduje ochranu. Většinu případů pokrývají tři přístupy.
- Eloxování. Anodizace v kyselině sírové vytváří řízenou oxidovou bariéru. Očekávejte, že vrstva bude méně rovnoměrná než u slitiny 6xxx, a před uvolněním dekorativního dílu potvrďte třídu povrchové úpravy na vzorku.
- Nátěrové systémy. Konverzní povlak, epoxidový základ a polyuretanový vrchní nátěr je standardní průmyslová skladba. Příprava povrchu rozhoduje o tom, zda nátěr vydrží.
- Navrhujte s ohledem na odvodnění. Vyhněte se kapsám, štěrbinám a plochým nahoru směřujícím plochám, kde se drží voda. Volba geometrie předchází více korozním problémům než jakýkoli nátěr napraví.
Limit provozní teploty
7021 je precipitačně vytvrzená, takže její pevnost závisí na tom, že vytvrzující fáze zůstane ve stavu, v jakém byla stárnuta. Nepřetržitý provoz nad přibližně 100–120 °C začíná přestárávat stav a snižovat mez kluzu, zatímco krátké výkyvy na přibližně 200 °C jsou tolerovatelné, aniž by šlo o konstrukční hodnocení.
Zirkonium tento proces zpomaluje ve srovnání s 7075, ale ani jedna slitina není volbou pro vysoké teploty. Pro trvalé teplotní zatížení hledejte žáruvzdornou jakost.
Výhody a omezení na první pohled
| Faktor | Výhoda | Omezení |
| Stabilita při obrábění | Velmi nízké zbytkové napětí; jakost pro nástrojové desky | — |
| Obrobitelnost | Krátké třísky, čistý povrch, dobrá leštitelnost | Pro hluboké nebo nerovnoměrné odebírání materiálu specifikujte T651 |
| Síla | 350 MPa mez kluzu min v T6 — skutečná třída 7xxx | ~30% pod 7075-T6, kde rozhoduje mez kluzu |
| Svařitelnost | Jedna z mála slitin 7xxx, kterou lze tavně svařovat | Vyžaduje vlastní kvalifikovaný postup; určitá ztráta v tepelně ovlivněné zóně je nevyhnutelná |
| Odolnost proti korozi | Dostatečná po eloxování nebo natření | Holá slitina není vhodná pro nechráněné vlhké nebo mořské prostředí |
| Tepelná vodivost | 125–155 W/m·K; rychlejší cyklování forem než u oceli | — |
| Provozní teplota | Stabilní do přibližně 100–120 °C | Není slitina pro vysoké teploty |
| Dostupnost | Standardně v deskách a tyčích, plus extrudované tvary | Méně běžně skladem než 6061; ověřte před návrhem na jejím základě |
Go/No-Go
Použijte tyto prahové hodnoty k rozhodnutí, zda 7021 patří do návrhu, dříve než ji porovnáte s čímkoli jiným.
Zvolte 7021, když:
- Díl je forma, deska dutiny nebo nástrojová deska, která musí zůstat rovná při hlubokých nebo nerovnoměrných řezech — specifikujte T651 tam, kde je odebírání materiálu těžké nebo asymetrické.
- Díl musí být svařován a potřebuje pevnost na úrovni 7xxx, kterou 6061 nemůže poskytnout.
- Chcete rychlejší cyklování forem než u oceli, podložené tepelnou vodivostí 125–155 W/m·K.
- Náklady na obrábění na díl jsou důležitější než posledních několik procent meze kluzu.
Vyhněte se 7021, když:
- Maximální pevnost rozhoduje o konstrukci a nic se nesvařuje — 7075-T6 poskytuje přibližně o 30% vyšší mez kluzu, což vyhovuje šroubovaným a nýtovaným obráběným dílům.
- Mez kluzu 276 MPa je dostatečná — 6061-T6 získáte bezplatnou korozní odolnost, snadné svařování a mnohem širší dostupnost, a stabilita je méně důležitá tam, kde jsou řezy lehké.
- Díl bude nechráněný v humidním, mořském nebo chemickém prostředí — přejděte na slitinu 5xxx nebo 6xxx.
- Nepřetržitý provoz probíhá nad přibližně 120 °C, kde přestárnutí narušuje temper.
- Díl vyžaduje těžké tváření po stárnutí — 7021-T6 není tvářecí slitina; tvařte ve stavu O a poté tepelně zpracujte.
- Není co obrábět a není co svařovat — výhody slitiny nemají kde uplatnit.
Závěr
7021 zaujímá specifické místo v rodině 7xxx. Vzdává se přibližně 30% meze kluzu 7075 a své korozní odolnosti odvozené od mědi, a výměnou se čistě obrábí, drží tvar při těžkých řezech a lze jej svařovat — kombinace, kterou žádná jiná slitina 7xxx nenabízí ve zcela stejném balíčku. To stojí za to zaplatit u formové dutiny, bloku rozdělovače nebo velké obráběné desky, a ne stojí za to platit u dílu, kde je konstrukční zatížení jediné, na čem záleží.
Dodáváme 7021 ve stavu T6 a T651 jako plech, tyč, trubku a blok, s MTC ke každé objednávce. Naše vlastní CNC obrábění, svařování a anodizace pokrývají kroky obrábění a spojování, pro které je tento stupeň obvykle specifikován, a vlastní rozměry s nízkým MOQ se vyrábějí na zakázku.
Pošlete nám svůj výkres, formu a temper a potvrdíme, co můžeme dodat podle vámi uvedené normy.
Často kladené otázky
Jaké je minimální množství pro plech 7021 a jakou dodací lhůtu mám plánovat?
Rozměry vyráběné na výkres jsou zakázková výroba s nízkým MOQ, obvykle 10–60 dní v závislosti na formě, temperu a množství. Standardní rozměry plechu a tyčí se expedují ze skladu.
Jaké dokumenty doprovázejí objednávku 7021?
Hutní osvědčení (mill test certificate) uvádějící chemické a mechanické výsledky pro tavbu, přiložené ke každé zásilce. Pokud projekt vyžaduje nezávislé ověření, zprávy SGS lze zajistit na vyžádání za dodatečné náklady na testování.
Můžete obrábět formové desky 7021 a dodávat hotové díly?
Ano — dutinové desky, bloky rozdělovače a upínací desky se obrábějí interně, takže materiál a obrábění se nabízejí společně.
Může 7021 nahradit 7075 v existujícím designu formy?
Pouze pokud design není limitován pevností. 7021 se vzdává přibližně 30% meze kluzu 7075, takže dutinu dimenzovanou na tloušťky stěn 7075 je třeba přepočítat. Tam, kde volbu řídí doba obrábění, rovinnost a svařitelnost spíše než špičková pevnost, se záměna obvykle vyplatí.
