Что такое алюминий 7021?
7021 — это термоупрочняемый сплав Al-Zn-Mg семейства 7xxx, зарегистрированный как EN AW-7021 (AlZn5.5Mg1.5) и как UNS A97021. Это марка 7xxx, к которой следует обращаться, когда деталь должна выдерживать допуски при интенсивной механической обработке или должна быть сварена и при этом достигать класса прочности 7xxx — две вещи, которые 7075 не может обеспечить.
Плата за это — медь. 7075 содержит 1,2–2,0% меди, что обеспечивает его пиковую прочность и лишает его свариваемости и стойкости к коррозии под напряжением. 7021 ограничивает содержание меди на уровне 0,25%, отказывается от примерно 30% этой прочности и взамен обеспечивает чистую обрабатываемость, сохранение плоскостности при глубоких резах и возможность сварки плавлением — комбинация, которую остальное семейство 7xxx не предлагает.
Химический состав 7021
Приведённые ниже пределы являются зарегистрированными значениями по EN 573-3. Диапазон за их пределами в сертификате происходит от другого стандарта, а не от другого сплава 7021.
| Элемент | Вес % | Роль |
| Кремний (Si) | 0,25 макс. | Предел содержания примесей |
| Железо (Fe) | 0,40 макс. | Предел содержания примесей |
| Медь (Cu) | 0,25 макс. | Верхний предел, обеспечивающий свариваемость сплава |
| Марганец (Mn) | 0.10 макс. | Предел содержания примесей |
| Магний (Mg) | 1.2 - 1.8 | Упрочняющий элемент |
| Хром (Cr) | 0,05 макс. | Предел содержания примесей |
| Цинк (Zn) | 5.0 - 6.0 | Основной упрочняющий элемент |
| Титан (Ti) | 0.10 макс. | Модификатор зерна |
| Цирконий (Zr) | 0.08 - 0.18 | Повышает температуру рекристаллизации; поддерживает свариваемость |
| Прочие, каждый / суммарно | 0.05 / 0.15 | — |
| Алюминий (Al) | Остаток | Основной металл |
Только три строки являются намеренными добавками — цинк, магний и цирконий; каждый другой элемент представляет собой верхний предел допустимого содержания. Медь — это строка, которую следует проверять в первую очередь, поскольку данная марка ограничивает её на уровне 0,25%. Алюминий зарегистрирован как остаток, а не как фиксированный диапазон.
Механические свойства в зависимости от состояния обработки
7021 заказывается главным образом в состояниях T6 и T651. EN 485-2 охватывает листы, полосы и плиты; EN 755-2 охватывает прессованные прутки, трубы и профили.
| Недвижимость | Значение | Состояние |
| Предел прочности при растяжении, Rm | 400 МПа мин (≈410 МПа типично) | T6, лист и плита, EN 485-2 |
| Предел текучести, Rp0.2 | 350 МПа мин | T6, лист и плита, EN 485-2 |
| Относительное удлинение, A / A50 | 10% мин / 8% мин | T6, лист и плита, EN 485-2 |
| Твердость | ≈120 HBW | T6 |
| Физическое свойство | Значение |
| Плотность | 2,80 г/см³ |
| Модуль упругости | 70 ГПа |
| Теплопроводность | 125 – 155 Вт/м·К |
| Тепловое расширение | 23 мкм/м·К |
Предел текучести 350 МПа примерно на 27% выше, чем у 6061-T6, и примерно на 30% ниже, чем у 7075-T6 — подлинная марка 7xxx, но не пиковой прочности. Теплопроводность несёт второе коммерчески решающее число: 125–155 Вт/м·К — это то, что позволяет алюминиевой форме циклироваться быстрее стальной.
Тонкий прокат превышает минимум для плиты — лист анодированного качества от 1,5 до 3 мм обычно испытывается при 460–480 МПа для T6 и T651. Читайте минимумы EN 485-2 как проектные значения, а более тонкие цифры — как заводские показатели; сертификат для вашей плавки определяет, что применимо.
Где применяется 7021
Три группы применения охватывают большую часть марки, и каждая следует из одного и того же свойства — низкие остаточные напряжения в плите плюс свободная обрабатываемость.
Формы и инструментальные плиты
Основной рынок. Литьевые формы для инжекции и выдувания, термоформование и оснастка для трансферного формования смол — все используют плиты полости 7021, как и базовые плиты и столы станочных приспособлений. Низкие внутренние напряжения — вот причина: глубокая полость сохраняет форму вместо того, чтобы ползти по мере снятия материала, а аргумент против стальной оснастки — время цикла, а не прочность.
Обработанные и гидравлические компоненты
Блоки коллекторов, корпуса клапанов, монтажные плиты и приводные компоненты используют одинаковое поведение при резании — короткая стружка, чистая поверхность, стойкость инструмента, сохраняющаяся на длительных прогонах. Там, где рез глубокий или асимметричный, указывайте T651.
Сварные узлы
7021 — один из немногих сплавов Al-Zn-Mg, которые можно сваривать плавлением, что следует из ограничения по меди и добавки циркония. Там, где деталь нуждается в прочности 7xxx и сварном соединении, именно поэтому указывается эта марка. В серийной сварной конструкции, 7005 или 7020 обычно является более дешёвым путём.
Варианты состояний поставки 7021
7021 поставляется в трёх состояниях, каждое из которых отвечает различным требованиям обработки.
| Темпер | Обработка | Класс прочности | Лучшее для | Избегайте, когда |
| T6 | Термообработанный раствор и искусственное состаривание | Минимумы EN 485-2 | Формы, общие конструкционные и сварные детали, поставляемые готовыми к использованию | Глубокая механическая обработка, где важны остаточные напряжения |
| T651 | T6 плюс контролируемая правка растяжением для снятия напряжений 1–3% | Тот же класс, что и T6 | Интенсивно обрабатываемые детали: глубокие карманы, асимметричные резы, жёсткая плоскостность | Не требуется там, где involved только лёгкая обрезка или сверление |
| T62 | Термообработка на твёрдый раствор и старение после формовки или изготовления | Эквивалентно T6 | Сборки, состаренные как готовая деталь, а не поставляемые состаренными | Заказ сырьевого stock — указывайте T6 или T651 |
7021 против 7075 против 6061
Эти три сплава охватывают большинство решений по высокопрочному алюминию.
| Недвижимость | 7021-T6 | 7075-T6 | 6061-T6 |
| Предел прочности при растяжении | 400 МПа мин (≈410 типично) | 572 МПа типично | 310 МПа типично |
| Предел текучести | 350 МПа мин | 503 МПа типично | 276 МПа типично |
| Удлинение | 10% мин | ~11% | 12–17% |
| Плотность | 2,80 г/см³ | 2,81 г/см³ | 2,70 г/см³ |
| Остаточные напряжения / стабильность | Очень низкие; класс инструментальной плиты | Высокие; смещается при тяжёлой механообработке | Умеренный |
| Обрабатываемость | Отличная; короткая стружка, хорошая полируемость | Хорошо | Хорошо |
| Свариваемость | Хорошая, с квалифицированной MIG/TIG и присадкой 5356 или 5183 | Не рекомендуется для сварки плавлением | Отличная, все распространённые процессы |
| Устойчивость к коррозии | Умеренная; требует покрытия или анодирования | Ограниченная; требует покрытия или плакирования | Хорошо |
| Типичные применения | Пресс-формы, инструментальные плиты, обработанные и гидравлические детали, сварные сборки | Высоконагруженные обработанные детали, конструкция планера | Общее машиностроение, судостроение, архитектура |
Столбец 7021 — это минимум по EN 485-2; столбцы 7075 и 6061 — опубликованные типичные значения. Сравнивайте порядок величин, а не десятичные знаки, и подтверждайте цифры, применимые к вашей собственной форме и толщине, в сертификате прокатного завода.
Работа с 7021
Обработка
Механообработка — причина существования этой марки, и 7021 работает на верхнем уровне диапазона для сплава 7xxx. Стружка ломается коротко, чистота поверхности высокая, а твердосплавный инструмент при умеренных и высоких скоростях шпинделя хорошо держится. Быстрорежущая сталь подходит для неглубоких элементов, но экономика определяется твердосплавным инструментом.
Для глубоких карманов, асимметричных резов или жёстких допусков на плоскостность указывайте T651, а не T6. Растяжка для снятия напряжений выполняется до резки, поэтому плита не снимает напряжения сама собой и не коробится на полпути к завершению работы. Для обрезки, сверления и лёгкого фрезерования T6 достаточно стабилен.
Сварка
7021 можно сваривать плавлением, и это ключевое отличие — оно следует из ограничения по меди и добавки циркония. Присадка — класс 5xxx, 5356 или 5183, что сохраняет достаточное количество магния в сварочной ванне для сопротивления кристаллизационному растрескиванию.
После выбора присадки это вопрос процедуры, а не материала: изготовитель должен квалифицировать процедуру сварки для этого сплава, а не наследовать написанную для работы с 6xxx. Ожидайте, что сварной шов, а не основной металл, будет элементом, ограничивающим прочность, и выбирайте сечение соответственно.
Защита от коррозии
Как и большинство богатых цинком алюминиевых сплавов, 7021 имеет умеренную коррозионную стойкость и требует защиты для наружной эксплуатации или эксплуатации во влажной среде. Три подхода охватывают большинство случаев.
- Анодирование. Анодирование в серной кислоте создаёт контролируемый оксидный барьер. Ожидайте, что слой будет менее равномерным, чем на сплаве 6xxx, и подтвердите класс отделки на образце перед выпуском декоративной детали.
- Лакокрасочные системы. Конверсионное покрытие, эпоксидный грунт и полиуретановое верхнее покрытие — это стандартная промышленная система. Подготовка поверхности определяет, останется ли покрытие на месте.
- Проектируйте для дренажа. Избегайте карманов, щелей и плоских поверхностей, обращённых вверх, где скапливается вода. Выбор геометрии предотвращает больше коррозии, чем исправляет любое покрытие.
Предел рабочей температуры
7021 является дисперсионно-твердеющим сплавом, поэтому его прочность зависит от того, остаётся ли упрочняющая фаза в состоянии после старения. Непрерывная эксплуатация выше примерно 100–120 °C начинает перестаривать состояние и снижать предел текучести, тогда как кратковременные excursions до примерно 200 °C допустимы, но не являются проектным номиналом.
Цирконий замедляет процесс по сравнению с 7075, но ни один из сплавов не является выбором для высоких температур. Для длительного нагрева обратитесь к жаропрочной марке.
Преимущества и ограничения вкратце
| Фактор | Преимущество | Ограничение |
| Стабильность при механообработке | Очень низкие остаточные напряжения; класс инструментальной плиты | — |
| Обрабатываемость | Короткая стружка, чистая поверхность, хорошая полируемость | Указывайте T651 для глубокого или неравномерного съёма материала |
| Прочность | 350 МПа минимум предела текучести в T6 — подлинный класс 7xxx | ~30% ниже 7075-T6, где предел текучести является определяющим |
| Свариваемость | Один из немногих сплавов 7xxx, которые можно сваривать плавлением | Требует собственной квалифицированной процедуры; некоторая потеря в зоне термического влияния неизбежна |
| Устойчивость к коррозии | Достаточная после анодирования или окраски | Голый сплав не подходит для незащищённой эксплуатации во влажной или морской среде |
| Теплопроводность | 125–155 Вт/м·К; более быстрый цикл пресс-формы, чем у стали | — |
| Рабочая температура | Стабилен до примерно 100–120 °C | Не является высокотемпературным сплавом |
| Доступность | Стандартно в плите и прутке, плюс прессованные формы | Менее широко складируется, чем 6061; подтвердите перед проектированием на его основе |
Годен/Не годен
Используйте эти пороги, чтобы решить, подходит ли 7021 для проекта, прежде чем сравнивать его с чем-либо ещё.
Выбирайте 7021, когда:
- Деталь — это пресс-форма, плита полости или инструментальная плита, которая должна оставаться плоской при глубоких или неравномерных резах — указывайте T651 там, где съём материала тяжёлый или асимметричный.
- Деталь должна быть сварена и требует прочности уровня 7xxx, которую 6061 не может обеспечить.
- Вы хотите более быстрый цикл пресс-формы, чем у стали, подкреплённый теплопроводностью 125–155 Вт/м·К.
- Стоимость механообработки на деталь важнее, чем последние несколько процентов предела текучести.
Избегайте 7021, когда:
- Максимальная прочность определяет конструкцию и ничего не сваривается — 7075-T6 обеспечивает примерно на 30% больше предела текучести, что решает вопрос для болтовых и клёпаных механически обработанных деталей.
- Предела текучести 276 МПа достаточно — 6061-T6 обеспечивает бесплатную коррозионную стойкость, лёгкую свариваемость и гораздо более широкую доступность, а стабильность менее важна там, где резы остаются лёгкими.
- Деталь будет эксплуатироваться незащищённой во влажной, морской или химической среде — переходите на сплав 5xxx или 6xxx.
- Непрерывная эксплуатация проходит при температуре выше примерно 120 °C, где перестаривание разрушает термообработку.
- Деталь требует интенсивной формовки после старения — 7021-T6 не является формовочным сплавом; формуйте в состоянии O и термообрабатывайте после.
- Нет ничего, что нужно механически обрабатывать, и нет сварного шва, который нужно выполнить — преимуществам сплава негде проявиться.
Заключение
7021 занимает определённое место в семействе 7xxx. Он уступает примерно 30% предела текучести 7075 и его коррозионные характеристики, обусловленные медью, а взамен обеспечивает чистую механическую обработку, сохранение формы при интенсивных резах и возможность сварки — комбинация, которую ни один другой сплав 7xxx не предлагает в столь же полном наборе. За это стоит платить при изготовлении полости пресс-формы, блока коллектора или крупной обработанной плиты, и не стоит платить за деталь, где единственное, что имеет значение — это расчётная нагрузка.
Мы поставляем 7021 в состояниях T6 и T651 в виде плиты, прутка, трубы и блока, с сертификатом MTC на каждый заказ. Наши собственные услуги ЧПУ-обработки, сварки и анодирования охватывают этапы механической обработки и соединения, для которых обычно указывается эта марка, а нестандартные размеры с низким MOQ производятся на заказ.
Отправьте нам ваш чертёж, форму и термообработку, и мы подтвердим, что можем поставить в соответствии с указанным вами стандартом.
Часто задаваемые вопросы
Каков минимальный заказ на плиту из 7021 и какой срок поставки мне планировать?
Размеры, изготовленные по чертежу, — это кастомное производство с низким MOQ, обычно 10–60 дней в зависимости от формы, термообработки и количества. Стандартные размеры плит и прутков отгружаются со склада.
Какие документы прилагаются к заказу 7021?
Сертификат заводских испытаний с указанием химического состава и механических результатов для плавки, включённый в каждую поставку. Там, где проекту требуется независимая проверка, отчёты SGS могут быть организованы по запросу за дополнительную стоимость испытаний.
Можете ли вы обработать плиты пресс-форм из 7021 и поставить готовые детали?
Да — плиты полостей, блоки коллекторов и плиты приспособлений обрабатываются на собственном производстве, поэтому материал и обработка оцениваются вместе.
Может ли 7021 заменить 7075 в существующей конструкции пресс-формы?
Только если конструкция не ограничена прочностью. 7021 уступает примерно 30% предела текучести 7075, поэтому полость, рассчитанную по толщине стенок из 7075, необходимо перепроверить. Там, где выбор определяется временем обработки, плоскостностью и свариваемостью, а не пиковой прочностью, замена обычно окупается.
