Aluminium 7050
Einführung in Aluminium 7050
Aluminium 7050 ist eine hochfeste, wärmebehandelbare Aluminiumlegierung der 7xxx-Serie, die für Luft- und Raumfahrt- sowie Struktur-Anwendungen entwickelt wurde, bei denen überragende Festigkeit, ausgezeichnete Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC) und hohe Zähigkeit gefordert sind. Mit Zink als primärem Legierungselement erreicht 7050 Festigkeitsniveaus vergleichbar mit 7075, bietet jedoch eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eine bessere Performance bei Bauteilen mit großen Wandstärken.
Aluminium 7050 wird in der CNC-Bearbeitung häufig für kritische Komponenten in Luft- und Raumfahrt, Militär sowie hochleistungsfähigen Strukturbauteilen eingesetzt, die unter hoher Beanspruchung, Ermüdung und Umwelteinflüssen arbeiten.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Aluminium 7050
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Rest | Basismetall mit geringem Gewicht und Korrosionsbeständigkeit |
Zink (Zn) | 5,7–6,7 | Wichtigster Festigkeitssteigerer bei Ausscheidungshärtung |
Magnesium (Mg) | 1,9–2,6 | Erhöht die Festigkeit und verbessert die Korrosionsbeständigkeit |
Kupfer (Cu) | 2,0–2,6 | Verbessert Härtbarkeit und Ermüdungsfestigkeit |
Zirkonium (Zr) | 0,08–0,15 | Verfeinert das Korngefüge und erhöht die Zähigkeit |
Eisen (Fe) | ≤0,15 | Restbestandteil |
Silizium (Si) | ≤0,12 | Restbestandteil |
Sonstige | ≤0,15 (gesamt) | Reststoffe zur Sicherstellung der Konsistenz begrenzt |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm / Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 2,85 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 475–635°C | ASTM E299 |
Wärmeleitfähigkeit | 130 W/m·K bei 25°C | ASTM E1952 |
Elektrische Leitfähigkeit | 38% IACS bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnungskoeffizient | 23,5 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 870 J/kg·K | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 71 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Zustand T7451)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 510–570 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 430–480 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Härte | 150–170 HB | ASTM E10 |
Ermüdungsfestigkeit | 200–240 MPa | ASTM E466 |
Bruchzähigkeit (K_IC) | Bis zu 40 MPa√m | ASTM E399 |
Haupteigenschaften von Aluminium 7050
Außergewöhnliches Festigkeits-Gewichts-Verhältnis: Bietet hohe mechanische Festigkeit bei geringer Dichte und ist damit ideal für Luftfahrt-Rahmen, Rumpfrippen und Spanten.
Überlegene Korrosionsbeständigkeit: Im Vergleich zu 7075 bietet 7050 eine höhere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC) und Schichtkorrosion (Exfoliation), insbesondere in dickeren Querschnitten.
Hohe Bruchzähigkeit: 7050-T7451 besitzt eine ausgezeichnete Schadenstoleranz und eignet sich für ermüdungsanfällige Bauteile unter zyklischer Belastung.
Sehr gute Zerspanbarkeit im Zustand T7451: Obwohl härter als 6061, lässt sich 7050 mit geeigneter Werkzeugauswahl gut bearbeiten und ermöglicht enge Toleranzen für Luftfahrtteile.
Schlechte Schweißbarkeit, aber hervorragend für Verschraubungen: Schmelzschweißen wird wegen des hohen Zink- und Kupfergehalts nicht empfohlen. Bevorzugte Fügeverfahren sind mechanische Verbindungselemente und verschraubte Baugruppen.
CNC-Bearbeitungsherausforderungen und Lösungen für Aluminium 7050
Bearbeitungsherausforderungen
Hohe Festigkeit = höherer Werkzeugverschleiß: Hartmetallwerkzeuge können bei aggressiven Vorschüben schnell verschleißen.
Risiko der Kaltverfestigung: Ungeeignete Zustellungen können zu Rückfederung und Spannungen, insbesondere an Kanten, führen.
Probleme bei der Spanbildung: Lange Späne können die Oberflächenintegrität und Werkzeugbahnen beeinträchtigen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | TiAlN- oder TiCN-beschichtete Hartmetallwerkzeuge | Beherrscht Wärme und minimiert Verschleiß |
Geometrie | Positiver Spanwinkel, Wendeschneidplatten mit Spanbrecher | Verbessert Spanabfuhr und Schnittkonstanz |
Schnittgeschwindigkeit | 100–250 m/min | Balance zwischen Standzeit und Materialhärte |
Vorschub | 0,08–0,25 mm/U | Unterstützt feine Oberflächen ohne Präzisionsverlust |
Kühlung | Hochdruck-Flutkühlung (≥30 bar) | Leitet Wärme ab und reduziert Werkzeugverschleiß |
Schnittparameter für Aluminium 7050 (ISO-513-konform)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 100–150 | 0,20–0,25 | 2,0–3,5 | 30–50 (Flut) |
Schlichten | 180–250 | 0,08–0,15 | 0,2–1,0 | 50–70 (Flut) |
Oberflächenbehandlung für CNC-Teile aus Aluminium 7050
Eloxieren: Bietet Verschleiß- und Korrosionsschutz; nach der T7451-Behandlung wird Typ II oder Harteloxal (25–50 µm) empfohlen.
Pulverbeschichtung: Wirksam für Optik und Umweltschutz. Schichtdicke 60–100 µm.
Elektropolieren: Unüblich, kann jedoch die Ermüdungslebensdauer präziser Luftfahrt-Komponenten verbessern.
Passivierung: Wird typischerweise vor dem Beschichten eingesetzt, um Oberflächenreinheit und Haftung zu verbessern.
Bürsten: Erzeugt gleichmäßige Satin-Finishes (Ra 0,8–1,6 µm) auf Luftfahrt-Bedienpaneelen.
Alodine-Beschichtung: MIL-DTL-5541-konforme Chromatbeschichtung für Avionik-Gehäuse und Bauteile in Verteidigungsqualität.
UV-Beschichtung: Erhöht Kratzfestigkeit und Glanz für exponierte Bauteile.
Lackbeschichtung: Bewahrt Maßhaltigkeit und Oberflächenfinish bei abgedichteten Komponenten.
Industrielle Anwendungen von Aluminium 7050
Luft- und Raumfahrt: Struktur-Rippen, Fahrwerksbeschläge, Rumpfrahmen und Flügelkomponenten mit hoher Ermüdungsfestigkeit.
Verteidigung: CNC-gefertigte Gehäuse und Panzerungs-Schnittstellen, die Schlagfestigkeit und Bruchzähigkeit erfordern.
Automobil (Motorsport): Hochbelastete Fahrwerks- und Aufhängungshalter, Achsschenkel und Differentialgehäuse in Renn- und Performance-Fahrzeugen.
Industriemaschinen: Präzise Strukturkomponenten, die Vibrationen und wiederholten Lasten ausgesetzt sind.
Robotik und Automatisierung: Leichte Roboterarme, Aktuatoren und Gelenkverbinder unter hochzyklischer Bewegung.
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