Aluminium 7055
Einführung in Aluminium 7055
Aluminium 7055 ist eine hochfeste, wärmebehandelbare Aluminium-Zink-Legierung, die speziell für strukturelle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt entwickelt wurde. Als eine der höchstfesten verfügbaren Aluminiumlegierungen bietet sie überlegene Druckeigenschaften, eine ausgezeichnete Bruchzähigkeit sowie eine verbesserte Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC) – insbesondere bei Bauteilen mit großen Wandstärken.
Aluminium 7055 wird häufig für die CNC-Bearbeitung von Luftfahrt-Rahmen, Rumpfstrukturen sowie hochbelastbaren Komponenten in Verteidigung und Transport ausgewählt, bei denen Gewichtseinsparungen die strukturelle Leistungsfähigkeit nicht beeinträchtigen dürfen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Aluminium 7055
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Rest | Basismetall für eine leichte, korrosionsbeständige Struktur |
Zink (Zn) | 7,7–8,4 | Hauptverfestigungselement bei der Ausscheidungshärtung |
Magnesium (Mg) | 1,8–2,3 | Erhöht die mechanische Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit |
Kupfer (Cu) | 2,0–2,6 | Erhöht die Härte und verbessert die Kriechbeständigkeit |
Zirkonium (Zr) | 0,08–0,15 | Verfeinert die Kornstruktur und verbessert die Korrosionsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | ≤0,04 | Kornrandkontrolle (Spurenanteile) |
Silizium (Si) | ≤0,12 | Restbestandteil |
Eisen (Fe) | ≤0,15 | Restbestandteil |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm / Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 2,83 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 475–635°C | ASTM E299 |
Wärmeleitfähigkeit | 130 W/m·K bei 25°C | ASTM E1952 |
Elektrische Leitfähigkeit | 37% IACS bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnungskoeffizient | 23,2 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 870 J/kg·K | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 71 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Zustand T7751/T7651)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 655–700 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 620–655 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥7% | ASTM E8/E8M |
Härte | 170–190 HB | ASTM E10 |
Ermüdungsfestigkeit | ~240 MPa | ASTM E466 |
Bruchzähigkeit | Hoch | ASTM E399 |
Haupteigenschaften von Aluminium 7055
Ultrahohe Festigkeit für die Luftfahrtkonstruktion: Aluminium 7055 erreicht eine der höchsten Streckgrenzen unter allen Aluminiumlegierungen – bis zu 655 MPa – und ist damit ideal für gewichtsoptimierte Rumpf- und Flügelstrukturen.
Überlegene Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (ASTM G47): Durch Zirkonium und eine optimierte Wärmebehandlung bietet 7055 eine hervorragende SCC-Beständigkeit in dicken Querschnitten und übertrifft dabei das traditionelle 7075-T6.
Hohe Bruchzähigkeit: Ausgezeichnete Rissbeständigkeit unter zyklischer Belastung macht es ideal für hochbeanspruchte und ermüdungskritische Luftfahrtverbindungen und Halterungen.
Moderate Zerspanbarkeit (Bewertung 60% im Vergleich zu B1212-Stahl): Obwohl nicht so gut zerspanbar wie 6061 oder 2024, kann es mit optimierten Parametern und zuverlässiger Spanabfuhr präzise CNC-bearbeitet werden.
Wärmebehandelbar und maßstabil: Aluminium 7055 wird üblicherweise in den Zuständen T7751 oder T7651 geliefert und kombiniert hohe Festigkeit mit geringen Eigenspannungen – geeignet für präzise CNC-Bearbeitung.
CNC-Bearbeitungsherausforderungen und Lösungen für Aluminium 7055
Bearbeitungsherausforderungen
Hohe Festigkeit → hoher Werkzeugverschleiß: Beschleunigter Werkzeugverschleiß ohne optimierte Werkzeuge oder Kühlung.
Spananhaftung und Aufbauschneiden: Besonders bei erhöhten Temperaturen in trockenen oder unzureichend gekühlten Prozessen.
Sprödigkeit bei kleinen Geometrien: Sorgfalt ist erforderlich, um Rattern oder Mikrorisse in dünnwandigen Bereichen zu vermeiden.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | TiAlN-beschichtetes Hartmetall oder PCD-Werkzeuge | Wärme- und verschleißbeständig für Hochgeschwindigkeits-Trockenbearbeitung |
Geometrie | Großer Spanwinkel, positive Spanbrechergeometrie | Minimiert Schnittkräfte und Spananhaftung |
Schnittgeschwindigkeit | 120–220 m/min | Balanciert Produktivität und Werkzeugstandzeit |
Vorschub | 0,10–0,25 mm/U | Verhindert Kaltverfestigung oder Durchbiegung |
Kühlung | Flutkühlung oder Hochdruck durch die Spindel | Reduziert thermische Belastung und verbessert die Spanabfuhr |
Schnittparameter für Aluminium 7055 (ISO-513-konform)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 120–160 | 0,20–0,25 | 2,0–3,0 | 30–50 (Flut) |
Schlichten | 180–220 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 50–70 (Flut/Nebel) |
Oberflächenbehandlung für CNC-Teile aus Aluminium 7055
Eloxieren: Typ-II-Eloxal verbessert Oxidationsbeständigkeit und Oberflächenqualität; Harteloxal erhöht die Verschleißbeständigkeit bis 50 µm.
Pulverbeschichtung: Bietet robusten Außenschutz für Luftfahrtabdeckungen und Unterhaltungselektronik.
Elektropolieren: Verbessert Ermüdungsfestigkeit und Beständigkeit gegen Spannungsrisse bei Luftfahrt-Halterungen.
Passivierung: Wird typischerweise vor dem Eloxieren eingesetzt, um Oberflächenreinheit sicherzustellen.
Bürsten: Für sichtbare Luftfahrtpaneele und Zierteile mit Ra 1,0–1,6 µm.
Alodine-Beschichtung: Bietet leitfähigen, MIL-DTL-5541-konformen Oberflächenschutz für elektronische Luftfahrtteile.
UV-Beschichtung: Verbessert Farbstabilität und Oberflächenglanz für Steuergehäuse oder Zugangsklappen.
Lackbeschichtung: Einsatz bei dekorativen Zierteilen in Luftfahrtqualität mit engen Toleranzen.
Industrielle Anwendungen von Aluminium 7055
Luft- und Raumfahrt: Flügelrippen, Holme, Rumpfrahmen, Druckschotte und Sitzschienen, die maximale Festigkeit bei minimalem Gewicht erfordern.
Verteidigung: Leichte Panzerplatten, UAV-Rahmen, Raketenstrukturen und Halterungen mit hoher Schlagzähigkeit und Maßpräzision.
Transport (Schiene/Luftfracht): Hochbelastete Wagenkastenstrukturen, Luftfrachtcontainer und Transportrahmen.
Hochleistungsrobotik: Tragende Arme und hochfeste Gelenke in mobilen und flugfähigen Robotikplattformen.
Motorsport Engineering: Kritische lasttragende Elemente, darunter Überrollkäfig-Knoten, Fahrwerkskomponenten und Steuergehäuse.
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