Алюминий 7079: состав, свойства, марки прочности и области применения

Общий обзор

7079 — это высокопрочный алюминиевый сплав серии 7xxx, подвергающийся термообработке, в котором основным легирующим элементом является цинк с значительными добавками магния и меди. Сплав относится к верхнему диапазону прочности деформируемых алюминиевых сплавов и разработан для конструкционных применений, где критично соотношение прочности к массе.

Прочность сплава достигается посредством отпускания при высокой температуре с последующим искусственным старением (обезуглероживанием), что приводит к формированию мелких выделений MgZn2 и соединений меди, препятствующих движению дислокаций. Ключевые характеристики включают очень высокую прочность, умеренную до низкой коррозионную стойкость по сравнению со сплавами 5xxx и 6xxx, ограниченную свариваемость в условиях пикового старения и переменную обрабатываемость, которая улучшается в более мягких состояниях.

Типичные отрасли применения 7079 включают основные и второстепенные конструкции в авиационной промышленности, высокопроизводительные спортивные изделия, оборонные компоненты, а также специализированные автомобильные и морские применения, требующие высокой статической прочности. Инженеры выбирают 7079 вместо других сплавов, когда требуется исключительное сочетание предела текучести и временного сопротивления разрыву при сохранении свариваемости или обрабатываемости посредством технологического контроля, либо когда возможны специальные режимы термической обработки для балансировки устойчивости к межкристаллитной коррозии под напряжением (SCC).

7079 часто выбирают вместо 7075 или 7050, когда определённый химический состав или технологические режимы обеспечивают улучшенные свойства по толщине или когда специфические варианты упрочнения (например, контролируемое растяжение, переотпуск) обеспечивают оптимальное сочетание устойчивости к SCC и сохранённой прочности. Сплав предпочитают более распространённым сплавам серии 6xxx, когда приоритетом является максимальная конструкционная прочность, а не проводимость или лёгкость формования.

Варианты упрочнения (темпера)

Темпера	Уровень прочности	Относительное удлинение	Обрабатываемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Высокое	Отличная	Отличная	Полностью отжжённое состояние, максимальная пластичность для формовки
H12	Низко-средний	Умеренное	Хорошая	Хорошая	Частичное наклёп, ограниченное повышение прочности
H14	Средний	Умеренное	Удовлетворительная	Удовлетворительная	Лёгкое упрочнение для тонких сечений
T5	Средне-высокий	Умеренное	Удовлетворительная	Плохая (потеря прочности после сварки)	Охлаждение после обработки при повышенной температуре и искусственное старение
T6	Высокий	Низко-умеренное	Плохая	Плохая	Пиковое старение, максимально распространённое состояние с высокой прочностью
T651	Высокий	Низко-умеренное	Плохая	Плохая	Отпуск при высокой температуре, снятие внутренних напряжений растяжением, искусственное старение
T76	Средне-высокий	Умеренное	Удовлетворительная	Плохая	Переотпуск для повышения устойчивости к межкристаллитной коррозии под напряжением
H112	Средне-высокий	Умеренное	Удовлетворительная	Плохая	Стабилизированный температурный режим после термообработки

Выбор темпера оказывает существенное влияние на конечные механические и коррозионные свойства 7079; отожжённое состояние O позволяет выполнять глубокую формовку и гибку, в то время как состояния T6/T651 обеспечивают максимальную конструкционную прочность. Переотпущенные состояния типа T76 снижают восприимчивость к коррозии под напряжением за счёт некоторого уменьшения временного сопротивления разрыву и предела текучести, что делает их ценными для эксплуатации в агрессивных средах.

Химический состав

Элемент	Диапазон (%)	Примечания
Si	макс. 0,10	Примесь; небольшие количества допустимы для литья, ограниченный упрочняющий эффект
Fe	макс. 0,50	Образуются интерметаллиды; повышенное содержание Fe снижает вязкость и усталостную выносливость
Cu	1,0–2,0	Повышает прочность, влияет на характер выделений и вязкость
Mn	макс. 0,30	Может изменять зеренную структуру, умеренное упрочнение
Mg	2,0–3,0	Основной элемент упрочнения, образует с Zn выделения MgZn2
Zn	6,0–7,5	Основной легирующий элемент, контролирует состав выделений и максимальную прочность
Cr	0,18–0,35	Контроль зеренной структуры и повышение стойкости к рекристаллизации
Ti	0,10–0,25	Уточнитель зерна, применяется в малых количествах для контроля размера зерна в слитках/заготовках
Прочие (каждый)	Остаточные количества	Следовые элементы контролируются для обеспечения вязкости и технологичности

Свойства 7079 в первую очередь определяются системой Zn–Mg–Cu; цинк и магний образуют основное упрочняющее выделение MgZn2, а медь влияет на морфологию выделений и кинетику старения. Хром и титан вводятся в небольших дозах для уточнения зерна и повышения устойчивости к рекристаллизации в процессе термообработки, что улучшает вязкость и свойства по толщине.

Механические свойства

При растяжении прочность 7079 сильно зависит от состояния упрочнения (темпера) и толщины изделия. В отожжённом состоянии (O) временное сопротивление разрыву относительно низкое, а удлинение высокое, что подходит для формовки и холодной обработки. В пиково упрочнённых состояниях (T6/T651) значения временного сопротивления разрыву и предела текучести достигают характеристик высокопрочных сплавов серии 7xxx, но пластичность снижается; удлинение обычно находится в диапазоне от однозначных до низких двузначных процентов для конструкционных толщин.

Твёрдость пропорционально связана с прочностью и заметно возрастает при переходе от состояния O к T6; типичные значения твёрдости в состоянии T6 соответствуют диапазону, используемому для конструкционных алюминиевых компонентов, и коррелируют с усталостными характеристиками, которые обычно хорошие при правильной обработке. Усталостная прочность чувствительна к качеству поверхности, остатковым напряжениям и наличию крупных интерметаллических включений или пористости, возникших при обработке; распространёнными методами улучшения усталостных свойств являются дробеструйная обработка и поверхностные упрочняющие обработки.

Толщина влияет как на достижимую прочность, так и на поведение при разрушении, поскольку эффективность термообработки и закалки снижается с увеличением поперечного сечения, а остаточные напряжения и структура по толщине также меняются с размером сечения. Толстые плиты могут показывать более низкие механические свойства и повышенную восприимчивость к слоистому и межкристаллитному коррозионному разрушению по сравнению с тонколистовой продукцией.

Свойство	O/Отожжённое	Ключевое состояние (например, T6/T651)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	200–320 МПа	520–640 МПа	Состояние T6 обеспечивает максимальную прочность; значения зависят от толщины и контроля упрочнения
Предел текучести	90–160 МПа	430–560 МПа	Предел текучести значительно увеличивается при старении и растяжении
Относительное удлинение	12–22 %	6–12 %	В отожжённом состоянии высокая пластичность, в пиковом упрочнении ограниченная для гибки
Твёрдость	~50–80 HB	~150–190 HB	Твёрдость связана с состоянием выделений, переотпуск несколько снижает твёрдость

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2,78–2,82 г/см³	Типичная для высокопрочных алюминиево-цинково-магниево-медных сплавов; значение зависит от точного состава
Диапазон плавления	~480–640 °C	Диапазон солидуса/ликвидуса зависит от содержания Zn и Cu; требуется тщательный температурный контроль при литье и сварке
Теплопроводность	120–150 Вт/(м·К)	Ниже, чем у чистого алюминия; легирующие элементы и выделения снижают проводимость тепла
Электропроводность	~30–35 %IACS	Снижена по сравнению с чистым алюминием из-за растворённых элементов и рассеяния на выделениях
Удельная теплоёмкость	~0,88–0,90 Дж/(г·К)	Похожа на другие алюминиевые сплавы при комнатной температуре
Коэффициент теплового расширения	23–24 x10-6 /К	Сопоставим с другими сплавами серии 7xxx; важен при проектировании соединений с разнородными материалами

Физические свойства 7079 отражают баланс между металлической алюминиевой матрицей и плотной структурой выделений. Теплопроводность и электропроводность умеренные и снижаются с ростом легирования и упрочняющих выделений; проектировщикам следует учитывать снижение теплоотвода по сравнению с чистым алюминием или слабо легированными сплавами серий 1xxx и 3xxx.

Коэффициент теплового расширения и удельная теплоёмкость близки к типичным значениям для алюминия, и стратегии теплового менеджмента должны учитывать сниженные теплопроводящие свойства при использовании сплава в теплоотводящих конструкциях или в условиях высоких тепловых градиентов.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение прочности	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0.5–6.0 mm	Полный диапазон от мягких (O) до высоких (T6/T651)	O, T5, T6, T651, T76	Широко используется для облицовки и вторичных конструктивных элементов
Плита	6–150 mm	Прочность снижается в толстых сечениях; чувствительна к охлаждению	T6, T651, T76	Толстые плиты требуют массивной обработки и контролируемого закаливания
Экструзия	Поперечные сечения до ~200 mm	Хорошая продольная прочность, зависит от состояния	T5, T6, T651	Экструзионные сплавы требуют оптимизации матрицы и закалки для избежания неоднородности T-фазы
Труба	Диаметры, типичные для конструкционных труб	Прочность аналогична листу в тонкостенных трубах	T5, T6	Окончательные свойства достигаются холодной протяжкой и термообработкой
Пруток/круг	Диаметры/сечения для крепежа и фитингов	Высокая осевая прочность достигаема	O, T6	Обрабатываем в состоянии O, с максимальной прочностью после старения в T6

Форма и способ обработки существенно влияют на достижимые свойства: экструзии и протянутые трубы развивают сильную направленную текстуру, влияющую на анизотропию и поведение при разрушении. Толщина плиты ограничивает возможность получения полноценных свойств T6 из-за более медленного охлаждения и увеличенного риска остаточных напряжений и деформаций после закалки.

Различные формы продукции также определяют вторичные операции: плиты часто требуют растворяющей термообработки и старения в крупных печах с контролируемой закалкой и правкой, тогда как экструзии обычно подвергаются старению непосредственно из состояния после экструзии для достижения нужного состояния с минимальной деформацией.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	7079	США	Основное обозначение по стандартам Aluminum Association
EN AW	7079	Европа	Эквивалентное обозначение EN, широко используется для деформируемой продукции
JIS	A7079	Япония	Номенклатура JIS соответствует химическому составу и механическим характеристикам AA
GB/T	7079	Китай	Китайский стандарт часто ссылается на схожий состав и состояния

Таблицы эквивалентности отражают в целом схожий химический состав и обозначения состояний, но небольшие различия в пределах по примесям, требованиях к обработке и контролю свойств могут существовать между стандартами. При международном заказе компонентов из 7079 инженерам следует уточнять конкретный стандарт, допустимые отклонения и тесты приёмки для обеспечения взаимозаменяемости.

Коррозионная стойкость

7079 обладает более низкой общей и точечной коррозионной стойкостью по сравнению со сплавами серии 5xxx и многими сплавами 6xxx из-за высокого содержания цинка и меди, которые способствуют анодному растворению и межкристаллитной коррозии в определённых условиях. В нейтральной атмосфере сплав работает удовлетворительно, однако морские и хлоридосодержащие среды ускоряют развитие локальной коррозии.

Трещинообразование под напряжением (SCC) является существенной проблемой для высокопрочных сплавов 7xxx, и восприимчивость возрастает при высокопрочных состояниях, таких как T6; старение переразвития (например, T76) и контролируемое снижение остаточных напряжений существенно снижают риск SCC. Защитные методы включают клэддинг, анодирование, хроматные конверсионные покрытия, катодную защиту, а также тщательный выбор состояния и снятие напряжений после деформации.

Гальванические взаимодействия с более благородными материалами (нержавеющая сталь, титан) приводят к ускоренному анодному растворению 7079 в электролитах; конструкторам рекомендуется изолировать разнородные металлы или применять покрытия и изоляцию для предотвращения гальванической коррозии. По сравнению с 5xxx и многими 6xxx сплавами, 7xxx серия предлагает более высокую прочность, но худшую коррозионную устойчивость.

Свойства обработки

Свариваемость

Сварка 7079 представляет сложности: сварка плавлением (TIG/MIG) обычно вызывает значительное снижение прочности в зоне термического влияния, а также риск горячих трещин и пористости. Выбор присадочного материала критичен, сварщики часто используют присадки на основе Al–Si или Al–Mg (например, серии 4043 или 5356) в зависимости от условий эксплуатации, но прочность сварного шва редко приближается к базовому металлу, а после сварки редко удаётся полностью восстановить свойства максимальной прочности термообработкой. Часто предпочтение отдают механическому креплению, клеевым соединениям или сварке трением с перемешиванием (FSW), которая обеспечивает лучшие свойства соединения и снижает восприимчивость к SCC.

Обрабатываемость

Обрабатываемость 7079 умеренная; состояния с максимальным старением более жёсткие для инструментов и дают короткую стружку, тогда как отожжённый материал обрабатывается легче и даёт длинные стружки. Рекомендуется использовать твердосплавные инструменты с положительным углом режущей кромки и высокоскоростное охлаждение для продления срока службы инструмента и улучшения качества поверхности; режимы подачи и скорости резания должны подбираться с учётом состояния и размера сечения. Остаточные напряжения и включения интерметаллидов влияют на качество поверхности, а для ответственных к усталости деталей требуется снятие напряжений после обработки.

Обрабатываемость холодным деформированием

Формовка наиболее эффективна в мягких состояниях (O или H1x), где максимальна пластичность и гибкость; состояния T6 и T651 характеризуются низкой холодной формуемостью, требуют больших радиусов гиба и специальных прессов. Для получения сложных форм могут применяться инкрементальная формовка, горячая формовка или предварительный отжиг. Конструкторы должны соблюдать минимальные радиусы гиба и избегать острых углов в состоянии T6 во избежание трещин; послеформовочная растворяющая термообработка и старение возможны при допуске по геометрии и деформациям.

Поведение при термообработке

Как термообрабатываемый сплав, 7079 сильно реагирует на растворяющую термообработку, закалку и искусственное старение. Типичные температуры растворения составляют 470–480 °C с выдержкой для гомогенизации фазы, насыщенной легирующими элементами, затем осуществляется быстрое закаливание для сохранения пересыщенного твёрдого раствора. Последующее искусственное старение при температурах от 120 до 170 °C вызывает выделение мелких фаз MgZn2 и содержащих Cu для достижения максимальной прочности (T6).

Целевое переразвитие (например, T76) направленно выдерживает укрупнение выделений для повышения стойкости к трещинообразованию под напряжением и отслаиванию, хотя при этом снижается максимальная прочность. Обозначение T651 означает, что материал прошёл растворяющую термообработку, искусственное старение по режиму T6 и последующее снятие остаточных напряжений путём растяжения; растяжение снижает остаточные напряжения от закалки и уменьшает деформации для прецизионных деталей.

Работа при повышенных температурах

7079 значительно теряет прочность при повышении температуры; заметное размягчение начинается приблизительно выше 120–150 °C, и проектировщики должны ограничивать длительные рабочие температуры соответственно. При кратковременных нагрузках высокая температура сплав сохраняет некоторую несущую способность, однако сопротивление ползучести существенно ниже, чем у сплавов для работы в высокотемпературных условиях, и быстро ухудшается с ростом температуры и напряжения.

Окисление в основном контролируется природной оксидной плёнкой алюминия, но воздействие высоких температур ускоряет коррозионное воздействие среды и усугубляет деградацию на границах зерен. Термически обработанные зоны сварки могут иметь локальные потери свойств и проблемы с долгосрочной стабильностью при циклических термических или механических нагрузках.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Почему используется 7079
Авиакосмическая	Соединительные элементы, кронштейны, узловые детали	Высокое соотношение прочности к массе, хорошая вязкость разрушения при правильной обработке
Морская	Конструкционные рамы и шпангоуты	Высокая статическая прочность и возможность переразвития для повышения стойкости к SCC
Автомобильная	Компоненты шасси и подвески высокой производительности	Снижение массы при сохранении высокой прочности текучести для ответственных узлов
Оборонная	Крепления оружия, конструкционные элементы	Высокая прочность и сопротивляемость баллистическим/ударным воздействиям в специализированных формах
Спортивное оборудование	Рамы велосипедов, высокопроизводительные компоненты	Легкий и прочный вариант для профессионального спортивного оборудования

7079 применяется там, где требуется оптимальное сочетание высокой статической прочности и приемлемой вязкости с возможностью регулировки коррозионной стойкости посредством термообработки и поверхностных покрытий. Роль сплава наиболее выражена в конструкциях, где снижение веса не должно снижать структурную надёжность.

Рекомендации по выбору

7079 – это выбор высокой прочности при приоритетах по пределу текучести и временному сопротивлению; при этом возможны компромиссы в коррозионной стойкости, сварке и формуемости. Для формовки выполнимы отожжённые состояния, а для готовых конструктивных элементов — состояния максимального старения или переразвития, обеспечивая баланс между стойкостью к SCC и требуемой прочностью.

По сравнению с коммерчески чистым алюминием (1100) 7079 жертвует электропроводностью и пластичностью ради значительно более высокой прочности и жёсткости. По сравнению с упрочняемыми деформацией сплавами, такими как 3003 и 5052, 7079 даёт существенно более высокую статическую прочность, но обычно хуже коррозионную стойкость и холодную пластичность. В сравнении с распространёнными термообрабатываемыми сплавами, такими как 6061/6063, 7079 обеспечивает более высокую максимальную прочность, но за счёт большей стоимости, повышенной восприимчивости к SCC и более строгих ограничений при сварке и формовке.

При выборе 7079 учитывайте доступность, стоимость термообработок и циклов термической обработки, а также требования дальнейшей механической обработки; если необходима простота сварки или повышенная коррозионная стойкость, более подходящими могут быть альтернативы из серии 6xxx или 5xxx. Используйте 7079, когда конструкционные нагрузки и специфические требования по соотношению прочности и массы оправдывают дополнительные технологические операции и меры защиты.

Итоговое заключение

7079 остаётся актуальным как специализированный прочный алюминиевый сплав, обеспечивающий конструкции с критичным весом, где важны предел прочности и текучести. Его ценность заключается в возможности оптимизации прочности и коррозионной стойкости за счёт выбора температуры отпуска и контролируемой термообработки, благодаря чему этот сплав является предпочтительным для сложных авиационных, оборонных и высокотехнологичных инженерных применений.