Erklärte Aluminiumlegierungen:Ein Leitfaden zu Sorten, Eigenschaften und Anwendungen

Aluminiumlegierungen gehören zu den vielseitigsten und effektivsten Materialien für die Gestaltung von Produkten für den Einsatz in verschiedenen Branchen. Dieses Material verfügt über ausgezeichnete Festigkeit, hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Wärmebehandelbarkeit, gute Schweißbarkeit und Formbarkeit. Infolgedessen haben viele Hersteller in verschiedenen Anwendungen auf die Verwendung unterschiedlicher Arten von Aluminiumlegierungen zurückgegriffen.

Aluminium ist in verschiedenen Qualitäten mit jeweils unterschiedlichen Legierungselementen und Eigenschaften erhältlich. Sie müssen also die Unterschiede zwischen diesen Aluminiumlegierungssorten kennen, um die richtige für Ihr Projekt auszuwählen. In diesem Leitfaden werden die Arten von Aluminiumlegierungen, ihre Eigenschaften, Vorteile und Anwendungen untersucht.

Was ist Aluminiumlegierung?

Eine Aluminiumlegierung ist eine einzigartige Kombination verschiedener Metallelemente mit erhöhter Festigkeit und Haltbarkeit. Aluminium ist traditionell leicht und weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Diese Legierungen entstehen durch die Kombination von Aluminium in flüssiger/geschmolzener Form mit anderen Elementen, die später abkühlen und erstarren und ein homogenes festes Material bilden. Die anderen Elemente, die zusammen mit Aluminium diese Legierungen bilden, können bis zu 15 Prozent der Gesamtmasse ausmachen.

Beispiele für diese hinzugefügten Elemente sind Zink, Eisen, Magnesium, Kupfer und Silizium. Noch wichtiger ist, dass die Zugabe dieser Elemente zu Aluminium der Legierung eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Festigkeit verleiht als rein metallische Elemente.

Eigenschaften von Aluminium

Aluminium hat viele herausragende Eigenschaften, die es berühmt machen und in den meisten Anwendungen häufig verwendet werden. Hier sind einige davon:

Korrosionsbeständigkeit

Aluminium erzeugt eine natürliche dünne Oxidschicht, die das Metall vor Reaktionen mit der Umgebung schützt. Daher eignet es sich für verschiedene Anwendungen, bei denen es korrosiven Stoffen ausgesetzt sein kann, beispielsweise in Fahrzeugen. Beachten Sie jedoch, dass Aluminiumlegierungen eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweisen als reines Aluminium.

Leicht

Das Standardgewicht von Aluminium beträgt genau 2,7 g/cm³, etwa ein Drittel des Gewichts von Stahl. Sein geringes Gewicht trägt dazu bei, die Herstellungskosten erheblich zu senken. Normalerweise verwendet die Automobilindustrie Aluminium in Automobilen, um das Gewicht zu reduzieren und die Ladekapazität zu erhöhen. Darüber hinaus können Sie die Zusammensetzung der Aluminiumlegierungstypen anpassen, um das Gewicht je nach Anwendung anzupassen.

Elektrische und thermische Leitfähigkeit

Aufgrund seines Gewichts ist Aluminium ein hervorragender Strom- und Wärmeleiter. Seine elektrische und thermische Leitfähigkeit ist doppelt so hoch wie die von Kupfer. Daher wird es häufig zur Herstellung von Stromübertragungsleitungen verwendet. Darüber hinaus fungiert es als hervorragender Kühlkörper/-verteiler und ist somit die ideale Wahl für Geräte, die eine schnelle und schnelle Wärmeableitung erfordern.

Anwendungen von Aluminiumlegierungen

Hier sind einige der häufigsten Anwendungen von Aluminiumlegierungen.

Luft- und Raumfahrtindustrie

In der Flugzeugindustrie werden häufig leichte und stabile Aluminiumlegierungen benötigt. Diese Legierungen müssen ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bieten und gleichzeitig perfekt in den Budgetbereich passen. Ebenso trägt die Verwendung von Aluminiumsorten in Flugzeugen dazu bei, vorzeitige Schäden am Flugzeug aufgrund ungünstiger Umweltbedingungen zu verhindern.

Gesundheitswesen

Aluminiumprodukte haben der Gesundheitsbranche dabei geholfen, ihre hohe Sauberkeit und Biokompatibilität aufrechtzuerhalten. Mehrere medizinische Instrumente, beispielsweise chirurgische und orthopädische Instrumente, werden aus verschiedenen Arten von Aluminium hergestellt. Ebenso stellen Hersteller andere Geräte für den allgemeinen Gebrauch wie Tabletts und Behälter aus Aluminium her.

Automobilindustrie

Fahrzeughersteller verwenden Aluminiumsorten, um ideale Fahrzeuge leicht, umweltfreundlich und langlebig zu machen. Hersteller verwenden in Autos verschiedene Druckgussteile aus Aluminium, um sie aufgrund der hohen Haltbarkeit und leichten Eigenschaften von Aluminiumlegierungen wendig und robust zu machen.

Elektrotechnik und Elektronik

Hersteller von Unterhaltungselektronik verwenden aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit kontinuierlich verschiedene Arten von Aluminiumlegierungen bei der Herstellung ihrer Produkte. Hersteller nutzen die hervorragende Wärmeleitfähigkeit von Aluminium bei der Herstellung von Komponenten wie Kühlkomponenten für Grafikprozessoren und Kühlkörpern.

Wie erkennt man Aluminiumlegierungsqualitäten?

Im Allgemeinen können Sie eine Aluminiumlegierung mithilfe eines 4-stelligen Identifikationsmodells identifizieren. Jede Ziffer in der Tabelle der Aluminiumgüten stellt einen anderen Aspekt des legierten Metalls dar und wird der Klarheit halber üblicherweise vor dem reinen Metallelement geschrieben. Zum Beispiel 5052 Aluminium.

Die Ziffern repräsentieren separate Einheiten wie Stahllegierung, Titanlegierung oder andere Legierungen. Hier ist eine Aufschlüsselung des Hauptlegierungselements, das jede erste Ziffer darstellt:

• „1“ bedeutet das Fehlen legierter Elemente und dass es sich um reines Aluminium handelt
• „2“ steht für Kupfer
• „5“ steht für Magnesium
• „6“ steht für Magnesium und Silizium
• „7“ steht für Zink
• Für alle anderen Legierungsmittel wird „8“ gebucht

Bitte beachten Sie, dass diese Nummern die gesamte Liste der Aluminiumlegierungen identifizieren können. Da beispielsweise „2“ für Kupfer steht, werden alle Aluminium-Kupfer-Legierungen als „2xxx-Serie“ bezeichnet.

Darüber hinaus gibt die zweite Ziffer alle einzigartigen Legierungsbedingungen an und gibt an, ob die Legierung gegenüber ihrem ursprünglichen Zustand verändert wurde. Die Ziffer bleibt jedoch „0“, wenn keine besonderen Änderungen vorliegen. Die dritte und vierte Ziffer werden typischerweise zur Serialisierung und Unterscheidung einzelner Legierungen verwendet.

Eine 1xxx-Serie (ein reines Aluminium, das genau zu 99 % aus Aluminium besteht), während die letzten beiden Ziffern den minimalen Aluminiumanteil über 99 % angeben. Beispielsweise enthält 1060 Aluminium mindestens 99,60 % reines Aluminium.

Für den industriellen Einsatz stehen sieben verschiedene Basislegierungen im Bereich von 1xxx bis 7xxx zur Verfügung. Jedes mit einer einzigartigen Ziffernkombination und unterschiedlichen Proportionen und Paarungen. Hier ist die Liste der Standard-Aluminiumlegierungen für den industriellen Einsatz:

1xxx-Serie

Diese Legierungsklasse wird als Reinaluminiumreihe bezeichnet, da sie zu 99 % oder mehr aus reinem Aluminium besteht. Diese Legierungen bieten eine maximale Zugfestigkeit von genau 10 bis 27 ksi. Sie sind im Allgemeinen schweißbar, aber nicht wärmebehandelbar, da sie anfällig für hohe Temperaturen sind.

Diese Legierungen besitzen eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit eine ideale Wahl für die Herstellung von Chemikalientanks und Rohrleitungen.

2xxx-Serie

Kupfer ist das Hauptlegierungselement der 2xxx-Reihe mit erheblichen Anteilen an Magnesium, Mangan, Silizium und anderen Elementen. Kupfer, das Hauptlegierungselement der Aluminiumsorte 2xxx, hat eine Zugfestigkeit von 27 bis 62 ksi. Diese Sorten sind gut bearbeitbar und behalten über einen großen Temperaturbereich eine hohe Festigkeit bei, wodurch sie für die Luft- und Raumfahrtindustrie geeignet sind.

Obwohl die Legierungen der 2xxx-Serie stark und zäh sind, weisen sie eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf als andere Aluminiumlegierungstypen. Daher können Sie erwägen, diese Aluminiumlegierungen zu beschichten oder zu lackieren, um ihre Langlebigkeit zu verbessern.

3xxx-Serie

Die Aluminiumsorte der 3xxx-Serie enthält Magnesium und Mangan als primäre Legierungselemente. Es verleiht der Aluminiumsorte eine hervorragende mechanische Festigkeit, die sie in einem weiten Temperaturbereich als reines Aluminium beibehält.

Diese Aluminiumsorten sind normalerweise nicht wärmebehandelbar und haben eine Zugfestigkeit im Bereich von 16 bis 41 ksi. Alloy 3004 ist ein hervorragendes Beispiel für eine Legierung, die zum Verpacken von Konsumgütern dieser Klasse geeignet ist.

4xxx-Serie

Die Aluminiumsorte der Serie 4xxx ist die einzige Kategorie, die wärmebehandelbare und nicht wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen umfasst. Bei Zugabe zu Aluminium senkt Silizium als primäres Legierungselement die Schmelzpunkte und verbessert die Fließfähigkeit von Legierungen der 4xxx-Serie in ihrer geschmolzenen/flüssigen Form. Obwohl Silizium von Natur aus nicht wärmebehandelbar ist, enthalten einige Siliziumlegierungen Kupfer oder Magnesium, wodurch sie positiv auf die Wärmebehandlung reagieren.

Serie 5xxx

Die 5xxx-Serie enthält Magnesium als Hauptlegierungselement. Diese Aluminiumlegierungssorten sind in der Regel sehr fest, äußerst korrosions- und alkalibeständig, eignen sich perfekt für Schiffsanwendungen und können leicht geschweißt werden. Aufgrund ihrer hohen Formbarkeit lassen sie sich leicht blechstanzen, biegen, walzen, ziehen und drehen.

Aluminium 5083 ist aufgrund seiner Beständigkeit gegen Meerwasser und verschiedene Industriechemikalien ein hervorragendes Beispiel für eine Aluminiumsorte der 5xxx-Serie, die häufig für industrielle Anwendungen verwendet wird.

6xxx-Serie

Die 6xxx-Legierungen bestehen aus Magnesium und Silizium, die Magnesiumsilizid bilden. Diese Aluminiumlegierungen sind gut formbar, schweißbar und kompatibel mit der Wärmebehandlung. Die 6061-Legierung ist die am häufigsten verwendete Aluminiumlegierung der 6xxx-Serie und zeichnet sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit und gute Festigkeit aus. Daher wird es häufig zur Herstellung von Boots- und LKW-Rahmen verwendet.

Gusslegierungen vs. Knetlegierungen:Was sind die Unterschiede?

Gusslegierungen und Knetlegierungen sind die wichtigsten Kategorien von Aluminiumlegierungen. Es gibt einige erhebliche Unterschiede zwischen gegossenen und gekneteten Aluminiumlegierungen.

Metalllegierungselemente

Knetlegierungen enthalten weniger andere Metalle als Gusslegierungen. Im Allgemeinen enthalten Knetlegierungen ≤4 % Legierungselemente im Vergleich zu>22 % von Gusslegierungen. Obwohl dieser Unterschied nicht greifbar zu sein scheint, hat er einen größeren Einfluss auf die Materialeigenschaften dieser Legierungen.

Die Duktilität einer Aluminiumlegierung nimmt ab, wenn andere Legierungselemente hinzugefügt werden. Dies führt dazu, dass die meisten Gusslegierungen anfällig für Sprödbruch sind. Andererseits können Sie die Festigkeit von Aluminium-Knetlegierungen, ihre Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit durch die Zugabe verschiedener Legierungselemente erhöhen und gleichzeitig ihre Flexibilität und andere positive Eigenschaften beibehalten.

Herstellungstechniken

Ungeachtet dessen liegt der größte Unterschied zwischen diesen beiden Kategorien in der Herstellungstechnik, der diese Legierungen unterzogen werden, bevor das Endprodukt entsteht. Gusslegierungen verlassen ihre Gussform oft in der gewünschten festen Form.

Andererseits erfordern Knetlegierungen in ihrer festen Form verschiedene Veränderungen. Daher wirken sich Unterschiede in der Herstellung häufig erheblich auf die möglichen Formen und physikalischen Eigenschaften der Endprodukte aus.

Eigenschaften

Aluminiumgusslegierungen haben niedrigere Schmelzpunkte und Zugfestigkeit als Aluminiumknetlegierungen. Aluminium-Silizium ist aufgrund seines hohen Siliziumgehalts die am häufigsten verwendete Aluminiumlegierung und lässt sich leicht gießen. Geschmiedetes Aluminium wird häufiger eingesetzt und Hersteller stellen Produkte durch Aluminiumextrusion oder -walzen her.

Gängige Arten von Aluminiumlegierungen, die bei der Bearbeitung verwendet werden

In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Arten von Aluminiumlegierungen erläutert, die Sie bei der Bearbeitung Ihrer Produkte verwenden können.

Aluminium 6061

6061 Aluminium enthält Silizium und Magnesium als Hauptelemente. Aufgrund seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Wärmebehandelbarkeit ist es mit verschiedenen Anwendungen kompatibel. Es eignet sich gut für die Extrusionstechnik und die Anwendung der T6-Vergütung trägt dazu bei, es stärker und haltbarer zu machen. Ebenso lässt es sich gut eloxieren und sorgt so für ein verbessertes ästhetisches Finish.

Aluminium 7075

Die Aluminiumlegierung 7075 ist eine starke Legierung mit ausgezeichneter Festigkeit, ähnlich wie Stahl. Seine Hauptlegierungselemente sind Kupfer und Zink. Es findet Verwendung in Anwendungen, die eine hervorragende Festigkeit erfordern, wie z. B. Raumfahrzeuge, Flugzeuge usw. Obwohl es nicht schweißbar ist, ist es stark, mäßig schweißbar und in der Lage, Belastungen standzuhalten.

Aluminium 5052

5052 Aluminium ist eine zuverlässige Legierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und mäßiger Festigkeit. Aufgrund des fehlenden Kupfergehalts in der Legierung eignet es sich hervorragend für Salzwasseranwendungen. Schiffsausrüstung ist das am häufigsten aus 5052-Aluminium gefertigte Teil. Der 5052 stammt jedoch aus der Aluminiumlegierungssorte 5xxx; Daher kann es nicht wärmebehandelt werden.

Aluminium 6063

Die Aluminiumlegierung 6063 besteht aus Magnesium und Silizium und wird aufgrund ihrer mäßigen Festigkeit und hohen Duktilität oft als Architekturaluminium bezeichnet. Es ist sehr gut mit der Gesenkformung kompatibel. Darüber hinaus ist Aluminium 6063 aufgrund seiner Magnesium-Silizid-Zusammensetzung äußerst korrosionsbeständig.

Zu den gängigen Teilen, die aus 6063-Aluminium hergestellt werden, gehören Architekturprodukte, Möbel, Rohre usw. Lasergeätztes Aluminium ist ebenfalls mit dieser Aluminiumsorte kompatibel.

Überlegungen zur Auswahl des richtigen Aluminiumlegierungstyps

Um die besten Ergebnisse zu erzielen, ist die Auswahl der geeigneten Aluminiumsorte für Ihr Projekt von entscheidender Bedeutung. Hier sind die Schlüsselfaktoren, die Sie vor der Auswahl einer Aluminiumlegierung berücksichtigen sollten.

1. Bearbeitbarkeitsbewertung

Die Bearbeitbarkeitsbewertung einer Aluminiumlegierung gibt Ihnen Auskunft über den Kompatibilitätsstatus dieses Materials mit CNC-Bearbeitungsprozessen für Aluminium. Es ist hilfreich zu beachten, dass 6061-T6, 2011-Aluminium und 7075-Aluminium geeignete Legierungen mit hohen bis mittleren Bearbeitbarkeitsbewertungen sind. Daher können Sie diese Materialien verwenden, um komplexe Teile mit komplizierten Anforderungen zu erstellen.

2. Materialkosten und Verfügbarkeit

Bei der Materialauswahl für Ihr Projekt ist es wichtig, die Kosten der Aluminiumlegierungssorte zu berücksichtigen. Sorgen Sie für ein Gleichgewicht zwischen Ihrem Budget und den Materialkosten mit den idealen Eigenschaften für Ihr Projekt. Es hilft, eine effiziente Grundlage für Ihren Produktionsprozess zu schaffen.

Darüber hinaus entscheiden die Preise der gewählten Aluminiumsorte über die Verfügbarkeit der Aluminiumlegierung. Eine knappe Aluminiumsorte verlangsamt den Herstellungsprozess. Beispielsweise bietet 7075-Aluminium eine hervorragende Bearbeitbarkeit, ist aber mit extrem höheren Kosten verbunden. Andererseits ist 6061-Aluminium viel billiger und weist eine geringere Härte und Zugfestigkeit auf, wodurch es leicht bearbeitet werden kann.

3. Wärmebehandlung

Bei der Wärmebehandlung werden Aluminiumlegierungen mit extremen Temperaturen behandelt, um ihre Festigkeit und Haltbarkeit zu verbessern. Daher sollten Sie herausfinden, welche Aluminiumserie wärmebehandelbar ist und welche nicht.

Es ist jedoch hilfreich zu beachten, dass die Aluminiumlegierungsserien 2xxx, 6xxx und 7xxx mit der Wärmebehandlung kompatibel sind. Sie können mit diesen Legierungen hergestellte Teile wärmebehandeln, um die Festigkeit der Endprodukte zu erhöhen.

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Schlussfolgerung

Aluminium ist ein häufig verwendeter metallischer Werkstoff mit je nach Elementzusammensetzung vielseitigen Eigenschaften. Verschiedene Arten von Aluminiumlegierungen haben unterschiedliche Eigenschaften, wodurch sie für unterschiedliche Anwendungen gut geeignet sind. Daher ist es wichtig, die Unterschiede dieser Aluminiumlegierungen vollständig zu verstehen, um das ideale Material für Ihre Projekte auszuwählen.

FAQs

Rosten Aluminiumlegierungen?

Alle metallischen Materialien neigen dazu, mit der Zeit ohne angemessene Pflege an Qualität zu verlieren. Obwohl Aluminium nicht rostet, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass es korrodiert – die Aluminiumoxidschicht auf seiner Oberfläche trägt jedoch dazu bei, das Material vor Korrosion zu schützen.

Welche Aluminiumlegierung zwischen 6061 und 7075 lässt sich besser bearbeiten?

Die Aluminiumlegierung 6061 bietet im Hinblick auf den Herstellungsprozess mehrere Vorteile gegenüber Aluminium 7075. Dies liegt daran, dass 6061 eine geringere Härte und Zugfestigkeit aufweist und daher besser bearbeitbar ist als 7075.