Aluminiumlegierungen:Go-to-Materialien für Automobile, Luft- und Raumfahrt und mehr

Aluminium ist ein weit verbreitetes und beliebtes Metall, das überall zu finden ist und in einer erstaunlich breiten Palette von Teilen und Produkten verwendet wird:Automobilteile, Luft- und Raumfahrtkomponenten, Boots- und Schiffsausrüstung, Unterhaltungselektronik einschließlich Smartphones, Industriemaschinenteile, HLK-Systeme, die Liste geht weiter .

Ingenieure und Produktdesigner wenden sich häufig Aluminium und vielen seiner Legierungen zu, um sowohl Prototypen als auch Teile für den Endverbrauch in einer Vielzahl von Branchen zu entwickeln. Dieser Beitrag wirft einen Blick darauf, warum Aluminium so verbreitet ist, warum es so viele Aluminiumlegierungen gibt, und wirft einen kurzen Blick auf die wichtigsten Legierungen, die wir hier bei Protolabs verwenden.

Aluminiumlegierungen werden häufig für sich schnell drehende Automobilkomponenten wie diese Metallhalterung verwendet.

Warum ist Aluminium so beliebt?

Aluminium hat ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, wodurch es leicht, aber dennoch stark und flexibel ist. Es ist außerdem erschwinglich, korrosionsbeständig und funktioniert gut in einer Vielzahl von Anwendungen.

Aluminiumlegierungen werden aufgrund der Vielseitigkeit des Materials häufig in Autos verwendet. Die Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit von Aluminium erleichtern die Bearbeitung und Formgebung, aber seine strukturelle Stabilität erfüllt die wichtigsten Anforderungen an Autokarosserien. Festigkeit ist wichtig, aber Autokarosserien müssen leicht, erschwinglich in der Herstellung und rostbeständig sein und die attraktiven Eigenschaften aufweisen, die Verbraucher suchen, wie z. B. eine außergewöhnliche Oberflächenveredelung. Aluminium passt gut zur Rechnung.

Dasselbe gilt für Luft- und Raumfahrtteile. Aluminiumlegierungen sind oft ein bevorzugtes Material für Luft- und Raumfahrtkonstruktionen und werden von der Technik benötigt, wiederum wegen der Korrosionsbeständigkeit und der hohen Festigkeit von Aluminium. Im Vergleich zu Stahl ist es eine leichte Option und ein ideales Material für eine Vielzahl von Flugzeugkomponenten und Luft- und Raumfahrtanwendungen.

Leichtbau ist ein Kernbedürfnis sowohl der Automobil- als auch der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Bei Autos trägt Leichtbau dazu bei, Emissionen zu reduzieren und verbesserte Kraftstoffverbrauchsstandards zu erfüllen.

In der Luft- und Raumfahrt verringert die Verwendung von Aluminiumlegierungen das Gewicht eines Flugzeugs dramatisch, da es erheblich leichter als Stahl ist, wodurch Flugzeuge entweder mehr Gewicht tragen oder die Treibstoffeffizienz erhöhen können. Beispielsweise wird erwartet, dass eine 20-prozentige Gewichtsreduzierung bei einer Boeing 787 zu einer 10–12-prozentigen Verbesserung der Treibstoffeffizienz führt. In diesem Sinne gibt es zahlreiche gängige Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt – viele, aber nicht alle, davon sind aus Metall:Kraftstoffdüsen, Wärmetauscher, Verteiler, Turbopumpen, Flüssigkeits- und Gasströmungskomponenten, konforme Kühlkanäle, Befestigungselemente und mehr.

Warum so viele Metalllegierungen?

Aluminium als reines Element weist viele wünschenswerte Eigenschaften auf. Aluminium allein ist jedoch möglicherweise nicht stark genug für eine Verwendung oder einen Zweck mit hoher Haltbarkeit. Dementsprechend kann Aluminium mit anderen Elementen kombiniert werden, um Legierungen zu bilden, die haltbarer und für industrielle Anwendungen geeignet sind.

Und was bedeuten all diese Zahlen im Namen der Legierung? Die Aluminiumserie benennt Elemente mit vier numerischen Ziffern, wobei die erste Ziffer das Hauptlegierungselement darstellt, die zweite Ziffer eine Modifikation einer bestimmten Legierung anzeigt und die dritte und vierte Ziffer willkürliche Nummern sind, die bestimmten Legierungen in der Reihe zugeordnet sind.

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Material	Prozess	Zugfestigkeit	Dehnung	Härte
Al 6061-T651	CNC-Fräsen  CNC-Drehen  Blechbearbeitung	40 ksi  (276 MPa)	17 %	95 HBW  10/500
Al 7075-T651	CNC-Fräsen  CNC-Drehen	83 ksi  (572 MPa)	11 %	85 HBW  10/500
Al 5052-H32	Blech  Herstellung	33,34 ksi  (228 MPa)	12 %	60 HGB
Al (AlSi10Mg)	3D-Druck:DMLS  Hohe Auflösung (20 μm)	39 ksi  (268 MPa)	15 %	42 HRB
Al (AlSi10Mg)	3D-Druck:DMLS  Normale Auflösung (30 μm)	50 ksi  (345 MPa)	8 %	59 HRB
Al (AlSi10Mg)	3D-Druck:DMLS  Großformat (40 μm)	43 ksi  (296 MPa)	10 %	50 HRB

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Al 6061 

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Die am häufigsten verwendete Aluminiumlegierung bei Protolabs, Al 6061, wird für die CNC-Bearbeitung und Blechherstellung verwendet. Es wird im Allgemeinen dort ausgewählt, wo Schweißen oder Löten erforderlich ist, oder wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit in allen Härtegraden. Die Formbarkeit ist ausgezeichnet im O-Temper und gut im T4-Temper. Es wird für Autoteile, Boots- und Schiffsausrüstung, Möbel, Unterhaltungselektronik und mehr verwendet.

Al 7075  

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Diese Legierung fügt der Mischung Chrom hinzu, um eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion zu entwickeln. Aufgrund seiner leichten und dennoch starken Eigenschaften ist es die ideale Legierung für Luft- und Raumfahrtteile, Fahrradausrüstung, Camping- und Sportausrüstung.

Al 5052 

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Diese Legierung, die in unserer Blechfertigungsabteilung verwendet wird, hat eine gute Verarbeitbarkeit, sehr gute Korrosionsbeständigkeit, hohe Dauerfestigkeit, Schweißbarkeit und mäßige Festigkeit. Dadurch eignet es sich perfekt für den Einsatz in Kraftstoff-/Ölleitungen von Flugzeugen, Kraftstofftanks, anderen Transportbereichen, Geräten und Beleuchtung, Drähten und Nieten.

AlSi10Mg

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Als Hauptstütze unseres 3D-Druck-Direkt-Metall-Lasersinterverfahrens (DMLS) ist dies vergleichbar mit der Legierung der 3000er-Serie, die in Gieß- und Druckgussverfahren verwendet wird. Es hat ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie eine gute Ermüdungs-, Kriech- und Bruchfestigkeit. AlSi10Mg weist auch thermische und elektrische Leitfähigkeitseigenschaften auf. Aus AlSi10Mg gebaute Endteile werden spannungsarm geglüht.

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Bei Fragen zu Aluminiumlegierungen, anderen Materialien oder einem unserer Fertigungsservices bei Protolabs wenden Sie sich bitte an einen Anwendungstechniker unter [email protected] oder 877-479-3680.