Da Aluminium das am weitesten verbreitete Material auf der Erde ist, ist es nur normal, dass es in der Fertigung und Teileproduktion vielfältige Einsatzmöglichkeiten bietet. Liegt es jedoch nur an der Fülle, die auf seine weitverbreitete Verwendung zurückzuführen ist? Definitiv nicht! Aluminium hat ein sehr hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, das sogar höher ist als das von Stahl. In Kombination mit seiner großen Duktilität und Bearbeitbarkeit ist der Einsatz verschiedener Aluminiumarten in vielen Branchen durchaus gerechtfertigt.
Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene Aluminiumqualitäten mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften. Daher dient dieser Artikel als Leitfaden zur Materialauswahl. Zunächst werden die verschiedenen Arten von Aluminiumqualitäten, die Verwendung von Aluminium und seine Eigenschaften besprochen. Es werden auch die Arten von behandelt Prototypenbearbeitung Prozesse, für die jede Aluminiumsorte geeignet ist. Lesen Sie dann bis zum Ende, um herauszufinden, wie Sie am einfachsten die beste Aluminiumsorte für die Teileproduktion auswählen können.
Eigenschaften von Aluminium
Physikalische Eigenschaften von Aluminium
Aluminium in seiner reinen Form ist ein sehr weiches Metall. Es gibt jedoch Legierungen mit ausgezeichneter Festigkeit. In Kombination mit der relativ geringen Dichte von Aluminium weisen Aluminiumlegierungen das höchste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht der Metalle auf. Aluminiumlegierungen sind außerdem kälte- und korrosionsbeständig.
Thermische und elektrische Eigenschaften of Aluminium
Aluminium verfügt über eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eignet sich daher für die Herstellung von Wärmetauscherteilen in Automobilen. Darüber hinaus sind einige Aluminiumlegierungen elektrisch leitfähig oder widerstandsbehaftet, was bedeutet, dass Drähte aus Legierungen bestehen, während andere in Situationen verwendet werden, in denen ein elektrischer Widerstand erforderlich ist.
Mechanische Eigenschaften von Aluminium
Abhängig von der Aluminiumsorte kann es eine sehr hohe oder sehr niedrige Zugfestigkeit aufweisen. Einige Aluminiumsorten haben beispielsweise Zugfestigkeiten von bis zu 100 ksi oder von nur 1.5 ksi.
Reflexionsvermögen von Aluminium
Aluminium kann durch Polieren eine stark reflektierende Oberfläche erhalten. Dadurch eignet sich Aluminium hervorragend zur Reflexion von Strahlungsenergie, eine wichtige Eigenschaft für Leuchten und dekorative Armaturen.
Vor- und Nachteile von Aluminium bei der Bearbeitung
Aluminium ist nicht ohne Grund eines der am häufigsten verwendeten Metalle. Seine Eigenschaften machen es in der Zerspanungsindustrie sehr gefragt. Aber wie alles Gute hat Aluminium sowohl Vor- als auch Nachteile.
Vorteile von Aluminium bei der Bearbeitung
Es ist korrosionsbeständig
Aluminium ist korrosions- und rostbeständig. Die Oberfläche von Aluminiumlegierungen oxidiert schnell und bildet eine schützende Schicht aus Aluminiumoxid, die dazu beiträgt, Korrosion durch die Elemente zu widerstehen. Bei guter Verarbeitung und gesunder Wartung kann Aluminium auch unter den schlechtesten Bedingungen korrosionsfrei bleiben. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet sich Aluminium für Teile, die rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind.
Es ist wirtschaftlich
Die Produktionskosten von Aluminium sind zwar nicht die absolut günstigsten, aber im Verhältnis zu seinen Vorteilen günstig. Dies bedeutet, dass es günstiger ist als andere Metalle, die die gleichen Vorteile bieten, und daher für die meisten Anwendungsfälle die ideale Wahl ist.
Es ist stark und leicht
Aluminium ist außergewöhnlich stark und das Metall mit dem höchsten Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Dadurch ist es überall dort einsetzbar, wo eine außergewöhnliche Festigkeit erforderlich ist. Wie aus dem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht hervorgeht, geht diese Festigkeit nicht auf Kosten des Gewichts. Mit einer fast dreimal geringeren Dichte als Stahl eignen sich Aluminiumlegierungen für Maschinenteile, die möglichst leicht und gleichzeitig hochfest sein müssen.
Es ist recycelbar
Aluminium ist zu hundert Prozent recycelbar. Aluminium erfordert außerdem weniger Energie für das Recycling als viele andere Metalle, was es zu einer umweltfreundlichen Materialwahl macht.
Es eignet sich für die schnelle Werkzeugherstellung
Schnelle Werkzeugherstellung ist eine Fertigungsmethode, die aufgrund ihrer Kosteneinsparungen und schnelleren Vorlaufzeiten an Bedeutung gewonnen hat. Einer der wichtigsten Werkstoffe im Rapid Tooling ist Aluminium. Aufgrund ihrer hohen Duktilität und erschwinglichen Kosten ist es leicht zu verstehen, warum Aluminiumlegierungen bei den Herstellern am beliebtesten sind.
Es erfordert wenig Wartung
Aluminiumteile behalten ihre Qualität und Eigenschaften auch unter den schlechtesten Bedingungen. Dies macht sie zu einer guten Wahl für Teile, die für die routinemäßige Wartung schwer zu erreichen sind. Aluminium hält auch sehr niedrigen Temperaturen stand, ohne zu reißen oder zu versagen.
Es ist anpassbar
Aufgrund seiner guten Bearbeitbarkeit kann Aluminium nahezu jede beliebige Form annehmen. Aluminium hält auch Farbe gut und seine Oberfläche hält den meisten Lackierungen erfolgreich stand.
Nachteile von Aluminium bei der Bearbeitung
Es leitet Elektrizität problemlos
Dies kann je nach Einsatzort sowohl ein Vorteil als auch ein Nachteil sein. Allerdings macht es Aluminiumlegierungen in bestimmten Situationen, in denen der elektrische Widerstand wichtig ist, unbrauchbar.
Es hat einen niedrigen Schmelzpunkt
Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts ist Aluminium für den Einsatz in Bereichen mit hoher Hitzebelastung ungeeignet. Es gibt jedoch Aluminiumarten, die dieses Problem beheben.
Sorten von Aluminiumlegierungen
Aluminiumlegierungen können in zwei Hauptklassen eingeteilt werden: Gusslegierungen und Knetlegierungen.
Geschmiedete Legierungen
Diese Aluminiumlegierungen weisen im Allgemeinen eine höhere Festigkeit auf als Gusslegierungen. Sie haben ebenfalls ein vierstelliges System, allerdings ohne Dezimalpunkt. Genau wie bei der Gusseisenbezeichnung gibt die erste Zahl das primäre Legierungselement an. Wenn sie nicht Null ist, bezieht sich die zweite Zahl auf eine Änderung der Legierung, während die letzten beiden Ziffern die spezifische Legierung in der Serie identifizieren. Es gibt sieben Serien von Knetlegierungen, wie unten aufgeführt:
1xxx Serie
Diese Aluminiumlegierungen müssen einen Aluminiumgehalt von 99 % aufweisen und werden daher oft als Reinaluminium bezeichnet. Sie haben eine geringe Festigkeit und werden von Maschinisten aufgrund ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und elektrischen Leitfähigkeit ausgewählt. Sie sind auch schweißbar, aber wegen ihres niedrigen Schmelzpunktes müssen Maschinisten beim Schweißen große Vorsicht walten lassen.
2xxx Serie
Das Hauptlegierungselement dieser Serie ist Kupfer. Ein Lösungsglühverfahren ist die beste Möglichkeit, diese Legierungen zu behandeln. Infolgedessen verfügen Legierungen dieser Serie über eine außergewöhnliche Festigkeit und Widerstandsfähigkeit, verfügen jedoch nicht über die Korrosionsbeständigkeit anderer Legierungsserien. Aus diesem Grund lackieren oder beschichten Maschinisten sie normalerweise mit einer korrosionsbeständigen Legierung, wenn sie in einer Umgebung mit hoher Korrosion eingesetzt werden.
3xxx Serie
Diese Legierungen enthalten Mangan als Hauptlegierungselement. Sie besitzen eine mäßige Festigkeit, verfügen aber über eine ausgezeichnete Hitze- und Korrosionsbeständigkeit. Dadurch eignen sie sich hervorragend als Kochutensilien. Austauschteile von Fahrzeugen und Kraftwerken sind Beispiele für häufige Einsatzgebiete dieser Aluminiumserien.
4xxx Serie
Legierungen der 4xxx-Serie haben niedrige Schmelzpunkte und eignen sich daher als Zusatzwerkstoffe beim Schweißen. Durch die Kombination von Aluminium mit Silizium entsteht in diesen Serien Metall.
5xxx Serie
Dies sind die nicht vergütbaren Aluminiumlegierungen mit der höchsten Zugfestigkeit. Sie bestehen aus Magnesium als Hauptlegierungselement. Dadurch verfügen sie über eine hohe Korrosionsbeständigkeit und sind leicht schweißbar, was sie zu einer guten Wahl für Schiffsfahrzeuge und Ausrüstungsteile macht. Darüber hinaus verfügen sie über höchste Zugfestigkeiten, die zwischen 18 ksi und 51 ksi liegen.
6xxx Serie
Legierungen dieser Serie sind außerordentlich korrosionsbeständig. Sie besitzen maximale Zugfestigkeiten im Bereich von 18 ksi bis 58 ksi. Die Hauptlegierungselemente dieser Reihe sind Magnesium und Silizium. Diese Legierungen können als Beschichtungsmaterial für korrosionsanfällige Metalle dienen. Darüber hinaus führt der Magnesium- und Siliziumgehalt dieser Legierungen zur Bildung von Magnesiumsilizid, das eine Lösungsglühbehandlung ermöglicht und so die Legierung weiter stärkt.
7xxx Serie
Diese Aluminiumlegierungen verwenden Zink als primäres Legierungsmittel. Sie verfügen über einige der höchsten Zugfestigkeiten aller Aluminiumlegierungen, mit Zugfestigkeiten zwischen 32 und 88 ksi. Maschinenbauer verwenden Metalle dieser Serie zur Herstellung von Teilen von Maschinen und Geräten, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, wie z. B. Luft- und Raumfahrt- und Sportgeräte. Andere Elemente wie Kupfer können ebenfalls hinzugefügt werden, um die Eigenschaften dieser Serie aus geschmiedetem Aluminiumguss zu optimieren.
Gusslegierungen
Diese können entweder wärmebehandelbar oder nicht wärmebehandelbar sein. Sie verwenden ein vierstelliges System mit einem Dezimalpunkt vor der letzten Ziffer. Diese erste Ziffer verrät uns das Hauptlegierungselement. Die nächsten beiden Ziffern identifizieren die Legierung, während die Zahl hinter dem Dezimalpunkt angibt, ob es sich um einen Barren oder einen Guss handelt.
Unterschiede zwischen Guss- und Knetlegierungen
- Gusslegierungen weisen im Allgemeinen eine geringere Zugfestigkeit als Knetlegierungen auf, da es schwierig ist, Fehler zu beseitigen, die beim Gussprozess entstehen.
- Gusslegierungen kosten pro Kilogramm weniger als Knetlegierungen.
- Knetlegierungen aus Aluminium lassen sich leichter bearbeiten als Gusslegierungen.
- Aus Aluminiumknetlegierungen gefertigte Teile können bessere Oberflächengüten liefern als aus Gusslegierungen gefertigte Teile.
Häufig verwendete Aluminiumarten
Aluminium 6061-T6
Wie der Name schon sagt, gehört diese Aluminiumlegierung zur 6xxx-Serie. Die zweite Ziffer ist eine Null, was uns sagt, dass es sich bei dieser Legierung um handelsübliches Aluminium mit all seinen Verunreinigungen handelt. Die letzten beiden Ziffern, 61, geben die Zusammensetzung dieser speziellen Legierung an (97.9 % Aluminium, 0.6 % Silizium, 1.0 % Magnesium, 0.2 % Chrom und 0.28 % Kupfer). T6 bedeutet, dass es einer Lösungswärmebehandlung und Alterung unterzogen wurde. 6061 Aluminium hat eine Streckgrenze von 40 ksi und eine maximale Zugfestigkeit von 45 ksi. Dies bedeutet, dass dieses Aluminium eine hohe Festigkeit aufweist und sich auch für strukturelle Anwendungen eignet. 6061 Aluminium ist außerdem korrosionsbeständig. Verwendung findet es vor allem in Teilen von Wärmetauschern, elektronischen Geräten und Fahrzeugen.
Aluminium 7075-T6
7075-Aluminium gehört zur 7xxx-Serie, was darauf hinweist, dass es Zink als primäres Legierungselement verwendet und eine hohe Zugfestigkeit aufweist. Diese Legierung besteht zu 90 % aus Aluminium, zu 5.6 % aus Zink, zu 2.5 % aus Mangan, zu 0.23 % aus Mangan und zu 1.6 % aus Kupfer. Mit einer relativ geringen Dichte von 2.81 g/cm3 und einer Zugfestigkeit von 83 ksi ist 7075-Aluminium eine der stärksten und leichtesten verfügbaren Aluminiumlegierungen. Der T6 bedeutet natürlich, dass er einer thermischen Behandlung unterzogen wurde. Maschinengetriebe und Flugzeugbeschläge verwenden diese Legierung.
Aluminium 5052
5052-Aluminium ist mäßig stark und bietet eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Da es kein Kupfer enthält, eignet es sich hervorragend für Salzwasseranwendungen. Es ist zu beachten, dass diese Legierung zur 5xxx-Serie gehört und daher nicht wärmebehandelbar ist. Aus dieser Legierung gefertigte Teile werden häufig für Schiffsausrüstung verwendet.
Aluminium 6063
6063-Aluminium, oft auch als Architekturaluminium bezeichnet, ist eine Magnesium-Silizium-Aluminiumlegierung. Diese Legierung weist eine mäßige Festigkeit und eine hohe Duktilität auf, wodurch sie für die Gesenkformung geeignet ist. Das Vorhandensein von Magnesiumsilizid und sein geringer Kupfergehalt machen es sehr korrosionsbeständig und daher für den Einsatz unter freiem Himmel geeignet. Aus diesem Aluminium gefertigte Teile finden Verwendung in Architekturprodukten, Rohren und Röhren sowie Möbeln.
So wählen Sie die richtige Aluminiumsorte aus
Es stehen verschiedene Arten von Aluminiumqualitäten zur Auswahl. Verschiedene Arten von Aluminiumsorten weisen unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Schweißbarkeit, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw. auf. Sie wählen eine Sorte basierend auf den Eigenschaften aus, die für Ihren speziellen Anwendungsfall wichtig sind. Sie sollten die folgenden Faktoren berücksichtigen, bevor Sie eine Wahl treffen.
Berücksichtigen Sie die Bearbeitbarkeitsbewertung
Die Zerspanbarkeitsbewertung von Aluminiumlegierungen gibt Aufschluss über deren Kompatibilität CNC-Bearbeitung Prozesse. Eine Aluminiumlegierung mit guter Bearbeitbarkeit lässt sich leicht schneiden und bearbeiten. Dadurch eignet es sich für die Herstellung komplizierter und komplexer Maschinenteile. Aluminium aus dem Jahr 2011 lässt sich beispielsweise hervorragend bearbeiten.
Wie hoch sind die Kosten und die Verfügbarkeit?
Die Kosten der Aluminiumlegierung sind einer der wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl einer Aluminiumsorte für ein Projekt berücksichtigt werden müssen. Das Finden eines Schnittpunkts zwischen Ihren Zielkosten und den am besten geeigneten Immobilien in dieser Preisklasse bildet eine gute Grundlage für einen Produktionsprozess. Außerdem bestimmt der Preis der gewählten Aluminiumsorte die Verfügbarkeit der Aluminiumsorte. Auch die Verfügbarkeit wird von großer Bedeutung sein, da eine seltene Aluminiumlegierung aufgrund der schwierigen Beschaffung den Produktionsprozess verlangsamen könnte.
Wie bearbeitbar ist die Aluminiumlegierung?
Damit ist gemeint, wie leicht eine Aluminiumsorte verschiedene Formen annehmen kann. Hochduktile Legierungen lassen sich sehr gut verarbeiten und werden überall dort eingesetzt, wo eine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit von größter Bedeutung ist, beispielsweise bei Flugzeugteilen.
Ist es schweißbar?
Die Schweißbarkeit einer Legierung ist ein wichtiger zu berücksichtigender Faktor, wenn das hergestellte Teil mit anderen Teilen verschweißt werden muss. Beispielsweise ist 3003-Aluminium eine gute Wahl, wenn Schweißbarkeit wichtig ist.
Ist es korrosionsbeständig?
Der Einsatzort eines hergestellten Teils bestimmt, ob es korrosionsbeständig sein muss oder nicht. Beispielsweise müssen Teile, die für Schiffs- oder Chemieanwendungen hergestellt werden, eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Ist es wärmebehandelbar?
Unter Wärmebehandlung versteht man die Anwendung extremer Temperaturen zum Anlassen von Aluminiumlegierungen. Eine Wärmebehandlung trägt dazu bei, die Festigkeit einer Aluminiumlegierung zu erhöhen. Sie sollten beachten, welche Arten von Aluminiumserien wärmebehandelbar sind und welche nicht.
Wie stark ist die Legierung?
Die Festigkeit bestimmt, wie viel Spannung eine Legierung aushalten kann, bevor sie sich verformt. Deshalb müssen hochbeanspruchte Teile naturgemäß aus hochfesten Aluminiumlegierungen bestehen.
Anwendungen von Aluminium
Aluminium ist ein Metall mit weit verbreiteten Anwendungen in verschiedenen Branchen. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für Branchen, in denen Aluminiumteile und -produkte weit verbreitet sind:
Medizinischer Sektor
In einer Branche, in der Sauberkeit und Biokompatibilität zwingend erforderlich sind, sind Teile und Produkte aus Aluminium dieser Aufgabe gewachsen. Medizinische Instrumente bestehen aus verschiedenen Arten von Aluminium, beispielsweise chirurgische und orthopädische Instrumente. Darüber hinaus bestehen auch einige Geräte für den allgemeinen Gebrauch wie Tabletts und Behälter aus Aluminium als Hauptbestandteil
Luftfahrtindustrie
Flugzeuge erfordern Konstruktionsmaterialien, die leicht und stabil sind. Mit dem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis von Aluminium ist es genau das Richtige. Dieses Attribut stellt außerdem sicher, dass es genauso viel Ladung transportieren kann wie Metalle, die stärker sind als es. Darüber hinaus trägt es durch seine hohe Korrosionsbeständigkeit dazu bei, Schäden am Flugzeug bei rauen Umgebungsbedingungen zu verhindern.
Elektroindustrie
Hersteller von Unterhaltungselektronik verwenden in ihren Produkten aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit immer wieder Aluminiumlegierungen. Dieses Attribut wurde in elektrischen Komponenten wie verwendet Temperatur fällt und Kühlkomponenten für Grafikprozessoren.
Automobilindustrie
Ideale Fahrzeuge sollten leicht, langlebig und umweltfreundlich sein. Aluminium ist ein Metall, das dabei helfen kann, diese Ziele zu erreichen. Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Haltbarkeit können Fahrzeuge wendig sein und gleichzeitig ihre Robustheit beibehalten. Außerdem macht die Verwendung von Aluminium Autoteile recycelbar und verbessert somit die Nachhaltigkeit von Autos, die Aluminiumteile verwenden.
Fazit
Aluminium ist ein äußerst vielseitiges Metall und weist je nach Kombination mit welchen Elementen unterschiedliche Eigenschaften auf. Darüber hinaus weisen verschiedene Aluminiumarten unterschiedliche Eigenschaften auf, wodurch sie für den Einsatz in unterschiedlichen Branchen geeignet sind. Aufgrund der großen Auswahl an Aluminiumlegierungen, die Ihnen zur Verfügung stehen, fällt es Ihnen jedoch möglicherweise schwer, eine für Ihren Prototypenentwurf auszuwählen.
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