Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall der Welt und wird daher logischerweise in der Fertigung und Teileproduktion eingesetzt. Aber wird es nur deshalb so häufig verwendet, weil es leicht zu finden ist? Natürlich nicht! Aluminium ist Stahl sogar in Bezug auf das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht überlegen. Die verschiedenen Aluminiumlegierungen sind flexibel und leicht zu verarbeiten. Sie finden daher in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen Anwendung.
Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene Aluminiumsorten mit jeweils eigenen Eigenschaften. Dieser Artikel dient daher als Leitfaden für die Materialauswahl. Zunächst werden die verschiedenen Aluminiumsorten, ihre Verwendung und ihre Funktionsweise beschrieben. Darüber hinaus werden die verschiedenen Bearbeitungsarten beschrieben, die mit jeder Aluminiumsorte durchgeführt werden können. Scrollen Sie bis zum Ende, um zu erfahren, wie Sie schnell die beste Metallsorte für die Teilefertigung auswählen.
Inhaltsverzeichnis
Eigenschaften von Aluminium
Aluminiumlegierungen bestehen hauptsächlich aus Aluminium, werden aber auch mit Kupfer, Zink, Magnesium und Silizium versetzt, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern. Die verschiedenen Güteklassen von Aluminiumlegierungen basieren auf ihrer chemischen Zusammensetzung und bieten jeweils eigene Vorteile für unterschiedliche Anwendungen. Die Art der verwendeten Aluminiumlegierung ist für das Rapid Prototyping von entscheidender Bedeutung. Sie beeinflusst die Effektivität des fertigen Prototyps, seine Kosten und die Erfüllung der Anforderungen.
- Physikalische Eigenschaften. Reines Aluminium ist ein sehr weiches Metall. Aluminiumlegierungen hingegen sind sehr widerstandsfähig. Aufgrund ihrer relativ geringen Dichte weisen Aluminiumlegierungen das beste Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aller Metalle auf. Aluminiumlegierungen sind zudem kälte- und korrosionsbeständig.
- Thermische und elektrische Eigenschaften. Aluminium eignet sich aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit gut für die Herstellung von Wärmetauscherkomponenten in Automobilen. Darüber hinaus können verschiedene Aluminiumlegierungen Elektrizität sowohl leiten als auch widerstehen. Daher eignen sich einige Aluminiumlegierungen zur Herstellung von elektrischen Leitungen, während andere dort zum Einsatz kommen, wo Widerstandsfähigkeit erforderlich ist.
- Mechanische Eigenschaften. Die Zugfestigkeit von Aluminium kann je nach Aluminiumsorte hoch oder niedrig sein. Manche Aluminiumsorten haben eine Zugfestigkeit von bis zu 100 ksi, andere nur von 1,5 ksi.
- Reflexionsgrad. Durch Polieren erhält Aluminium eine sehr glänzende Oberfläche. Dadurch reflektieren Aluminiumlegierungen Strahlungsenergie hervorragend, eine Eigenschaft, die bei vielen Lampen und dekorativen Accessoires gefragt ist.
Vor- und Nachteile von Aluminium für Bearbeitungszwecke
Aluminium ist ein sehr nützliches Metall, das auf vielfältige Weise verwendet werden kann. Einige seiner Eigenschaften machen es sehr beliebt für Bearbeitung. Wie alle anderen guten Dinge hat Aluminium jedoch Vor- und Nachteile.
Vorteile von Aluminium bei der Bearbeitung
Korrosionsbeständigkeit
Aluminium rostet und korrodiert nicht. Auf der Oberfläche von Aluminiumlegierungen bildet sich schnell eine Schutzschicht aus Aluminiumoxid, die sie witterungsbeständig macht. Bei guter Oberflächenbehandlung und regelmäßiger Pflege korrodiert Aluminium selbst unter härtesten Bedingungen nicht. Dank dieser Eigenschaft eignet sich Aluminium für die Herstellung von Bauteilen, die rauen Umweltbedingungen ausgesetzt sind.
Niedrige Kosten
Aluminium hat zwar nicht die niedrigsten Produktionskosten, aber wenn man seine Vorteile berücksichtigt, sind die Kosten recht gering. Das bedeutet, dass es günstiger ist als andere Metalle mit den gleichen Vorteilen und in den meisten Fällen die beste Wahl ist.
Robust und leicht
Aluminium ist das Metall mit dem besten Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und daher sehr stabil. Daher kann es überall dort eingesetzt werden, wo zusätzliche Festigkeit erforderlich ist. Das hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bedeutet, dass diese Festigkeit nicht auf Kosten des Gewichts geht. Aluminiumlegierungen werden für mechanische Teile verwendet, die möglichst leicht und dennoch hochfest sein müssen. Dies liegt daran, dass Aluminiumlegierungen fast dreimal so dicht sind wie Stahl.
Recyclingfähigkeit
Aluminium kann immer wieder recycelt werden. Aluminium lässt sich zudem leichter recyceln als viele andere Metalle und ist daher eine gute Wahl für die Umwelt.
Kann für die schnelle Herstellung von Formen verwendet werden
Ein Produktionsverfahren namens Rapid Tooling hat sich durchgesetzt. Dies liegt daran, dass es Kosten spart und die Vorlaufzeiten verkürzt. Aluminium ist ein häufig verwendetes Material für die Herstellung von Rapid-Tooling-Formen. Aluminiumlegierungen sind leicht zu formen und kosten nicht vielDie Gründe, warum Hersteller es bevorzugen, liegen auf der Hand.
Kein übermäßiger Wartungsaufwand erforderlich
Aluminiumteile behalten ihre Qualität und Leistung selbst unter härtesten Bedingungen. Daher eignen sie sich gut für Teile, deren regelmäßige Wartung schwierig ist. Darüber hinaus hält Aluminium auch extrem niedrigen Temperaturen stand, ohne zu brechen oder zu reißen.
Anpassbar
Da Aluminium leicht zu verarbeiten ist, kann es in nahezu jede beliebige Form gebracht werden. Aluminium lässt sich nicht nur gut lackieren, sondern seine Oberfläche hält auch den meisten Oberflächen gut stand.
Nachteile von Aluminium bei der Bearbeitung
- Einfache Leitfähigkeit. Dies ist je nach Einsatzgebiet sowohl ein Vor- als auch ein Nachteil. Es bedeutet jedoch, dass Aluminiumlegierungen in bestimmten Anwendungen, in denen der elektrische Widerstand wichtig ist, nicht eingesetzt werden können.
- Niedriger Schmelzpunkt. Da Aluminium einen niedrigen Schmelzpunkt hat, ist es nicht für den Einsatz an Orten mit hoher Hitze geeignet. Es gibt jedoch einige Aluminiumlegierungen, die dieses Problem lösen können.
Aluminiumlegierungssorten
Es gibt zwei Haupttypen von Aluminiumlegierungen: Knetlegierungen und Gusslegierungen.
Geschmiedete Legierungen
Diese Aluminiumlegierungen sind meist fester als Gussmetalle. Auch sie verwenden die vierstellige Methode, jedoch ohne Dezimalpunkt. Die erste Ziffer gibt das primäre Legierungselement an, genau wie der Name des Gusseisens. Ist sie ungleich Null, zeigt die zweite Ziffer an, dass sich die Legierung geändert hat, und die letzten beiden Ziffern geben an, um welche Legierung es sich handelt. Nachfolgend finden Sie eine Liste der sieben Schmiedelegierungsserien:
1xxx-Serie
Diese Aluminiumlegierungen werden manchmal als „reines Aluminium“ bezeichnet, da sie mindestens 99%-Aluminium enthalten müssen. Sie sind zwar nicht sehr fest, werden aber von Maschinenbauern gerne verwendet. Das liegt daran, dass sie nicht rosten und eine hohe Energieaufnahme haben. Sie können zwar auch geschweißt werden, allerdings muss der Maschinenbauer aufgrund ihres sehr niedrigen Schmelzpunkts sehr vorsichtig sein.
2xxx-Serie
Kupfer ist das Hauptelement dieser Reihe. Die beste Methode zur Behandlung dieser Metalle ist die Mischkristall-Wärmebehandlung. Dadurch sind die Legierungen dieser Reihe sehr fest und hart, aber nicht so korrosionsbeständig wie die anderen Reihen. Daher werden diese Legierungen beim Einsatz in korrosionsgefährdeten Bereichen üblicherweise mit einer Farbe oder Beschichtung aus nichtrostendem Metall versehen.
3xxx-Serie
Mangan ist das Hauptelement dieser Legierungen. Sie sind zwar nicht sehr fest, weisen aber eine sehr gute Hitze- und Rostbeständigkeit auf. Daher eignen sie sich ideal als Kochutensilien. Diese Aluminiumserien werden häufig in Kraftwerken und Automobilen als Ersatzteile verwendet.
4xxx-Serie
Die Legierungen der 4xxx-Serie werden aufgrund ihres niedrigen Schmelzpunkts als Schweißzusatzwerkstoffe verwendet. In dieser Serie besteht das Metall aus einer Mischung aus Aluminium und Silizium.
5xxx-Serie
Diese Aluminiumlegierungen lassen sich zwar nicht erhitzen, weisen aber die höchste Zugfestigkeit auf. Ihr Hauptlegierungselement ist Magnesium. Dadurch rosten sie nicht und sind gut schweißbar, was sie zu einer guten Wahl für Marinefahrzeuge und Ausrüstungskomponenten macht. Ihre Zugfestigkeit liegt zwischen 18 ksi und 51 ksi.
6xxx-Serie
Die Legierungen dieser Reihe weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Ihre maximale Zugfestigkeit liegt zwischen 18 ksi und 58 ksi. Magnesium und Silizium sind die Hauptlegierungselemente dieser Goldkombination. Diese Legierungen werden für Beschichtungen korrosionsgefährdeter Metalle verwendet. Diese Metalle enthalten ebenfalls Magnesium und Silizium, wodurch Magnesiumsilicid entsteht. Dieses Material kann in Lösung erhitzt werden und wird dadurch fester.
7xxx-Serie
Zink ist das wichtigste Legierungselement dieser Aluminiumlegierungen. Sie weisen die höchste Zugfestigkeit aller Aluminiumlegierungen auf, mit Zugfestigkeiten von 32 bis 88 ksi. Diese Metallart wird von Maschinenbauern zur Herstellung von Werkzeugen und Getriebeteilen verwendet, die höheren Belastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise Sport- und Luftfahrtgetriebe. Neben Aluminium können auch andere Metalle wie Kupfer hinzugefügt werden, um die Eigenschaften von geschmiedetem Aluminium zu verändern.
Gusslegierungen
Diese Legierungen können mit oder ohne Wärme behandelt werden. Sie verwenden die vierstellige Methode mit einem Dezimalpunkt vor der letzten Ziffer. Die erste Ziffer gibt die Hauptelemente des Metalls an. Die nächsten beiden Ziffern geben die Materialart an, und die Zahl nach dem Dezimalpunkt gibt an, ob es sich um einen Barren oder ein Gussteil handelt.
Unterschiede zwischen Knet- und Gusslegierungen
- Die Zugfestigkeit von Gusslegierungen ist in der Regel niedriger als die von Knetlegierungen, da es schwierig ist, Defekte während der Gießverfahren.
- Bei gleichem Gewicht sind Gusslegierungen günstiger als Knetlegierungen.
- Aluminium-Knetlegierungen lassen sich leichter bearbeiten als Gussmetalle.
- Teile aus Aluminium-Knetlegierungen weisen möglicherweise eine bessere Oberflächenbeschaffenheit auf als Teile aus Gussmetall.
Gängige Aluminiumarten
Aluminium 6061-T6
Diese Aluminiumlegierung gehört zur 6xxx-Serie, wie der Name schon sagt. Da die zweite Zahl Null ist, handelt es sich um Industriealuminium mit verschiedenen Verunreinigungen. Die letzten beiden Zahlen, 61, geben die Zusammensetzung des Metalls an: 97,9% Aluminium, 0,6% Silizium, 1,0% Magnesium, 0,2% Chrom und 0,28% Kupfer.
In diesem Fall steht T6 für Lösungsglühen und Alterung. 6061 Aluminium benötigt 40 ksi, um es zu dehnen, und 45 ksi, um es vollständig auseinanderzuziehen. Das bedeutet, dass das Metall sehr fest ist und in Baukonstruktionen verwendet werden kann. 6061 Aluminium rostet nicht. Es wird hauptsächlich zur Herstellung von Autoteilen, Wärmetauschern und Elektronik verwendet.
Aluminium 7075-T6
Die Seriennummer 7xxx von 7075-Aluminium weist darauf hin, dass Zink das Hauptlegierungselement ist und dieses Metall eine hohe Zugfestigkeit aufweist. Es besteht hauptsächlich aus Aluminium (90%), Zink (5,6%), Mangan (2,5%), Kupfer (1,6%) und Mangan (0,23%). 7075-Aluminium ist eine der stärksten und leichtesten Aluminiumlegierungen. Es hat eine Dichte von 2,81 g/cm³ und eine maximale Zugfestigkeit von 83 ksi. Die T6-Nummer bedeutet, dass es wärmebehandelt ist. Dieses Metall wird häufig zur Herstellung von Werkzeugmaschinengetrieben und Flugzeugkomponenten verwendet.
Aluminium 5052
5052-Aluminium ist sehr robust und weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Da es kein Kupfer enthält, eignet es sich hervorragend für Salzwasseranwendungen. Da dieses Metall zur 5xxx-Serie gehört, kann es nicht erhitzt und verformt werden. Diese Legierung wird häufig zur Herstellung von Teilen für Schiffswerkzeuge verwendet.
Aluminium 6063
6063 Aluminium, auch als dekoratives Aluminium bekannt, ist eine Aluminiumlegierung aus Magnesium und Silizium. Diese Legierung ist mäßig fest und duktil und eignet sich daher ideal für den Formenbau. Sie ist sehr korrosionsbeständig und kann aufgrund ihres geringen Kupfer- und Magnesiumsilicidgehalts im Außenbereich eingesetzt werden. Das zur Herstellung dieser Teile verwendete Metall kann in Baumaterialien, Rohren und Möbeln verwendet werden.
Wie wählt man die richtige Aluminiumsorte aus?
Sie können zwischen verschiedenen Aluminiumsorten wählen. Diese haben unterschiedliche Eigenschaften wie Schweißbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Wählen Sie die Aluminiumsorte anhand der für Ihren Anwendungsfall wichtigen Eigenschaften. Bevor Sie eine Entscheidung treffen, sollten Sie die folgenden Punkte beachten.
Verständnis der Bearbeitbarkeitsbewertung
Die Bewertung der Bearbeitungsfreundlichkeit einer Aluminiumlegierung gibt Ihnen einen Eindruck davon, wie gut sich die Legierung mit einer CNC-Maschine bearbeiten lässt. Eine leicht zu bearbeitende Aluminiumlegierung lässt sich leicht schneiden und bearbeiten. Daher eignet sie sich zur Herstellung komplexer Maschinenteile. Beispielsweise ist Aluminium 2011 sehr leicht zu bearbeiten.
Kosten und Verfügbarkeit
Eine der wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl einer Aluminiumsorte für einen Auftrag sind die Kosten der Legierung. Ein wichtiger Schritt zu Beginn des Produktionsprozesses ist es, die Zielkosten mit den besten Eigenschaften in dieser Preisklasse zu vereinbaren. Die Verfügbarkeit der gewählten Aluminiumsorte hängt ebenfalls vom Preis ab. Die Verfügbarkeit ist ebenfalls sehr wichtig, da seltene und schwer erhältliche Aluminiumlegierungen den Produktionsprozess verlangsamen können.
Wie praktisch ist es?
Dies bezieht sich darauf, wie leicht sich eine bestimmte Aluminiumlegierung formen lässt. Legierungen mit hoher Duktilität lassen sich leicht verarbeiten und werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo Ermüdungsbeständigkeit erforderlich ist, beispielsweise bei Flugzeugkomponenten.
Kann es geschweißt werden?
Die Schweißbarkeit einer Legierung ist wichtig, wenn das gefertigte Teil mit anderen Teilen verschweißt werden muss. Wenn Schweißen erforderlich ist, ist Aluminium 3003 eine gute Wahl.
Korrosionsbeständigkeit
Der Einsatzbereich des Teils bestimmt, ob es korrosionsbeständig sein muss. Beispielsweise müssen Teile, die in chemischen oder maritimen Umgebungen eingesetzt werden, eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Kann es wärmebehandelt werden?
Beim Tempern von Aluminiummetall wird es auf sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen erhitzt. Dieser Prozess, Wärmebehandlung genannt, macht das Aluminiummetall fester. Beachten Sie, welche Aluminiumlegierungen erhitzt werden können und welche nicht.
Wie stark ist es?
Wie viel Kraft eine Legierung aushält, bevor sie sich verformt, hängt von ihrer Festigkeit ab. Für Teile, die hohen Kräften ausgesetzt sind, ist es naheliegend, hochfestes Aluminiummetall zu verwenden.
Je nach Projekt kann auch Stahl erforderlich sein. Wie wählt man die richtige Stahlsorte? Informationen dazu finden Sie in der Auswahlhilfe für Edelstahl 304 und 316 für professionelle Hilfe.
Verschiedene Verwendungsmöglichkeiten von Aluminium
Aluminium findet in vielen verschiedenen Branchen Anwendung. Im Folgenden sind einige Bereiche aufgeführt, in denen Aluminiumprodukte und -teile häufig eingesetzt werden:
Medizinischer Bereich
Aluminiumteile und -produkte sind in Branchen, in denen Sauberkeit und Biokompatibilität erforderlich sind, weit verbreitet. Medizinische Instrumente, wie chirurgische und orthopädische Instrumente, werden aus verschiedenen Aluminiumarten hergestellt. Darüber hinaus ist Aluminium ein Hauptbestandteil einiger Alltagsgegenstände wie Tabletts und Eimer.
Luft- und Raumfahrt
Die für den Flugzeugbau verwendeten Materialien müssen leicht und gleichzeitig stabil sein. Aluminium eignet sich aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Festigkeit hervorragend für diese Aufgabe. Dadurch kann es das gleiche Gewicht tragen wie stärkere Metalle. Da Aluminium zudem sehr korrosionsbeständig ist, kann es Flugzeuge vor Schäden bei rauen Witterungsbedingungen schützen.
Elektroindustrie
Aluminiumlegierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit immer wieder von Unternehmen verwendet, die Unterhaltungselektronik herstellen. Auch elektrische Komponenten wie Kühler und Kühlkomponenten für Grafiksysteme werden aus Aluminiumlegierungen hergestellt.
Automobilindustrie
Die besten Autos sollten leicht, langlebig und umweltfreundlich sein. Aluminiumlegierungen erreichen dies, da sie ein leichtes und robustes Material sind. Daher können Autos sowohl flexibel als auch robust sein. Darüber hinaus sind Aluminium-Autoteile recycelbar, was Autos mit Aluminiummetallteilen umweltfreundlicher macht.
Abschluss
Aluminium ist ein sehr flexibles Metall, das seine Eigenschaften durch die Mischung mit anderen Elementen verändert. Verschiedene Aluminiumarten eignen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften auch für unterschiedliche Branchen. Angesichts der großen Auswahl an Aluminiumlegierungen kann es jedoch schwierig sein, die richtige für Ihr Musterdesign zu finden.
Bei Yonglihao Machinery können wir Ihnen helfen Wählen Sie das beste Material für Ihre Bearbeitungsaufgabe. Kontaktieren Sie uns noch heute und wir helfen Ihnen bei der Materialauswahl. Bei der Materialauswahl ist es auch wichtig, die Eigenschaften verschiedener Legierungen und ihre Leistung in verschiedenen Anwendungen zu verstehen. Weitere Informationen finden Sie unter Edelstahl 316 und 316L im Rapid Prototyping für speziellere Informationen.