Verarbeitungsanwendungen für Aluminiumlegierungen: Güten, Härte und Oberflächenbeschaffenheit

Warum Aluminiumlegierungen für bearbeitete Komponenten ausgewählt werden

Verarbeitete Teile aus Aluminiumlegierungen sind die erste Wahl, wenn eine Komponente leicht, steif genug, korrosionsbeständig und wirtschaftlich in der Massenbearbeitung sein muss. Der technische Fall beruht auf einer Reihe von Eigenschaften, die kein anderes gewöhnliches Metall so kostengünstig vereint: Dichte nahe 2,70 g/cm3, etwa ein Drittel der von Stahl; Zugfestigkeit, die in wärmebehandelten 6xxx- und 7xxx-Qualitäten 310 bis 570 MPa erreicht; Wärmeleitfähigkeit etwa 150 bis 200 W/mK; und elektrische Leitfähigkeit im IACS-Bereich von 30 bis 55 Prozent. Die Bearbeitung erfolgt schnell, da das Metall mit hoher Oberflächengeschwindigkeit und geringen Schnittkräften schneidet und die Späne unter beschichteten Hartmetallwerkzeugen sauber brechen.

Diese Vorteile sind in der gesamten Familie nicht einheitlich. Reines Aluminium ist weich und schwach, daher werden Legierungselemente wie Magnesium, Silizium, Kupfer, Zink und Mangan hinzugefügt und anschließend eine Anlassbehandlung durchgeführt, um die Festigkeit zu entwickeln. Das Ergebnis ist eine Vielzahl von Legierungen, deren bearbeitete Oberflächenbeschaffenheit, Anodisierungsverhalten, Schweißbarkeit und Spannungskorrosionsverhalten sich stark unterscheiden. Die Wahl der falschen Güteklasse für eine Halterung ist ein häufiger und kostspieliger Fehler, da das Teil die Maßprüfung zwar bestehen kann, im Betrieb jedoch Risse bekommt oder den kosmetischen Eloxalstandard nicht erfüllt.

Güten und Härtegrade werden am häufigsten maschinell bearbeitet

In der folgenden Tabelle sind typische Raumtemperaturwerte für die Legierungen aufgeführt, die bei der Produktion maschinell bearbeiteter{1}Teile dominieren. Die Werte sind repräsentative Handbuchwerte für die angegebene Härte und sollten nicht die in einer Bestellung angegebenen Mindestwerte ersetzen.

Zwei Faustregeln vereinfachen die Auswahl. Erstens deckt 6061-T6 die meisten allgemein bearbeiteten Teile ab, da es sich gut bearbeiten lässt, zu einer einheitlichen Farbe eloxiert und gut geschweißt werden kann. Zweitens, wenn die Konstruktion maximale Festigkeit erfordert und das Teil nicht geschweißt werden soll, wird 7075-T6 verwendet, aber der Konstrukteur muss eine geringere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und einen höheren Preis in Kauf nehmen.

Wo Teile aus Aluminiumlegierung verwendet werden

Automatisierung und Robotik

Maschinenbasen, Portalträger, Endeffektorplatten und Linearbewegungsträger bestehen normalerweise aus 6061-T6 oder 6082-T6. Eine geringe Masse reduziert die Trägheit, die das Servosystem beschleunigen muss, was die erreichbare Taktrate direkt erhöht. Gewindelöcher und Dübelpositionen werden in einer Aufspannung bearbeitet, um die Positionstoleranz zu gewährleisten, die eine bewegliche Achse benötigt.

Automotive und neue Energie

Batteriepackrahmen, Sammelschienenhalterungen, Motorgehäuse, Ladeanschlusskomponenten und Wärmemanagementplatten verwenden 6061, 6063 und, wo die Energieabsorption beim Aufprall wichtig ist, 6082. Leichte Strukturen erhöhen die Reichweite, und die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls trägt dazu bei, die Wärme von den Zellen und der Leistungselektronik abzuleiten.

Medizinische Geräte

Instrumentengehäuse, Pumpenkörper, bildgebende -Geräterahmen und Laborvorrichtungen werden aus 6061-T6 gefertigt. Produkte, die mit dem Patienten oder dem sterilen Feld in Berührung kommen, unterliegen normalerweise einer kontrollierten Zusammensetzung und einem deklarierten Stoffstatus. Daher muss das Materialzertifikat das Teil durch die Lieferkette begleiten.

Luft- und Raumfahrt und Verkehr

Sekundärstruktur, Sitzrahmen, Avionikgehäuse und Bodenunterstützungsausrüstung verwenden je nach Lastfall und Korrosionsumgebung 2024, 6061 und 7075. Wenn die Ermüdungslebensdauer entscheidend ist, sind Oberflächenzustand und Kantenbeschaffenheit ebenso wichtig wie die Auswahl der Legierung.

Bearbeitungs-, Eloxierungs- und Korrosionspraxis

Verwenden Sie scharfe, polierte Hartmetallwerkzeuge mit hohen Spanwinkeln; Die aufgebaute-Kante bei weichem Härtegrad beeinträchtigt die Oberflächengüte und die Maßhaltigkeit.

Kontrollieren Sie die Kühlmittelkonzentration und den pH-Wert. Aluminium ist amphoter, daher greifen sowohl stark saure als auch stark alkalische Flüssigkeiten die Oberfläche an.

Führen Sie bei dünnwandigen Teilen das Schruppen und Schlichten nacheinander mit einer dazwischenliegenden Spannungsentlastung oder einer natürlichen Alterungspause durch, um Verformungen zu begrenzen.

Beim Anodisieren entsteht eine Oxidschicht, die etwa die Hälfte ihrer Dicke vom Substrat abdeckt. Daher müssen dimension{0}}kritische Oberflächen maskiert oder vor-dimensioniert werden.

Lassen Sie Aluminiumspäne niemals nass auf einem Maschinentisch aus Stahl liegen; Galvanische Kopplung und Feuchtigkeit erzeugen Lochfraß, der später dem Material zugeschrieben wird.

Geben Sie die Stimmung explizit an. Eine 6061-T6-Zeichnung, die nur als „6061“ veröffentlicht wurde, kann legal in der schwächeren O-Vergütung geliefert werden.

Häufige Missverständnisse

Ein immer wiederkehrendes Missverständnis ist, dass alles Aluminium korrosionsbeständig sei. Das Metall bildet einen passiven Oxidfilm, aber im chloridhaltigen oder alkalischen Betrieb bricht der Film lokal zusammen und es kommt zu Lochfraß, insbesondere bei den Qualitäten 2xxx und 7xxx. Ein zweiter Fehler besteht darin, Härte als Festigkeit zu behandeln: Die Härteprüfung an einer bearbeiteten Oberfläche ist nur ein grober Indikator, und eine eloxierte Haut kann hohe Werte anzeigen, während das Substrat weich bleibt. Schließlich ist „Flugzeugaluminium“ eher eine Marketingphrase als eine Spezifikation; Das maßgebliche Dokument ist die Legierungs--Vergütungskombination zusammen mit der maßgeblichen Materialnorm.

FAQ

F: Welche Aluminiumlegierung ist die beste Allround-Wahl für bearbeitete Teile?
6061-T6 ist die übliche Antwort. Es bietet ein praktikables Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Bearbeitbarkeit, Anodisierungsverhalten und Kosten und ist aus vielen Quellen in Stangen-, Platten- und Strangpressform erhältlich.

F: Können Teile aus eloxierter Aluminiumlegierung trotzdem korrodieren?
Ja. Eine versiegelte anodische Beschichtung verbessert die Beständigkeit, aber eine zerkratzte oder dünne Beschichtung in einer Chloridumgebung kann immer noch zu Lochfraß führen, insbesondere bei kupferhaltigen Legierungen.

F: Ist 7075 für geschweißte Rahmen geeignet?
Generell nein. Seine Schweißbarkeit ist im Vergleich zu 6xxx-Qualitäten schlecht und Schweißverbindungen verlieren viel von der Festigkeit des Grundmetalls, sodass geschraubte oder geklebte Konstruktionen bevorzugt werden.

F: Wie stark beeinflusst die Härte die bearbeitete Festigkeit?
Im Wesentlichen. Die gleiche Legierung im O-Zustand kann weniger als halb so fest sein wie in T6, daher gehört die Angabe des Zustands in die Zeichnung und nicht nur in das Materialzertifikat.

F: Welche Toleranz ist bei einem bearbeiteten Aluminiumgehäuse realistisch?
Bei stabilen Bauteilen und in einer temperaturkontrollierten Werkstatt sind plus oder minus 0,02 bis 0,05 mm für kritische Bohrungen Routine; engere Werte erfordern einen thermischen Ausgleich und einen spannungsentlasteten Rohling.

F: Verändert die Verarbeitung einer Aluminiumlegierung das Korrosionsverhalten der Legierung?
Mechanische Vorgänge verändern nicht die Chemie, sondern die Oberfläche. Grate, verschmierte Schichten und eingebettete Eisenpartikel von Werkzeugen sind die üblichen Ausgangspunkte für Lochfraß, daher gehören Entgraten und Reinigen zum Korrosionsschutz.