Vergleich verschiedener Arten von Aluminiumlegierungen und Auswahl der richtigen Legierung für Ihr Teil

Ich arbeite jetzt seit etwa 15 Jahren mit Aluminiumlegierungen und bin immer noch erstaunt, wie viele Leute das falsch verstehen. Es gibt Ingenieure, die für alles 7075 verwenden, weil "stärker besser ist", und sich dann wundern, warum ihr Budget explodiert ist. Oder noch schlimmer: Jemand wählt normales Aluminium, weil er denkt, dass es dasselbe ist, und weint dann, wenn sein Teil nach einem Monat ausfällt.

Die Sache ist die: Aluminiumlegierungen sind nicht einfach nur "Aluminium mit irgendwelchen Beimischungen". Jede Sorte hat ihre eigene Persönlichkeit. Einige sind totale Drama-Queens (ich schaue dich an, 2024). Andere sind Arbeitstiere, die einfach nur ihren Job erledigen (hallo, 6061). Und einige sind Spezialisten, die sich in einer Sache auszeichnen, aber in allem anderen scheiße sind.

Warum reines Aluminium für die meisten Anwendungen nicht geeignet ist

Okay, "wertlos" ist vielleicht etwas hart, aber im Ernst - reines Aluminium ist wie ein Buttermesser, das man zu einer Schießerei mitbringt. Es ist butterweich, verbiegt sich, wenn man es falsch anschaut, und es rostet zwar nicht, aber es hält auch keinen Kaffeebecher ohne Dellen aus.

Dies ist der Ort, an dem Aluminiumlegierungen zur Rettung kommen. Kluge Köpfe bei der NASA haben schon vor Jahrzehnten herausgefunden, dass man Aluminium mit dem richtigen Material - Kupfer, Magnesium, Zink, was auch immer - aufwerten kann. Wir sprechen hier von Materialien, die manchmal sechsmal stärker sind als reines Aluminium, aber immer noch viel leichter als Stahl.

Die Leute vom NIST haben diese Dinge schon immer verfolgt, und ihre Daten sind im Grunde die Bibel für jeden, der sich wirklich darum kümmert, es richtig zu machen. Glauben Sie mir, Sie wollen es richtig machen.

Vollständiger Leitfaden für Aluminiumlegierungen nach Serienklassifizierung

Die Industrie verwendet ein Nummerierungssystem, das tatsächlich Sinn macht, wenn man es erst einmal durchschaut hat. Jede Tausender-Serie hat unterschiedliche Stärken, Schwächen und seltsame kleine Macken, mit denen man zu kämpfen hat, wenn man sie nicht kennt.

Aluminiumlegierungen der Serie 1000 für elektrische Anwendungen

Sie bestehen größtenteils aus reinem Aluminium mit einem kleinen Anteil an anderen Materialien. 99%+ Aluminium. Sie eignen sich hervorragend für elektrische Arbeiten, weil sie wie verrückt leiten und korrosionsbeständig wie ein Champion sind. Festigkeit? Vergessen Sie's. Diese Dinger sind weich wie Knete.

Aluminiumlegierungen der Serie 2000 für die Luft- und Raumfahrt

Jetzt geht es ums Geschäft. Diese Aluminiumlegierungen sind mit Kupfer angereichert, und das macht einen großen Unterschied. Die NASA liebt die Legierung 2024 für Flugzeuge, weil sie robust genug für Flügel ist, die großen Belastungen standhalten müssen.

Aber was Ihnen niemand sagt: Diese Legierungen sind Diven. Sie mögen kein Salzwasser, sie sind schwer zu schweißen, und wenn man die Wärmebehandlung versaut, bleibt nur teurer Schrott übrig. Das habe ich bei einem Schiffsprojekt auf die harte Tour erfahren. Ich werde es nie wieder tun.

Aluminiumlegierungen der Serie 3000 für die allgemeine Fertigung

Mangan ist hier der Star. Diese Aluminiumlegierungen werden keine Preise gewinnen, aber sie sind jeden Tag im Einsatz und erfüllen ihre Aufgabe. Sie sind so etwas wie der Honda Civic des Aluminiums - nicht aufregend, aber man kann sich auf sie verlassen. Außerdem sind sie billig, was Ihre Buchhaltung lieben wird.

Aluminiumlegierungen der Serie 4000 - perfekt für Gussprojekte

Silizium lässt diese Aluminiumlegierungen wie Wasser fließen, wenn sie geschmolzen sind. Sie eignen sich hervorragend für die Herstellung detaillierter Formen, wie z. B. Motorblöcke. Sie sind auch sehr hitzebeständig, weshalb man sie in der Automobilindustrie findet. Wissenswertes: Sie werden auch für Schweißdraht verwendet, da Silizium das Fließen und die Festigkeit fördert.

Aluminiumlegierungen der Serie 5000 für den Einsatz in Meeresumgebungen

Magnesium macht diese Aluminiumlegierungen zu Salzwasserkriegern. Ich habe Untersuchungen gesehen, die zeigen, dass sie in einigen Meeresumgebungen besser abschneiden als rostfreier Stahl. Die Küstenwache verwendet sie aus einem bestimmten Grund.

Außerdem lassen sie sich wunderbar schweißen. Wirklich schöne Schweißnähte, bei denen man sie einrahmen möchte. Wenn Sie irgendeine Art von strukturellem Schweißen mit Aluminium machen wollen, fangen Sie hier an.

Aluminiumlegierungen der Serie 6000 als universelle Lösung

Hier tun sich Magnesium und Silizium zusammen, um Aluminiumlegierungen zu schaffen, die für so ziemlich alles gut sind. 6061 ist wahrscheinlich die nützlichste Aluminiumlegierung, die je erfunden wurde. Es lässt sich sauber bearbeiten, gut schweißen, hat eine ordentliche Festigkeit und ist nicht teuer.

Maschinenbaubetriebe haben tonnenweise 6061-T6 auf Lager, weil die Kunden es immer brauchen. Im Zweifelsfall ist es die erste Wahl, die Sie selten im Stich lässt.

Aluminiumlegierungen der Serie 7000 für Anwendungen mit höchster Festigkeit

Aluminiumlegierungen auf Zinkbasis, die stärker sein können als manche Stähle und dabei viel weniger wiegen. Die NASA verwendet sie, wenn Gewicht alles ist und die Kosten keine Rolle spielen.

Der Nachteil? Sie sind teuer, empfindlich gegen Spannungskorrosion und im Allgemeinen wartungsintensiv. Aber wenn Sie unbedingt maximale Festigkeit und minimales Gewicht benötigen, kommt nichts anderes in Frage.

Kurzanleitung für die Auswahl von Aluminiumlegierungen

Meine bewährte Methode zur Auswahl von Aluminiumlegierungen

Vergessen Sie den Ansatz aus dem Lehrbuch. So funktioniert es in der Realität:

Schritt 1: Was wird versuchen, Ihr Teil zu zerstören? Salzwasser? Sie brauchen Aluminiumlegierungen der Serie 5000. Hohe Beanspruchung? Sehen Sie sich die Serie 7000 an. Chemische Belastung? Bleiben Sie bei der Serie 1000. Alltäglicher Missbrauch? 6061 wird wahrscheinlich damit fertig.

Schritt 2: Wie stellen Sie das Ding her? Müssen Sie es bearbeiten? Die Serien 2000 und 6000 schneiden wie Butter. Schweißen erforderlich? 5000er und 6000er Serien sind gut geeignet. Gießen? Serie 4000 fließt wunderbar. CNC-Arbeiten? 6061-T6 ist Ihr Freund.

Schritt 3: Wie ist die Haushaltslage? Ist das Geld knapp? Die 3000er-Serie erledigt den Job billig. Der Himmel ist die Grenze? 7000er Serie den ganzen Tag. Irgendwo dazwischen? Die 6000er Serie ist genau das Richtige.

Ich rate den Leuten, mit 6061-T6 zu beginnen, es sei denn, sie haben einen wirklich guten Grund, etwas anderes zu wählen. Die MIT-Forschung bestätigt dies im Grunde - die meisten Anwendungen funktionieren gut mit 6061.

Reale Anwendungen, bei denen Aluminiumlegierungen den Unterschied ausmachen

Luft- und Raumfahrt: Diese Aluminiumlegierungen in Flugzeugflügeln? Meistens 2024 und 7075. Jedes eingesparte Pfund bedeutet eine erhebliche Kraftstoffeinsparung. Eine Gewichtsreduzierung von 10% kann 20% Kraftstoffeinsparung bedeuten. Das ist bares Geld.

Boote und Offshore: Die Aluminiumlegierungen 5083 und 5086 dominieren, weil ihnen Salzwasser einfach nichts ausmacht. Ich habe 20 Jahre alte Schiffskonstruktionen gesehen, die immer noch wie neu aussehen, weil jemand die richtige Legierung ausgewählt hat.

Autos: Die Autohersteller sind derzeit verrückt nach Aluminiumlegierungen der Serie 6000. Leicht genug für einen besseren Benzinverbrauch, stark genug für Crashtests. Eine Win-Win-Situation.

Allgemeine Arbeiten in der Werkstatt: Die meisten Geschäfte haben 6061 auf Lager, weil es 80% von dem abdeckt, was durch die Tür kommt. Es ist leicht zu bearbeiten, lässt sich gut schweißen und die Kunden sind zufrieden.

Häufige Fehler, die Sie bei Aluminiumlegierungen Geld kosten werden

Die stärkste Legierung für alles wählen: 7075 kostet etwa dreimal so viel wie 6061. Verwenden Sie es, wenn Sie diese Stärke wirklich brauchen, nicht nur, weil es cool oder beeindruckend klingt.

Die Umwelt ignorieren: Ich habe einmal gesehen, wie jemand 2024er Aluminiumlegierungen für ein Hafenprojekt verwendet hat. Raten Sie mal, was nach sechs Monaten im Salzwasser passiert ist? Eine teure Lektion.

Vergessen Sie die Produktion: Manche Legierungen lassen sich hervorragend bearbeiten, aber nicht schweißen. Andere lassen sich hervorragend schweißen, sind aber ein Albtraum in der CNC. Informieren Sie sich, bevor Sie kaufen.

Verwirrung bei der Wärmebehandlung: Der T6 ist viel leistungsstärker als der T4, aber der T4 lässt sich besser ausbauen. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie bekommen, was Sie wirklich brauchen.

Qualitätskontrollnormen für Aluminiumlegierungen, die tatsächlich von Bedeutung sind

Nicht alle Aluminiumlegierungen sind gleich, selbst wenn sie die gleiche Teilenummer haben. ASTM-Normen gibt es aus gutem Grund - chemische Abweichungen können Ihr Projekt zunichte machen.

Besorgen Sie sich immer Materialzertifikate und lesen Sie diese auch. Ein bisschen zu viel Eisen macht die Bearbeitung miserabel. Zu wenig Magnesium beeinträchtigt die Korrosionsbeständigkeit. Ich habe schon Projekte scheitern sehen, weil jemand diese Dinge nicht überprüft hat.

Gute Hersteller überprüfen die Materialien immer. Das kostet zwar ein bisschen mehr, erspart aber später große Kopfschmerzen.

Häufig gestellte Fragen zu Aluminium-Legierungen

Was ist die absolut stärkste Aluminiumlegierung? 7075-T6 steht mit einer Streckgrenze von über 500 MPa an der Spitze der kommerziellen Liste. NASA-Daten zeigen, dass es in kritischen Flugzeugteilen verwendet wird. Aber "am stärksten" hängt davon ab - Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit sind ganz unterschiedliche Dinge.

Können Sie alle Aluminiumlegierungen schweißen? Nein. Die Serien 5000 und 6000 lassen sich hervorragend schweißen. 2000er und 7000er Serien? Viel Glück. Sie bekommen Risse, verlieren an Festigkeit und machen Sie generell unglücklich. Kluge Schweißer wissen, welche man vermeiden sollte.

Können Aluminiumlegierungen tatsächlich rosten? Nicht wie Stahl, aber sie korrodieren. Aluminiumlegierungen der Serie 5000 lachen über Salzwasser. Die Serie 2000 kann unter Belastung in chlorhaltigen Umgebungen brechen. Die NIST-Forschung zeigt, dass die Umgebung eine große Rolle spielt.

Was bedeutet dieses T6-Zeug? T6 bedeutet, dass die Lösung wärmebehandelt und dann künstlich gealtert wird. Das ist wie bei Aluminiumlegierungen, die ins Fitnessstudio gehen - sie werden dadurch viel stärker. T4 ist teilweise behandelt, O bedeutet geglüht (weich). Ein großer Unterschied in den Eigenschaften.

Aluminium vs. Stahl - was ist besser? Es kommt darauf an, was Sie brauchen. Aluminiumlegierungen sind 65% leichter und natürlich korrosionsbeständig, aber Stahl ist im Allgemeinen stärker und billiger. MIT-Studien zeigen, dass es auf Ihre spezifischen Bedürfnisse ankommt.

Beste Aluminiumlegierung für Anfänger? 6061-T6, ohne Wenn und Aber. Lässt sich gut bearbeiten, gut schweißen, hat eine gute Festigkeit und ist korrosionsbeständig. Materialien Menschen beginnen hier, weil es verzeihend ist.

Kosten im Vergleich zu Stahl? Aluminiumlegierungen kosten 2 bis 4 Mal mehr pro Pfund, aber man verbraucht weniger, weil sie leichter sind. Die Gesamtkosten hängen von Ihrer spezifischen Anwendung und Ihren Verarbeitungsanforderungen ab.

Forschungsquellen und Referenzen für Informationen über Aluminiumlegierungen

Das meiste davon stammt aus jahrelanger praktischer Erfahrung, aber wenn ich Behauptungen untermauern oder spezifische Daten erhalten muss, wende ich mich an diese Stelle:

Die NASA dokumentiert die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen seit den 1970er Jahren. Ihr Materialdatenhandbuch für 7075- und 6061-Legierungen (NASA-CR-124075 und NASA-CR-124076) ist immer noch der Goldstandard. Sie können sie unter https://ntrs.nasa.gov/citations/19720022809 und https://ntrs.nasa.gov/citations/19720022808 finden.

Die materialwissenschaftliche Abteilung des MIT betreibt solide Forschung an Metallen. Ihre aktuelle Arbeit ist dokumentiert unter https://dmse.mit.edu/research-impact/materials-research-type/metals/ und es ist lesenswert, wenn Sie sich für die Wissenschaft interessieren.

Spezifische Daten zu den Eigenschaften von 6061 finden Sie im NIST-Repository unter https://materialsdata.nist.gov/handle/11115/242 hat mechanische Testergebnisse, auf die ich ziemlich oft zurückgreife.

Der Bericht der NASA von 1994 über Aluminiumanwendungen in der Luft- und Raumfahrt (NASA-TM-109632) erklärt, warum bestimmte Legierungen wo eingesetzt werden. Verfügbar unter https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19940033999

Der Werkstoffkurs der Penn State University deckt die Grundlagen von Aluminium sehr gut ab. Schauen Sie sich https://www.e-education.psu.edu/matse81/node/2143 wenn Sie die Grundlagen verstehen wollen.

Wikipedia bietet einen guten Überblick über die Grundlagen von Aluminiumlegierungen. Ihre 6061 Seite unter https://en.wikipedia.org/wiki/6061_aluminium_alloy und die allgemeine Seite über Aluminiumlegierungen unter https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_alloy sind gute Ausgangspunkte, auch wenn sie natürlich nicht so detailliert sind wie die technischen Quellen.

Das NIST verfügt auch über umfassendere Daten zu mechanischen Eigenschaften unter https://materialsdata.nist.gov/handle/11115/177 die mehrere Legierungen abdeckt, wenn Sie die Zahlen nebeneinander vergleichen wollen.