Umfassende Analyse mehrerer gängiger Aluminiummaterialien

Einführung

Aluminium und Aluminiumlegierungen werden aufgrund ihrer geringen Dichte, hohen Festigkeit, guten Korrosionsbeständigkeit, hervorragenden Verarbeitungsleistung und vielen anderen Vorteilen in der modernen Industrie und im täglichen Leben häufig verwendet. 6061-T6, 6063, 7075 und 5083 sind einige der repräsentativen Aluminiummaterialien, die jeweils einzigartige Leistungsmerkmale aufweisen und für unterschiedliche Anwendungsszenarien geeignet sind.

6061-T6 Aluminium

Chemische Zusammensetzung

• Die Hauptlegierungselemente der Aluminiumlegierung 6061 sind Magnesium (Mg) und Silizium (Si), außerdem enthält sie eine geringe Menge Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Chrom (Cr) und Zink (Zn). Darunter bilden Magnesium und Silizium eine Festigungsphase Mg₂Si, die eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Festigkeit der Legierung spielt.

Physikalische Eigenschaften

• Seine Dichte beträgt etwa 2,7 g/cm³Es verfügt über eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie einen relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was ihm eine gute Dimensionsstabilität in Umgebungen mit großen Temperaturschwankungen verleiht.

Mechanische Eigenschaften

• Stärke: Im 6061-T6-Zustand kann die Zugfestigkeit etwa 310 MPa erreichen und die Streckgrenze beträgt etwa 276 MPa. Es hat eine hohe Festigkeit und kann einer bestimmten Belastung standhalten.
• Härte: Die Brinell-Härte liegt normalerweise bei etwa 95HB, was die Härteanforderungen vieler mechanischer Bearbeitungs- und Strukturanwendungen erfüllen kann.
• Zähigkeit: Es weist eine gute Zähigkeit auf, neigt bei Stößen nicht zum Sprödbruch und kann Energie effektiv absorbieren.

Verarbeitungseigenschaften

• Schneiden: Es verfügt über eine gute Schneidleistung und lässt sich mit verschiedenen herkömmlichen Schneidverfahren wie Drehen, Fräsen, Bohren usw. leicht bearbeiten und kann eine gute Oberflächengüte erzielen.
• Bildung: Durch Umformverfahren wie Strangpressen, Schmieden und Walzen kann es zu Profilen, Rohren, Stangen und Platten in verschiedenen Formen verarbeitet werden. Während des Extrusionsprozesses verfügt es über eine starke Verformungsfähigkeit und kann Produkte mit komplexen Querschnittsformen herstellen.

Wärmebehandlungsprozess

• Der T6-Wärmebehandlungsprozess umfasst eine Lösungsbehandlung und eine künstliche Alterungsbehandlung. Die Behandlung mit fester Lösung wird im Allgemeinen bei etwa durchgeführt 530°C. Die Legierung wird auf diese Temperatur erhitzt und für einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann schnell abgekühlt, damit die Legierungselemente vollständig in der Aluminiummatrix gelöst werden. Anschließend wird eine künstliche Alterungsbehandlung durchgeführt. Die Alterungstemperatur beträgt ca 180°C und die Reifezeit beträgt mehrere Stunden. Durch die Alterungsbehandlung wird in der Legierung die Verfestigungsphase herbeigeführt, wodurch die Festigkeit und Härte der Legierung deutlich verbessert wird.

Korrosionsbeständigkeit

• 6061-T6 weist eine gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit auf und kann eine gute Stabilität in der Atmosphäre, im Süßwasser und in anderen Umgebungen aufrechterhalten. Der auf seiner Oberfläche gebildete Oxidfilm kann eine gewisse Schutzfunktion übernehmen, aber in einigen rauen Umgebungen mit starker Säure, Lauge oder hohem Salzgehalt kann ein gewisses Maß an Korrosion auftreten. Das Chromelement in der Legierung trägt dazu bei, ihre Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und sie bis zu einem gewissen Grad resistent gegen lokale Korrosion, wie z. B. Lochfraß, zu machen.

Anwendungsbereiche

• Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der mechanischen Bearbeitung, in der Architekturdekoration und in anderen Bereichen eingesetzt. In der Luft- und Raumfahrt wird es häufig zur Herstellung von Flugzeugstrukturteilen, Fahrwerksteilen usw. verwendet; im Automobilbereich kann es zur Herstellung von Karosserierahmen, Rädern usw. verwendet werden; in der mechanischen Bearbeitung wird es zur Herstellung verschiedener mechanischer Teile, Werkzeugaufnahmen usw. verwendet; In der Architekturdekoration wird es häufig zu Tür- und Fensterprofilen, Vorhangfassadenrahmen usw. verarbeitet.

6063 Aluminium

Chemische Zusammensetzung

• Die Hauptlegierungselemente sind Magnesium und Silizium. Seine chemische Zusammensetzung ähnelt der von 6061, der Gehalt der einzelnen Elemente unterscheidet sich jedoch geringfügig. Relativ gesehen ist der Siliziumgehalt in 6063 etwas höher und der Magnesiumgehalt etwas niedriger.

Physikalische Eigenschaften

• Die Dichte beträgt ebenfalls etwa 2,7 g/cm³. Es verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es hat einen guten Glanz und lässt sich leicht eloxieren, um eine schöne und korrosionsbeständige Oberfläche zu erhalten.

Mechanische Eigenschaften

• Stärke: Die Zugfestigkeit liegt im Allgemeinen zwischen 200 und 250 MPa und die Streckgrenze beträgt etwa 180 MPa, was etwas niedriger ist als die von 6061-T6.
• Härte: Die Brinell-Härte beträgt etwa 70HB, was relativ gering ist.
• Zähigkeit: Die Zähigkeit ist gut und kann einige Anwendungsszenarien erfüllen, die keine besonders hohe Festigkeit erfordern, aber Anforderungen an Formbarkeit und Aussehen stellen.

Verarbeitungseigenschaften

• Extrusionsformen: Es verfügt über eine hervorragende Extrusionsformleistung, kann Profile mit komplexen Formen und hoher Maßgenauigkeit extrudieren und verfügt über eine hervorragende Oberflächenqualität. Es ist eines der Hauptmaterialien für architektonische Aluminiumprofile.
• Bearbeitung: Es verfügt über eine gute Schneidleistung und kann Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden und andere Bearbeitungsvorgänge ausführen. Die Oberflächengüte nach der Bearbeitung ist hoch.

Wärmebehandlungsprozess

• Üblicherweise wird ein T5- oder T6-Wärmebehandlungsverfahren verwendet. Die T5-Behandlung besteht darin, nach der Hochtemperaturextrusion direkt an der Luft abzukühlen und anschließend eine künstliche Alterungsbehandlung durchzuführen. Bei der T6-Behandlung wird zunächst eine Behandlung mit fester Lösung und dann eine künstliche Alterungsbehandlung durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung werden Festigkeit und Härte der Legierung verbessert, während gleichzeitig eine gute Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhalten bleiben.

Korrosionsbeständigkeit

• Das Aluminiummaterial 6063 zeigt eine gute Korrosionsbeständigkeit in der Atmosphäre, im Wasser und in einigen schwach sauren und alkalischen Umgebungen. Nach dem Eloxieren kann die Oberfläche ihre Korrosionsbeständigkeit weiter verbessern und einen harten und dichten Oxidfilm bilden, der die Erosion durch äußere Medien wirksam verhindert und unter Beibehaltung eines guten Erscheinungsbilds lange Zeit im Bereich der Architekturdekoration eingesetzt werden kann.

Anwendungsfelder

• Wird hauptsächlich in der Bauindustrie verwendet, z. B. für Gebäudetüren und -fenster, Vorhangfassadenrahmen, Zierleisten usw.; Wird auch zur Herstellung einiger Möbelzubehörteile, Gehäuse für elektronische Geräte und anderer Produkte mit hohen Anforderungen an Aussehen und Formbarkeit verwendet.

7075 Aluminium

Chemische Zusammensetzung

• Es handelt sich um eine hochfeste Aluminiumlegierung mit Zink (Zn), Magnesium (Mg) und Kupfer (Cu) als Hauptlegierungselementen und enthält außerdem eine geringe Menge Chrom (Cr) und andere Elemente. Zink und Magnesium bilden eine Festigungsphase und Kupfer verbessert die Festigkeit und Härte der Legierung zusätzlich.

Physikalische Eigenschaften

• Die Dichte beträgt etwa 2,81 g/cm³Die Wärmeleitfähigkeit ist gut, der Wärmeausdehnungskoeffizient ist relativ niedrig und es kann dennoch eine gewisse Leistungsstabilität in einer Umgebung mit hohen Temperaturen aufrechterhalten werden.

Mechanische Eigenschaften

• Stärke: Die Zugfestigkeit kann bis zu 570 MPa oder mehr betragen und die Streckgrenze beträgt etwa 500 MPa. Es weist unter mehreren Aluminiumwerkstoffen die höchste Festigkeit auf und verfügt über eine extrem hohe Tragfähigkeit.
• Härte: Die Brinell-Härte kann etwa 150 HB erreichen, mit hoher Härte und guter Verschleißfestigkeit.
• Zähigkeit: Obwohl die Festigkeit hoch ist, ist die Zähigkeit etwas schlechter als bei 6061 und 6063. Unter angemessenen Konstruktions- und Nutzungsbedingungen kann es jedoch immer noch die Anforderungen der meisten hochfesten Anwendungen erfüllen.

Verarbeitungseigenschaften

• Schneiden: Das Schneiden ist schwierig. Aufgrund seiner hohen Festigkeit ist der Verschleiß des Werkzeugs erheblich. Es ist notwendig, Werkzeuge mit hoher Härte und hoher Verschleißfestigkeit zu verwenden und die Schnittparameter angemessen auszuwählen, um die Qualität und Effizienz der Bearbeitung sicherzustellen.
• Bildung: Es kann durch Schmieden, Walzen und andere Verfahren geformt werden, stellt jedoch aufgrund seines großen Verformungswiderstands hohe Anforderungen an Verarbeitungsgeräte und -prozesse.

Wärmebehandlungsprozess

• Im Allgemeinen wird das T6-Wärmebehandlungsverfahren angewendet, die Temperatur der Lösungsbehandlung beträgt etwa 470 °C und die Temperatur der Alterungsbehandlung beträgt etwa 120 °C. Durch die genaue Steuerung der Parameter des Wärmebehandlungsprozesses kann die beste Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit erzielt werden.

Korrosionsbeständigkeit

• Die Korrosionsbeständigkeit von 7075-Aluminium ist relativ gering, insbesondere in einer Umgebung mit Chloridionen, in der es leicht zu Spannungsrisskorrosion kommt. Obwohl sein hoher Kupfergehalt zur Verbesserung der Festigkeit beiträgt, verringert er in gewissem Maße die Korrosionsbeständigkeit. Während des Gebrauchs ist in der Regel eine spezielle Oberflächenbehandlung wie Lackieren, Eloxieren usw. erforderlich, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Bei Umgebungsbedingungen, die bei der Konstruktion zu Spannungskorrosion führen können, sollte dies so weit wie möglich vermieden werden.

Anwendungsfelder

• Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, beispielsweise bei Flugzeugträgern, Flügeln, Fahrwerken und anderen wichtigen Strukturkomponenten. in der Militärindustrie wird es zur Herstellung von Teilen für Waffen und Ausrüstung verwendet; Im Bereich hochwertiger Sportgeräte wie Fahrradrahmen und Golfschlägerköpfe werden seine hohen Festigkeits- und Leichtgewichtseigenschaften zur Verbesserung der Produktleistung genutzt.

5083 Aluminium

Chemische Zusammensetzung

• Das Hauptlegierungselement ist Magnesium, außerdem enthält es eine geringe Menge Mangan (Mn) und andere Elemente. Der hohe Magnesiumgehalt verleiht der Legierung eine gute Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit.

Physikalische Eigenschaften

• Die Dichte beträgt etwa 2,66 g/cm³, was unter diesen Aluminiummaterialien relativ niedrig ist. Es verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit sowie einen moderaten Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Mechanische Eigenschaften

• Stärke: Die Zugfestigkeit kann etwa 315 MPa erreichen und die Streckgrenze beträgt etwa 230 MPa. Die Festigkeit ist hoch und hält großen Zug- und Biegebelastungen stand.
• Härte: Die Brinell-Härte beträgt etwa 90 HB und kann die allgemeinen technischen Anwendungsanforderungen erfüllen.
• Zähigkeit: Es weist eine ausgezeichnete Zähigkeit auf, insbesondere in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen, kann dennoch eine gute Zähigkeit beibehalten und es kommt nicht leicht zu Sprödbrüchen. Es eignet sich für einige Gelegenheiten, bei denen eine Leistung bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist.

Verarbeitungseigenschaften

• Schweißleistung: Die Schweißleistung ist ausgezeichnet und zum Schweißen können verschiedene Schweißmethoden (wie Lichtbogenschweißen, Widerstandsschweißen usw.) verwendet werden. Die Schweißverbindung weist eine hohe Festigkeit und eine gute Schweißqualität auf. Es wird häufig bei der Herstellung von geschweißten Strukturteilen verwendet.
• Schneiden: Gute Schneidleistung, einfache Verarbeitung zu Teilen unterschiedlicher Form.

Wärmebehandlungsprozess

• Normalerweise wird keine Wärmebehandlung zur Verfestigung durchgeführt und die Festigkeit wird durch Kaltverfestigung verbessert. Bei der Kaltumformung wie Kaltwalzen und Kaltziehen nimmt die Festigkeit der Legierung allmählich zu, während eine gewisse Plastizität und Zähigkeit erhalten bleibt.

Korrosionsbeständigkeit

• 5083 Aluminium weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in Meeresumgebungen und Medien, die Chloridionen enthalten. Die Zusammensetzung seiner Legierungselemente ermöglicht die Bildung eines stabilen Oxidfilms auf seiner Oberfläche, der der Erosion von Meerwasser, Salzwasser usw. wirksam widersteht, und ist ein ideales Material für den Schiffbau, die Schiffstechnik und andere Bereiche. Selbst wenn es längere Zeit rauen Meeresumgebungen ausgesetzt ist, kann es eine gute strukturelle Integrität und Leistungsstabilität aufrechterhalten.

Anwendungsfelder

• Wird hauptsächlich im Schiffbau, in der Schiffstechnik, in Druckbehältern, in Kühlgeräten und in anderen Bereichen eingesetzt. Im Schiffbau wird es zur Herstellung von Rumpfstrukturen, Decks, Schotten usw. verwendet; in der Meerestechnik kann es zur Herstellung von Offshore-Plattformen, U-Boot-Pipelines usw. verwendet werden; im Bereich der Druckbehälter kann es aufgrund seiner guten Korrosionsbeständigkeit und Schweißleistung zur Herstellung von Behältern zur Lagerung verschiedener Flüssigkeiten oder Gase verwendet werden; In Kühlgeräten werden seine Kältezähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zur Herstellung von Kühlwagenaufbauten, Kühlhauswandpaneelen usw. genutzt.

Fazit

Die vier Aluminiumwerkstoffe 6061-T6, 6063, 7075 und 5083 weisen offensichtliche Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung, den physikalischen Eigenschaften, den mechanischen Eigenschaften, den Verarbeitungseigenschaften, dem Wärmebehandlungsprozess, der Korrosionsbeständigkeit und den Anwendungsbereichen auf. In tatsächlichen technischen Anwendungen ist es notwendig, geeignete Aluminiummaterialien umfassend zu berücksichtigen und auszuwählen, basierend auf spezifischen Anwendungsanforderungen, wie z. B. Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitungsschwierigkeiten, Kosten und anderen Faktoren. Nur so können die Vorteile von Aluminiumwerkstoffen voll ausgenutzt werden, um den Anforderungen verschiedener Bereiche und Ingenieurprojekte gerecht zu werden und die Entwicklung und den Fortschritt verwandter Industrien zu fördern. Ob im High-Tech-Bereich der Luft- und Raumfahrt oder in gewöhnlichen Industrien wie der Gebäudedekoration und der Herstellung von Dingen des täglichen Bedarfs, diese Aluminiumwerkstoffe spielen eine unersetzliche und wichtige Rolle. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Materialwissenschaft und -technologie wird ihre Leistung weiter optimiert und erweitert und ihre Anwendungsaussichten werden breiter.