Welche Aluminiumlegierung ist die richtige für Ihr Projekt: AL6061 oder AL6063? Beide sind sehr beliebt, aber sie haben unterschiedliche Eigenschaften und Anwendungen. In diesem Artikel gehen wir auf ihre Unterschiede in Bezug auf Festigkeit, Verarbeitbarkeit und ideale Einsatzmöglichkeiten ein. Am Ende werden Sie wissen, welche Legierung für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist, egal ob es sich um Strukturteile, Rahmen oder dekorative Teile handelt. Machen Sie sich bereit, eine fundierte Entscheidung für Ihr nächstes aluminiumbasiertes Projekt zu treffen.
Derzeit ist Aluminium das am häufigsten verwendete Material für elektronische Kühlkörper. Seine Eigenschaften sind aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit, seiner niedrigen Kosten und seiner hohen Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion sehr gut für die Herstellung von Kühlkörpern geeignet.
Im Folgenden werden die Eigenschaften von reinem Aluminium und Aluminiumlegierungen, die in der Kühlkörperindustrie verwendet werden, vorgestellt, um ein besseres Verständnis von Aluminium und Aluminiumlegierungen zu vermitteln.
Die Dichte:
Aluminium ist ein sehr leichtes Metall mit einer Dichte von 2,72 g/cm³, etwa einem Drittel der Dichte von reinem Kupfer.
Elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit:
Aluminium hat eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit. Wenn die Querschnittsfläche und Länge von Aluminium die gleiche ist wie Kupfer, ist die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium etwa 61% von Kupfer.
Wenn das Gewicht von Aluminium gleich dem von Kupfer ist, aber die Querschnittsfläche unterschiedlich ist (bei gleicher Länge), ist die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist 200% der von Kupfer.
Chemische Eigenschaften:
Es hat eine gute Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion, da sich auf seiner Oberfläche eine dichte Aluminiumoxidschicht bildet, die eine weitere Oxidation des inneren Metalls verhindert. Aluminium reagiert nicht mit konzentrierter Salpetersäure, organischen Säuren oder Lebensmitteln.
Struktur:
Aluminium hat eine kubisch-flächenzentrierte Struktur. Industrielles Reinaluminium hat eine extrem hohe Plastizität (ψ=80%) und kann leicht verschiedene Formgebungsverfahren.
Seine Festigkeit ist jedoch zu gering (σb beträgt etwa 69 MPa), so dass reines Aluminium nur nach einer Verfestigung durch Kaltverformung oder Legierung als Konstruktionsmaterial verwendet werden kann.
Andere Eigenschaften:
Aluminium ist nicht magnetisch, funkenfrei und hat gute Reflexionseigenschaften. Es kann sowohl sichtbares Licht als auch ultraviolettes Licht reflektieren.
Zu den Verunreinigungen in Aluminium gehören Silizium und Eisen. Je höher der Gehalt an Verunreinigungen ist, desto geringer ist die elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Plastizität.
Durch Hinzufügen geeigneter Legierungselemente und dann kalt- oder wärmebehandelt wird, können bestimmte Eigenschaften erheblich verbessert werden.
Die am häufigsten verwendeten Legierungselemente in Aluminium sind Kupfer, Magnesium, Silizium, Mangan und Zink.
Diese Elemente werden manchmal einzeln oder in Kombination zugesetzt, und manchmal werden Spurenmengen von TitanBor, Chrom und andere Elemente werden ebenfalls hinzugefügt.
Je nach Zusammensetzung und Herstellungsverfahren lassen sich Aluminiumlegierungen in zwei Kategorien einteilen: Aluminiumguss Legierungen und Aluminium-Knetlegierungen.
Geschmiedet Aluminiumlegierungen: Diese Art von Aluminiumlegierung wird in der Regel durch Warm- oder Kaltpressen, wie z. B. Walzen, Strangpressen usw., zu Blechen, Rohren, Stangen und verschiedenen Profilen verarbeitet. Diese Art von Legierung erfordert eine relativ hohe Plastizität, so dass der Legierungsgehalt relativ niedrig ist.
Aluminiumgusslegierungen werden direkt in Sandformen gegossen, um Teile mit komplizierte Formen. Diese Art von Legierung erfordert eine gute Gießbarkeit, d.h. eine gute Fließfähigkeit. Wenn der Legierungsgehalt niedrig ist, eignet sie sich für die Herstellung von Aluminium-Knetlegierungen, und wenn der Legierungsgehalt hoch ist, eignet sie sich für die Herstellung von Aluminium-Gusslegierungen.
Der Elastizitätsmodul von Aluminiumlegierungen ist klein, nur etwa 1/3 von Stahl, d.h. bei gleicher Belastung und gleichem Querschnitt ist die elastische Verformung von Aluminiumlegierungen dreimal so groß wie die von Stahl. Obwohl ihre Festigkeit nicht hoch ist, haben sie eine gute seismische Leistung.
Der Härtebereich von Aluminiumlegierungen (einschließlich Glühen und Alterungshärtung) beträgt 20-120 HB. Die härteste Aluminiumlegierung ist weicher als Stahl.
Die Zugfestigkeit von Aluminiumlegierungen reicht von 90 MPa (reines Aluminium) bis 600 MPa (superhartes Aluminium) und ist damit deutlich geringer als die von Stahl.
Der Schmelzpunkt von Aluminiumlegierungen ist niedriger (im Allgemeinen um 600 °C, während Stahl bei etwa 1450 °C liegt).
Aluminiumlegierungen weisen sowohl bei Raumtemperatur als auch bei hohen Temperaturen eine ausgezeichnete Plastizität auf und können zur Herstellung von Strukturteilen mit äußerst komplexen Querschnittsformen, dünnen Wänden und hoher Maßgenauigkeit im Strangpressverfahren verwendet werden.
Neben den geeigneten mechanischen Eigenschaften weisen Aluminiumlegierungen auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie Reflexionsvermögen auf.
σb: Die Zugfestigkeit (Grenzfestigkeit) ist die maximale Spannung, die der maximalen Belastung entspricht, der die Probe vor dem Bruch standhalten kann, geteilt durch die ursprüngliche Querschnittsfläche.
ψ: Die Flächenverringerung ist der relative Schrumpfungswert der Querschnittsfläche der Probe nach dem Bruch, der gleich der absoluten Schrumpfung der Querschnittsfläche geteilt durch die ursprüngliche Fläche der Probe ist.
Plastizität: Die Fähigkeit eines Metalls, sich plastisch zu verformen (d. h. Restverformung), bevor es bricht.
1. Reines Aluminium (Aluminiumgehalt nicht weniger als 99,00%): 1XXX
2. Die Legierungsgruppen werden nach den folgenden Hauptlegierungselementen unterteilt:
Die Gruppe 1XXX steht für reines Aluminium (mit einem Aluminiumgehalt von mindestens 99,00%), und die letzten beiden Ziffern geben den Mindestprozentsatz an Aluminium an, wobei die Dezimalstellen hinter den beiden Ziffern stehen.
Die zweite Ziffer der Legierungsbezeichnung gibt den Kontrollstatus der Grenzwerte für Verunreinigungen oder Legierungselemente an. Ist die zweite Ziffer 0, so bedeutet dies, dass für den Grenzwert der Verunreinigung keine besondere Kontrolle besteht. Die Ziffern 1-9 bedeuten, dass für einen oder mehrere einzelne Verunreinigungs- oder Legierungselement-Grenzwerte eine besondere Kontrolle besteht.
Die letzten beiden Ziffern in den Bezeichnungen 2XXX-8XXX haben keine besondere Bedeutung und werden nur zur Unterscheidung verschiedener Legierungen innerhalb derselben Gruppe verwendet. Die zweite Ziffer steht für den Härtezustand. Wenn die zweite Ziffer 0 ist, bedeutet dies die ursprüngliche Legierung. Bei den Ziffern 1-9 handelt es sich um eine modifizierte Legierung.
6063-T5 Aluminium-Zusammensetzung Standard-Inhaltstabelle:
Hinweis: Der Inhalt wird in Prozent angegeben (%).
| Komponente | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Cr | Ti |
| Standard-Inhalt | 0.2~0.6 | ≤0.35 | ≤0.1 | ≤0.1 | 0.45~0.9 | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.1 |
Derzeit werden in der Kühlerindustrie hauptsächlich die folgenden Aluminiumlegierungen verwendet:
1. Al6063/Al6061: Aufgrund seiner hervorragenden Plastizität eignet es sich für das Extrusionsverfahren zur Herstellung von Profilheizkörpern. Mit ausgereifter Technologie, niedrigem Preis und guter Bearbeitbarkeit kann es fast jede Form von Heizkörpern herstellen.
2. Aluminiumguss: Hauptsächlich für große, unregelmäßig geformte Heizkörper und integrierte Heizkörper für Geräteschränke verwendet.
3. LF/LY-Reihe: Hauptsächlich verwendet in Kühlern von elektronischen Geräten unter besonderen Betriebsbedingungen. Die Betriebsumgebung stellt bestimmte Anforderungen an die Härte und Korrosionsbeständigkeit. LY12 ist derzeit weit verbreitet.
Wärmebehandlung für Aluminium legierte Gussteile umfasst die Auswahl einer bestimmten Wärmebehandlungsspezifikation, die Steuerung der Erhitzungsgeschwindigkeit, um eine bestimmte Temperatur zu erreichen, die Aufrechterhaltung dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit und die anschließende Abkühlung mit einer bestimmten Geschwindigkeit, um die Struktur der Legierung zu verändern.
Ihr Hauptzweck besteht darin, die mechanischen Eigenschaften der Legierung zu verbessern, ihre Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, ihre Verarbeitungseigenschaften zu verbessern und Maßhaltigkeit zu erreichen.
7.1.1 Merkmale der Wärme Behandlung von Aluminiumlegierungen
Wie wir alle wissen, erlangt Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt nach dem Abschrecken sofort eine hohe Härte, aber seine Plastizität ist sehr gering.
Dies ist bei Aluminiumlegierungen jedoch nicht der Fall. Nach dem Abschrecken ist die Festigkeit und Härte von Aluminiumlegierungen nehmen nicht sofort zu, und ihre Plastizität nimmt sogar zu, anstatt abzunehmen.
Die Festigkeit und Härte der abgeschreckten Legierung nimmt jedoch deutlich zu, während die Plastizität nach einer gewissen Zeit (z. B. 4-6 Tage) abnimmt.
Dieses Phänomen, bei dem die Festigkeit und Härte von abgeschreckten Aluminiumlegierungen im Laufe der Zeit deutlich zunimmt, wird als Alterung bezeichnet.
Die Alterung kann bei Raumtemperatur erfolgen, was als natürliche Alterung bezeichnet wird, oder sie kann in einem bestimmten Temperaturbereich oberhalb der Raumtemperatur (z. B. 100-200 °C) erfolgen, was als künstliche Alterung bezeichnet wird.
7.1.2 Grundsätze der Aushärtung von Aluminiumlegierungen
Die Aushärtung von Aluminiumlegierungen ist ein komplexer Prozess, der nicht nur von der Zusammensetzung der Legierung und dem Alterungsprozess abhängt, sondern auch von etwaigen Defekten, die durch die Schrumpfung während der Produktion verursacht werden, insbesondere von der Anzahl und Verteilung der Leerstellen und Versetzungen. Es wird allgemein angenommen, dass die Alterungshärtung das Ergebnis der Anhäufung gelöster Atome ist, die eine Härtungszone bilden.
Wenn Aluminiumlegierungen abgeschreckt und erhitzt werden, bilden sich Hohlräume in der Legierung. Während des Abschreckens haben diese Hohlräume aufgrund der schnellen Abkühlung nicht genügend Zeit, sich zu bewegen, so dass sie sich im Kristall "festsetzen".
Die meisten dieser freien Stellen im übersättigten Mischkristall verbinden sich mit gelösten Atomen. Da sich der übersättigte Mischkristall in einem instabilen Zustand befindet, wird er sich unweigerlich in Richtung Gleichgewicht bewegen.
Das Vorhandensein von Hohlräumen beschleunigt die Diffusionsgeschwindigkeit der gelösten Atome und damit die Aggregation der gelösten Atome.
Die Größe und Anzahl der Härtezonen hängt von der Abschrecktemperatur und der Abkühlgeschwindigkeit ab.
Je höher die Abschrecktemperatur, desto höher die Hohlraumkonzentration, desto mehr Härtezonen und desto kleiner deren Größe.
Je schneller die Abkühlungsgeschwindigkeit, desto mehr feste Hohlräume im Mischkristall, was dazu beiträgt, die Anzahl der Härtezonen zu erhöhen und ihre Größe zu verringern.
Ein grundlegendes Merkmal von ausscheidungsgehärteten Legierungssystemen ist die Gleichgewichtslöslichkeit, die sich mit der Temperatur ändert, d. h. die Löslichkeit nimmt mit steigender Temperatur zu.
Die meisten Aluminiumlegierungen, die zur Verfestigung wärmebehandelt werden können, erfüllen diese Bedingung.
Die für die Ausscheidungshärtung erforderliche Löslichkeits-Temperatur-Beziehung lässt sich anhand der Al-4Cu-Legierung des Aluminium-Kupfer-Systems erklären.
Abbildung 3-1 zeigt das binäre Phasendiagramm des aluminiumhaltigen Teils des Aluminium-Kupfer-Systems. Die eutektische Umwandlung L→α+θ (Al2Cu) findet bei 548℃ statt.
Die maximale Löslichkeit von Kupfer in der α-Phase beträgt 5,65% (548℃), und die Löslichkeit nimmt mit abnehmender Temperatur stark ab, bis auf etwa 0,05% bei Raumtemperatur.
Während des Alterungswärmebehandlungsprozesses erfährt die Legierung mehrere Veränderungen in ihrer Struktur, darunter die folgenden:
7.1.2.1 Bildung von Aggregatzonen gelöster Atome - G-(Ⅰ)-Zonen
In dem frisch abgeschreckten übersättigten Mischkristall ist die Verteilung der Kupferatome im Aluminiumgitter zufällig und ungeordnet.
In der Anfangsphase der Alterung, d. h. bei niedrigen Alterungstemperaturen oder kurzen Alterungszeiten, lagern sich Kupferatome an bestimmten Kristallflächen der Aluminiummatrix an und bilden so die sogenannten G-(Ⅰ)-Zonen, in denen sich gelöste Atome anlagern.
Die G-(Ⅰ)-Zonen stehen in einer kohärenten Beziehung zur Matrix α, und diese Aggregate bilden kohärente Dehnungsbereiche, die die Verformungsbeständigkeit verbessern und so die Festigkeit und Härte der Legierung erhöhen.
7.1.2.2 Geordnete Anordnung von G-Zonen - Bildung von G-(Ⅱ)-Zonen
Wenn die Alterungstemperatur steigt oder die Alterungszeit sich verlängert, aggregieren die Kupferatome weiter und werden geordnet, wobei sich G-P(Ⅱ)-Zonen bilden.
Diese Zonen haben immer noch eine kohärente Beziehung zur Matrix α, sind aber größer als die G-P(Ⅰ)-Zonen.
Sie können als Übergangsstadien betrachtet werden und werden häufig durch θ" dargestellt.
Sie weisen eine stärkere Verformung auf als die sie umgebenden G-P(Ⅰ)-Zonen, was die Bewegung von Versetzungen weiter behindert und den Effekt der Alterungsbeständigkeit verstärkt.
Die Ausscheidung der θ"-Phase ist das Stadium, in dem die Legierung ihre maximale Festigkeit erreicht.
7.1.2.3 Bildung der Übergangsphase θ′
Im weiteren Verlauf des Alterungsprozesses aggregieren die Kupferatome weiterhin in den G-P(Ⅱ)-Zonen und bilden die Übergangsphase θ′, wenn das Verhältnis von Kupferatomen zu Aluminiumatomen 1:2 wird.
Da sich die Gitterkonstante von θ′ stark verändert, beginnt seine kohärente Beziehung zur Matrix zu zerbrechen, wenn er sich bildet, d. h. er geht von vollständiger Kohärenz zu partieller Kohärenz mit der Matrix über.
Daher wird die kohärente Verzerrung um die θ′-Phase schwächer, und die behindernde Wirkung auf die Versetzungsbewegung nimmt ebenfalls ab, was zu einem Rückgang der Härte der Legierung führt.
Es zeigt sich, dass die kohärente Verformung ein wichtiger Faktor für die Alterungsverfestigung von Legierungen ist.
7.1.2.4 Bildung der stabilen θ-Phase
Die Übergangsphase scheidet sich vollständig aus dem Aluminium-Mischkristall aus und bildet eine unabhängige stabile Phase Al2Cu mit einer klaren Grenzfläche zur Matrix, die so genannte θ-Phase.
Zu diesem Zeitpunkt ist die kohärente Beziehung zwischen der θ-Phase und der Matrix vollständig unterbrochen, und sie hat ihr eigenes unabhängiges Gitter, und ihre Verzerrung verschwindet.
Mit der Erhöhung der Alterungstemperatur oder der Verlängerung der Alterungszeit aggregieren die Partikel der θ-Phase und werden länger, und die Festigkeit und Härte der Legierung nehmen weiter ab. Die Legierung wird weicher und wird "überaltert". Die θ-Phase aggregiert und wird dicker.
Die Alterungsprinzipien und allgemeinen Regeln für binäre Aluminium-Kupfer-Legierungen gelten auch für andere industrielle Aluminiumlegierungen.
Die Legierungstypen, die gebildeten G-P-Zonen, die Übergangsphasen und die schließlich ausgeschiedenen stabilen Phasen sind jedoch alle unterschiedlich und führen zu unterschiedlichen Auswirkungen der Alterungsbeständigkeit.
Selbst bei ein und derselben Legierung kann der Alterungsprozess nicht vollständig nacheinander ablaufen. So hören einige Legierungen während der natürlichen Alterung in den Bereichen G-P(Ⅰ) bis G-P(Ⅱ) auf.
Bei der künstlichen Alterung kann die Legierung bei einer zu hohen Alterungstemperatur direkt die Übergangsphase aus dem übersättigten Mischkristall ausscheiden, ohne die G-P-Zone zu durchlaufen. Der Grad der Alterung wirkt sich direkt auf die Struktur und die Eigenschaften der Legierung nach der Alterung aus.
7.1.3 Faktoren, die die Alterung beeinflussen
7.1.3.1 Der Einfluss der Zeit zwischen Abschrecken und künstlicher Alterung
Studien haben ergeben, dass einige Aluminiumlegierungen, wie z. B. Al-Mg-Si-Legierungen, nach der künstlichen Alterung nicht ihre maximale Festigkeit erreichen, wenn sie vor der künstlichen Alterung bei Raumtemperatur verbleiben dürfen. Stattdessen nimmt ihre Duktilität zu.
Zum Beispiel für den ZL101 AluminiumgusslegierungWird das Material nach dem Abschrecken einen Tag lang bei Raumtemperatur belassen und dann künstlich gealtert, ist die Endfestigkeit 10-20 MPa niedriger als bei einer sofortigen Alterung nach dem Abschrecken, aber die Duktilität steigt im Vergleich zu letzterer.
7.1.3.2 Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung der Legierung
Ob eine Legierung durch Alterung verfestigt werden kann, hängt zunächst davon ab, ob sich die Elemente, aus denen die Legierung besteht, im Mischkristall auflösen können und inwieweit sich die Löslichkeit im Mischkristall mit der Temperatur ändert.
So ist beispielsweise die Feststofflöslichkeit von Silizium und Mangan in Aluminium relativ gering und variiert nicht stark mit der Temperatur, während Magnesium und Zink eine relativ große Feststofflöslichkeit im Aluminium-Mischkristall haben, aber die Strukturen der Verbindungen, die sie mit Aluminium bilden, unterscheiden sich nicht sehr von der Matrix, was zu minimalen Verstärkungseffekten führt.
Daher werden binäre Aluminium-Silizium-, Aluminium-Mangan-, Aluminium-Magnesium- und Aluminium-Zink-Legierungen in der Regel keiner Behandlung zur Verfestigung durch Alterung unterzogen.
Einige binäre Legierungen, wie z. B. Aluminium-Kupfer-Legierungen, und ternäre oder Mehrkomponenten-Legierungen, wie z. B. Aluminium-Magnesium-Silizium- und Aluminium-Kupfer-Magnesium-Silizium-Legierungen, weisen bei der Wärmebehandlung Löslichkeits- und Festkörperphasenübergänge auf und können durch Wärmebehandlung verfestigt werden.
7.1.3.3 Der Einfluss der Verarbeitungstechnologie von Mischkristallen
Zur Erzielung guter Alterungsverfestigungseffekte sind unter den Bedingungen der Vermeidung von Überhitzung, Verbrennung und Kornwachstum höhere Abschreckheiztemperaturen und längere Haltezeiten vorteilhaft, um einen gleichmäßig übersättigten Mischkristall mit maximaler Übersättigung zu erhalten.
Darüber hinaus sollte die Abkühlung beim Abschrecken nicht zur Ausscheidung der zweiten Phase führen; andernfalls wirkt die bereits ausgeschiedene Phase bei nachfolgenden Alterungsbehandlungen als Keim, was zu einer lokalen, ungleichmäßigen Ausscheidung führt und die Verstärkungswirkung der Alterung verringert.
Reines Aluminium wird meist in Umgebungen verwendet, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit erfordern, ist aber insgesamt nicht weit verbreitet. Die Aluminiumlegierung AL6061 hat mehrere Zustände: O, T4, T6, T451, T651, T6510, T6511.
Typische Anwendungen sind industrielle Strukturbauteile, die ein bestimmtes Maß an Festigkeit erfordern, hohe Schweißbarkeitund Korrosionsbeständigkeit. Diese Komponenten werden zur Herstellung von Lastwagen, Hochhäusern, Schiffen, Straßenbahnen, Schienenfahrzeugen, Möbeln, Stangen, Rohren und Profilen mit guten Eloxierungseigenschaften verwendet.
Die Aluminiumlegierung AL6063 hat mehrere Zustände: O, T4, T83, T1, T5, T6. Es wird in der Regel als stranggepresstes Material für Bauprofile, Bewässerungsrohre, Rahmen für Fahrzeuge, Möbel, Aufzüge, Zäune und dekorative Komponenten in verschiedenen Farben für Flugzeuge, Schiffe, Leichtindustrie und Gebäude verwendet.
Unter den stranggepressten Materialien ist 6063 zweifellos die beste Wahl. Es lässt sich nach dem Strangpressen besser polieren und anodisieren als 6061.
6061 ist ein Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften wie 6063, gehört aber zu den Werkstoffen für Strukturbauteile. Zu seinen Eigenschaften gehören gute Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und strukturelle Festigkeit, aber es gibt immer noch kleine Unterschiede zwischen 6061 und 6063. Seine Extrusionsleistung ist geringer als die von 6063.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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