In unserem täglichen Leben interagieren wir ständig mit verschiedenen Metallmaterialien. Haben Sie sich jemals gefragt, aus welchem Metall das Gehäuse Ihres Smartphones besteht? Oder warum sind Autos und Fahrräder so leicht und dennoch stabil? Die Antwort auf diese Fragen liegt oft in einem Metall, das wir oft übersehen, das aber eine entscheidende Rolle spielt: Aluminium.
Aluminium und seine Legierungen sind bekannt für ihre Eigenschaften wie Leichtigkeit, hohe Duktilität, gute Korrosionsbeständigkeit, hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, einfaches Recycling und hervorragende Bearbeitbarkeit. Sie sind nicht nur entscheidende Materialien für die Herstellung elektronischer Produkte und Fahrzeuge, werden aber auch häufig in der Bau-, Verpackungs- und Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.
Unter den Aluminiumlegierungen sind die Aluminiumlegierungen 6061 und 7075 aufgrund ihrer hervorragenden Leistung besonders beliebt. Was sind also die Vorteile und Eigenschaften dieser beiden Aluminiumlegierungen? Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? In diesem Artikel werden wir die Antworten einzeln veröffentlichen.
Ein Überblick über 6061 Aluminium
6061 Aluminium, abgeleitet von der 6XXX-Serie, ist die am häufigsten verwendete Aluminiumlegierung für den allgemeinen Gebrauch. Es enthält Magnesium, Silizium und Eisen als Hauptlegierungselemente, die zu einem guten Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität beitragen. Aluminium 6061 weist eine hervorragende Formbarkeit, Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit auf. Darüber hinaus weist es eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf, selbst wenn die Oberfläche zerkratzt ist. Wenn zusätzlicher Schutz erforderlich ist, kann es eloxiert werden, um eine dünne Schutzschicht hinzuzufügen, die in verschiedenen Farben erhältlich sein kann.
6061-Aluminium verfügt außerdem über eine hervorragende Wärmebehandelbarkeit. Gängige wärmebehandelte Bedingungen wie T4, T6 und T651 können seine mechanischen Eigenschaften erheblich verbessern, seine Leistung verbessern und es für bestimmte Anwendungen besser geeignet machen.
Erwähnenswert ist, dass innerhalb der 6XXX-Reihe von Aluminiumlegierungen auch 6063 eine beliebte Wahl ist, mit Magnesium und Silizium als Hauptlegierungselementen. Es bietet eine hervorragende Formbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit und ist daher für Extrusionsprozesse äußerst bevorzugt. Allerdings ist seine Festigkeit nur etwa halb so hoch wie die von 6061 und wird daher hauptsächlich in architektonischen und dekorativen Anwendungen verwendet, bei denen eine hohe Festigkeit nicht entscheidend ist, wie zum Beispiel Fensterrahmen und dekorative Türrahmen.
Anwendung von 6061 Aluminium
6061-Aluminium wird häufig in verschiedenen strukturellen und technischen Anwendungen verwendet, die eine bestimmte Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern, wie zum Beispiel:
Bau von Brücken, Dächern und anderen Strukturelementen.
Automobilkomponenten wie Autorahmen, Fahrgestelle und Räder.
Rümpfe, Decks und andere Strukturbauteile im Boots- und Schiffbau.
Elektrische Steckverbinder, Kühlkörper und Gehäuse in elektronischen Geräten.
Präzisionsgefertigte Teile, Werkzeuge und Vorrichtungen.
Sportartikel wie Campingausrüstung, Angelruten und Wanderstöcke.
Ein Überblick über 7075 Aluminium
7075-Aluminium, abgeleitet von der 7XXX-Serie, enthält Kupfer und Zink als Hauptlegierungselemente. Es ist für seine überlegene Ermüdungsbeständigkeit bekannt und eine der höchstfesten verfügbaren Aluminiumlegierungen, vergleichbar mit vielen Stählen. Die Aluminiumlegierung „Trotz 7075“ ist außerdem gut wärmebehandelbar, wodurch sie durch Wärmebehandlung eine extrem hohe Festigkeit und einen unterschiedlichen Widerstand gegen Spannungsrisskorrosion erreichen kann. Zu den üblichen wärmebehandelten Zuständen gehören T6, T651, T73 und T76. Aufgrund seiner hohen Festigkeit behält 7075 eine gute Bearbeitbarkeit bei und kann mit engen Toleranzen bearbeitet werden, erfordert jedoch im Vergleich zu 6061 mehr Leistung und spezielle Werkzeuge. Allerdings ist 7075 eine schlechte Wahl zum Schweißen und nicht so korrosionsbeständig wie 6061, weshalb häufig Schutzmaßnahmen erforderlich sind Beschichtungen und sind mit höheren Kosten verbunden.
Die Aluminiumlegierung 7075 ist außerdem gut wärmebehandelbar, wodurch sie durch Wärmebehandlung eine extrem hohe Festigkeit und einen unterschiedlichen Widerstand gegen Spannungsrisskorrosion erreichen kann. Zu den üblichen wärmebehandelten Zuständen gehören T6, T651, T73 und T76.
Anwendung von 7075 Aluminium
7075-Aluminium wird hauptsächlich in leistungsstarken Struktur- und Ingenieuranwendungen verwendet, die ein außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Ermüdungsbeständigkeit erfordern, insbesondere in:
Flugzeugstrukturen, einschließlich Flügel, Rumpfrahmen und andere kritische Komponenten.
Militärische Hardware wie Panzerungen, Waffen und Raketenkomponenten.
Hochleistungssportartikel wie hochwertige Fahrräder, Kletterausrüstung und Wettkampfsportausrüstung.
Bremssysteme, Motorträger, Rahmen, Radnaben und andere Teile von Automobilen, Zügen und Schiffen.
Druckgussformen, Extrusionsformen, Präzisionsverarbeitungsgeräte, Automatisierungsgeräte und andere Maschinenherstellung.
Eigenschaftenvergleich: 6061 vs. 7075 Aluminium
Als Nächstes unterscheiden wir diese beiden Legierungen anhand ihrer chemischen Zusammensetzung, Dichte, mechanischen Eigenschaften, chemischen Eigenschaften, Schweißbarkeit und Kosten.
Zusammensetzung
Element
6061 Aluminium
7075 Aluminium
Aluminium (Al)
97,9 %
90,0 %
Zink (Zn)
-
5,6 %
Magnesium (Mg)
1,0 %
2,5 %
Chrom (Cr)
0,2 %
0,23 %
Kupfer (Cu)
0,28 %
1,6 %
Silizium (Si)
0,6 %
-
In der Aluminiumlegierung 6061 verbindet sich Magnesium (Mg) mit Silizium (Si) zu Mg2Si-Ausscheidungen, was die Festigkeit der Legierung deutlich erhöht.
In der Aluminiumlegierung 7075 ist Zink (Zn) das Hauptlegierungselement. Sein Gehalt von bis zu 5,6 % ist für die bemerkenswerte Festigkeit und Härte der Legierung verantwortlich und macht sie für Anwendungen mit hoher Beanspruchung geeignet. Mg soll mit Zn und Cu interagieren, um festigende Ausscheidungen zu bilden, die die außergewöhnliche Festigkeit der Legierung erhöhen. Die Wirkung von Si wird von Zn und Mg in 7075 überschattet, wobei seine Hauptaufgabe eher in der Verfeinerung der Kornstruktur während des Gießens liegt.
Dichte
Aluminium und seine Legierungen sind leicht und haben relativ ähnliche Dichten. Insbesondere enthalten die Aluminiumlegierungen 6061 und 7075 einen hohen Anteil an Aluminium und andere spezifische Mengen an Metallmaterialien mit unterschiedlichen Dichten. Die Dichten der beiden Legierungen variieren also nur geringfügig und betragen etwa 2,7 g/cm³ bzw. 2,81 g/cm³.
Diese leichte Dichteschwankung unterstreicht die grundlegende Zusammensetzung der Legierung und trägt zu ihrer weiten Verbreitung in verschiedenen Branchen bei, in denen Gewichtsreduzierung von entscheidender Bedeutung ist.
Mechanische Eigenschaften
Um einen intuitiven Vergleich zu ermöglichen, haben wir die Daten in der folgenden Tabelle zusammengestellt und den am häufigsten verwendeten wärmebehandelten Zustand T6 für die Aluminiumlegierungen 6061 und 7075 verglichen.
Artikel
6061 T6 Aluminium
7075 T6 Aluminium
Metrisch
Englisch
Metrisch
Englisch
Streckgrenze
276 MPa
40.000 psi
503 MPa
73.000 psi
Elastizitätsmodul
68,9 GPa
10.000 ksi
71,7 GPa
10.400 ksi
Wärmeleitfähigkeit
167 W/m-K
1160 BTU-in/hr-ft2_0F
130 W/m-K
900 BTU-in/hr-ft2_0F
Schmelzpunkt
1080-12050F
582 - 6520C
890-11750F
477-6350C
Elektrischer Widerstand
3,99 x 10-6 Ohm-cm
-
5,15 x 10-6 Ohm-cm
-
Härte (Brinell)
95
-
150
-
Bearbeitbarkeit
Gut
Gerecht
Streckgrenze
Unter Streckgrenze versteht man die maximale Spannung, der ein Material standhalten kann, bevor es eine dauerhafte plastische Verformung erfährt. Über diesen Punkt hinaus kehrt das Material nicht mehr in seine ursprüngliche Form zurück, wenn die Spannung entfernt wird. Die Streckgrenze von 7075-Aluminium ist viel höher als die von 6061, was hauptsächlich auf den höheren Gehalt an Zink und Magnesium im 7075-Aluminium zurückzuführen ist. Diese Elemente bilden verstärkende Ausscheidungen, die die Festigkeit der Legierung erheblich erhöhen.
Obwohl 6061-Aluminium seine Festigkeit auch durch Wärmebehandlung und Ausscheidungshärtung verbessert, sind seine Hauptlegierungselemente Magnesium und Silizium in geringeren Mengen vorhanden, was zu einer relativ geringeren Festigkeit führt. Allerdings sollte 6061-Aluminium nicht als zerbrechlich angesehen werden, da seine Streckgrenze von 276 MPa nur geringfügig niedriger ist als die einiger kohlenstoffarmer Stähle.
Elastizitätsmodul
Der Elastizitätsmodul ist ein Maß für die Steifigkeit eines Materials. Es ist das Verhältnis von Spannung zu Dehnung innerhalb der Elastizitätsgrenze und stellt die Fähigkeit des Materials dar, einer Verformung unter einer aufgebrachten Last zu widerstehen. Ein höherer Elastizitätsmodul weist auf ein steiferes Material hin, das unter Belastung weniger zu Verformungen neigt.
7075 und 6061 haben ähnliche Elastizitätsmodule (71,7 GPa vs. 68,9 GPa). Dies liegt daran, dass der Elastizitätsmodul in erster Linie durch die atomare Bindung innerhalb des Materials bestimmt wird und nicht durch die spezifischen Legierungselemente oder Wärmebehandlungsprozesse, die zur Herstellung der Legierungen verwendet werden.
Wärmeleitfähigkeit
Obwohl alle Formen von Aluminiumlegierungen gute Wärmeleiter sind, können verschiedene Legierungselemente die Mikrostruktur von Aluminium verändern und dadurch seine Wärmeleitfähigkeit beeinflussen. Die Aluminiumlegierung 6061 hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit (167 W/m·K), vor allem weil ihre Legierungselemente Magnesium und Silizium nur einen minimalen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit der Aluminiummatrix haben. Im Gegensatz dazu weist die Aluminiumlegierung 7075 aufgrund ihres hohen Zink- und Kupfergehalts eine geringere Wärmeleitfähigkeit (130 W/m·K) auf. Diese Elemente bilden komplexe Verbindungen und Niederschläge, die den Wärmefluss streuen und dadurch die Gesamtwärmeleitfähigkeit verringern.
Härte
Die Härte der 7075-Aluminiumlegierung ist im Allgemeinen höher als die von 6061. In 7075-Aluminium begünstigt der hohe Gehalt an Zink und Magnesium die Bildung zahlreicher MgZn2-Ausscheidungen, die außergewöhnlich hart sind, wodurch die Gesamthärte von 7075-Aluminium deutlich verbessert wird. Die Anwesenheit von Kupfer verstärkt diesen Effekt zusätzlich. Obwohl Kupfer allein nur minimal zur Härte beiträgt, verbessert seine Wechselwirkung mit Zink und Magnesium die mechanischen Eigenschaften des Materials.
Umgekehrt verbessern die durch Magnesium und Silizium gebildeten Mg2Si-Ausscheidungen bei 6061-Aluminium zwar die Härte, aufgrund ihres geringeren Gehalts ist die Verbesserung jedoch begrenzt. Die T6-Vergütung von 6061-Aluminium ist speziell darauf ausgelegt, Festigkeit und Bearbeitbarkeit in Einklang zu bringen.
Bearbeitbarkeit
Sowohl die Aluminiumlegierungen 6061 als auch 7075 verfügen über lobenswerte Bearbeitbarkeitseigenschaften. Höhere Härte und Festigkeit erschweren jedoch im Allgemeinen das Schneiden und Formen und erhöhen die Schwierigkeit der maschinellen Bearbeitung. Aus diesem Grund ist die Bearbeitung von 7075-Aluminium schwieriger.
Im Gegensatz dazu lässt sich 6061-Aluminium leicht schneiden, fräsen, bohren und gießen und weist aufgrund seiner mäßigen Festigkeit, Duktilität und geringeren Schnittkräfte während der Bearbeitung eine bessere Bearbeitbarkeit auf als 7075-Aluminium. Daher ist die Aluminiumlegierung 6061 die erste Wahl für zahlreiche bearbeitete Komponenten, da sie Bearbeitbarkeit harmonisch mit Festigkeit und anderen wünschenswerten Eigenschaften verbindet.
Chemische Eigenschaften
Hier konzentrieren wir uns hauptsächlich auf Korrosionsbeständigkeit und Eloxierung, um die Unterschiede ihrer chemischen Eigenschaften zu überprüfen.
Korrosionsbeständigkeit
Die Aluminiumlegierung 6061 weist im Vergleich zu 7075 eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit auf. Dies liegt daran, dass 6061 Magnesium und Silizium enthält und einen geringeren Kupfergehalt hat. Die durch Magnesium und Silizium in der Aluminiummatrix gebildeten Ausscheidungen wie Mg2Si beeinträchtigen die Korrosionsbeständigkeit der Legierung nicht wesentlich. Im Gegenteil trägt die gleichmäßige Verteilung dieser Ausscheidungen dazu bei, lokale Korrosion zu verhindern. Im Gegensatz dazu bildet der hohe Gehalt an Zink und Kupfer in der Aluminiumlegierung 7075 korrosionsanfällige Ausscheidungen wie Al2CuMg und MgZn2. Diese Ausscheidungen führen zu lokalisierten galvanischen Zellen, wodurch die Legierung anfälliger für Korrosion wird, wenn sie feuchten oder korrosiven Umgebungen ausgesetzt wird. Darüber hinaus fördert die Anwesenheit von Kupfer zusätzlich Lochfraß und Spaltkorrosion.
Eloxieren
Beim Eloxieren handelt es sich um einen elektrolytischen Passivierungsprozess, der die Dicke der natürlichen Oxidschicht auf der Oberfläche von Aluminium und seinen Legierungen erhöht. Dieser Prozess verbessert die Korrosionsbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und die Fähigkeit, Farbstoffe oder andere Beschichtungen aufzunehmen.
Sowohl die Aluminiumlegierungen 6061 als auch 7075 können erfolgreich eloxiert werden, um eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Oberflächeneigenschaften zu erzielen. 6061-Aluminium lässt sich mit seiner gleichmäßigeren Mikrostruktur leichter eloxieren und bildet eine gleichmäßige, dichte und stark haftende Oxidschicht. Andererseits neigt das Eloxieren von 7075-Aluminium aufgrund des hohen Zink- und Kupfergehalts dazu, eine Oxidschicht mit ungleichmäßiger Dicke und vielen lokalen Poren zu erzeugen. Die Oxidschicht auf 7075 neigt auch dazu, eine schwächere Haftung auf dem Substrat zu haben, wodurch sie anfällig für Abblättern oder Risse wird. Daher kann das Eloxieren von 7075-Aluminium strengere Qualitätskontrollmaßnahmen und höhere Kosten erfordern, um eine gleichmäßige und fehlerfreie Oxidschicht sicherzustellen.
Schweißbarkeit
6061 Aluminium ist für seine hervorragende Schweißbarkeit bekannt. Seine mäßige Festigkeit und gute Beständigkeit gegen Rissbildung beim Schweißen tragen zu seiner allgemeinen Schweißbarkeit bei. Diese Legierung kann mit verschiedenen Methoden geschweißt werden, einschließlich Metall-Schutzgasschweißen (GMAW), Wolfram-Schutzgasschweißen (GTAW) und Widerstandsschweißen.
Obwohl die Aluminiumlegierung 7075 auch schweißbar ist, stellt sie im Vergleich zu Aluminium 6061 größere Herausforderungen. Die hohe Festigkeit und Härte der Legierung kann zu erhöhter Spannung und Rissbildung in den Schweißverbindungen führen. Da außerdem der Schmelzpunkt von Zink viel niedriger ist als der von Aluminium, schmilzt Zink während des Schweißvorgangs vor Aluminium. Das frühe Schmelzen und Verflüchtigen von Zink führt zur Bildung zinkreicher Phasen im Schweißbereich, die während des Schweißprozesses zu Porosität und Rissbildung neigen und dadurch die Schweißqualität beeinträchtigen. Wenn 7075-Aluminiumteile verbunden werden müssen, können diese nur mit Nieten oder anderen Befestigungsmitteln verbunden werden.
Kosten
Im Allgemeinen ist 7075-Aluminium tendenziell teurer als 6061-Aluminium. 7075 enthält vor allem einen höheren Anteil an Zink und Kupfer, die teurer sind, was zu höheren Rohstoffkosten führt. Darüber hinaus ist die Verarbeitbarkeit der Aluminiumlegierung 7075 relativ schlecht, insbesondere bei Schneid- und Schweißprozessen, die höhere technologische Anforderungen und Kosten erfordern. Darüber hinaus führen die hohe Härte und Festigkeit von 7075 zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß und längeren Bearbeitungszeiten, wodurch die Herstellungskosten steigen.
6061 vs. 7075 Aluminium: Welches ist besser für Ihre Anwendung?
Bisher haben wir ein umfassendes Verständnis der Unterschiede zwischen den Aluminiumlegierungen 6061 und 7075. Beide verfügen über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und werden häufig verwendet. Aber welches ist für Ihre Bewerbung besser geeignet? Die Auswahl hängt in erster Linie von spezifischen Nutzungsumgebungen, Leistungsanforderungen und Kostenüberlegungen ab. Nachfolgend haben wir einige Ratschläge zusammengefasst, die Ihnen helfen sollen, fundierte Entscheidungen zu treffen.
1. Im Allgemeinen kann die Aluminiumlegierung 6061 die erste Wahl sein. Denn es ist kostengünstiger und lässt sich durch die gute Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit leichter verarbeiten. Trotz seiner mittleren Festigkeit kann 6061-Aluminium die Anforderungen für ein breites Anwendungsspektrum im Baugewerbe, im Transportwesen und in der Elektronik erfüllen.
2. Wenn Ihre Produkte in Meeresumgebungen verwendet werden, ist es besser, 6061-Aluminium zu wählen. Dabei geht es nicht nur um die höhere Korrosionsbeständigkeit von 6061 im Vergleich zu 7075, sondern auch um Bedenken hinsichtlich der wirtschaftlichen Eignung der ausgewählten Legierung. Obwohl beide Legierungen durch geeignete Oberflächenbehandlungen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweisen, scheint das unter solchen Bedingungen verwendete 7075-Aluminium sein Potenzial für andere anspruchsvolle Anwendungen zu verschwenden
3. In den folgenden Situationen ist 7075-Aluminium effektiver, um die Funktionen Ihrer Anwendung zu erreichen.
Die Kosten stehen nicht im Vordergrund.
Höhere Festigkeit und Härte sind erforderlich. Dies gilt vor allem für Bereiche wie die Luft- und Raumfahrt, das Militär und den High-End-Automobilbau.
Ihre Produkte werden langfristig zyklischer Belastung ausgesetzt. Denn die gute Ermüdungsbeständigkeit von 7075-Aluminium kann unter solchen Umständen eine stabile Leistung aufrechterhalten.
Abschluss
Aluminiumlegierungen gehören zu den am häufigsten verwendeten Metallen für Herstellungsprozesse. Angesichts der großen Auswahl an verfügbaren Aluminiumlegierungen wäre es jedoch verwirrend, die richtige für Ihr Projekt auszuwählen. Als einer der größten ISO 9001-zertifizierten Hersteller, der sich auf kundenspezifische Hardwareteile in China spezialisiert hat, können unsere Experten Sie bei der Materialauswahl unterstützen. Wenn Sie nach CNC-Bearbeitungsdienstleistungen oder Aluminiumextrusionsdienstleistungen für Ihr 6061- oder 7075-Aluminiumprojekt suchen, können Sie sich gerne an uns wenden.
