Die Stärke und Härte vonAluminiumlegierungenDie Grade der Legierung (z. B. 6061, 7075, 2024 usw.) und der Wärmebehandlungszustand (z. B. T4, T6, T651 usw.) unterscheiden sich erheblich.Leistungsdaten, Drucktragfähigkeit und Anwendungsfälle:
I. Vergleich der Festigkeit und Härte von gängigen Aluminiumlegierungen
1Aluminiumlegierung der Serie 6 (z. B. 6061-T6)
Stärke:
Zugfestigkeit: ≥ 290 MPa (entspricht etwa 29 kg Kraft pro Quadratmillimeter).
Leistungsfestigkeit: ≥ 240 MPa (kritische Spannung, bei der das Material eine dauerhafte Verformung erzeugen beginnt).
Härte:
Brinell-Härte (HB): ≥95 (äquivalent zur mit einer 10 mm großen Stahlkugel und einer Last von 3000 kg gemessenen Einbohrungshärte).
Merkmale: ausgewogene Gesamtleistung, Korrosionsbeständigkeit, einfache Verarbeitung, häufig in Fahrradrahmen, Skiern und mechanischen Teilen verwendet.
2Aluminiumlegierung der Serie 7 (z. B. 7075-T6)
Stärke:
Zugfestigkeit: ≥ 572 MPa (nahe dem Festigkeitsniveau von gewöhnlichem Stahl).
Leistungsfestigkeit: ≥ 503 MPa.
Härte:
Brinell-Härte (HB): ≥ 150 (Härte nahe der des mittleren Kohlenstoffstahls).
Eigenschaften: hohe Festigkeit und hohe Härte, allgemein als "Flugzeug-Aluminiumlegierung" bekannt, für Flugzeugstrukturteile, High-End-Formen und Rennwagenteile verwendet.
3. 2er ReiheAluminiumlegierung(beispielsweise 2024-T3)
Stärke:
Zugfestigkeit: ≥470 MPa.
Leistungsfestigkeit: ≥ 325 MPa.
Härte:
Brinell-Härte (HB): ≥ 120.
Eigenschaften: Die Festigkeit liegt nur an zweiter Stelle nach der 7er Serie, mit guter Zähigkeit, verwendet für Luftfahrtschalen und hochfeste Schrauben.
4. 5er ReiheAluminiumlegierung(beispielsweise 5052-H32)
Stärke:
Zugfestigkeit: ≥ 215 MPa.
Leistungsfestigkeit: ≥ 145 MPa.
Härte:
Brinell-Härte (HB): ≥ 60.
Eigenschaften: Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, mittlere Festigkeit, verwendet für Schiffsdecks, Druckbehälter und Kraftstofftanks für Automobile.
II. Druckträglichkeit: Wie kann sie quantifiziert werden?
Die "Drucklastfähigkeit" vonAluminiumlegierungenmuss umfassend in Kombination mit der Materialfestigkeit, dem Konstruktionsdesign und der Belastungsform (z. B. Kompression, Spannung und Scheren) bewertet werden:
1. Kompressionsfestigkeit (einheitliches Kompressionsszenario)
Bezug der Formel:
Kompressionsfestigkeit ≈ Ausfallfestigkeit × Sicherheitsfaktor (der Sicherheitsfaktor im Maschinenbau beträgt in der Regel 1,5-3,0).
Fall:
Die Ertragsstärke von7075-T6 Aluminiumlegierungist 503 MPa, wenn der Sicherheitsfaktor 2 beträgt.0Die zulässige Druckfestigkeit beträgt 251,5 MPa (entspricht etwa 2515 Tonnen Druck pro Quadratmeter).
In praktischen Anwendungen, wie Flugzeug-Landegerät, ist eine strukturelle Optimierung (wie hohles Rohrdesign) erforderlich, um die Kompressionsstabilität zu verbessern.
2. Zugfestigkeit (Tragenszenario)
Direkt entsprechende Indikatoren: Zugfestigkeit ist die maximale Belastung vor dem Bruch des Materials.
Die Zugfestigkeit von 6061-T6 beträgt 290 MPa, was als Aluminiumstange mit einem Durchmesser von 10 mm verstanden werden kann, die einer Zugkraft von etwa 22,7 Kilonewtons (etwa 2,3 Tonnen) standhält.
3. Scherfestigkeit (Scherkraft-Szenario)
Empirische Formel: Scherfestigkeit ≈ Zugfestigkeit × 0,6-0,8 (bei verschiedenen Legierungen leicht unterschiedlich).
Die Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung 2024-T3 beträgt 470 MPa und die Scherfestigkeit etwa 282-376 MPa.
III. Schlüsselfaktoren für Festigkeit und Härte
1- Legierungselemente und Wärmebehandlung
Festlösung + Alterung: Zum Beispiel nach6061 AluminiumlegierungBei der Behandlung mit T6 (Festlösung + künstliche Alterung) steigt die Festigkeit um etwa 50% im Vergleich zum unbehandelten Zustand (O-Zustand).
Typische Elementeffekte:
Zink (Serie 7): bildet die Stärkungsphase AlZnMgCu, was die Festigkeit erheblich verbessert.
Kupfer (2er): bildet die Al2Cu-Phase, erhöht die Härte und Wärmebeständigkeit.
2. Verarbeitungstechnik
Extrusionsguss: Zum Beispiel6063 AluminiumlegierungProfil verfeinert die Körner durch Extrusion, und die Festigkeit wird im Vergleich zum Gießzustand um 20% bis 30% erhöht.
Kaltverhärtung: Nach der kalten Verformung (H32-Zustand) der Aluminiumlegierung 5052 erhöht sich beispielsweise die Ausgangsfestigkeit um etwa 50% im Vergleich zum Glühen (O-Zustand).
3. Umweltfaktoren
Temperatur: Die Festigkeit der Aluminiumlegierung nimmt bei hoher Temperatur signifikant ab (z. B. sinkt die Zugfestigkeit von 6061-T6 bei 200°C auf 60% der Raumtemperatur).
Korrosion: Nachdem der Oberflächenoxidfilm beschädigt ist, kann die Festigkeit aufgrund von Korrosionsgruben reduziert werden (die durch Verfahren wie Anodisierung geschützt werden müssen).
IV. Stärkeentwicklung in Anwendungsszenarien
1. Automobilradnabel (6061-T6 Aluminiumlegierung)
Konstruktionsanforderungen: Es muss dem Gewicht des Fahrzeugs, dem Aufprall auf die Straße und der Zentrifugalkraft standhalten, die Zugfestigkeit muss ≥ 260 MPa betragen und die Lebensdauer bei Müdigkeit ≥ 1 Million Zyklen betragen.
Strukturelle Optimierung: Ein Leichtbau des Spoke-Typs wird übernommen, und eine Endelementanalyse (FEA) wird verwendet, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu gewährleisten.
2. Flugzeugmotorhalterung (Aluminiumlegierung 7075-T651)
Extreme Arbeitsbedingungen: Hoher Temperatur (≤ 120°C) und Vibrationsbelastung standhalten, Leistungsfestigkeit ≥ 480 MPa und Bruchfestigkeitstest (wie KIC-Wert ≥ 24 MPa·√m) bestehen.
3. Gebäudevorhangprofil (6063-T5-Aluminiumlegierung)
Belastungsberechnung: Es muss Winddruck (z. B. 5000 Pa) und Totengewicht aushalten, und die zulässige Spannung beträgt 1/1,8 der Leistungsfestigkeit (160 MPa) = 89 MPa, um eine Sicherheitsredundanz zu gewährleisten.
V. Auswahl eines geeignetenAluminiumlegierung?
Sortieren nach Festigkeitsanforderungen:
Niedrige Festigkeit (< 200 MPa): 5er Reihe (5052), 3er Reihe (3003) → korrosionsbeständige Szenarien (z. B. Behälter und Rohre).
Mittlere Festigkeit (200-400 MPa): 6er Reihe (6061/6063) → Bauteile (z. B. Türen und Fenster, Industrierahmen).
Hohe Festigkeit (> 400 MPa): 2er Serie (2024), 7er Serie (7075) → Luft- und Raumfahrt, Maschinen mit hoher Last.
Kombiniert mit Verarbeitbarkeit:
Für Szenarien, bei denen Schweißen erforderlich ist, wählen Sie die 5-Serie (Aluminium-Magnesiumlegierung) oder die 6-Serie (gute Schweißfähigkeit) und vermeiden Sie die 2-Serie und die 7-Serie (mit Kupfer und Zink,leicht beim Schweißen zu knacken).
Zusammenfassung
Die Festigkeit und Härte von Aluminiumlegierungen können durch die Legierungskonstruktion und Prozesssteuerung in einem breiten Bereich angepasst werden, von "weich wie eine Dose" (reines Aluminium) bis "stark wie Stahl" (7075-T6).Die tatsächliche Drucklastfähigkeit muss zusammen mit der Marke umfassend bewertet werden.Es wird empfohlen, die Sicherheit durch mechanische Prüfungen (z. B. Zugprüfungen, Kompressionsprüfungen) oder die Bezugnahme auf Industrie-Normen (z. B. ASTM,GB/T) im Maschinenbau.
Die Stärke und Härte vonAluminiumlegierungenDie Grade der Legierung (z. B. 6061, 7075, 2024 usw.) und der Wärmebehandlungszustand (z. B. T4, T6, T651 usw.) unterscheiden sich erheblich.Leistungsdaten, Drucktragfähigkeit und Anwendungsfälle:
I. Vergleich der Festigkeit und Härte von gängigen Aluminiumlegierungen
1Aluminiumlegierung der Serie 6 (z. B. 6061-T6)
Stärke:
Zugfestigkeit: ≥ 290 MPa (entspricht etwa 29 kg Kraft pro Quadratmillimeter).
Leistungsfestigkeit: ≥ 240 MPa (kritische Spannung, bei der das Material eine dauerhafte Verformung erzeugen beginnt).
Härte:
Brinell-Härte (HB): ≥95 (äquivalent zur mit einer 10 mm großen Stahlkugel und einer Last von 3000 kg gemessenen Einbohrungshärte).
Merkmale: ausgewogene Gesamtleistung, Korrosionsbeständigkeit, einfache Verarbeitung, häufig in Fahrradrahmen, Skiern und mechanischen Teilen verwendet.
2Aluminiumlegierung der Serie 7 (z. B. 7075-T6)
Stärke:
Zugfestigkeit: ≥ 572 MPa (nahe dem Festigkeitsniveau von gewöhnlichem Stahl).
Leistungsfestigkeit: ≥ 503 MPa.
Härte:
Brinell-Härte (HB): ≥ 150 (Härte nahe der des mittleren Kohlenstoffstahls).
Eigenschaften: hohe Festigkeit und hohe Härte, allgemein als "Flugzeug-Aluminiumlegierung" bekannt, für Flugzeugstrukturteile, High-End-Formen und Rennwagenteile verwendet.
3. 2er ReiheAluminiumlegierung(beispielsweise 2024-T3)
Stärke:
Zugfestigkeit: ≥470 MPa.
Leistungsfestigkeit: ≥ 325 MPa.
Härte:
Brinell-Härte (HB): ≥ 120.
Eigenschaften: Die Festigkeit liegt nur an zweiter Stelle nach der 7er Serie, mit guter Zähigkeit, verwendet für Luftfahrtschalen und hochfeste Schrauben.
4. 5er ReiheAluminiumlegierung(beispielsweise 5052-H32)
Stärke:
Zugfestigkeit: ≥ 215 MPa.
Leistungsfestigkeit: ≥ 145 MPa.
Härte:
Brinell-Härte (HB): ≥ 60.
Eigenschaften: Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, mittlere Festigkeit, verwendet für Schiffsdecks, Druckbehälter und Kraftstofftanks für Automobile.
II. Druckträglichkeit: Wie kann sie quantifiziert werden?
Die "Drucklastfähigkeit" vonAluminiumlegierungenmuss umfassend in Kombination mit der Materialfestigkeit, dem Konstruktionsdesign und der Belastungsform (z. B. Kompression, Spannung und Scheren) bewertet werden:
1. Kompressionsfestigkeit (einheitliches Kompressionsszenario)
Bezug der Formel:
Kompressionsfestigkeit ≈ Ausfallfestigkeit × Sicherheitsfaktor (der Sicherheitsfaktor im Maschinenbau beträgt in der Regel 1,5-3,0).
Fall:
Die Ertragsstärke von7075-T6 Aluminiumlegierungist 503 MPa, wenn der Sicherheitsfaktor 2 beträgt.0Die zulässige Druckfestigkeit beträgt 251,5 MPa (entspricht etwa 2515 Tonnen Druck pro Quadratmeter).
In praktischen Anwendungen, wie Flugzeug-Landegerät, ist eine strukturelle Optimierung (wie hohles Rohrdesign) erforderlich, um die Kompressionsstabilität zu verbessern.
2. Zugfestigkeit (Tragenszenario)
Direkt entsprechende Indikatoren: Zugfestigkeit ist die maximale Belastung vor dem Bruch des Materials.
Die Zugfestigkeit von 6061-T6 beträgt 290 MPa, was als Aluminiumstange mit einem Durchmesser von 10 mm verstanden werden kann, die einer Zugkraft von etwa 22,7 Kilonewtons (etwa 2,3 Tonnen) standhält.
3. Scherfestigkeit (Scherkraft-Szenario)
Empirische Formel: Scherfestigkeit ≈ Zugfestigkeit × 0,6-0,8 (bei verschiedenen Legierungen leicht unterschiedlich).
Die Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung 2024-T3 beträgt 470 MPa und die Scherfestigkeit etwa 282-376 MPa.
III. Schlüsselfaktoren für Festigkeit und Härte
1- Legierungselemente und Wärmebehandlung
Festlösung + Alterung: Zum Beispiel nach6061 AluminiumlegierungBei der Behandlung mit T6 (Festlösung + künstliche Alterung) steigt die Festigkeit um etwa 50% im Vergleich zum unbehandelten Zustand (O-Zustand).
Typische Elementeffekte:
Zink (Serie 7): bildet die Stärkungsphase AlZnMgCu, was die Festigkeit erheblich verbessert.
Kupfer (2er): bildet die Al2Cu-Phase, erhöht die Härte und Wärmebeständigkeit.
2. Verarbeitungstechnik
Extrusionsguss: Zum Beispiel6063 AluminiumlegierungProfil verfeinert die Körner durch Extrusion, und die Festigkeit wird im Vergleich zum Gießzustand um 20% bis 30% erhöht.
Kaltverhärtung: Nach der kalten Verformung (H32-Zustand) der Aluminiumlegierung 5052 erhöht sich beispielsweise die Ausgangsfestigkeit um etwa 50% im Vergleich zum Glühen (O-Zustand).
3. Umweltfaktoren
Temperatur: Die Festigkeit der Aluminiumlegierung nimmt bei hoher Temperatur signifikant ab (z. B. sinkt die Zugfestigkeit von 6061-T6 bei 200°C auf 60% der Raumtemperatur).
Korrosion: Nachdem der Oberflächenoxidfilm beschädigt ist, kann die Festigkeit aufgrund von Korrosionsgruben reduziert werden (die durch Verfahren wie Anodisierung geschützt werden müssen).
IV. Stärkeentwicklung in Anwendungsszenarien
1. Automobilradnabel (6061-T6 Aluminiumlegierung)
Konstruktionsanforderungen: Es muss dem Gewicht des Fahrzeugs, dem Aufprall auf die Straße und der Zentrifugalkraft standhalten, die Zugfestigkeit muss ≥ 260 MPa betragen und die Lebensdauer bei Müdigkeit ≥ 1 Million Zyklen betragen.
Strukturelle Optimierung: Ein Leichtbau des Spoke-Typs wird übernommen, und eine Endelementanalyse (FEA) wird verwendet, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu gewährleisten.
2. Flugzeugmotorhalterung (Aluminiumlegierung 7075-T651)
Extreme Arbeitsbedingungen: Hoher Temperatur (≤ 120°C) und Vibrationsbelastung standhalten, Leistungsfestigkeit ≥ 480 MPa und Bruchfestigkeitstest (wie KIC-Wert ≥ 24 MPa·√m) bestehen.
3. Gebäudevorhangprofil (6063-T5-Aluminiumlegierung)
Belastungsberechnung: Es muss Winddruck (z. B. 5000 Pa) und Totengewicht aushalten, und die zulässige Spannung beträgt 1/1,8 der Leistungsfestigkeit (160 MPa) = 89 MPa, um eine Sicherheitsredundanz zu gewährleisten.
V. Auswahl eines geeignetenAluminiumlegierung?
Sortieren nach Festigkeitsanforderungen:
Niedrige Festigkeit (< 200 MPa): 5er Reihe (5052), 3er Reihe (3003) → korrosionsbeständige Szenarien (z. B. Behälter und Rohre).
Mittlere Festigkeit (200-400 MPa): 6er Reihe (6061/6063) → Bauteile (z. B. Türen und Fenster, Industrierahmen).
Hohe Festigkeit (> 400 MPa): 2er Serie (2024), 7er Serie (7075) → Luft- und Raumfahrt, Maschinen mit hoher Last.
Kombiniert mit Verarbeitbarkeit:
Für Szenarien, bei denen Schweißen erforderlich ist, wählen Sie die 5-Serie (Aluminium-Magnesiumlegierung) oder die 6-Serie (gute Schweißfähigkeit) und vermeiden Sie die 2-Serie und die 7-Serie (mit Kupfer und Zink,leicht beim Schweißen zu knacken).
Zusammenfassung
Die Festigkeit und Härte von Aluminiumlegierungen können durch die Legierungskonstruktion und Prozesssteuerung in einem breiten Bereich angepasst werden, von "weich wie eine Dose" (reines Aluminium) bis "stark wie Stahl" (7075-T6).Die tatsächliche Drucklastfähigkeit muss zusammen mit der Marke umfassend bewertet werden.Es wird empfohlen, die Sicherheit durch mechanische Prüfungen (z. B. Zugprüfungen, Kompressionsprüfungen) oder die Bezugnahme auf Industrie-Normen (z. B. ASTM,GB/T) im Maschinenbau.
