Umfassender Vergleich von 6061- und 7075-Aluminiumlegierungen bei der CNC-Bearbeitung

Warum 6061 und 7075 in der CNC-Materialauswahl häufig verglichen werden

Die zentrale Rolle von Aluminiumlegierungen bei der CNC-Bearbeitung

Aluminiumlegierungen mit ihren Vorteilen wie geringes Gewicht, hervorragende Zerspanbarkeit, ausgewogene mechanische Eigenschaften und kontrollierbare Kosten haben sich zu einem der am häufigsten verwendeten Metallwerkstoffe in der CNC-Bearbeitung. Im Vergleich zu Metallen wie Stahl und Kupfer haben Aluminiumlegierungen eine Dichte von nur etwa 2,7 g/cm³, was zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung führt. Sie eignen sich auch für hochpräzises Fräsen, Drehen, Bohren, Schlitzen, Gewindeschneiden, die Bearbeitung von tiefen Kavitäten und andere komplexe Verfahren und erfüllen die Anforderungen an die Bearbeitung von allgemeinen Komponenten bis hin zu hochwertigen Präzisionsbauteilen. Aluminiumlegierungen werden in der Luft- und Raumfahrt, in Industrieanlagen, elektronischen Geräten, im Automobilbau und in vielen anderen Bereichen eingesetzt.

Gründe, warum 6061 und 7075 zum Mainstream geworden sind

Beide 6061 und 7075 gehören zum System der Aluminiumlegierungen, aber sie stehen für zwei Hauptrichtungen: "allgemeiner, ausgewogener Typ" und "hochfester Typ", die ein sich stark ergänzendes Materialauswahlgefälle bilden.

6061 zeichnet sich durch hervorragende Bearbeitbarkeit, mittlere Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und Kosteneffizienz aus. Es kann mehr als 80% der allgemeinen CNC-Bearbeitung Anwendungsszenarien erfüllen und ist sowohl für die Massenproduktion und kundenspezifische Fertigung geeignet.

7075 bietet als hochfeste Aluminiumlegierung für die Luft- und Raumfahrt mechanische Eigenschaften, die denen von 6061 weit überlegen sind, und dient als Kernmaterial für hochfeste tragende Strukturen in High-End-Geräten. Sie füllt die Leistungslücke zwischen gewöhnlichen Aluminiumlegierungen und teuren Speziallegierungen. Zusammen decken diese beiden Legierungen die meisten CNC-Bearbeitungsanforderungen von allgemeinen bis hin zu High-End-Anwendungen ab, so dass sie im Mittelpunkt des Materialvergleichs stehen.

Dieser Artikel vergleicht die Aluminiumlegierungen 6061 und 7075 in der CNC-Bearbeitung unter sechs Gesichtspunkten: Grundlegendes Verständnis, Kernleistung, Bearbeitungseigenschaften, Eignung für die Anwendung, Kostenszenarien und Empfehlungen für die Materialauswahl, wobei technische Parameter mit der praktischen Umsetzung der Anwendung abgewogen werden.

Grundlegendes Verständnis von 6061- und 7075-Aluminium-Legierungen

Übersicht über die Aluminiumlegierung 6061

6061 gehört zu den Aluminiumlegierungen der 6000er-Reihe, mit Magnesium und Silizium als Hauptlegierungselementen. Es handelt sich um eine wärmebehandelbare Aluminiumlegierung. Seine chemische Kernzusammensetzung umfasst Magnesium (0,8%-1,2%), Silizium (0,4%-0,8%), Kupfer (0,15%-0,4%), Chrom (0,04%-0,35%), der Rest sind Aluminium und Spurenverunreinigungen.

Zu seinen Haupteigenschaften gehören hervorragende Bearbeitbarkeit, leichte Zerspanbarkeit und Umformbarkeit, mittlere Festigkeit (Zugfestigkeit ≥310 MPa nach T6-Wärmebehandlung), gute Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit und kontrollierbare Kosten.

Zu den üblichen Anwendungen gehören industrielle Strukturkomponenten, Gehäuse für elektronische Geräte, allgemeine mechanische Teile, Automobilkomponenten, architektonische Profile und nicht standardisierte Vorrichtungen.

Übersicht über die Aluminiumlegierung 7075

7075 gehört zu den Aluminiumlegierungen der 7000er Serie, mit Zink als primärem Legierungselement, das durch Magnesium und Kupfer ergänzt wird. Es handelt sich um eine ultrahochfeste Aluminiumlegierung, die in der Luft- und Raumfahrt weit verbreitet ist und als "aerospace-grade aluminum alloy" bekannt ist. Die chemische Kernzusammensetzung umfasst Zink (5,1%-6,1%), Magnesium (2,1%-2,9%), Kupfer (1,2%-2,0%), Chrom (0,18%-0,28%), der Rest sind Aluminium und Verunreinigungen.

Seine Haupteigenschaften sind hervorragende mechanische Eigenschaften, die die Festigkeit von 6061 weit übertreffen (Zugfestigkeit ≥540 MPa nach T6 Wärmebehandlung), hohe Härte und starke Tragfähigkeit. Es hat jedoch höhere Bearbeitungsschwierigkeiten, mäßige Korrosionsbeständigkeit und schlechte Schweißbarkeit. Es wird häufig für Strukturteile in der Luft- und Raumfahrt, Kernteile von High-End-Geräten und hochfeste Verbindungselemente verwendet.

Unterschiede in Materialpositionierung und Designphilosophie

Die Materialpositionierung von 6061 ist eine "Allzweck-Balanced Type" mit einer Konstruktionsphilosophie, die sich auf Kosteneffizienz, einfache Bearbeitung und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Szenarien konzentriert. Es wird keine extreme Festigkeit angestrebt, sondern der Schwerpunkt liegt auf der strukturellen Unterstützung, dem Erscheinungsbild und den grundlegenden Tragfähigkeitsanforderungen. Festigkeitsmängel können durch strukturelle Optimierung kompensiert werden, so dass er sich für die Massenproduktion und kostensensible Projekte eignet.

Die Materialpositionierung von 7075 ist "hochfester Spezialtyp" mit einer Konstruktionsphilosophie, die sich auf Leistungspriorität, Belastbarkeit und Anpassung an extreme Arbeitsbedingungen konzentriert. Es zielt auf Anwendungen ab, die ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit erfordern, wobei die Komplexität der Bearbeitung und die Kosten weniger im Vordergrund stehen und die strukturelle Zuverlässigkeit und Sicherheit im Vordergrund stehen. Es eignet sich für hochwertige kundenspezifische Anpassungen, Präzisionsbelastungen und raue Umgebungen.

Vergleich der Materialzusammensetzung und der mechanischen Eigenschaften

Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung und ihre Auswirkungen auf die Leistung

Die Rolle von Magnesium, Silizium, Zink und Kupfer:

Magnesium ist ein verstärkendes Element in Aluminiumlegierungen, das die Festigkeit und Zähigkeit erhöht. In Kombination mit Silizium bildet es intermetallische Mg₂Si-Verbindungen, die die wichtigste Verstärkungsphase von 6061 sind. Silizium verbessert die Bearbeitbarkeit und die Gussleistung und wirkt synergetisch mit Magnesium zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften.

Zink ist das wichtigste Verstärkungselement in 7075 und erhöht die Festigkeit erheblich. Zusammen mit Magnesium und Kupfer bildet es Zn-Mg-Cu-Verbindungen, die eine extrem hohe Festigkeit erreichen. Kupfer erhöht die Festigkeit und Härte, verringert aber die Korrosionsbeständigkeit. Der relativ hohe Kupfergehalt in 7075 ist der Hauptgrund für seine überragende Festigkeit, aber schwächere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu 6061.

Erläuterung der Unterschiede im Legierungssystem: 6061 gehört zum Aluminium-Magnesium-Silizium-System (Al-Mg-Si), das durch Mischkristallverfestigung und Ausscheidungshärtung verfestigt wird. Nach der Wärmebehandlung erreicht es eine mäßige Festigkeit bei guter Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit, mit hoher Systemstabilität. 7075 gehört zum Aluminium-Zink-Magnesium-Kupfer-System (Al-Zn-Mg-Cu), das durch synergistische Ausscheidungen mit mehreren Elementen verfestigt wird. Die T6-Wärmebehandlung bildet hochdichte Verfestigungsphasen, die die Festigkeit deutlich erhöhen. Die komplexe Zusammensetzung erschwert jedoch die Bearbeitung, und das Vorhandensein von Kupfer und Zink macht es anfälliger für elektrochemische Korrosion, was zu einer schlechteren Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit als 6061 führt.

Vergleich von Festigkeit, Härte und Tragfähigkeit

Zugfestigkeit: 6061-T6 hat eine Zugfestigkeit von ≥310 MPa, während 7075-T6 eine Zugfestigkeit von ≥540 MPa aufweist. Die Zugfestigkeit von 7075 ist um mehr als 74% höher als die von 6061, was einen erheblichen Vorteil in Bezug auf die Festigkeit darstellt und es ermöglicht, größeren Zugbelastungen standzuhalten.

Streckgrenze: 6061-T6 hat eine Streckgrenze (0,2% Offset) von ≥276 MPa, während 7075-T6 eine Streckgrenze von ≥480 MPa aufweist. Die Streckgrenze von 7075 ist etwa 1,7-mal so hoch wie die von 6061, was eine höhere Beständigkeit gegen Verformung unter statischen und Stoßbelastungen bietet und die Wahrscheinlichkeit einer plastischen Verformung verringert.

Härteunterschied: Gemessen an der Brinell-Härte (HB) hat 6061-T6 eine Härte von etwa 95-105 HB, während 7075-T6 eine Härte von etwa 150-160 HB aufweist. Die Härte von 7075 ist um mehr als 50% höher als die von 6061, was zu einer besseren Verschleißfestigkeit führt und es für tragende Oberflächen, die Verschleiß und Extrusion ausgesetzt sind, geeignet macht.

Duktilität, Zähigkeit und Ermüdungsleistung

Schlagzähigkeit: 6061 hat eine bessere Duktilität, mit einer Dehnung (50 mm Messlänge) ≥12%, und eine höhere Schlagzähigkeit. Es ist weniger anfällig für Sprödbruch beim Schlag und hat eine höhere Fehlertoleranz. Aufgrund seiner hochfesten Konstruktion hat 7075 eine geringere Duktilität, mit einer Dehnung (50 mm Messlänge) ≥8%, und eine geringere Kerbschlagzähigkeit als 6061. Es ist anfälliger für Sprödbrüche bei starken Stößen, was höhere Anforderungen an die Bearbeitungspräzision und die Konstruktion stellt.

Langfristige Zuverlässigkeit: 6061 hat eine mäßige Ermüdungsfestigkeit und eine gute Leistungsstabilität bei zyklischer Belastung, wodurch es sich für allgemeine Bauteile eignet, die einer langfristigen, wiederholten Verwendung ausgesetzt sind. 7075 hat eine höhere Ermüdungsfestigkeit und kann häufigeren zyklischen Belastungen standhalten, ist aber empfindlich gegen Bearbeitungsfehler wie Grate und Risse. Wenn nach der CNC-Bearbeitung Eigenspannungen vorhanden sind, kann es bei langfristiger Verwendung zu Spannungsrissen kommen. Eine Wärmebehandlung nach der Bearbeitung zum Spannungsabbau ist erforderlich, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Vergleich von CNC-Bearbeitungsleistung und Bearbeitungsschwierigkeit

Schnittleistung und Werkzeugverschleiß

6061 hat eine hervorragende Zerspanungsleistung und gilt als leicht zu bearbeitende Aluminiumlegierung. Während der Zerspanung brechen die Späne leicht und fließen reibungslos ab, wodurch der Werkzeugverschleiß minimal ist. Die Legierung kann mit Standardwerkzeugen aus Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall bearbeitet werden. Die Schnittparameter sind breit gefächert und erlauben höhere Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe ohne besondere Prozessanforderungen.

7075 hat eine relativ schlechte Schnittleistung. Aufgrund seiner hohen Härte und Festigkeit sind die Schnittkräfte hoch, die Späne zäh und schwer zu brechen, und es kommt häufig zur Bildung von Aufbauschneiden, was zu starkem Werkzeugverschleiß führt. Es werden hochpräzise Hartmetallwerkzeuge (wie Wolfram-Kobalt- oder beschichtete Werkzeuge) benötigt. Die Schnittparameter müssen durch Verringerung der Schnittgeschwindigkeit und des Vorschubs optimiert werden, und zur Kühlung und Schmierung ist häufig eine Kühlflüssigkeit erforderlich. Die Kosten für den Werkzeugverbrauch sind 30%-50% höher als bei 6061.

Bearbeitungsstabilität und Präzisionskontrolle

Dünnwandige Teile: 6061 hat eine gute Zähigkeit und Duktilität. Bei der Bearbeitung dünnwandiger Teile (z. B. Gehäuse oder Halterungen mit einer Dicke <1 mm) ist es weniger anfällig für Verformungen oder Kantenausbrüche. Es können Standardvorrichtungen verwendet werden, was zu einer hohen Bearbeitungsstabilität und einer einfachen Kontrolle der Maßhaltigkeit führt. 7075 ist zwar hart, hat aber eine geringe Zähigkeit. Bei der Bearbeitung von dünnwandigen Werkstücken besteht die Gefahr von Verformungen und Kantenausbrüchen durch die Schnittkräfte. Spezielle Spannvorrichtungen (wie z. B. weiche Spannvorrichtungen oder Vakuumspannvorrichtungen) sind erforderlich, um die Spannkraft zu verringern, sowie optimierte Werkzeugwege zur Kontrolle der Verformung. Die Präzisionskontrolle ist wesentlich schwieriger als bei 6061.

Hochpräzise Teile: 6061 weist nach der Bearbeitung eine gute Dimensionsstabilität mit geringen Restspannungen auf. Nach einer einfachen Spannungsabbau-Behandlung kann es eine Genauigkeit von IT7-IT8 erreichen und erfüllt damit die meisten Hochpräzisionsanforderungen. 7075 ist anfällig für Eigenspannungen während der Bearbeitung. Wenn diese nicht rechtzeitig abgebaut werden, kann es später zu Verformungen kommen, die die Genauigkeit beeinträchtigen. Um eine gleichwertige Genauigkeit zu erreichen, ist nach der CNC-Bearbeitung eine zusätzliche Wärmebehandlung zum Spannungsabbau erforderlich, was die Komplexität des Prozesses und die Kosten erhöht.

Oberflächenqualität und maschinelles Erscheinungsbild

6061 erreicht nach der Bearbeitung eine hohe Oberflächengüte und ist weniger anfällig für Werkzeugspuren, Grate oder Kratzer. Nach einfachem Schleifen, Anfasen und Polieren kann es ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild erreichen und eignet sich daher für optische Teile. Die Oberflächenebenheit ist gut, und nachfolgende Oberflächenbehandlungen (z. B. Eloxieren) führen zu gleichmäßigen und konsistenten Ergebnissen.

Aufgrund des höheren Schwierigkeitsgrads bei der Bearbeitung neigt 7075 zu Werkzeugspuren, Rückständen an den Kanten und rauen Oberflächen. Zur Verbesserung des Aussehens sind zusätzliche Feinschleif- und Polierverfahren erforderlich, was die Bearbeitung von Teilen mit Erscheinungsbild komplexer macht. Interne Materialverunreinigungen oder Entmischungen können die Gleichmäßigkeit der Oberflächenbehandlung beeinträchtigen, was eine strenge Kontrolle der Bearbeitungsprozesse und der Rohmaterialqualität erfordert.

Auswirkungen auf die Effizienz der Bearbeitung und die Herstellungskosten

6061 bietet eine hohe Bearbeitungseffizienz, optimierte Schnittparameter, minimalen Werkzeugverschleiß und den Verzicht auf komplexe Hilfsprozesse. Die Bearbeitungszeit für ein einzelnes Teil ist kurz, und die Kosten für Verbrauchsmaterialien wie Werkzeuge und Kühlschmierstoffe sind niedrig. Die Gesamtbearbeitungskosten sind niedrig, so dass sich das Material für die Massenproduktion und eine effektive Stückkostenkontrolle eignet.

7075 hat eine niedrige Bearbeitungseffizienz aufgrund langsamerer Schnittgeschwindigkeiten, kleinerer Vorschübe, häufiger Werkzeugwechsel, zusätzlicher Spannungsarmglühung und feiner Nachbearbeitungsprozesse. Die Bearbeitungszeit für ein einzelnes Teil ist 1,5-2 mal länger als bei 6061. Die Verbrauchsmaterial- und Prozesskosten sind hoch, so dass die Gesamtbearbeitungskosten 60%-100% höher sind als bei 6061. Es ist nur für Kleinserien, hochpräzise und hochfeste Projekte geeignet.

Korrosionsbeständigkeit, Wärmebehandlung und Kompatibilität der Oberflächenbehandlung

Korrosionsbeständigkeit und Anpassungsfähigkeit an die Umwelt

6061 hat eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Der niedrige Kupfergehalt und das Vorhandensein von Chrom ermöglichen die Bildung einer dichten Oxidschicht, die der Korrosion durch Atmosphäre, Süßwasser und übliche saure und alkalische Lösungen widersteht. Es ist für feuchte oder leicht korrosive Umgebungen ohne zusätzliche Korrosionsschutzbehandlung geeignet.

7075 weist eine mäßige Korrosionsbeständigkeit auf. Sein hoher Kupfer- und Zinkgehalt macht es anfällig für elektrochemische Korrosion und lässt es in feuchten, salzhaltigen, sauren und alkalischen Umgebungen leicht rosten. Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit ist eine Oberflächenbehandlung (wie Eloxieren oder Beschichten) erforderlich. Es ist nicht für den direkten Einsatz in korrosiven Umgebungen geeignet. In Meeresumgebungen sind spezielle Korrosionsschutzverfahren erforderlich; andernfalls wird die Lebensdauer erheblich verkürzt.

Vergleich der üblichen Wärmebehandlungsbedingungen (T6 / T651)

T6-Zustand: Anwendbar auf beide Legierungen, bestehend aus Lösungsbehandlung und künstlicher Alterung, maximiert die mechanischen Eigenschaften und ist der häufigste Zustand für die CNC-Bearbeitung. 6061-T6 hat ein einfaches, kostengünstiges Verfahren, das zu einer ausgewogenen Festigkeit und Härte mit geringen Eigenspannungen führt. 7075-T6 erfordert eine strenge Kontrolle der Lösungstemperatur und der Alterungszeit, wodurch eine extrem hohe Festigkeit erreicht wird, aber höhere Eigenspannungen zurückbleiben, die eine anschließende Spannungsarmglühung erfordern.

T651 Zustand: Besteht aus Lösungsbehandlung, künstlicher Alterung und Streckrichten. Es wird hauptsächlich für Platten und Stangen verwendet, um Eigenspannungen zu beseitigen und die Maßhaltigkeit zu verbessern. 6061-T651 eignet sich für die Hochpräzisionsbearbeitung von Platten und Stangen und bietet einen guten Spannungsabbau und minimale Verformung. 7075-T651 ist das bevorzugte Material für hochwertige Präzisionsteile, da es Eigenspannungen und das Risiko von Verformungen nach der Bearbeitung wirksam reduziert, allerdings zu höheren Kosten als T6.

Kompatibilität der Oberflächenbehandlung

Eloxieren: 6061 hat eine ausgezeichnete Kompatibilität. Das Eloxieren erzeugt eine gleichmäßige, dichte, verschleißfeste Oxidschicht mit einer breiten Palette von Farboptionen (natur, schwarz, gold usw.). Die Oxidschicht haftet gut und blättert nicht ab, weshalb sie die am häufigsten verwendete Oberflächenbehandlung ist. 7075 kann auch eloxiert werden, aber aufgrund der komplexen Zusammensetzung ist die Gleichmäßigkeit der Oxidschicht etwas schlechter, was zu Farbunterschieden oder Nadellöchern führen kann. Die Prozessparameter müssen optimiert werden, so dass es sich für hochfeste Teile ohne extreme Anforderungen an die Gleichmäßigkeit des Aussehens eignet.

Sandstrahlen: Beide Legierungen sind mit Sandstrahlen kompatibel. 6061 erzielt eine gleichmäßige Rauheit und eine weiche Textur, die sich für optische Teile eignet. Das Sandstrahlen von 7075 kann Bearbeitungsspuren und Oberflächenfehler verdecken und gleichzeitig die Verschleißfestigkeit verbessern, so dass es sich für strukturelle und tragende Teile eignet. Der Sandstrahldruck muss kontrolliert werden, um Oberflächenschäden zu vermeiden.

Galvanisierung/Beschichtung: 6061 verträgt sich gut mit der Galvanisierung und Beschichtung und bietet eine starke Haftung sowie eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und ein besseres Aussehen. 7075 erfordert eine spezielle Vorbehandlung vor der Galvanisierung (z. B. Oxidentfernung und Aktivierung), um die Haftung zu gewährleisten. Die Kompatibilität mit Beschichtungen ist relativ gut, und eine elektrostatische oder Pulverbeschichtung kann die Korrosionsbeständigkeit verbessern, so dass es sich für korrosive Umgebungen eignet.

Kostenfaktoren und typische CNC-Anwendungsszenarien

Vergleich von Materialkosten und umfassenden Bearbeitungskosten

Materialkosten: 6061 hat erschwingliche Rohstoffpreise und ein reichhaltiges Marktangebot mit Preisen von etwa 3.000-5.000 USD pro Tonne. 7075 hat aufgrund der komplexen Zusammensetzung und der schwierigen Produktionsprozesse höhere Rohstoffkosten, die mit ca. 7.000-12.000 USD pro Tonne 2-4 mal so hoch sind wie bei 6061.

Umfassende Bearbeitungskosten: Unter Berücksichtigung von Material-, Werkzeug-, Prozess- und Alterungskosten sind die Gesamtkosten pro Teil bei 6061 deutlich niedriger als bei 7075. Für CNC-Teile der gleichen Größe kostet 6061 etwa 20 USD pro Teil, während 7075 etwa 20-40 USD pro Teil kostet. Der Kostenunterschied ergibt sich hauptsächlich aus den Rohstoffen, dem Werkzeugverschleiß und den zusätzlichen Wärmebehandlungsverfahren.

CNC-Anwendungsszenarien geeignet für 6061

Industrielle Strukturkomponenten: Wie z. B. Maschinenhalterungen, Maschinenrahmen, Vorrichtungen und Förderbandführungen, die eine grundlegende Tragfähigkeit, Bearbeitbarkeit und Kostensensibilität erfordern. 6061 ist gut geeignet.

Gehäuse und optische Teile: Wie z.B. Gehäuse von elektronischen Geräten, Instrumentengehäusen und Automobilverkleidungsteilen, die ein gutes Aussehen und eine gute Kompatibilität der Oberflächenbehandlung erfordern. 6061 bietet hervorragende Oberflächenqualität und Eloxierergebnisse.

Allgemeine Komponenten: Wie Schrauben, Muttern, Ventile, Armaturen und Laufräder, die eine Massenproduktion, Kostenkontrolle, mittlere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern. 6061 ist die beste Wahl für ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.

CNC-Anwendungsszenarien Geeignet für 7075

Luft- und Raumfahrt: Flugzeugfahrwerkskomponenten, Tragflächenstrukturteile und Satellitenhalterungen, die ein geringes Gewicht, extrem hohe Festigkeit und hohe Zuverlässigkeit erfordern. 7075 erfüllt extreme Betriebsbedingungen.

Hochfeste tragende Strukturen: Wie z. B. Spindeln für High-End-Werkzeugmaschinen, Kernträger für Präzisionsinstrumente, Drohnenrahmen und bewegliche Hochgeschwindigkeitskomponenten. Wenn die Festigkeit von 6061 nicht ausreicht, ist 7075 die optimale Wahl.

Hochwertige Ausrüstungsteile: Präzisionskomponenten für Halbleitergeräte, Kernbauteile für medizinische Geräte und militärische Ausrüstungskomponenten. Diese erfordern extrem hohe Festigkeit und Präzision bei geringer Kostenempfindlichkeit. 7075 garantiert Leistung.

Empfehlungen für die Auswahl von CNC-Materialien, Zusammenfassung und FAQs

Vergleichstabelle der wichtigsten Parameter von 6061 und 7075

Wie man 6061 oder 7075 für CNC-Projekte wählt

Aus der Perspektive der Festigkeit: Wenn Teile großen Belastungen und Stößen standhalten müssen oder ein geringes Gewicht und hohe Festigkeit erfordern (z. B. Kernteile für die Luft- und Raumfahrt oder High-End-Geräte), wählen Sie 7075. Wenn nur eine geringe Tragfähigkeit erforderlich ist (z. B. bei allgemeinen Strukturteilen oder Gehäusen), wählen Sie 6061.

Aus Sicht der Bearbeitungsschwierigkeiten: Wenn Teile komplexe Strukturen aufweisen (z. B. dünne Wände oder Präzisionshohlräume), eine Massenproduktion erfordern oder kurze Bearbeitungszyklen benötigen, sollten Sie sich für 6061 entscheiden, da es sich hervorragend bearbeiten lässt. Wenn Teile einfache Strukturen haben, extrem hohe Präzisionsanforderungen stellen und hohe Bearbeitungskosten zulassen, wählen Sie 7075 mit professionellen Bearbeitungsprozessen.

Aus Sicht der Kosten und der Vorlaufzeit: Wenn das Projekt kostenempfindlich ist und enge Lieferfristen hat, wählen Sie 6061 (niedrige Materialkosten, schnelle Bearbeitung, keine zusätzlichen Prozesse). Wenn die Kostensensibilität gering ist und die Leistung im Vordergrund steht, wählen Sie 7075 und planen Sie Zeit für die Wärmebehandlung und Feinbearbeitung ein.

Aus Sicht der Endanwendung: Wählen Sie 6061 für allgemeine Industrie-, Elektronik- und Automobilteile; wählen Sie 7075 für Luft- und Raumfahrt, Militär und hochpräzise lasttragende Teile. Für korrosive Umgebungen sollte 6061 bevorzugt werden. Wenn die Festigkeit nicht ausreicht, verwenden Sie 7075 mit einer speziellen Korrosionsschutzbehandlung.

Kunststoffalternativen zu 6061- und 7075-Aluminiumlegierungen in der CNC-Bearbeitung

Bei der CNC-Bearbeitung können Kunststoffe unter bestimmten Bedingungen eine Alternative zu den Aluminiumlegierungen 6061 oder 7075 darstellen. Typische Anwendungsszenarien sind Erhöhte Anforderungen an das Gewicht, höhere Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit oder die elektrische Isolierung, keine Anforderungen an eine hohe Tragfähigkeit des Metalls oder das Streben nach niedrigeren Bearbeitungskosten. Die Substitution von Werkstoffen sollte auf der Grundlage der Leistungsposition der Aluminiumlegierung erfolgen, wobei zwischen allgemeinen und hochfesten Anwendungen zu unterscheiden ist.

Kunststoffe als Alternativen zur Aluminiumlegierung 6061 (Allzweckanwendungen mit Gewichtsausgleich)

Die Aluminiumlegierung 6061 zeichnet sich durch mittlere Festigkeit, gute Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Alternativen aus Kunststoff sollten daher eine gute Bearbeitbarkeit und eine ausgewogene mechanische Leistung bieten. Zu den gängigen Optionen gehören:

• PVC: Geringe Kosten, gute Korrosionsbeständigkeit und einfache CNC-Bearbeitung. Geeignet für Rohrfittings und allgemeine Strukturteile ohne hohe Festigkeitsanforderungen. Allerdings hat es eine schlechte Hitzebeständigkeit.
• PVDF: Deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit als 6061, geeignet für die chemische Verarbeitung und Komponenten von Reinstwassersystemen, allerdings sind die Materialkosten relativ hoch.
• ABS: Hervorragende Bearbeitbarkeit und niedrige Kosten, geeignet für Elektronikgehäuse und allgemeine Befestigungen, aber nur begrenzt witterungs- und korrosionsbeständig.
• PC: Hohe Schlagzähigkeit und breiter Einsatztemperaturbereich, geeignet für transparente oder schützende Strukturteile, allerdings ist die Kratzfestigkeit begrenzt.

Kunststoffe als Alternative zur Aluminiumlegierung 7075 (hochfeste Anwendungen)

7075 ist eine ultrahochfeste Aluminiumlegierung. Kunststoffe können es nur in Fällen ersetzen, in denen die Anforderungen an die Festigkeit sind mäßig reduziert, aber das Gewicht, die Korrosionsbeständigkeit oder die Isolierleistung werden hervorgehoben. Es werden technische Hochleistungskunststoffe benötigt:

• PEEK: Die Kunststoffalternative, die 7075 in Bezug auf die Gesamtleistung am nächsten kommt, bietet hohe Festigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Geeignet für High-End-Geräte und Hilfskonstruktionen für die Luft- und Raumfahrt, aber extrem teuer.
• PPS: Gute Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, geeignet für Hochtemperaturbauteile, allerdings ist die Zähigkeit relativ gering.
• PI: Hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit und ausgezeichnete elektrische Isolierung, geeignet für Luft- und Raumfahrt und militärische Komponenten in Hochtemperaturbereichen, jedoch mit hohen Kosten und Bearbeitungsschwierigkeiten.
• CFRP (kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe): Außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Leichtigkeit, kann 7075 in extrem leichten Strukturen teilweise ersetzen. Allerdings sind die Bearbeitungskosten und die Prozessanforderungen sehr hoch.

Wichtige Grundsätze für die Materialsubstitution

• Stärkeanpassung hat Vorrang: Für hochbelastete Anwendungen können Kunststoffe 7075 nicht vollständig ersetzen; kohlefaserverstärkte Werkstoffe sind die nächstliegende Alternative.
• Betriebsbedingungen sind kritisch: In korrosiven, Hochtemperatur- oder elektrisch isolierten Umgebungen bieten Kunststoffe klare Vorteile gegenüber Aluminiumlegierungen.
• Umfassende Kostenbewertung: Standardkunststoffe können die Kosten senken, aber Hochleistungskunststoffe sind oft deutlich teurer als Aluminiumlegierungen.
• Akzeptanz von Leistungskonflikten: Kunststoffe haben im Allgemeinen eine geringere Steifigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit als Aluminiumlegierungen. Um dies auszugleichen, ist eine strukturelle Optimierung erforderlich.

Schlussfolgerung

Insgesamt haben die Aluminiumlegierungen 6061 und 7075 jeweils ihre eigenen Stärken bei der CNC-Bearbeitung. 6061 eignet sich aufgrund seiner guten Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und niedrigeren Kosten für die meisten allgemeinen Strukturkomponenten, ästhetischen Teile und Massenproduktionsszenarien. 7075 hingegen ist mit seiner deutlich höheren Festigkeit und Belastbarkeit die ideale Wahl für die Luft- und Raumfahrt sowie für hochwertige, hochfeste Teile, aber auch mit größeren Bearbeitungsschwierigkeiten und höheren Kosten verbunden. Bei der Auswahl der Werkstoffe müssen die Festigkeitsanforderungen, die Bearbeitungsschwierigkeiten, die Betriebsumgebung und das Budget berücksichtigt werden, um ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosteneffizienz zu finden.