Aluminiumfestigkeit erklärt: Leitfaden zum Vergleich von Streckgrenze, Zugfestigkeit und Legierung

Die Aluminiumlegierung als eines der am häufigsten verwendeten Bearbeitungsmaterialien ist weit verbreitet in CNC-BearbeitungAluminiumstrangpressen und Blechverarbeitungsbetrieben. Dies ist auf seine hervorragenden umfassenden Eigenschaften zurückzuführen, einschließlich guter Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Dieser Artikel stellt vor allem Aluminium Stärke aus der Perspektive.

Streckgrenze von Aluminium

Die Streckgrenze ist die Spannungsgrenze, bei der ein metallischer Werkstoff einer leichten plastischen Verformung widersteht. Für Werkstoffe ohne eindeutige Fließerscheinung wird die Streckgrenze als die Spannung definiert, die einer Restverformung von 0,2% entspricht. Wenn die äußere Kraft diesen Wert übersteigt, wird das Teil dauerhaft verformt und versagt; unterhalb dieses Wertes ist die Verformung wiederherstellbar.

Die Streckgrenze von reinem Aluminium ist relativ niedrig, nur 7-30 MPa, während häufig verwendete Aluminiumlegierungen verschiedener Güteklassen aufgrund von Wärmebehandlung und Alterung erhebliche Unterschiede aufweisen. Beispielsweise hat 6061-T6 eine Streckgrenze von etwa 241-276 MPa, 7075-T6 als hochfestes Aluminium für die Luft- und Raumfahrt kann 503-505 MPa erreichen, und 5052-H32 liegt bei etwa 193 MPa. Geglühte Werkstoffe haben im Allgemeinen eine geringere Festigkeit, was eine wichtige Grundlage für die Konstruktion und die Auswahl der Bearbeitung ist.

Wie berechnet man die Streckgrenze von 6061 t6 Aluminium?

Die Streckgrenze der Aluminiumlegierung 6061-T6 wird durch einen einachsigen Zugversuch bei Raumtemperatur gemessen: Eine Standardprobe wird in eine Universal-Materialprüfmaschine eingespannt und mit konstanter Geschwindigkeit gedehnt, während die Spannungs-Dehnungskurve aufgezeichnet wird. Da diese Legierung kein offensichtliches Streckplateau aufweist, wird die 0,2%-Offset-Methode zur Bestimmung der Streckgrenze verwendet, d. h. der Spannung, die einer Restdehnung von 0,2% entspricht. In der technischen Praxis wird dieser Wert oft als die Streckgrenze 6061 T6 Aluminiumund wird üblicherweise ausgedrückt als 6061-T6 Aluminium Streckgrenze MPa.

Die gemessenen 6061-T6 Aluminium Streckgrenze MPa Bereich liegt in der Regel zwischen 241-276 MPa, und die allgemein anerkannte 6061-T6 Aluminium Streckgrenze MPa typisch Wert in der Industrie beträgt 241 MPa. Dieser Wert ist nicht nur ein Benchmark-Indikator in den Werkstoffnormen für Aluminiumlegierungen, sondern auch eine wichtige Grundlage für die Konstruktion mechanischer Strukturen, die Überprüfung der Beanspruchung, die Auswahl von Spannvorrichtungen und die Formulierung von CNC-Bearbeitungsparametern, die sich direkt auf die Dimensionsstabilität und die strukturelle Sicherheit während der Belastung, der Montage und der langfristigen Nutzung auswirken.

Die typische Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung 7075-T6 beträgt etwa 572 MPa, was der maximalen Zugspannung entspricht, die sie aushalten kann, bevor sie bricht. Als hochfeste Aluminiumlegierung für die Luft- und Raumfahrt eignet sie sich aufgrund dieser Eigenschaft für die Konstruktion und Bearbeitung von Strukturen unter hoher Belastung und hohen Beanspruchungen.

Im Folgenden finden Sie eine Tabelle mit Streckgrenzenparametern für häufig verwendete Aluminiumlegierungen.

Zugfestigkeit von Aluminium

Die Zugfestigkeit von reinem Aluminium ist relativ gering und liegt typischerweise im Bereich von 40-90 MPa, mit begrenzter Festigkeit, die hauptsächlich für nicht tragende Strukturteile verwendet wird. Verschiedene Aluminiumlegierungen weisen jedoch erhebliche Unterschiede in der Zugfestigkeit nach einer Wärmebehandlung oder Kaltumformung auf. So liegt die typische Zugfestigkeit von 6061-T6 bei etwa 260 MPa und bietet gute mechanische Eigenschaften und gute Bearbeitungsmöglichkeiten. 7075-T6, eine hochfeste Aluminiumlegierung für die Luft- und Raumfahrt, kann etwa 572 MPa erreichen. Darüber hinaus erreicht die häufig verwendete Legierung 5052-H32 etwa 230 MPa, 6063-T6 etwa 185 MPa und 2024-T3 etwa 470 MPa. Die Festigkeitsunterschiede zwischen den einzelnen Güten bestimmen direkt ihre Anwendbarkeit in verschiedenen Szenarien wie mechanische Strukturen, Luft- und Raumfahrt und allgemeine Profile.

6061 Aluminium Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung 6061 variiert erheblich mit dem Zustand der Wärmebehandlung:

O-Zustand (geglüht): Die Zugfestigkeit beträgt etwa 124-193 MPa, mit einem typischen Wert von 152 MPa für die Aluminiumlegierung 6061-O. Es ist relativ weich mit guter Duktilität, geeignet für Biegen, Stanzen und komplexe Formteile;

T4-Zustand: ca. 214-276 MPa, mit einem typischen Wert von 241 MPa für die Aluminiumlegierung 6061-T4. Es hat eine mittlere Festigkeit und gute Zähigkeit, geeignet für Strukturteile, die sowohl Formbarkeit als auch mittlere Belastung erfordern;

T6-Zustand: 262-303 MPa, mit einem typischen Wert von 276 MPa für die Aluminiumlegierung 6061-T6. Er hat die beste Kombination aus Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und ist der am häufigsten verwendete Zustand für die Bearbeitung.

Unter den häufig verwendeten Aluminiumlegierungen ist die Zugfestigkeit von 6061-T6 mäßig, niedriger als etwa 572 MPa von 7075-T6, höher als etwa 185 MPa von 6063-T6 und etwas höher als etwa 230 MPa von 5052-H32.

6061 bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit und findet breite Anwendung in strukturellen Halterungen, Teilen für Automatisierungsanlagen, Ventilgehäusen, Flanschen, Wärmeableitungskomponenten, Automobilteilen und pneumatischen Komponenten. Es ist ein äußerst kosteneffizienter allgemeiner technischer Aluminiumwerkstoff für Anwendungen, die eine gewisse Tragfähigkeit erfordern und gleichzeitig einfach zu bearbeiten sind.

Höchstzugkraft von Aluminium

Die Bruchfestigkeit von Aluminiumlegierungen ist dasselbe wie die Zugfestigkeit; beide beziehen sich auf die maximale Spannung, die das Material vor dem Bruch in einem einachsigen Zugversuch aushalten kann, geteilt durch die ursprüngliche Querschnittsfläche, mit der Einheit MPa. Daher sind die typischen Werte der Zugfestigkeit die gleichen wie die der Zugfestigkeit. Nachstehend finden Sie typische Werte für die Bruchfestigkeit (Zugfestigkeit) von Aluminium und Aluminiumlegierungen:

Bruchfestigkeit von Aluminium

Die Bruchfestigkeit (σk) bezieht sich auf die tatsächliche Spannung zum Zeitpunkt des endgültigen Bruchs im Zugversuch, berechnet als Verhältnis zwischen der Bruchlast Pk und der reduzierten Querschnittsfläche Ak nach der Einschnürung (σk = Pk/Ak). Er wird zur Charakterisierung der Bruchfestigkeit des Materials verwendet. Bei duktilen Werkstoffen ist die technische Bedeutung der Bruchfestigkeit relativ gering, da die Tragfähigkeit nach der Einschnürung bereits abnimmt; bei spröden Werkstoffen liegt die Bruchfestigkeit nahe an der Zugfestigkeit, da kaum Einschnürungen auftreten. Daher wird in der praktischen Technik in der Regel die Zugfestigkeit (σb) verwendet, um die Bruchfestigkeit von Werkstoffen darzustellen.

In der Spannungs-Dehnungs-Beziehung entspricht die Bruchfestigkeit dem Ende der Kurve, während die Zugfestigkeit der Spitze der Kurve entspricht. Obwohl es einen Unterschied zwischen den beiden gibt, werden sie in technischen Anwendungen oft vereinfacht. Bei Aluminiumlegierungen hängt die Bruchfestigkeit stark von der Art der Legierung und der Wärmebehandlung ab, wobei die typischen Werte zwischen 70 MPa und 570 MPa liegen. Reines Aluminium liegt beispielsweise bei 70-110 MPa, 6061-T6 bei 290-320 MPa und 7075-T6 kann 500-570 MPa erreichen. Wenn Sie mehr über die Bruchfestigkeit anderer Aluminiumlegierungen erfahren möchten, können Sie die obige Zugfestigkeitstabelle zu Rate ziehen oder sich an weldo-Ingenieure wenden.

Dieses Diagramm zeigt die Beziehung zwischen Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit und äußerer Spannung：.

Druckfestigkeit von Aluminium

Die Druckfestigkeit von Aluminiumlegierungen bezieht sich auf die maximale Druckspannung, die Aluminium aushalten kann, bevor es unter Druck zu einer signifikanten plastischen Verformung oder Zerkleinerung kommt. Die Druckfestigkeit von Aluminium ist je nach Legierungstyp, Wärmebehandlung, Verarbeitungstechnologie und Prüfbedingungen sehr unterschiedlich. Die folgenden Fälle sind üblich:

Reinaluminium

Reines Aluminium (wie die Serie 1xxx) hat eine relativ geringe Druckfestigkeit. Bei Raumtemperatur beträgt die Druckstreckgrenze etwa 7-110 MPa und ist anfällig für plastische Verformung.

gängige Aluminiumlegierungen

6061-T6 Aluminiumlegierung: Die Streckgrenze beträgt etwa 240-310 MPa bei Raumtemperatur und wird häufig für mechanische Strukturen und Automobilkomponenten verwendet.

6063-T5/T6-Aluminiumlegierung: Die Druckstreckgrenze beträgt etwa 150-200 MPa und wird hauptsächlich für Gebäudefassaden, Türen und Fenster verwendet.

7075-T6-Aluminiumlegierung: Die Druckstreckgrenze kann 500-600 MPa erreichen und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie in hochwertigen mechanischen Bereichen verwendet.

Hochtemperatur- oder Sonderlegierungen

Einige Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe (z. B. Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe mit einer Al₃Ti-Verstärkungsphase) können eine Druckfestigkeit von 938 MPa bei 400℃ erreichen, aber solche Materialien sind teuer und werden meist in extremen Umgebungen eingesetzt.

Neue Entropie-Legierungen auf Aluminiumbasis (wie z. B. Al₈₅Cu₅Li₄Mg₃Zn₃) weisen eine Druckfestigkeit von über 1000 MPa bei Raumtemperatur auf, finden aber noch keine breite Anwendung.

Es ist zu beachten, dass die Druckfestigkeit von Aluminium in der Praxis von Faktoren wie Querschnittsform, Schlankheitsgrad und Endbegrenzungen beeinflusst wird. Schlanke Bauteile sind anfällig für Knickversagen, weshalb die strukturelle Stabilität bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss.

Nachfolgend sind die Referenzbereiche der Druckfestigkeit für gängige Aluminium- und Aluminiumlegierungen nach der Wärmebehandlung aufgeführt:

Ermüdungsfestigkeit von Aluminium

Die Ermüdungsfestigkeit von Aluminium bezieht sich auf die maximale sichere Spannung, die Aluminiumlegierungen bei wiederholter und zyklischer Belastung aushalten können, ohne zu brechen. Wenn dieser Wert überschritten wird, reißt das Material allmählich und versagt schließlich nach mehreren Zyklen.

Sie steht in engem Zusammenhang mit der Zugfestigkeit des Werkstoffs: Im Allgemeinen beträgt die Dauerfestigkeit von Aluminiumlegierungen etwa ein Drittel ihrer Zugfestigkeit. Bei Aluminium mit einer Zugfestigkeit von 300 MPa beispielsweise liegt die Dauerfestigkeit in der Regel bei 100 MPa. Nur speziell optimierte hochfeste Aluminiumlegierungen können sich der Hälfte ihrer Zugfestigkeit nähern.

Nachfolgend finden Sie eine Schnellreferenztabelle für die Ermüdungsfestigkeit von Aluminium und Aluminiumlegierungen:

andere Einflussfaktoren auf die Ermüdungsfestigkeit von Aluminium

Feinere Körner und eine gleichmäßigere innere Struktur führen zu einer höheren Ermüdungsfestigkeit.

Glattere Oberflächen und Behandlungen wie Kugelstrahlen und Polieren, die Druckspannungen einbringen, können die Ermüdungsfestigkeit deutlich verbessern und die Rissbildung verringern.

Auch die Belastungsbedingungen sind entscheidend: Größere Spannungsschwankungen und stärkere Spannungskonzentrationen (z. B. scharfe Ecken und Löcher) verringern die Ermüdungsleistung erheblich. Bei langfristiger, hochzyklischer Belastung kann es auch dann zu Ermüdungsversagen kommen, wenn die Spannung weit unter der Streckgrenze liegt.

Scherfestigkeit von Aluminium

Die Scherfestigkeit von Aluminiumlegierungen bezieht sich auf ihre Fähigkeit, Querverschiebungen und Scherversagen zu widerstehen, und beträgt in der Technik in der Regel etwa das 0,6-fache der Zugfestigkeit. Im Folgenden sind Referenzwerte für gängige Aluminiumlegierungen aufgeführt:

Scherfestigkeit von Aluminium 6061

T6-Zustand: Die konstruktive Scherfestigkeit beträgt etwa 115 MPa, die tatsächlich gemessene Scherfestigkeit kann 160-200 MPa erreichen.
T4-Zustand: Die Scherfestigkeit beträgt etwa 85-100 MPa.

6063 Aluminiumlegierung

T6-Zustand: Die konstruktive Scherfestigkeit beträgt etwa 85 MPa, die tatsächlich gemessene Scherfestigkeit liegt bei 120-150 MPa.
Zustand T5: Die Scherfestigkeit beträgt etwa 75-90 MPa.

7075 Aluminiumlegierung

T6-Zustand: Die Scherfestigkeit beträgt etwa 180-220 MPa und ist damit eine der höchsten unter den gängigen Aluminiumlegierungen.
Härtegrad T751: Die Scherfestigkeit beträgt etwa 160-190 MPa.

5052 Aluminiumlegierung

H32-Zustand: Die Scherfestigkeit beträgt etwa 125-165 MPa, mit guter Korrosionsbeständigkeit und mäßiger Scherfestigkeit.
O-Zustand: Die Scherfestigkeit beträgt etwa 100-120 MPa.

Aluminiumlegierung 2A04 (für Nieten)

Scherfestigkeit ≥275 MPa, geeignet für Nietanwendungen mit hoher Scherbelastung.

Es ist zu beachten, dass die oben genannten Werte typische Werte sind. In der Praxis sollten sie auf der Grundlage spezifischer Materialspezifikationen, Wärmebehandlungsverfahren und Betriebsbedingungen ermittelt werden. Für thermisch getrennte Aluminiumprofile verlangen die nationalen Normen eine Scherfestigkeit von mindestens 40 MPa, und die Industriespezifikationen verlangen in der Regel nicht weniger als 45 MPa.

Zusammenfassung der Aluminiumfestigkeit

Dieser Artikel konzentriert sich auf die wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Aluminium und Aluminiumlegierungen und erklärt systematisch die Definitionen, typischen Werte und die technische Bedeutung von Streckgrenze, Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Dauerfestigkeit und Scherfestigkeit. Es vergleicht auch die Leistungsunterschiede von häufig verwendeten Legierungen wie 6061, 7075 und 5052 unter verschiedenen Wärmebehandlungsbedingungen. Wenn Sie das richtige Aluminiummaterial auswählen oder maßgeschneiderte Bearbeitungslösungen benötigen, wenden Sie sich bitte an Kontakt Wir bieten Ihnen eine professionelle Beratung und ein schnelles Angebot - wir bieten effiziente und zuverlässige Lösungen für Ihr Projekt.