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.

Wie fest ist Aluminium? Festigkeitsübersicht nach Legierung und Härtegrad

Die Festigkeit von Aluminium hängt sowohl von der Legierungssorte als auch vom Härtegrad ab. Reines Aluminium weist eine hervorragende Duktilität und Formbarkeit auf, hat jedoch eine relativ geringe Festigkeit. Durch Legierungselemente und Wärmebehandlung lassen sich seine mechanischen Eigenschaften erheblich verbessern.

In der folgenden Tabelle werden typische Werte bei Raumtemperatur für gängige Aluminiumlegierungen und Härtegrade verglichen:

Aluminiumlegierungen decken einen breiten Festigkeitsbereich ab. Die typische Zugfestigkeit steigt von 90 MPa bei 1100-O auf 572 MPa bei 7075-T6.

Auch die Temperierung beeinflusst die Materialeigenschaften:

• O: vollständig geglüht, mit geringer Festigkeit und hoher Duktilität.
• H32: verfestigt und stabilisiert.
• T3: lösungsgeglüht, kaltverformt und natürlich gealtert.
• T6: lösungsgeglüht und künstlich gealtert.

Die Festigkeit von Aluminium muss daher unter Berücksichtigung sowohl der Legierungssorte als auch des Härtegrades verglichen werden. Ein Vergleich, der sich ausschließlich auf die Legierungen 5052, 6061 oder 7075 beschränkt, liefert kein genaues Ergebnis.

Diese Werte dienen als typische Richtwerte. Endgültige Konstruktionsentscheidungen sollten unter Berücksichtigung der geltenden Norm, der Produktform, der Dicke, der Materialrichtung und des Materialzertifikats getroffen werden.

Vergleich der Festigkeit der Aluminiumlegierungen 5052, 6061 und 7075

Für die gängigsten Temperamente lautet die Rangfolge nach Stärke wie folgt:

7075-T6 > 6061-T6 > 5052-H32

Die Streckgrenze von 7075-T6 beträgt etwa das 2,6-Fache derjenigen von 5052-H32. Die Streckgrenze von 6061-T6 liegt etwa 43% über derjenigen von 5052-H32.

Stärke ist jedoch nicht das einzige Auswahlkriterium:

5052-H32 zeichnet sich durch hervorragende Formbarkeit, Schweißbarkeit und Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion aus. Es wird häufig für gebogene oder gestanzte Blechteile verwendet.

6061-T6 bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit, Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten. Es ist eine praktische Wahl für CNC-bearbeitete Konstruktionsbauteile.

7075-T6 weist von den dreien die höchste Festigkeit auf. Es eignet sich für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt sowie für andere Leichtbaukonstruktionen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind.

Einfach ausgedrückt: Wählen Sie 5052-H32 für gute Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, 6061-T6 für eine ausgewogene CNC-Leistung und 7075-T6, wenn Festigkeit im Vordergrund steht.

Welche ist die festeste Aluminiumlegierung?

7075-T6 ist eine der festesten gängigen Aluminiumlegierungen. Ihre typische Streckgrenze beträgt 503 MPa, während ihre Zugfestigkeit 572 MPa erreicht. Sie findet breite Anwendung bei Konstruktionen für die Luft- und Raumfahrt, hochbelastbaren Verbindungselementen und Präzisionsbauteilen.

Unter den Speziallegierungen ist 7068-T6511 fester als 7075-T6511. Typische Werte für Strangpressprodukte sind:

Diese Werte gelten für vergleichbare Strangpressprodukte. Sie sollten nicht direkt mit den Daten für 7075-T6-Bleche verglichen werden, da Produktform, Abmessungen, Härtezustand und Materialrichtung die Festigkeit beeinflussen.

Die Entscheidung ist klar:

• Wählen Sie 7075-T6 für weit verbreitete, hochfeste technische Anwendungen.
• Wählen Sie 7068-T6511 für Spezialteile, die eine noch höhere Festigkeit erfordern.

Die Festigkeit allein ist nicht ausschlaggebend für die Eignung. Auch die Ermüdungslebensdauer, die Bruchzähigkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die Bearbeitbarkeit, die Fügeverfahren und die Materialverfügbarkeit müssen berücksichtigt werden.

Spezifische Festigkeit und Festigkeits-Gewichts-Verhältnis von Aluminium

Die spezifische Festigkeit gibt an, wie viel Festigkeit ein Werkstoff im Verhältnis zu seiner Dichte aufweist. Sie ist besonders nützlich beim Vergleich von Werkstoffen für Leichtbaukonstruktionen.

Verwenden Sie diese Formel im Klartext, um Darstellungsprobleme zu vermeiden:

Spezifische Festigkeit = Materialfestigkeit ÷ Dichte

Die spezifische Festigkeit lässt sich anhand der Streckgrenze oder der Zugfestigkeit berechnen. Die spezifische Streckgrenze ist für die bleibende Verformung von größerer Bedeutung, während die spezifische Zugfestigkeit mit dem endgültigen Versagen zusammenhängt.

7075-T6 ist nur etwa 5% dichter als 5052-H32, seine Streckgrenze ist jedoch etwa 2,6-mal höher. Es bietet daher ein deutlich besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. 6061-T6 bietet eine ausgewogenere Kombination aus spezifischer Festigkeit, Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten.

Aluminium hat etwa ein Drittel der Dichte von Stahl. Hochfestes Aluminium kann daher das Gewicht von Bauteilen reduzieren und gleichzeitig die erforderliche Tragfähigkeit gewährleisten.

Die spezifische Festigkeit ist nur ein Auswahlkriterium. Auch die Steifigkeit, die Dauerfestigkeit, die Bruchzähigkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und die Betriebstemperatur müssen bewertet werden.

What Is the Difference Between Aluminum Strength and Stiffness?

Strength and stiffness are two properties that must be evaluated separately when selecting an aluminum alloy. Strength determines when a part undergoes permanent deformation or fracture under load and is commonly expressed by yield strength and tensile strength. Stiffness determines the amount of elastic deformation produced under load and mainly depends on the elastic modulus and the cross-sectional geometry of the part.

Common aluminum alloys typically have an elastic modulus of approximately 69–72 GPa. Although 6061-T6 und 7075-T6 differ significantly in strength, their elastic moduli are similar. This means that replacing 6061 with 7075 under the same dimensions and loading conditions can increase load-bearing capacity, but it will not substantially reduce the elastic deflection of the part.

If excessive deflection is the main issue in a bracket, beam, mounting plate, or thin-walled housing, simply selecting a stronger material will not solve the problem at its source. More effective methods include increasing the section thickness, shortening the cantilever length, adding reinforcing ribs, optimizing support locations, or changing the cross-sectional geometry.

Material selection can be evaluated according to the following principles:

• Preventing permanent deformation: Focus on yield strength and verify it against the actual load, safety factor, and locations of stress concentration.
• Preventing fracture: Focus on tensile strength, fracture toughness, fatigue performance, and the loading direction of the part.
• Limiting elastic deformation: Focus on elastic modulus, area moment of inertia, support configuration, and part geometry.
• Controlling weight: Compare the specific strength of the materials and the final part weight after meeting stiffness and strength requirements.

Therefore, selecting an aluminum alloy for a custom part should not be based solely on the grade with the highest strength. When structural stiffness is insufficient, the part geometry should be optimized first. When load-bearing capacity is insufficient, an alloy and temper with higher yield strength and better fatigue performance should be selected.

How Do Product Form and Temper Affect Aluminum Strength?

The mechanical properties of the same aluminum alloy grade cannot be treated as identical when it is supplied as plate, extrusion, bar, forging, or casting. The production method changes the grain structure, deformation direction, residual stress, and internal defect level of the material. Therefore, a drawing should specify more than simply “6061” or “7075”; it should also define the product form, temper, and applicable standard.

Sheet and plate: Rolling creates a distinct material orientation. Strength, elongation, and fracture toughness vary among the longitudinal, long-transverse, and short-transverse directions. The properties at the center of a thick plate may also be lower than those near the surface. For large load-bearing parts, the minimum properties specified by the applicable standard must be verified according to plate thickness and loading direction.

Extruded profiles: Extrusions are suitable for producing long parts with a constant cross-section, but wall thickness, cross-sectional complexity, and quench-cooling conditions affect the final properties. The properties of 6061-T6 and 6061-T6511 extrusions cannot be taken directly from plate data. The appropriate extrusion standard must be used to confirm their properties during procurement.

Schmiedestücke: Forging improves material density and directs the metal flow along the part profile, making it suitable for highly loaded connectors, aerospace structural components, and high-fatigue parts. Forging properties are directly related to forging direction, forging ratio, heat treatment, and specimen orientation.

Gussteile: Cast aluminum alloys can form complex structures, but porosity, shrinkage, and oxide inclusions reduce fatigue strength and elongation. Pressure-containing parts and critical structural components must define the casting grade, heat-treatment condition, internal defect acceptance criteria, and nondestructive testing requirements.

Temper also significantly changes material performance:

• T6: Solution heat-treated and artificially aged to provide high strength. It is a common supply condition for 6061 and 7075 parts.
• T651: Based on the T6 temper with residual stress relieved by stretching. It is more suitable for thick plate and precision CNC parts that require extensive material removal.
• T6511: Commonly used for extruded bars and profiles, with stress relieved by stretching followed by straightening.
• T73, T7351, and T7451: Overaged tempers that reduce peak strength but improve the stress-corrosion resistance and dimensional stability of high-strength aluminum alloys such as 7075.

Engineering drawings should specify the “alloy grade + temper + product form + material standard.” For example, even though 6061-T651 plate and 6061-T6 extrusion share the same alloy grade, their guaranteed properties, residual stress levels, and machining stability are not identical.

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 von Aluminiumlegierung 6061-T6 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 Die Eigenschaften der Aluminiumlegierung 6061 variieren je nach Wärmebehandlung erheblich:

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 von anderen Werkstoffen erfahren möchten Aluminiumlegierungsgüten, 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.

How Can Deformation Be Controlled During Machining?

Aluminum alloys have a relatively low elastic modulus and high thermal conductivity, making them sensitive to residual stress, clamping force, and material-removal sequence. Thin-walled housings, long plates, deep-pocket parts, and components subjected to extensive one-sided milling are prone to warping, twisting, wall-thickness variation, and hole-position deviation during machining.

Deformation mainly results from the following factors:

• Residual stress in the raw material: Rolling, extrusion, quenching, and straightening generate residual stresses within the material. When CNC machining disrupts the original stress balance, the part deforms in the direction of stress release.
• Asymmetrical material removal: Removing a large amount of material from only one side of a plate causes uneven stress release between the upper and lower surfaces, resulting in part bending.
• Excessive clamping force: Thin-walled areas may be flattened or straightened while clamped. After the fixture is released, the part springs back, causing dimensional and geometric tolerances to fall outside specification.
• Cutting heat and tool condition: Tool wear, poor chip evacuation, or unsuitable cutting parameters increase localized temperature and cutting forces, causing thermal deformation and surface tearing.
• Insufficient structural rigidity: Deep pockets, narrow ribs, long overhangs, and thin-walled structures are prone to vibration or tool deflection under cutting forces, resulting in uneven thickness and profile errors.

Precision aluminum parts should be machined in stages. Rough machining is performed first while leaving a uniform allowance. The part is then allowed to stabilize or undergoes stress-relief treatment when necessary, enabling part of the internal stress to dissipate. The machining datum is subsequently re-established before semi-finishing and finish machining. For flat parts, material should be removed symmetrically from opposing surfaces whenever possible to avoid machining directly to the final dimensions in a single operation.

Thin-walled parts require low-deformation fixtures, soft jaws, or dedicated support structures, with clamping force applied to rigid areas. Sharp cutting tools, stable cutting parameters, and effective chip evacuation must also be maintained to prevent cutting forces from increasing as the tools wear.

For parts requiring high dimensional stability, low-residual-stress materials in T651, T6511, T7351, or T7451 tempers should be prioritized. Final inspection must be performed after the part has been completely released from the fixture and returned to a stable temperature. Otherwise, the measurement results will not represent the part in its free state.

Why Does Welding Reduce the Strength of Aluminum Alloys?

The localized high temperature generated by welding changes the microstructure of the weld and heat-affected zone in aluminum alloys. For aluminum alloys strengthened through heat treatment or work hardening, welding disrupts the original strengthening effect. Therefore, the design strength of a welded joint cannot be based directly on the T6, T651, or H32 properties of the base material.

6xxx-series aluminum alloys: Alloys such as 6061-T6 are strengthened by magnesium-silicide precipitates. The welding thermal cycle dissolves or coarsens these strengthening precipitates in the heat-affected zone, creating a distinct softened region. Joint strength is normally controlled by the heat-affected zone rather than the unaffected base material.

5xxx-series aluminum alloys: Materials such as 5052-H32 and 5083-H116 primarily obtain their strength through work hardening. Welding heat causes recovery or localized annealing in the heat-affected zone, reducing hardness and strength. The welded joint can no longer be designed using the full strength of the original H temper.

2xxx- and 7xxx-series high-strength aluminum alloys: These materials are more sensitive to hot cracking, porosity, strength reduction, and stress-corrosion cracking during welding. Alloys such as 2024 and 7075 are generally unsuitable for conventional fusion-welded structures. Mechanical fastening, integral CNC machining, forging, or fully validated solid-state joining processes are more suitable for critical load-bearing components.

Weld-strength control must be addressed during the design stage rather than added after the part has been manufactured. Drawings should clearly specify the welding method, filler-wire grade, joint configuration, weld dimensions, permissible defects, inspection method, and whether post-weld heat treatment is required.

Post-weld heat treatment can restore part of the strength of heat-treatable aluminum alloys. However, repeated solution heat treatment and aging can cause dimensional changes, deformation, and additional costs, and not every large or complex assembly is suitable for complete heat treatment. Welded structures should therefore be calculated using the allowable strength of the welded joint, with the heat-affected zone positioned in a low-stress area.

When accepting custom welded aluminum parts, inspection should cover not only dimensions and appearance but also weld formation, porosity, cracks, lack of fusion, and softening in the heat-affected zone. Critical load-bearing assemblies require penetrant testing, radiographic testing, or mechanical-property verification in accordance with the drawing and applicable specifications.

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 uns für professionelle Beratung und ein schnelles Angebot—Wir sind bestrebt, effiziente und zuverlässige Lösungen für Ihr Projekt anzubieten.