Aluminium 2024 is een warmtebehandelbare Al-Cu-Mg-legering die een relatief hoge sterkte, goede vermoeiingsweerstand en een laag gewicht combineert. Het wordt op grote schaal toegepast in constructies voor de lucht- en ruimtevaart, transportmiddelen, hydraulische systemen en precisiemechanische onderdelen.
In deze gids over 2024-aluminium wordt uitgelegd waarom het bij de aankoop van op maat gemaakte onderdelen niet volstaat om op een tekening alleen “2024-aluminium” te vermelden. De hardheid, de productvorm, de walsrichting, de oppervlaktebescherming en de keuringsnorm zijn allemaal van invloed op de prestaties van het onderdeel, de stabiliteit bij de bewerking, de levertijd en de kosten.
Wat is 2024-aluminium?
2024 is een gesmede aluminiumlegering uit de 2xxx-serie. Koper en magnesium zijn de belangrijkste versterkende elementen, terwijl mangaan bijdraagt aan het beheersen van de microstructuur en het herkristallisatiegedrag.
| Element | AA 2024 Massafactie |
| Koper (Cu) | 3.8%–4.9% |
| Magnesium (Mg) | 1.2%–1.8% |
| Mangaan (Mn) | 0.30%–0.90% |
| Silicium (Si) | ≤0,50% |
| IJzer (Fe) | ≤0,50% |
| Zink (Zn) | ≤0,25% |
| Chroom (Cr) | ≤0,10% |
| Titanium (Ti) | ≤0,15% |
| Aluminium (Al) | Rest |
Het relatief hoge kopergehalte verhoogt de sterkte, maar vermindert ook de algemene corrosiebestendigheid. Om deze reden moeten onderdelen van 2024-staal doorgaans worden voorzien van een anodisatie, een chemische conversielaag, een verflaag of een Alclad-bescherming, afhankelijk van de gebruiksomstandigheden.
De 2024 en de Chinese 2A12 hebben vergelijkbare legeringssamenstellingen, maar voldoen niet aan exact dezelfde materiaalnormen, samenstellingsbereiken of prestatie-eisen. Ze mogen niet zonder technische bevestiging door elkaar worden vervangen.
Eigenschappen van 2024-O-aluminium
2024-O is 2024-aluminium in gegloeide toestand. Deze toestand heeft een lagere sterkte en hardheid, maar een betere ductiliteit en vervormbaarheid, waardoor het geschikt is voor buigen, stansen, dieptrekken en daaropvolgende warmtebehandeling.
Hieronder volgen enkele typische referentiewaarden voor 2024-O:
| Onroerend goed | Typische 2024-O-waarde | Betekenis voor de inkoop van onderdelen |
| Dichtheid | Ongeveer 2,78 g/cm³ | Geschikt voor lichte constructies |
| De Young-modulus | Ongeveer 73,1 GPa | Geeft de weerstand van het materiaal tegen elastische vervorming aan |
| Breektreksterkte | Ongeveer 186 MPa | Typische sterkte vóór breuk bij trekspanning |
| Vloeigrens | Ongeveer 76 MPa | Boven deze spanning kan blijvende vervorming optreden |
| Rek bij breuk | Ongeveer 22% | Geschikt voor aanzienlijke plastische vervorming en complexe vervormingsbewerkingen |
| Brinell-hardheid | Ongeveer 47 HB | Het materiaal is relatief zacht, dus er moet op worden gelet dat er geen klemsporen ontstaan |
| Afschuifsterkte | Ongeveer 124 MPa | Wordt gebruikt voor het beoordelen van gebieden die onder schuifbelasting staan en verbindingsconstructies |
| Afschuifmodulus | Ongeveer 28 GPa | Geeft de weerstand van het materiaal tegen afschuifvervorming aan |
| Poisson-coëfficiënt | Ongeveer 0,33 | Wordt gebruikt bij constructieberekeningen en eindige-elementenanalyse |
| Referentiewaarde voor vermoeidheidssterkte | Ongeveer 90 MPa | Gebaseerd op 5 × 10⁸ volledig omgekeerde spanningscycli |
Deze waarden zijn typische meetresultaten die zijn verkregen onder specifieke omstandigheden voor de proefstukken en vormen geen gegarandeerde acceptatiewaarden voor elk 2024-O-product. De definitieve eisen moeten worden gebaseerd op de productvorm, de dikte, de bemonsteringsrichting, de toepasselijke norm en het materiaalcertificaat.
2024 Aluminium Young's modulus
De Young-modulus van 2024-O-aluminium bedraagt ongeveer 73,1 GPa, ofwel 10,6 Msi.
De Young-modulus geeft de weerstand van een materiaal tegen trek- of drukvervorming binnen het elastische bereik weer en geeft in de eerste plaats de stijfheid weer. Deze waarde is geen vervanging voor de maximale treksterkte of de vloeigrens.
De waarden voor de Young-modulus van 2024-O, T351 en T851 liggen dicht bij elkaar, maar hun sterkte, hardheid, rek en restspanning verschillen aanzienlijk. Daarom betekenen vergelijkbare waarden voor de Young-modulus niet dat deze hardheidsgraden onderling uitwisselbaar zijn.
Waarom moet de hardheid van aluminium uit 2024 worden gespecificeerd?
De hardheidsgraad die bij de warmtebehandeling wordt bereikt, bepaalt de sterkte, de vervormbaarheid, de restspanning en het bewerkingsgedrag van het onderdeel. Als de hardheidsgraad niet in de tekening wordt gespecificeerd, kunnen verschillende leveranciers totaal verschillende grondstoffen gebruiken.
| Temperatuur | Belangrijkste kenmerken | Veelvoorkomende producten en toepassingen |
| 2024-O | Lage sterkte in combinatie met goede ductiliteit en vervormbaarheid | Dieptrekdelen, gebogen onderdelen, complex gevormde onderdelen en ruwe stukken voor verdere warmtebehandeling |
| 2024-T3 | Oplossing: warmtebehandeld, koudvervormd en op natuurlijke wijze gerijpt | Platen, vliegtuighuid en structurele onderdelen die worden blootgesteld aan cyclische belasting |
| 2024-T4 | Oplossing: warmtebehandeld en op natuurlijke wijze gerijpt | Onderdelen waarvoor enige vervormbaarheid en verdere bewerking vereist zijn |
| 2024-T351 | Stress verlicht door rekoefeningen en op natuurlijke wijze gerijpt | CNC-gefreesde plaatonderdelen, beugels, verbindingsstukken en precisie-constructieonderdelen |
| 2024-T3511 | Spanning verlicht door te rekken, op natuurlijke wijze gerijpt en, voor zover toegestaan, rechtgetrokken | Staven, buizen, profielen en lange asvormige onderdelen |
| 2024-T851 | Stress verlicht door uitrekking en kunstmatig verouderd | Constructieonderdelen met hoge trekvastheid en vastgestelde belastingsvereisten |
2024-O is geschikt voor vervorming, maar mag niet worden beschouwd als de standaard eindtoestand voor onderdelen die aan hoge belastingen worden blootgesteld. Indien na het vervormen een oplossingsgloeibehandeling en veroudering vereist zijn, moet vooraf rekening worden gehouden met vervorming door warmtebehandeling, maatvoeringstoleranties en de daaropvolgende nabewerking.
Hoe moeten verschillende productvormen worden gekozen?
Aluminium 2024 is verkrijgbaar in de vorm van platen, staaf, buizen, extrusies en smeedstukken. De productvorm is van invloed op de materiaaleigenschappen, de korrelrichting, de bewerkingsspeling en de levertijd.
- Blad: Geschikt voor bekledingen, afdekkingen, gebogen onderdelen en lichtgewicht behuizingen.
- Plaat: Geschikt voor CNC-gefreesde beugels, voetstukken, verbindingsstukken en dragende constructies.
- Bar: Geschikt voor assen, bussen, zuigers en draaiende onderdelen.
- Buis: Geschikt voor hydraulische, lucht- en ruimtevaarttoepassingen en lichtgewicht holle constructies.
- Extrusies: Geschikt voor lange frames, geleiderails en constructieonderdelen met een constante doorsnede.
- Smeedstukken: Geschikt voor onderdelen die zwaar worden belast en waarbij een gecontroleerde korreloriëntatie vereist is.
De legeringskwaliteit, de hardheidsgraad, de productvorm en de materiaalnorm moeten allemaal in de inkoopspecificaties worden vermeld. Zo kunnen bijvoorbeeld 2024-T351-platen en 2024-T3511-geëxtrudeerde staven niet louter op basis van de legeringsaanduiding als hetzelfde materiaal worden beschouwd.
Hoe moeten de legeringen 2024, 6061 en 7075 worden gekozen?
| Vergelijkingspunt | 2024 aluminium | 6061 | 7075 |
| Primair legeringssysteem | Al-Cu-Mg | Al-Mg-Si | Al-Zn-Mg-Cu |
| Krachtniveau | Relatief hoog | Medium | Zeer hoog |
| Prestaties bij vermoeidheid | Geschikt voor constructies die aan cyclische belastingen worden blootgesteld | Geschikt voor algemene industriële ladingen | Hangt af van het karakter en de werkomgeving |
| Corrosiebestendigheid | Relatief laag | Goed | Relatief laag |
| Lasbaarheid bij conventionele fusielassen | Slecht | Goed | Slecht |
| CNC-bewerkbaarheid | Goed | Goed | Goed |
| Typische toepassingen | Constructies voor de lucht- en ruimtevaart, tandwielen en hydraulische onderdelen | Automatiseringsapparatuur, behuizingen en algemene constructies | Zwaar belaste constructies, bevestigingsmiddelen en onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart |
6061 is geschikt voor gelaste constructies, algemene mechanische belastingen en corrosieve omgevingen. 7075 is geschikt voor constructies waarbij het gewicht een belangrijke rol speelt en die worden blootgesteld aan hoge statische belastingen. 2024 is geschikt voor onderdelen waarbij vermoeidheidsweerstand en gewichtsbesparing van belang zijn.
Bij de materiaalkeuze mag niet uitsluitend naar de treksterkte worden gekeken. Ook moet rekening worden gehouden met het soort belasting, de gebruiksomgeving, de verbindingsmethode, de oppervlaktebescherming en de inspectie-eisen.
Kenmerken van CNC-bewerking van 2024-O-aluminium
2024-O heeft een relatief lage hardheid, waardoor er vergeleken met andere materialen minder snijkrachten nodig zijn. Het zachtere materiaal verhoogt echter de kans op vastkleven van het gereedschap, opbouw van snijkanten, bramen en vervorming door de opspanning.
Tijdens de bewerking moet op de volgende punten worden gelet:
- Gebruik scherp snijgereedschap dat speciaal is ontworpen voor aluminiumlegeringen.
- Zorg voor een goede afvoer van de spanen om te voorkomen dat deze opnieuw krassen op het oppervlak veroorzaken.
- Verminder de klemdruk bij dunwandige en zachte werkstukken.
- Laat na de voorbewerking een gelijkmatige afwerkingsmarge over.
- Voeg ondersteuning toe voor gaten, dunne wanden en lange overhangende elementen.
- Neem de eisen inzake ontbramen op in de bewerkings- en inspectieprocessen.
2024-O biedt niet per se stabielere afmetingen dan T351. Voor precisie-CNC-onderdelen waarbij aanzienlijke materiaalafname vereist is, biedt T351 over het algemeen een geschiktere combinatie van sterkte en spanningsverdeling.
Hoe kan vervorming door bewerking in onderdelen uit 2024 worden beheerst?
Na uitgebreide eenzijdige bewerking van 2024-plaat kan herverdeling van interne spanningen leiden tot doorbuiging, verdraaiing of veranderingen in de vlakheid. Dunne wanden, diepe holtes en asymmetrische structuren brengen een groter risico met zich mee.
Veelgebruikte bestrijdingsmethoden zijn onder meer:
- Kies een geschikte materiaalhardheid en plaatdikte op basis van de geometrie van het onderdeel.
- Gebruik symmetrische, gelaagde en afwisselende bewerkingsbanen voor de voorbewerking.
- Laat na grof bewerken even tijd om de spanningen te laten herverdelen.
- Laat bij kritische afmetingen overal een gelijkmatige naadtoeslag over.
- Gebruik armaturen met een lage vervorming en zorg voor de juiste bevestigingsposities.
- Controleer opnieuw de vlakheid, de parallelheid en het profiel in onbelaste toestand.
Spanningsontlastte staalsoorten zoals T351 kunnen het risico op vervorming verminderen, maar ze kunnen niet garanderen dat een onderdeel volledig vervormingsvrij blijft. De freesbanen, de geometrie van het onderdeel, de opspanning en de materiaalpartij moeten nog steeds gezamenlijk worden gecontroleerd.
Waarom is de rolrichting belangrijk?
Gewalste plaat kent een lengterichting, een dwarsrichting en een korte dwarsrichting. De sterkte, rek en breukgedrag kunnen per richting verschillen.
Voor dragende constructies en dunwandige onderdelen moet in de tekening of het inkoopdocument het volgende worden vermeld:
- De belangrijkste belastingsrichting van het onderdeel;
- De walsrichting van het materiaal;
- De bemonsteringsrichting zoals aangegeven in het materiaalcertificaat;
- Of het is toegestaan om de nestrichting van de onderdelen te wijzigen;
- Of eigenschappen met een korte dwarsrichting vereist zijn.
Het vermelden van alleen de legering en de hardheidsgraad is niet voldoende om een constructieonderdeel met eisen inzake richtingsafhankelijke eigenschappen volledig te omschrijven.
Veelgebruikte op maat gemaakte aluminium onderdelen voor 2024
Aluminium 2024 is geschikt voor lichtgewicht, dragende onderdelen en precisieverbindingselementen, waaronder:
- Lucht- en ruimtevaart constructiebeugels en verbindingsstukken;
- Rompframes en interne verstevigingen;
- Tandwielen, wormwieloverbrengingen en koppelingen;
- Assen, bussen en hulzen;
- Hydraulische klephuizen en cilinderonderdelen;
- Zuigers en onderdelen van bewegingssystemen;
- Bouten, moeren en bevestigingsmiddelen met hoge treksterkte;
- Precisieopspanningen en inspectiegereedschap.
De hardheidsgraad van het materiaal moet afzonderlijk worden gekozen op basis van de belasting van het onderdeel, de vervormingsmethode, het bewerkingsproces en de gebruiksomgeving. Niet voor elk onderdeel moet dezelfde hardheidsgraad worden gebruikt.
Oppervlaktebehandelingen voor 2024-aluminium
Aangezien 2024 een relatief hoog kopergehalte heeft, is oppervlaktebescherming doorgaans een belangrijke aankoopvoorwaarde.
- Anodiseren: Verbetert de corrosiebestendigheid en de slijtvastheid van het oppervlak. Het kopergehalte kan de kleurconsistentie beïnvloeden; daarom moet bij onderdelen die op het uiterlijk van invloed zijn eerst een monster worden gecontroleerd.
- Hard anodiseren: Geschikt voor slijtvlakken. Gaten, schroefdraad en pasvlakken moeten worden gecompenseerd wat betreft de laagdikte of moeten worden afgedekt.
- Chemische conversielaag: Vormt een dunne beschermlaag en kan dienen als grondlaag voor verf of worden gebruikt op plaatsen waar elektrisch contact nodig is.
- Schilderij: Geschikt voor onderdelen die kleur, isolatie van de omgeving en extra bescherming vereisen.
- Chemisch vernikkelen: Kan de oppervlaktehardheid en slijtvastheid verbeteren, maar de voorbehandeling, hechting en dimensionale toename moeten worden gevalideerd.
- Alclad-plaat: Er wordt een aluminium bekledingslaag gebruikt om de corrosiebestendigheid te verbeteren. Voor blootliggend kernmateriaal op bewerkte of geboorde plaatsen moet nog steeds worden beoordeeld of bescherming nodig is.
Alclad moet worden vertaald als “met aluminium bekleed” of “plaat met een bekleding van een aluminiumlegering”; het mag niet worden opgevat als verzinken.
Veelvoorkomende inspectiepunten
De inspectie van op maat gemaakte aluminium onderdelen uit 2024 moet plaatsvinden op basis van de specificaties in de tekening.
- Materiaalcertificaat: Bevestigt het legeringsnummer, de hardheid, het smeltnummer of het partijnummer en de van toepassing zijnde specificatie.
- Maatcontrole: Controleert kritische afmetingen, toleranties, de posities van gaten en de pasvormverhoudingen.
- Controle van geometrische toleranties: Controleert de vlakheid, parallelliteit, loodrechtheid en het profiel.
- Oppervlakteruwheid: Controleert de bewerkingskwaliteit van afdichtings-, glij- en pasvlakken.
- Inspectie van de coating: Controleert de laagdikte, de dekking, de kleur en de afgedekte gebieden.
- Eerste artikelcontrole: Controleert of het proces en de tekeningen aan de voorschriften voldoen vóór de serieproductie.
- Traceerbaarheid van batches: Koppelt grondstof-, productiebatch- en inspectiegegevens aan elkaar.
De inspectiepunten moeten vóór het opstellen van de offerte worden vastgesteld. Het toevoegen van rapporten nadat de serieproductie is voltooid, leidt doorgaans tot hogere kosten en een langere doorlooptijd.
Hoe kun je een betrouwbare partner voor de bewerking van aluminium in 2024 kiezen?
Een betrouwbare leverancier moet meer doen dan alleen frezen of draaien. Hij moet ook begrijpen hoe de hardheid van het materiaal en de vorm van het product de prestaties van het onderdeel beïnvloeden.
Bij de beoordeling van een leverancier kan op de volgende punten worden gelet:
- Of het de juiste hardheid en productvorm voor 2024 kan aanschaffen volgens de tekening;
- Of het traceerbare materiaalcertificaten kan verstrekken;
- Of het nu gaat om ervaring met het beheersen van vervorming bij onderdelen met dunne wanden, diepe holtes en een hoge materiaalafname;
- Of het in staat is om warmtebehandeling, oppervlaktebehandeling en een laatste controle van de afmetingen te coördineren;
- Of het bedrijf inspectierapporten inzake maatcontroles of eerste-exemplaarinspecties kan leveren in het overeengekomen formaat;
- Of het nu gaat om het opsporen van risico’s op het gebied van tolerantie, werkstukopspanning of oppervlaktebehandeling vóór de productie.
Weldo Machining kan de bewerkingsroute beoordelen op basis van de tekening, de materiaalhardheid, de kritische toleranties en de hoeveelheid. Inkopers kunnen de bewerkingsmogelijkheden bekijken op de Pagina over CNC-bewerkingsdiensten of tekeningen indienen voor technische beoordeling via de pagina voor het uploaden van bestanden.
Waarom is de doorlooptijd belangrijk voor op maat gemaakte onderdelen voor 2024?
Niet alle afmetingen en diktes voor 2024 zijn direct leverbaar. Voor speciale diktes, Alclad-platen, materiaalspecificaties voor de lucht- en ruimtevaart of materialen waarvoor volledige traceerbaarheidsdocumentatie vereist is, kan extra inkooptijd nodig zijn.
De totale doorlooptijd omvat doorgaans:
- Inkoop van grondstoffen en controle van certificaten;
- Beoordeling van het proces en voorbereiding van de opspanning;
- Voorbewerking en nabewerking;
- Warmtebehandeling of spanningsbeheersing;
- Oppervlaktebehandeling;
- Eindcontrole en opstellen van de documentatie.
Bij projecten met montage-deadlines moet de beoogde leverdatum al in de offertefase worden vermeld en moet de beschikbaarheid van het materiaal worden bevestigd. Het vergelijken van alleen de bewerkingstijd geeft geen nauwkeurig beeld van de uiteindelijke leverdatum.
Hoe kunnen de bewerkingskosten van aluminium onderdelen uit 2024 worden beheerst?
Effectieve kostenbeheersing begint bij de ontwerp- en inkoopvereisten.
- Geef voorrang aan standaardmaten: Speciale diktes en afwijkende hardheidsgraden zorgen voor hogere materiaalkosten en een langere levertijd.
- Afzonderlijke kritische toleranties: Stel strenge eisen alleen aan de afmetingen voor het in elkaar passen, afdichten en positioneren.
- Verminder diepe holtes en dunne wanden: Dit verlaagt de kosten die gepaard gaan met het overhangen van gereedschap, het beperken van vervorming en herhaaldelijke instellingen.
- Standaardiseer de diameters van gaten en schroefdraden: Hierdoor neemt het aantal gereedschappen en het aantal gereedschapswissels af.
- Voeg vergelijkbare partijen samen: Hierdoor worden de kosten voor programmering, opstelling en inspectie van het eerste exemplaar gespreid.
- Bepaal de reikwijdte van de inspectie: Vraag alleen de rapporten en certificaten aan die het project daadwerkelijk nodig heeft.
- Bepaal van tevoren de oppervlaktebehandeling: Dit voorkomt dat er na de bewerking nog wijzigingen worden aangebracht in de maatcompensatie en de maskeerplannen.
Kostenbesparingen mogen niet worden gerealiseerd door het ongeoorloofd vervangen van legeringen, het schrappen van essentiële inspecties of het versoepelen van functionele afmetingen.
Welke gegevens zijn nodig bij het aanvragen van een offerte voor aluminium onderdelen voor 2024?
Een volledige offerteaanvraag moet het volgende bevatten:
- 2D-tekeningen en 3D-modellen;
- De volledige materiaalaanduiding en de hardheid;
- Productvorm of toepasselijke materiaalnorm;
- Kritische afmetingen, toleranties en GD&T-eisen;
- Eisen inzake oppervlakteruwheid en uiterlijk;
- Warmtebehandeling en oppervlaktebehandeling specificaties;
- Aantallen prototypes, eerste productieserie en jaarlijkse vraag;
- Vereisten inzake materiaalcertificaten en inspectierapporten;
- Verpakking, traceerbaarheid en beoogde leverdatum.
Hoe vollediger deze informatie is, hoe gemakkelijker het voor de leverancier is om een nauwkeurig procesplan, een prijs en een leveringsschema op te stellen.
Veelgestelde vragen van de aluminium geleider uit 2024
Wat is de elasticiteitsmodulus van aluminium 2024?
De Young-modulus van 2024-O bedraagt ongeveer 73,1 GPa. De Young-modulus geeft de stijfheid aan, niet de maximale treksterkte of de vloeigrens.
Is 2024-O geschikt voor de directe productie van onderdelen die aan hoge belastingen worden blootgesteld?
2024-O heeft een relatief lage sterkte en wordt voornamelijk gebruikt voor het vormen en de daaropvolgende warmtebehandeling. Afhankelijk van de belastingseisen van onderdelen die aan hoge belastingen worden blootgesteld, dient T3, T351, T851 of een andere goedgekeurde hardheid te worden gekozen.
Is 2024-aluminium sterker dan 6061?
Bij veelgebruikte versterkte hardingsgraden biedt 2024 over het algemeen een hogere sterkte en betere vermoeiingsweerstand, maar de corrosiebestendigheid en lasbaarheid ervan zijn doorgaans lager dan die van 6061.
Kan aluminium uit 2024 worden gelast?
2024 is niet geschikt voor conventioneel smeltlassen. Bij constructieontwerpen wordt doorgaans gebruikgemaakt van boutverbindingen, klinknagels of andere beproefde verbindingsmethoden.
Is aluminium uit 2024 corrosiebestendig?
2024 heeft een relatief lage algemene corrosiebestendigheid. In omgevingen met vocht, zoutnevel of contact tussen verschillende metalen moet rekening worden gehouden met oppervlaktebescherming en het voorkomen van galvanische corrosie.
Zijn 2024-O en 2024-T351 onderling uitwisselbaar?
Ze zijn niet direct onderling uitwisselbaar. Hun sterkte, hardheid, ductiliteit en restspanning verschillen, dus moeten het ontwerp en de materiaalspecificatie worden gecontroleerd voordat ze worden vervangen.
