De sleutel tot het vergelijken van 2024-T351 versus 6061-T651 Het gaat er niet om te bepalen welk materiaal beter is. De echte vraag is welk materiaal voldoet aan de eisen die aan het onderdeel worden gesteld op het gebied van belasting, constructie, verbindingen en gebruiksomstandigheden.
- Kies 2024-T351 voor constructies die een hoge sterkte vereisen, onderhevig zijn aan cyclische belasting en licht van gewicht moeten zijn.
- Kies 6061-T651 vanwege de corrosiebestendigheid, lasbaarheid, warmteafvoer, anodiseerbaarheid en kostenbeheersing.
Materiaalingenieurs moeten ook de productvorm, de plaatdikte, de walsrichting, de vervorming door bewerking, de oppervlaktebehandeling en de acceptatienorm vaststellen. De treksterkte alleen is onvoldoende om een betrouwbare materiaalkeuze te kunnen maken.
Wat zijn 2024-T351 en 6061-T651?
2024-T351
2024 is een zeer sterke Al-Cu-Mg-aluminiumlegering. Koper en magnesium vormen het belangrijkste verstevigingssysteem, waardoor het materiaal een hoge treksterkte, vloeigrens, afschuifsterkte en vermoeiingsweerstand heeft.
De T351-hardingsbehandeling omvat:
- Oplossing: warmtebehandeling.
- Snel afkoelen.
- Gecontroleerde rekoefeningen om stress te verlichten.
- Natuurlijke rijping bij kamertemperatuur.
2024-T351 wordt gebruikt voor zwaar belaste beugels, constructies voor de lucht- en ruimtevaart, verbindingsplaten en onderdelen die worden blootgesteld aan cyclische belastingen. Het hoge kopergehalte vermindert de corrosiebestendigheid, waardoor alle blootliggende bewerkte oppervlakken een beschermende behandeling vereisen.
6061-T651
6061 is een door warmtebehandeling verhardbare Al-Mg-Si-aluminiumlegering. Magnesium en silicium vormen de versterkende Mg₂Si-fase, waardoor het materiaal een gemiddelde sterkte, een goede corrosiebestendigheid en stabiele verwerkbaarheid heeft.
De T651-harding doorloopt de volgende stappen:
- Oplossing: warmtebehandeling.
- Snel afkoelen.
- Gecontroleerde rekoefeningen om stress te verlichten.
- Kunstmatige veroudering.
6061-T651 wordt gebruikt voor machinefundamenten, behuizingen van apparatuur, opspanningen, hydraulische verdeelblokken, warmteafvoerconstructies en bevestigingsbeugels. Het biedt een goede balans tussen bewerkbaarheid, lasbaarheid, oppervlakteafwerking en productiekosten.
T351 en T651 zijn van toepassing op gewalste platen. Voor geëxtrudeerde producten wordt T3511 of T6511 gebruikt. In de inkoopdocumenten moeten de legering, de hardheid en de productvorm worden vermeld.
Vergelijking van de chemische samenstelling
| Element | 2024 | 6061 |
|---|---|---|
| Koper, Cu | 3.8–4.9% | 0.15–0.40% |
| Magnesium, Mg | 1.2–1.8% | 0.8–1.2% |
| Mangaan, Mn | 0.30–0.90% | ≤0,15% |
| Silicium, Si | ≤0,50% | 0.40–0.80% |
| Chroom, Cr | ≤0,10% | 0.04–0.35% |
| Zink, Zn | ≤0,25% | ≤0,25% |
| Aluminium, Al | Saldo | Saldo |
Gegevensbronnen: Technische gegevens van Kaiser 2024 en gegevens over de legering Hydro 6061.
2024 dankt zijn hoge sterkte aan koper en magnesium. 6061 dankt zijn meer uitgebalanceerde combinatie van sterkte, corrosiebestendigheid en lasbaarheid aan magnesium en silicium. Deze verschillen in samenstelling bepalen hoe elk materiaal wordt gebruikt.
Belangrijkste mechanische eigenschappen van 2024-T351 versus 6061-T651
In de onderstaande tabel worden typische waarden uit de technische gegevens van de fabrikant gebruikt voor de selectie van constructiematerialen. Bij het aanvaarden van een opdracht moeten de norm, het diktebereik en de materiaalcertificering die op de tekening zijn gespecificeerd, worden nageleefd.
| Onroerend goed | Typische waarde voor 2024-T351 | Typische waarde voor 6061-T651 | Betekenis van materiaalkeuze |
|---|---|---|---|
| Breektreksterkte | 469 MPa | 310 MPa | In 2024 zullen de trekspanningen hoger zijn |
| Vloeigrens | 324 MPa | 276 MPa | 2024 biedt een grotere weerstand tegen blijvende vervorming |
| Rek | 20% | 17% | De toelaatbare waarden zijn afgestemd op de opgegeven plaatdikte en de norm |
| Brinell-hardheid | 120 HB | 95 HB | 2024 heeft een hogere hardheid |
| Afschuifsterkte | 283 MPa | 207 MPa | 2024 is beter geschikt voor sterk belaste schuifverbindingen |
| Vermoeidheidssterkte | 138 MPa | 97 MPa | 2024 is beter geschikt voor cyclische belasting |
| Elasticiteitsmodulus | 73,1 GPa | 68,3 GPa | De twee legeringen hebben een vergelijkbare stijfheid |
| Dichtheid | 2,77 g/cm³ | 2,70 g/cm³ | 6061 is iets lichter |
| Warmtegeleidingsvermogen | 120 W/m·K | 167 W/m·K | 6061 is beter geschikt voor onderdelen die warmte moeten afvoeren |
| Elektrische geleidbaarheid | 30% IACS | 43% IACS | 6061 biedt een hogere elektrische geleidbaarheid |
6061 gegevensbron: Technische gegevens Kaiser 6061.
Vermoeidheidsgegevens moeten worden vergeleken bij dezelfde spanningsverhouding, hetzelfde aantal cycli, dezelfde oppervlaktegesteldheid en dezelfde oriëntatie van het proefstuk. Bij de goedkeuring van aangevoerde materialen moeten de gegarandeerde minimumwaarden uit de toepasselijke materiaalnorm worden gehanteerd. Typische waarden vormen geen vervanging voor de goedkeuringswaarden.
Belangrijkste voor- en nadelen
| Materiaal | Belangrijkste voordelen | Belangrijkste nadelen |
|---|---|---|
| 2024-T351 | Hoge sterkte, goede vermoeiingsweerstand, hoog afschuifdraagvermogen, stabiele spaanafvoer en een hoge sterkte-gewichtsverhouding | Lage corrosiebestendigheid, ongeschikt voor conventioneel smeltlassen, strenge eisen aan de oppervlaktebescherming en hogere totale kosten |
| 6061-T651 | Corrosiebestendigheid, lasbaarheid, goede thermische en elektrische geleidbaarheid, gelijkmatige anodisatie en ruime beschikbaarheid | Lagere sterkte en slechtere vermoeiingsprestaties dan in 2024, verzachting in de door de laswarmte beïnvloede zone en een grotere neiging tot het vormen van bramen tijdens de bewerking |
2024-T351 lost problemen met hoge belasting op
2024-T351 biedt een hoger draagvermogen bij dezelfde doorsnede. Het is geschikt voor cyclische belastingen, zwaar belaste schuifverbindingen en lichtgewicht constructies.
Dankzij de hogere hardheid zorgt het voor een stabiele spanenafvoer en betrouwbare afwerkingsprestaties. Bij precisiegaten, lageroppervlakken, dunne ribben en complexe contouren wordt een constante maat- en oppervlaktekwaliteit bereikt.
6061-T651 biedt een oplossing voor algemene productieproblemen
6061-T651 is geschikt voor lassen, warmteafvoer, anodiseren en stabiele serieproductie. Het is verkrijgbaar in een breed scala aan afmetingen, verkort de aanvoer van materiaal en verlaagt de totale productiekosten.
Het is geschikt voor onderdelen die matig worden belast. Voor behuizingen, basisplaten, frames, koellichamen en algemene industriële beugels biedt 6061-T651 een hogere leveringsefficiëntie.
Kracht is niet hetzelfde als stijfheid
2024-T351 is aanzienlijk sterker dan 6061-T651, maar hun elasticiteitsmoduli liggen dicht bij elkaar.
Wanneer een onderdeel blijvend vervormd raakt of onvoldoende draagvermogen heeft, biedt 2024-T351 een direct voordeel.
Wanneer er sprake is van overmatige elastische doorbuiging, moeten ingenieurs de wanddikte vergroten, de plaatsing van de ribben aanpassen of de vorm van de dwarsdoorsnede wijzigen.
Het vervangen van 6061 door 2024 leidt niet tot een significante vermindering van de elastische doorbuiging van een identieke constructie. Dit onderscheid heeft rechtstreekse gevolgen voor belangrijke beslissingen met betrekking tot robotarmen, beugels met een grote overspanning en precisiebevestigingsplaten.
CNC-bewerking en de keuze van snijgereedschap
2024-T351 en 6061-T651 zijn aluminiumlegeringen met een laag siliciumgehalte. Beide worden bewerkt met voor aluminium bestemde hardmetalen of PCD-snijgereedschappen.
Prototypes en kleine tot middelgrote productievolumes
Gebruik scherpe, gepolijste snijgereedschappen van hardmetaal:
- Twee- of driesnijdige frezen met brede spaangroeven.
- Aluminium snijgereedschappen met een hoge positieve spaanhoek.
- Gepolijste fluiten.
- Hardmetalen boren met koelvloeistoftoevoer.
- Gereedschappen met een ZrN- of DLC-coating die weinig wrijving veroorzaken.
Universele staalsnijgereedschappen hebben kleinere spaanhoeken en smallere spaangroeven. Ze zorgen voor meer aanhechting, braamvorming en oppervlaktebeschadiging, en worden daarom niet gebruikt voor de precisieproductie van aluminium.
Productie op grote schaal
PCD-gereedschappen worden gebruikt voor het frezen, boren, ruimen en vlakafwerken op hoge snelheid. PCD zorgt voor een scherpe snijkant, lage wrijving en een stabiele standtijd. Het vermindert het aantal gereedschapswissels en maatafwijkingen bij serieproductie.
Kennametal maakt gebruik van PCD-gereedschap voor de verspanbewerking van aluminium bij hoge snelheden en benadrukt de scherpe snijkanten en de wrijvingsarme spaanvlakken ervan. Kennametal PCD-gereedschap
Verschillen in bewerking tussen de twee materialen
| Bewerkingsfactor | 2024-T351 | 6061-T651 |
|---|---|---|
| Chipbesturing | Stabiel met goede spaanafvoer | Chips hechten beter |
| Opgebouwde rand | Afnemende tendens | Vereist strikte controle |
| Snijkracht | Hoger | Omlaag |
| Beheersing van bramen | Makkelijker | Hangt af van een scherp snijvlak |
| Nauwkeurige bewerking van gaten | Stabiel | Vereist een krachtigere chipafvoer |
| Voorbewerking op hoge snelheid | Ondersteund | Ondersteund |
| Batchafwerking | Hardmetaal of PCD | PCD biedt een duidelijk voordeel |
2024-T351 is beter bewerkbaar dan 6061-T651 en biedt meer stabiliteit bij het nauwkeurig bewerken van gaten en contouren.
6061-T651 zorgt voor lagere snijkrachten en maakt materiaalverwijdering bij hoge snelheden mogelijk, maar de vorming van opgebouwde randen en bramen moet worden beperkt.
De totale bewerkingstijd wordt bepaald door de geometrie van het werkstuk, de snijgereedschappen, het materiaalverwijderingsvolume, de werkstukopspanning en de eisen aan het oppervlak. De legeringsaanduiding alleen is niet bepalend voor een vaste snelheidsverhouding.
Beheersing van vervorming bij verspaning
Bij zowel de T351 als de T651 wordt de spanning door uitrekken weggenomen, maar bij diepe holtes, dunne wanden en eenzijdige, intensieve materiaalafname komt er nog steeds interne spanning vrij.
Voor een stabiele bewerking is het volgende nodig:
- Gelijke bewerkingsopslag aan beide zijden.
- Evenwichtige materiaalafname van tegenoverliggende oppervlakken.
- Gelaagde voorbewerking voor diepe uitsparingen.
- Het wegnemen van de klemkracht na het voorbewerken.
- De referentiepunten opnieuw instellen voordat de bewerking wordt voltooid.
- Lage klemkracht en goede ondersteuning voor dunne wanden.
- Controle van de vlakheid en de positie nadat de klemmen volledig zijn losgemaakt.
2024-T351 heeft een hogere sterkte en genereert grotere snijkrachten. 6061-T651 is zachter, waardoor er meer aandacht moet worden besteed aan het voorkomen van klemsporen en vervorming van dunwandige onderdelen.
Wordt draadvonkenondersteuning ondersteund?
2024-T351 en 6061-T651 zijn elektrisch geleidend. Beide materialen zijn geschikt voor draadvonken.
Draadvonken wordt gebruikt voor:
- Nauwkeurige doorgaande sleuven en smalle sleuven.
- Kleine interne hoekradii.
- Onregelmatige doorgaande gaten.
- Gesloten tweedimensionale profielen.
- Dunwandige en plaatonderdelen.
- Doorgangen die freesgereedschap niet kan bereiken.
Bij draadvonken wordt het werkstuk in de richting van de draad doorgesneden. Deze techniek wordt niet gebruikt voor blinde gaten, blinde holtes of volledig driedimensionale oppervlakken. CNC-frezen wordt toegepast voor standaard buitenprofielen, diepe holtes en het verwijderen van grote hoeveelheden materiaal.
Rolrichting en productvorm
Gewalste plaat kent een lengterichting, een lange dwarsrichting en een korte dwarsrichting. 2024-T351 is gevoeliger voor de oriëntatie. De eigenschappen in de korte dwarsrichting van dikke platen hebben een directe invloed op zwaar belaste gaten, dikke verbindingsdelen en constructies die gevoelig zijn voor vermoeidheid.
In tekeningen en aankoopdocumenten moet het volgende worden vermeld:
- Plaat of profiel.
- Materiaalhardheid.
- Plaatdikte.
- Primaire belastingsrichting.
- Richtingsaanwijzing voor het walsen van platen.
- Lege nestrichting.
- Eisen aan de eigenschappen van lange en korte dwarsrichtingen.
Leveranciers mogen de nestrichting van onderdelen niet wijzigen om het materiaalgebruik te optimaliseren zonder goedkeuring van de technische afdeling.
Corrosiebestendigheid, lassen en verbindingsmethoden
2024-T351
2024-T351 wordt gebruikt in gecontroleerde omgevingen of constructies met volledige beschermende coatings. Vochtigheid, zoutnevel en blootstelling aan zeewater versnellen putcorrosie en interkristallijne corrosie op onbeschermde oppervlakken.
2024-T351 wordt niet gebruikt voor conventionele TIG- of MIG-gelaste constructies. De verbindingsmethoden zijn onder meer:
- Bouten.
- Klinknagels.
- Pinnen.
- Klemverbindingen.
- Constructielijmen.
Bij het ontwerp van de verbinding moet worden gecontroleerd of de spanning op de gaten en lagers, de randafstand, de voorspanning en de vermoeidheidsbelasting aan de vereisten voldoen.
6061-T651
6061-T651 wordt gebruikt in industriële omgevingen, buitenapparatuur, auto-onderdelen en elektronische apparaten. Het materiaal is geschikt voor conventioneel aluminiumlassen.
De door de laswarmte beïnvloede zone wordt zachter, waardoor gelaste assemblages niet kunnen worden ontworpen op basis van de T651-eigenschappen van het ongelaste basismateriaal. Voor precisiegelaste onderdelen zijn bovendien een gecontroleerde lasvolgorde, speciale opspanningen, het rechttrekken na het lassen en secundaire bewerking vereist.
Kies 6061-T651 wanneer er gelast moet worden. Kies 2024-T351 voor zwaar belaste, mechanisch bevestigde constructies.
Keuze van de oppervlaktebehandeling 2024-T351 versus 6061-T651
| Oppervlaktebehandeling | 2024-T351 | 6061-T651 | Hoofdfunctie |
|---|---|---|---|
| Zoals bewerkt | Uitsluitend in gecontroleerde omgevingen | Binnenomgevingen | Behoudt de afmetingen en verlaagt de kosten |
| Chemische conversielaag | Optie voor primaire bescherming | Standaard beveiligingsoptie | Verbetert de corrosiebestendigheid en de hechting van de coating |
| Conventioneel anodiseren | Corrosiebescherming en isolatie | Corrosiebescherming, isolatie en uiterlijk | Vormt een beschermende oxidelaag |
| Hard anodiseren | Slijtvaste functionele oppervlakken | Slijtvaste functionele oppervlakken | Verhoogt de oppervlaktehardheid |
| Grondverf en verf | Zwaar belaste, tegen corrosie beschermde constructies | Bescherming van het milieu en het uiterlijk | Beschermt het materiaal tegen corrosieve stoffen |
| Chemisch nikkelplateren | Slijtvaste en functionele oppervlakken | Slijtvaste en functionele oppervlakken | Verbetert de slijtvastheid |
| Poedercoating | Wordt niet gebruikt op onderdelen die onderhevig zijn aan ernstige vermoeidheid | Behuizingen en frames | Zorgt voor een mooi uiterlijk en bescherming |
2024 levert minder consistente resultaten op geanodiseerde kleur dan 6061. Kies 6061-T651 voor onderdelen waaraan strenge esthetische eisen worden gesteld.
Door anodiseren en galvaniseren veranderen de diameters van de gaten, de schroefdraad en de aansluitmaten. Op tekeningen moeten de laagdikte, de afmetingen na de behandeling en de afplakplaatsen worden aangegeven.
Toepassingen en typische onderdelen
| Industrie | Standaardonderdelen voor de 2024-T351 | Typische onderdelen van 6061-T651 |
|---|---|---|
| Lucht- en ruimtevaart | Vleugelribben, verbindingsplaten, rompbeugels en scharnieronderdelen die aan hoge belastingen worden blootgesteld | Instrumentenbehuizingen, grondapparatuur en bevestigingsonderdelen |
| Automobielindustrie en motorsport | Ophangingsstangen, zwaar belaste beugels en lichtgewicht dragende onderdelen | Accubeugels, sensorbehuizingen en montagebeugels |
| Automatiseringsapparatuur | Bewegingsverbindingen en cyclisch belaste onderdelen | Bevestigingsmiddelen, basisplaten, frames en gereedschappen |
| Elektronica | Zeer sterke precisie-constructieonderdelen | Koellichamen, beeldschermframes en behuizingen voor vermogensmodules |
| Hydraulische systemen | Zwaar belaste klephuizen en aansluitblokken | Verdeelstukken, pomphuizen en hydraulische constructies |
| Vervoer | Door vermoeidheid belaste beugels en verbindingsconstructies | Platforms, behuizingen en gelaste assemblages |
Vergelijking van materiaal- en bewerkingskosten
Bij gelijke afmetingen, aankoophoeveelheid, materiaalherkomst en kwaliteitsniveau, 6061-T651 is goedkoper dan 2024-T351.
| Kostenfactor | 2024-T351 | 6061-T651 |
|---|---|---|
| Grondstofprijs | Hoger | Omlaag |
| Voorraadbeschikbaarheid | Meer geconcentreerd | Breed |
| CNC-bewerking | Stabiele spaanafvoer bij hogere snijkrachten | Lagere snijkrachten bij hogere eisen aan de braambeheersing |
| Oppervlaktebescherming | Vereist gerichte bescherming | Geselecteerd op basis van de omgeving |
| Gelaste constructies | Er wordt geen gebruik gemaakt van conventioneel smeltlassen | Lassen wordt ondersteund |
| Kwaliteitsdocumentatie | Streng voor projecten met een hoge werklast | Flexibel voor industriële projecten |
| Totale kosten inclusief verzendkosten | Hoger | Omlaag |
De totale kosten van 2024-T351 omvatten materiaal, uitlijningscontrole, gefaseerde bewerking, corrosiebescherming en kwaliteitsdocumentatie. 6061-T651 zorgt voor lagere leveringskosten dankzij de beschikbaarheid uit voorraad, lasbaarheid en een stabiele oppervlakteafwerking.
Kies 6061-T651 om de kosten te beperken bij onderdelen die matig worden belast. Kies 2024-T351 om het constructiegewicht en het risico op defecten te beperken bij onderdelen die zwaar worden belast en waarbij vermoeidheidsbreuken een kritiek punt vormen.
Punten die ingenieurs voor maatwerkonderdelen moeten controleren
1. Productvorm
T351 en T651 zijn van toepassing op gewalste platen. T3511 en T6511 zijn van toepassing op geëxtrudeerde producten. Maattoleranties, restspanning en mechanische eigenschappen van verschillende productvormen zijn niet onderling uitwisselbaar.
2. Plaatdikte
In de materiaalnormen worden de minimale sterkte en rek per plaatdikte vastgelegd. De ontwerpgegevens, het opgegeven materiaal en de daadwerkelijke plaat moeten binnen hetzelfde diktebereik vallen.
3. Sterkte en stijfheid
2024 houdt rekening met eisen op het gebied van draagvermogen en vermoeidheid. De wanddikte, de plaatsing van de ribben en het dwarsdoorsnedeontwerp zorgen ervoor dat structurele doorbuiging wordt tegengegaan.
4. Eigenschappen na het lassen
De door warmte beïnvloede zone van gelast 6061-T651 behoudt niet de eigenschappen van het T651-basismateriaal. Bij gelaste constructies moeten de ontwerpgegevens voor na het lassen worden gebruikt.
5. Afmetingen van de oppervlaktebehandeling
Anodiseren, chemisch vernikkelen en coatings hebben invloed op de passingafmetingen. De afmetingen vóór de behandeling, de afmetingen na de behandeling en de te maskeren gebieden moeten afzonderlijk worden gespecificeerd.
6. Materiaalvervanging
Voor het vervangen van 2024-T351 door 6061-T651 is een hervalidatie vereist van:
- Statische sterkte.
- Levensduur onder vermoeidheidsbelasting.
- Draagkracht van gaten.
- Dwarsdoorsnedeafmetingen.
- Aansluitmethode.
- Corrosieve omgeving.
- Oppervlaktebehandeling.
- Toepasselijke norm.
Materialen mogen niet worden vervangen zonder toestemming van de ontwerpingenieur.
Vereisten inzake inkoop en keuring
Het offerteaanvraagpakket moet het volgende bevatten:
- Materiaalkwaliteit en hardheid.
- Productvorm.
- Plaatdikte en walsrichting.
- ASTM-, AMS- of klantnorm.
- Materiaalcertificering en traceerbaarheid van partijen.
- Kritische afmetingen en geometrische toleranties.
- Oppervlakteruwheid.
- Specificaties voor oppervlaktebehandeling en laagdikte.
- Inspectierapport van het eerste artikel of CMM-rapport.
- Verpakking en bescherming tijdens het transport.
Deze informatie is bepalend voor het bewerkingsplan, de inspectiemethode, de offerte en de doorlooptijd.
Vraag advies en een offerte aan bij Weldo Machining
Het kiezen van het verkeerde materiaal leidt tot meer vervorming, meer herstelwerk, extra kosten voor oppervlaktebehandeling en hogere leveringskosten. Weldo Machining beoordeelt de materialen 2024-T351 en 6061-T651 aan de hand van de tekening, de belasting, de gebruiksomgeving, de toleranties, de hoeveelheid en de afwerkingsvereisten.
De technische beoordeling omvat:
- Controle van de materiaaltoestand en de productvorm.
- Analyse van dunwandige, diepe holtes en hoge materiaalafname.
- Rolrichting en plaatsing van de plano's.
- Strategie voor het gebruik van hardmetalen of PCD-gereedschappen.
- CNC-bewerking en Draad EDM planning.
- Maatcompensatie bij oppervlaktebehandeling.
- Inspectiemethoden en kwaliteitsdocumentatie.
- Offertes voor prototypes en productie.
Uploaden uw 2D-tekeningen, 3D-modellen, afnamehoeveelheid en materiaalbehoeften, zodat wij u een gedetailleerd bewerkingsplan, een doorlooptijd en een offerte kunnen verstrekken.
Conclusie
2024-T351 biedt een hogere sterkte, betere vermoeiingsweerstand en een groter afschuifdraagvermogen. Het wordt gebruikt voor lichtgewicht constructies die aan hoge belastingen worden blootgesteld.
6061-T651 biedt een betere corrosiebestendigheid, lasbaarheid, warmtegeleiding, anodisatieresultaten en kostenbeheersing. Het wordt gebruikt voor algemene industriële en productietoepassingen.
Bij de definitieve materiaalkeuze moeten de hardheid, de productvorm, de plaatdikte, de walsrichting, de constructieve stijfheid, de verbindingsmethode, de oppervlaktebehandeling en de acceptatienorm worden vastgelegd.
