De sterkte van aluminium uitgelegd: gids voor vloeigrens, treksterkte en vergelijking van legeringen

Aluminiumlegeringen, een van de meest gebruikte materialen voor verspanende bewerkingen, komen veel voor in CNC-bewerking, fabrieken voor aluminiumextrusie en plaatbewerking. Dit komt door de uitstekende algemene eigenschappen van het materiaal, waaronder een goede sterkte, taaiheid, corrosiebestendigheid en bewerkbaarheid. In dit artikel wordt vooral de sterkte van aluminium vanuit dit perspectief belicht.

Hoe sterk is aluminium? Sterkteoverzicht per legering en hardheidsgraad

De sterkte van aluminium hangt zowel af van de legeringskwaliteit als van de hardheidsgraad. Zuiver aluminium heeft een uitstekende ductiliteit en vervormbaarheid, maar een relatief lage sterkte. Door toevoeging van legeringselementen en warmtebehandeling kunnen de mechanische eigenschappen aanzienlijk worden verbeterd.

In de onderstaande tabel worden de typische waarden bij kamertemperatuur voor gangbare aluminiumlegeringen en hardheidsgraden met elkaar vergeleken:

Aluminiumlegeringen bestrijken een breed bereik aan sterktewaarden. De typische treksterkte loopt op van 90 MPa voor 1100-O tot 572 MPa voor 7075-T6.

De temperatuur heeft ook invloed op de prestaties van het materiaal:

• O: volledig gegloeid, met een lage sterkte en een hoge ductiliteit.
• H32: door vervorming gehard en gestabiliseerd.
• T3: oplossinggeharde, koudvervormde en natuurlijk verouderde staalsoort.
• T6: oplossinggehard en kunstmatig verouderd.

De sterkte van aluminium moet daarom worden vergeleken op basis van zowel de legeringssoort als de hardheid. Als men alleen de legeringen 5052, 6061 of 7075 met elkaar vergelijkt, levert dat geen nauwkeurig resultaat op.

Deze waarden zijn indicatieve referentiegegevens. Definitieve ontwerpbeslissingen moeten worden gebaseerd op de geldende norm, de productvorm, de dikte, de materiaalkant en het materiaalcertificaat.

Vergelijking van de sterkte van aluminiumsoorten 5052, 6061 en 7075

Voor de meest voorkomende temperamenten is de rangorde qua kracht als volgt:

7075-T6 > 6061-T6 > 5052-H32

De vloeigrens van 7075-T6 is ongeveer 2,6 keer zo hoog als die van 5052-H32. De vloeigrens van 6061-T6 is ongeveer 43% hoger dan die van 5052-H32.

Kracht is echter niet de enige selectiefactor:

5052-H32 biedt uitstekende vervormbaarheid, lasbaarheid en weerstand tegen corrosie door zeewater. Het wordt vaak gebruikt voor gebogen of gestanste plaatwerkonderdelen.

6061-T6 biedt een goede balans tussen sterkte, bewerkbaarheid, corrosiebestendigheid en kosten. Het is een praktische keuze voor CNC-gefreesde constructieonderdelen.

7075-T6 biedt de hoogste sterkte van de drie. Het is geschikt voor onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart en andere lichtgewicht constructies die aan hoge belastingen worden blootgesteld.

Simpel gezegd: kies 5052-H32 voor vervormbaarheid en corrosiebestendigheid, 6061-T6 voor evenwichtige CNC-prestaties en 7075-T6 wanneer sterkte de hoogste prioriteit heeft.

Welke is de sterkste aluminiumlegering?

7075-T6 is een van de sterkste veelgebruikte aluminiumlegeringen. De typische vloeigrens bedraagt 503 MPa, terwijl de treksterkte oploopt tot 572 MPa. Deze legering wordt op grote schaal gebruikt voor constructies in de lucht- en ruimtevaart, verbindingsstukken voor zware belastingen en precisieonderdelen.

Van de speciale legeringen is 7068-T6511 sterker dan 7075-T6511. Typische waarden voor geëxtrudeerde producten zijn:

Deze waarden gelden voor vergelijkbare geëxtrudeerde producten. Ze mogen niet rechtstreeks worden vergeleken met de gegevens voor 7075-T6-platen, aangezien de vorm, de afmetingen, de hardheid en de materiaalkant van het product van invloed zijn op de sterkte.

De keuze is duidelijk:

• Kies 7075-T6 voor algemeen verkrijgbare, hoogsterkte technische toepassingen.
• Kies 7068-T6511 voor speciale onderdelen die een nog grotere sterkte vereisen.

Sterkte alleen is niet bepalend voor de geschiktheid. Ook de vermoeiingslevensduur, breuktaaiheid, corrosiebestendigheid, bewerkbaarheid, verbindingsmethode en beschikbaarheid van het materiaal moeten in aanmerking worden genomen.

Specifieke sterkte en sterkte-gewichtsverhouding van aluminium

De soortelijke sterkte geeft aan hoeveel sterkte een materiaal biedt in verhouding tot zijn dichtheid. Dit is met name nuttig bij het vergelijken van materialen voor lichtgewicht constructies.

Gebruik deze formule in platte tekst om weergaveproblemen te voorkomen:

Specifieke sterkte = Materiaalsterkte ÷ Dichtheid

De soortelijke sterkte kan worden berekend aan de hand van de vloeigrens of de treksterkte. De soortelijke vloeigrens is relevanter voor blijvende vervorming, terwijl de soortelijke treksterkte betrekking heeft op definitief bezwijken.

7075-T6 is slechts ongeveer 5% dichter dan 5052-H32, maar de vloeigrens ligt ongeveer 2,6 keer hoger. Het biedt daarom een veel betere sterkte-gewichtsverhouding. 6061-T6 biedt een evenwichtigere combinatie van specifieke sterkte, bewerkbaarheid, corrosiebestendigheid en kosten.

Aluminium heeft ongeveer een derde van de dichtheid van staal. Met hoogwaardig aluminium kan het gewicht van onderdelen dus worden verminderd, terwijl de vereiste draagkracht behouden blijft.

De soortelijke sterkte is slechts één van de selectiecriteria. Ook de stijfheid, de vermoeidheidssterkte, de breuktaaiheid, de corrosiebestendigheid, de slijtvastheid en de bedrijfstemperatuur moeten worden beoordeeld.

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 en 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.

Smeedstukken: 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.

Gietstukken: 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.

Vloeigrens van aluminium

De vloeigrens is de spanningsgrens waarbij een metaalmateriaal weerstand biedt tegen lichte plastische vervorming. Voor materialen zonder duidelijk vloeigrensverschijnsel wordt de vloeigrens gedefinieerd als de spanning die overeenkomt met een restvervorming van 0,2%. Wanneer de uitwendige kracht deze waarde overschrijdt, zal het onderdeel blijvende vervorming ondergaan en bezwijken; onder deze waarde is de vervorming herstelbaar.

De vloeigrens van zuiver aluminium is relatief laag, slechts 7–30 MPa, terwijl veelgebruikte aluminiumlegeringen van verschillende kwaliteiten aanzienlijke verschillen vertonen als gevolg van warmtebehandeling en veroudering. Zo heeft heeft 6061-T6 een vloeigrens van ongeveer 241–276 MPa, kan 7075-T6, een hoogwaardig aluminium voor de lucht- en ruimtevaart, 503–505 MPa bereiken, en ligt die van 5052-H32 rond de 193 MPa. Gegloeide materialen hebben over het algemeen een lagere sterkte, wat een belangrijke uitgangspunt vormt voor constructief ontwerp en de keuze van bewerkingsmethoden.

Hoe bereken je de vloeigrens van 6061 T6-aluminium?

De vloeigrens van 6061-T6-aluminiumlegering wordt gemeten door middel van een eenassige trektest bij kamertemperatuur: een standaardproefstuk wordt in een universele materiaaltestmachine geklemd en met een constante snelheid uitgerekt, terwijl de spanning-rek-curve wordt geregistreerd. Aangezien deze legering geen duidelijk vloeiplaatje vertoont, wordt de 0,2%-offsetmethode gebruikt om de vloeigrens te bepalen, dat wil zeggen de spanning die overeenkomt met een restrek van 0,2%. In de technische praktijk wordt deze waarde vaak aangeduid als de vloeigrens van 6061 T6-aluminium, en wordt doorgaans weergegeven als 6061-T6 aluminium vloeigrens MPa.

De gemeten 6061-T6 aluminium vloeigrens MPa ligt meestal tussen 241 en 276 MPa, en de algemeen aanvaarde 6061-T6 aluminium vloeigrens MPa (typisch) De waarde in de sector bedraagt 241 MPa. Deze waarde is niet alleen een referentie-indicator in de materiaalnormen voor aluminiumlegeringen, maar vormt ook een belangrijke basis voor het ontwerp van mechanische constructies, de controle van spanningen, de keuze van opspanklemmen en het vaststellen van parameters voor CNC-bewerkingen. Dit heeft een directe invloed op de maatvastheid en de constructieve veiligheid tijdens belasting, montage en langdurig gebruik.

De typische treksterkte van de 7075-T6-aluminiumlegering bedraagt ongeveer 572 MPa; dit is de maximale trekspanning die de legering kan weerstaan voordat er breuk optreedt. Als hoogwaardige aluminiumlegering van ruimtevaartkwaliteit maakt deze eigenschap de legering geschikt voor constructieve toepassingen en verspaningswerkzaamheden onder omstandigheden met hoge belasting en hoge spanning.

Hieronder volgt een tabel met parameters voor de vloeigrens van veelgebruikte aluminiumlegeringen.

Treksterkte van aluminium

De treksterkte van zuiver aluminium is relatief laag, doorgaans tussen 40 en 90 MPa, en het materiaal heeft een beperkte sterkte, waardoor het voornamelijk wordt gebruikt voor niet-dragende constructiedelen. Verschillende aluminiumlegeringen vertonen echter aanzienlijke verschillen in treksterkte na warmtebehandeling of koudvervorming. Daarvan bedraagt de typische treksterkte van 6061-T6 ongeveer 260 MPa, wat goede algemene mechanische eigenschappen en bewerkbaarheid biedt. 7075-T6, een hoogsterkte aluminiumlegering voor de lucht- en ruimtevaart, kan een treksterkte van ongeveer 572 MPa bereiken. Daarnaast bedraagt de treksterkte van de veelgebruikte 5052-H32 ongeveer 230 MPa, die van 6063-T6 ongeveer 185 MPa en die van 2024-T3 ongeveer 470 MPa. De verschillen in sterkte tussen de verschillende kwaliteiten bepalen rechtstreeks hun toepasbaarheid in diverse scenario’s, zoals mechanische constructies, de lucht- en ruimtevaart en algemene profielen.

Treksterkte van 6061-aluminium

De treksterkte van de 6061-aluminiumlegering varieert aanzienlijk afhankelijk van de warmtebehandeling:

O-kwaliteit (gegloeid): de treksterkte bedraagt ongeveer 124–193 MPa, met een typische waarde van 152 MPa voor de 6061-O-aluminiumlegering. Deze legering is relatief zacht en heeft een goede vervormbaarheid, waardoor ze geschikt is voor het buigen, stansen en complex vervormen van onderdelen;

T4-hardheid: ongeveer 214–276 MPa, met een typische waarde van 241 MPa voor de 6061-T4-aluminiumlegering. Deze legering heeft een gemiddelde sterkte en een goede taaiheid, en is geschikt voor constructiedelen die zowel vervormbaarheid als een gemiddelde belasting vereisen;

T6-hardheid: 262–303 MPa, met een typische waarde van 276 MPa voor de 6061-T6-aluminiumlegering. Deze legering biedt de beste combinatie van sterkte en corrosiebestendigheid en is de meest gebruikte toestand voor machinale bewerking.

Van de veelgebruikte aluminiumlegeringen is de treksterkte van 6061-T6 matig; deze ligt lager dan de ongeveer 572 MPa van 7075-T6, hoger dan de ongeveer 185 MPa van 6063-T6, en iets hoger dan de ongeveer 230 MPa van 5052-H32.

Dankzij de uitgebalanceerde combinatie van sterkte, lasbaarheid, corrosiebestendigheid en bewerkbaarheid wordt 6061 op grote schaal toegepast in constructiebeugels, onderdelen voor automatiseringsapparatuur, klephuizen, flenzen, warmteafvoercomponenten, auto-onderdelen en pneumatische componenten. Het is een zeer kosteneffectief aluminium voor algemeen technisch gebruik in toepassingen waar een bepaald draagvermogen vereist is, terwijl de bewerkbaarheid behouden blijft.

Maximale treksterkte van aluminium

De breuksterkte van aluminiumlegeringen is hetzelfde als de treksterkte; beide verwijzen naar de maximale spanning die het materiaal kan weerstaan voordat het breekt bij een eenassige trektest, gedeeld door de oorspronkelijke dwarsdoorsnede, met als eenheid MPa. Daarom zijn de typische waarden voor de breuksterkte dezelfde als die voor de treksterkte. Hieronder staan typische waarden voor de uiteindelijke treksterkte (treksterkte) van gangbare aluminiumsoorten en aluminiumlegeringen:

Breeksterkte van aluminium

De breuksterkte (σk) verwijst naar de werkelijke spanning op het moment van definitieve breuk tijdens een trektest, berekend als de verhouding tussen de breukbelasting Pk en de gereduceerde dwarsdoorsnede Ak na inkrimping (σk = Pk/Ak). Deze waarde wordt gebruikt om de breukweerstand van het materiaal te karakteriseren. Voor ductiele materialen is de technische betekenis van de breuksterkte relatief beperkt, aangezien het draagvermogen al na het ontstaan van de nek begint af te nemen; voor brosse materialen ligt de breuksterkte dicht bij de treksterkte, aangezien er nauwelijks een nekvorming optreedt. Daarom wordt in de praktijk meestal de treksterkte (σb) gebruikt om de breukweerstand van materialen weer te geven.

In de spanning-rek-curve komt de breuksterkte overeen met het einde van de curve, terwijl de treksterkte overeenkomt met de piek van de curve. Hoewel er een verschil tussen beide bestaat, worden ze in technische toepassingen vaak vereenvoudigd. Bij aluminiumlegeringen wordt de breuksterkte sterk beïnvloed door het legeringstype en de warmtebehandelingsomstandigheden, met typische waarden die variëren van ongeveer 70 MPa tot 570 MPa. Zo ligt de breuksterkte van zuiver aluminium bijvoorbeeld tussen ongeveer 70 en 110 MPa, die van 6061-T6 tussen ongeveer 290 en 320 MPa, en die van 7075-T6 kan ongeveer 500–570 MPa bedragen. Als u meer wilt weten over de breuksterkte van andere soorten aluminiumlegeringen, kunt u de bovenstaande tabel met treksterktewaarden raadplegen of contact opnemen met de ingenieurs van Weldo.

Deze grafiek toont het verband tussen treksterkte, breuksterkte en externe spanning:

Druksterkte van aluminium

De druksterkte van een aluminiumlegering verwijst naar de maximale drukspanning die aluminium kan weerstaan voordat er onder druk aanzienlijke plastische vervorming of verplettering optreedt. De druksterkte van aluminium varieert sterk, afhankelijk van het type legering, de warmtebehandelingsomstandigheden, de verwerkingstechniek en de testomstandigheden. Hieronder volgen enkele veelvoorkomende gevallen:

zuiver aluminium

Zuiver aluminium (zoals de 1xxx-serie) heeft een relatief lage druksterkte. Bij kamertemperatuur bedraagt de vloeigrens bij druk ongeveer 7–110 MPa en is het materiaal gevoelig voor plastische vervorming.

gangbare aluminiumlegeringen

6061-T6-aluminiumlegering: de drukstrenggrens bedraagt bij kamertemperatuur ongeveer 240–310 MPa; deze legering wordt veel gebruikt in mechanische constructies en auto-onderdelen.

6063-T5/T6-aluminiumlegering: de drukstrenggrens bedraagt ongeveer 150–200 MPa; deze legering wordt voornamelijk gebruikt voor de bouw van vliesgevels, deuren en ramen.

7075-T6-aluminiumlegering: de vloeigrens bij druk kan 500–600 MPa bedragen; deze legering wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en in hoogwaardige mechanische toepassingen.

hittebestendige of speciale legeringen

Sommige composietmaterialen met een aluminiummatrix (zoals composietmaterialen met een aluminiummatrix die een Al₃Ti-versterkingsfase bevatten) kunnen bij 400 ℃ een drukstrengingsgrens van 938 MPa bereiken, maar dergelijke materialen zijn duur en worden vooral in extreme omgevingen gebruikt.

Nieuwe entropielegeringen op basis van aluminium (zoals Al₈₅Cu₅Li₄Mg₃Zn₃) hebben bij kamertemperatuur een druksterkte van meer dan 1000 MPa, maar worden nog niet op grote schaal toegepast.

Er moet worden opgemerkt dat in de praktijk de druksterkte van aluminium wordt beïnvloed door factoren zoals de dwarsdoorsnedevorm, de slankheidsverhouding en de randvoorwaarden. Slanke onderdelen zijn gevoelig voor knikbreuk, waardoor bij het ontwerp rekening moet worden gehouden met de structurele stabiliteit.

Hieronder volgen de referentiewaarden voor de druksterkte van gangbare aluminiumsoorten en aluminiumlegeringen na warmtebehandeling:

Vermoeidheidssterkte van aluminium

De vermoeidheidssterkte van aluminium verwijst naar de maximale veilige spanning die aluminiumlegeringen kunnen weerstaan bij herhaalde en cyclische belasting zonder te breken. Als deze waarde wordt overschreden, zal het materiaal na meerdere cycli geleidelijk scheuren vertonen en uiteindelijk bezwijken.

Dit hangt nauw samen met de treksterkte van het materiaal: over het algemeen bedraagt de vermoeidheidssterkte van aluminiumlegeringen ongeveer een derde van hun treksterkte. Bij aluminium met een treksterkte van 300 MPa ligt de vermoeidheidssterkte bijvoorbeeld meestal rond de 100 MPa. Alleen speciaal geoptimaliseerde, zeer sterke aluminiumlegeringen kunnen de helft van hun treksterkte benaderen.

Hieronder volgt een overzichtstabel met de vermoeiingssterkte van aluminium en aluminiumlegeringen:

andere factoren die van invloed zijn op de vermoeidheidssterkte van aluminium

Fijnere korrels en een gelijkmatiger interne structuur zorgen voor een hogere vermoeidheidssterkte.

Gladdere oppervlakken en bewerkingen zoals kogelstoten en polijsten, die drukspanning opwekken, kunnen de vermoeidheidsweerstand aanzienlijk verbeteren en het ontstaan van scheuren verminderen.

Ook de belastingsomstandigheden zijn van cruciaal belang: grotere variaties in spanning en ernstigere spanningsconcentraties (zoals scherpe hoeken en gaten) zullen de vermoeiingsweerstand aanzienlijk verminderen. Bij langdurige belasting met een hoog aantal cycli kan er nog steeds vermoeidheidsbreuk optreden, zelfs wanneer de spanning ver onder de vloeigrens ligt.

Afschuifsterkte van aluminium

De afschuifsterkte van een aluminiumlegering verwijst naar het vermogen ervan om weerstand te bieden tegen dwarsverschuiving en afschuifbreuk; in de techniek bedraagt deze doorgaans ongeveer 0,6 keer de treksterkte. Hieronder volgen referentiewaarden voor gangbare aluminiumlegeringen:

afschuifsterkte van 6061-aluminium

T6-harding: de ontwerpschuifsterkte bedraagt ongeveer 115 MPa, en de daadwerkelijk gemeten schuifsterkte kan oplopen tot 160–200 MPa.
T4-harding: de afschuifsterkte bedraagt ongeveer 85–100 MPa.

6063-aluminiumlegering

T6-harding: de ontwerp-afschuifsterkte bedraagt ongeveer 85 MPa, en de daadwerkelijk gemeten afschuifsterkte ligt tussen 120 en 150 MPa.
T5-hardheid: de afschuifsterkte bedraagt ongeveer 75–90 MPa.

7075-aluminiumlegering

T6-harding: de afschuifsterkte bedraagt ongeveer 180–220 MPa, een van de hoogste waarden onder gangbare aluminiumlegeringen.
T751-hardheid: de afschuifsterkte bedraagt ongeveer 160–190 MPa.

5052-aluminiumlegering

H32-hardheid: de afschuifsterkte bedraagt ongeveer 125–165 MPa; het materiaal heeft een goede corrosiebestendigheid en een matige afschuifsterkte.
O-kwaliteit: de afschuifsterkte bedraagt ongeveer 100–120 MPa.

2A04-aluminiumlegering (voor klinknagels)

Afschuifsterkte ≥ 275 MPa, geschikt voor klinktoepassingen met hoge afschuifbelastingen.

Opgemerkt moet worden dat het hierboven genoemde waarden typische waarden zijn. In de praktijk moeten deze worden bepaald op basis van specifieke materiaalspecificaties, warmtebehandelingsprocessen en gebruiksomstandigheden. Voor aluminiumprofielen met thermische onderbreking schrijven nationale normen een afschuifsterkte voor van ten minste 40 MPa, terwijl in de branche doorgaans een waarde van ten minste 45 MPa wordt vereist.

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.

Overzicht van de sterkte van aluminium

Dit artikel richt zich op de belangrijkste mechanische eigenschappen van aluminium en aluminiumlegeringen en geeft een systematische uitleg over de definities, typische waarden en technische betekenis van de vloeigrens, treksterkte, druksterkte, vermoeiingssterkte en afschuifsterkte. Ook worden de prestatieverschillen vergeleken tussen veelgebruikte legeringen zoals 6061, 7075 en 5052 onder verschillende warmtebehandelingsomstandigheden. Als u op zoek bent naar het juiste aluminiummateriaal of op maat gemaakte bewerkingsoplossingen nodig hebt, aarzel dan niet om contact ons voor deskundig advies en een snelle offerte—wij zetten ons in om efficiënte en betrouwbare oplossingen voor uw project te bieden.