Ein Hersteller von Verpackungsmaschinen hat kürzlich ein neues Angebot für ein 6-Meter-Förderportal auf zwei Arten angeboten: einen geschweißten Baustahlrahmen mit 340 kg oder einen verschraubten Rahmen aus 6061-T6-Aluminiumprofilen mit etwa 120 kg. Beide trugen die gleiche bewegliche Last von 250 kg und blieben innerhalb der Durchbiegungsgrenze von 1,5 mm, aber die Aluminiumversion wurde als flacher Bausatz geliefert, in einer Schicht zusammengebaut und konnte die Lackiererei vollständig überspringen.
Diese Handelsstudie ist im Kleinen der ganze Beweis dafür Vorteile von Hartaluminium : mehr Festigkeit pro Kilogramm, vorhersehbare Bearbeitungstoleranzen und eine Verbindungslogik, die Schrauben gegenüber Schweißnähten bevorzugt. Als Hersteller von industriellen T-Nutenprofilen und kundenspezifischen Extrusionen Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. stellt diese Frage von Geräteherstellern, die entscheiden, wo Hartlegierungen ihren Aufpreis rechtfertigen und wo nicht. In den folgenden Abschnitten werden Zahlen zu dieser Entscheidung aufgeführt.
572 MPa
Typische Zugfestigkeit von 7075-T6, dem stärksten gängigen Hartaluminium, im Vergleich zu etwa 80 MPa für kommerziell reines 1050-O.
Was zählt als Hartaluminium? Seriencodes und Temperamente
Für Hartaluminium gibt es keine einheitliche offizielle Definition; Im täglichen technischen Einsatz sind damit die wärmebehandelbaren Schmiedefamilien gemeint, vor allem die Strukturgüten 2xxx, 6xxx wie 6061 und 7xxx, die durch Legierungselemente und kontrollierte Wärmebehandlung Festigkeit gewinnen und nicht allein durch Kaltumformung.
Hartlegiertes Aluminium: Eine geknetete Aluminiumlegierung mit gezielten Zusätzen von Kupfer, Magnesium, Silizium oder Zink, die durch Lösungsglühen und künstliches Altern (T5- bis T7-Vergütungen) verstärkt wird und Zugfestigkeiten erreicht, die weit über denen reiner oder nicht wärmebehandelbarer Sorten liegen.
Durch das vierstellige Bezeichnungssystem ist die Aufteilung leicht lesbar, da die erste Ziffer das Hauptlegierungselement benennt und diese Wahl die Festigkeit, das Korrosionsverhalten und die Extrudierbarkeit bestimmt:
- Serien 1xxx, 3xxx und 5xxx: weiche, nicht vergütbare Legierungen mit ausgezeichneter Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, aber Zugfestigkeiten meist zwischen 70 und 260 MPa.
- 2xxx (Kupfer) und 7xxx (Zink): Hartlegierungen in Luft- und Raumfahrtqualität, mit 2024-T4 in der Nähe von 470 MPa und 7075-T6 in der Nähe von 572 MPa.
- 6xxx (Magnesium und Silizium): die Arbeitspferde der Profilextrusion, von 6063-T5 für Finish und Komplexität bis hin zu 6061-T6 für Struktur bei etwa 310 MPa.
- Die Härte ist genauso wichtig wie die Serie: Derselbe 6061-Knüppel, der mit T4 anstelle von T6 geliefert wird, ergibt eine Zugfestigkeit von etwa 70 MPa.
Für Käufer, die die beiden gängigsten Extrusionsqualitäten gegeneinander abwägen, ist dies der Fall Technischer Vergleich der Profilauswahl 6061 und 6063 geht durch, wo jede Klasse in Bezug auf Stärke, Verarbeitung und Kosten gewinnt.
Die sechs Vorteile von Hartaluminium, die den Aufpreis rechtfertigen
Die Vorteile von hartlegiertem Aluminium sind eher messbar als kosmetisch: etwa 65 Prozent höhere Zugfestigkeit als die 6063-Veredelungssorte, bessere Ermüdungslebensdauer, höhere Verschleißfestigkeit, höhere Dimensionsstabilität und mehr Belastbarkeit bei kleinerem Querschnitt.
310 MPa 6061-T6 typische Zugfestigkeit
2,70 g/cm3 Dichte, etwa ein Drittel der von Stahl
96 MPa 6061-T6 Dauerfestigkeit bei 500 Millionen Lastzyklen
- Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Mit 2,70 g/cm3 liefert die Hartlegierung Traglastwerte bei weitaus geringerer Rahmenmasse als Stahl, was die Transportkosten senkt und Bewegungssysteme schneller beschleunigen lässt.
- Ermüdungsbeständigkeit. Vibrierende und hin- und hergehende Lasten, kein statisches Gewicht, brechen den Rahmen; 6061-T6 weist eine etwa 40 Prozent höhere Dauerfestigkeit auf als 6063-T5.
- Verschleiß- und Eindruckfestigkeit. Spanntische, harte Anschläge und gleitende Kontaktpunkte widerstehen Spannspuren und Teilestößen weitaus besser als reine oder 3xxx-Legierungen.
- Temperaturkontrolle. Da die Festigkeit im Abschreck- und Alterungsofen eingestellt wird, kann eine 3,2-mm-Wand für mittelschwere Belastungen zertifiziert werden, während eine weiche Legierung einen viel schwereren Abschnitt erfordern würde.
- Dimensionsstabilität. Eine Streckgrenze von 276 MPa gegenüber 145 MPa für 6063-T5 hält verschraubte Rahmen unter Vorspannung gerade und schützt so die Ausrichtung bei mehrachsigen Geräten.
- Bearbeitungsgenauigkeit. Maschinen mit höherer Härte erzeugen weniger Rattern und weniger Aufbauschneiden, sodass die Toleranzen der Passstiftbohrungen und Passflächen auch bei wiederholten Einstellungen eingehalten werden.
In der Tabelle unten sind die Legierungsfamilien einander gegenübergestellt, und der Sprung von 6063 zu 6061-T6 und weiter zu 7075-T6 ist genau das, wofür ein Käufer bezahlt, wenn er eine Hartlegierung spezifiziert:
Höchste Zugfestigkeit nach Legierung, typische Werte
Typische Werte aus den Standards der Aluminium Association.
In der Fabrikhalle werden diese Nummern zu Katalogoptionen: Ein hochfestes 4040-Profil mit einer 3,2-mm-Wandstärke trägt beispielsweise Maschinenlasten mittlerer Beanspruchung, die andernfalls zu einem schwereren 45er- oder 50er-Serienprofil führen würden.
HS-8-4040D Hochfestes 4040 T-Nut-Aluminiumprofil mit 3,2 mm dicker Wand Dieses 40 x 40 mm große 6063-T5-Profil mit einer 3,2 mm verstärkten Wand trägt mittelschwere Maschinenlasten und ist somit eine praktische Katalogwahl für Rahmen, die andernfalls schwerere Abschnitte der Serien 45 oder 50 erfordern würden. Produkt anzeigen → Wo Hartlegierungsaluminium besser abschneidet: Rahmenanwendungsfälle und Daten
Hartlegierungen verdienen überall dort ihren Vorteil, wo ein Rahmen Lasten trägt, sich bewegt oder die Ausrichtung hält: Maschinenbasen, Portale, Schwerlastlagerregale, Robotererhöhungen und Schutzvorrichtungen an der Pressenseite. Elektrostatische Schutzvorrichtungen und leichte Arbeitsplätze benötigen sie selten.
Auswahlfaktoren im Vergleich: Profile aus weicher Legierung 6063-T5 im Vergleich zu Profilen aus harter Legierung 6061-T6 | Auswahlfaktor | Weiche 6063-T5-Legierung | Hartlegierung 6061-T6 |
| Typische Zugfestigkeit | 186 MPa | 310 MPa |
| Typische Streckgrenze | 145 MPa | 276 MPa |
| Extrusionsgeschwindigkeit und Formkomplexität | Hervorragend, geeignet für dünne, komplizierte Abschnitte | Niedrigere Geschwindigkeiten, dickere Mindestwände |
| Qualität der eloxierten Oberfläche | Hell und gleichmäßig | Etwas langweiliger, aber gleichmäßig |
| Beste Verwendung als Rahmen | Schutzvorrichtungen, Bänke, Lichtständer | Sockel, Portale, schwere Regale |
Screening-Regel: Sobald eine belastete Spannweite etwa 1,5 Meter überschreitet oder der Rahmen eine bewegliche Achse trägt, steigen Sie von Standardprofilen 6063 auf hochbelastbare Hartlegierungsprofile um.
Für Basis- und Säulenstrukturen der 80er-Serie ist die übliche robuste Lösung ein extra dickwandiges 8080-Profil, das eine breite T-Nut-Grundfläche mit Wänden kombiniert, die für Schraubverbindungen mit hoher Belastung dimensioniert sind.
HS-8-8080W Extra dickwandiges 8080 T-Nut-Aluminiumprofil für schwere Lasten Mit einer extra dicken Wand von 5 mm und einem Querschnitt von 80 x 80 mm eignet sich dieses Profil für verschraubte, hochbelastbare Basis- und Säulenkonstruktionen der 80er-Serie und kombiniert eine breite T-Nut-Grundfläche mit besonders hoher Tragfähigkeit. Produkt anzeigen → Bearbeiten, Fügen und Eloxieren: Wie sich harte Legierungen in der Produktion verhalten
In der Werkstatt lässt sich Hartaluminium leichter präzise bearbeiten, ist aber weniger fehlerverzeihend beim Schweißen. Daher sollte die Verbindungsmethode vor der Bestellung der Profile festgelegt werden, nicht erst danach.
- CNC-Bearbeitung: 6061-T6 und die 2xxx- und 7xxx-Familien schneiden sauber bei höheren Abtragsraten als reines Aluminium und die bearbeiteten Flächen bleiben flach, da die Restspannungen nach kontrolliertem Abschrecken geringer sind.
- T-Nut-Befestigung: Schraubverbindungen bewahren die volle Festigkeit des Grundwerkstoffes und können zur Nacharbeit demontiert werden, weshalb bei der Profilumrahmung Schweißarbeiten nahezu vollständig entfallen.
- Eloxieren: 6063 eloxiert am hellsten, während 6061 und 7xxx etwas dunkler erscheinen und eine genauere Badkontrolle erfordern; Silber, Schwarz und zweifarbige Oberflächen sind bei 6xxx-Strukturrahmen üblich.
- Gewinde und wiederholte Montage: Gewindelöcher in harten Legierungen behalten ihre Form über viel mehr Installations- und Demontagezyklen als weichere Legierungen.
T6
Schrauben, nicht schweißen: Eine geschweißte 6061-T6-Verbindung verliert in der Wärmeeinflusszone etwa 30 bis 40 Prozent ihrer Festigkeit und kann danach nicht mehr vollständig nachvergütet werden, während eine T-Nut-Schraubverbindung die volle Festigkeit des Grundmetalls behält.
Kostenkompromisse: Wenn 6063 immer noch die klügere Wahl ist
Für Lichtschutzvorrichtungen, Arbeitsplatzrahmen und Labortische bieten Standardprofile aus weicher Legierung die gleiche Lebensdauer bei geringeren Kosten, und wenn man dort die Preise für harte Legierungen zahlt, erhält man Stabilität, die der Rahmen nie verbraucht.
Geben Sie die Hartlegierung an, wenn
- Spannweiten tragen bewegliche oder konzentrierte Lasten
- Rahmen sorgen für die Maschinenausrichtung oder -genauigkeit
- Die Teile werden nach der Extrusion CNC-bearbeitet
- Strukturen sind Vibrationen oder Ermüdungszyklen ausgesetzt
Bleiben Sie bei 6063, wenn
- Die Lasten sind statisch und leicht
- Die Oberflächenbeschaffenheit steht im Vordergrund
- Es werden dünne, komplizierte Querschnitte benötigt
- Das Budget ist die verbindliche Vorgabe
Auch die Beschaffungsrechnung spielt eine Rolle: Bei Knüppeln aus Hartlegierungen wird in der Regel ein Aufschlag von 10 bis 20 Prozent verlangt und sie werden langsamer extrudiert. Eine Verkleinerung auf einen kleineren Abschnitt aus Hartlegierungen, der die gleiche Belastung trägt, gleicht jedoch häufig allein den Unterschied im Materialgewicht aus.
Ein Labortisch ist der klassische Fall, wenn es darum geht, leicht zu bleiben: Ein leichtes 3030-Profil, das für den Laborrahmen entwickelt wurde, sorgt dafür, dass der Tisch bei Standardkosten stabil bleibt und das Hartlegierungsbudget für Instrumente gespart wird, die es wirklich benötigen.
HS-8-3030QL Leichtes 3030 T-Nut-Aluminiumprofil für Laborrahmen Dieses leichte 3030-Strangpressprofil hält Labortische und leichte Strukturen zu Standardkosten stabil, sodass das Hartlegierungsbudget für Rahmen reserviert werden kann, die wirklich eine höhere Festigkeit erfordern. Produkt anzeigen → Häufig gestellte Fragen zu Hartaluminium
Gilt 6063 als harte Aluminiumlegierung?
Es liegt an der weichen Grenze. 6063 ist wie der Rest der 6xxx-Familie wärmebehandelbar, aber bei einer Zugfestigkeit von etwa 186 MPa wird es eher wegen der Oberflächen- und Formkomplexität als aufgrund der Struktur ausgewählt, und die meisten Ingenieurteams betrachten 6061-T6 als Einstiegspunkt für Hartlegierungsrahmen.
Wie viel stärker ist 6061-T6 als 6063-T5?
Etwa 65 Prozent höhere Zugfestigkeit, 310 gegenüber 186 MPa, und etwa 90 Prozent höhere Streckgrenze, 276 gegenüber 145 MPa, was kleinere oder dünnere Abschnitte bei gleicher Belastung ermöglicht.
Ist hartes Aluminium korrosionsbeständig als weiche Legierungen?
Alle Aluminiumlegierungen bilden einen schützenden Oxidfilm, die Sorten Pure und 5xxx sind am besten geeignet. Harte Legierungen erreichen diese Leistung im Innenbereich und beim Eloxieren, weshalb Eloxieren die Standardoberfläche von Strukturprofilen ist.
Können Hartlegierungsprofile genauso einfach geschnitten und nachbearbeitet werden wie 6063?
Ja, zum Sägen, Bohren und T-Nuten-Einbau, und die höhere Härte verbessert tatsächlich die Qualität der bearbeiteten Kanten. Die einzige Vorsichtsmaßnahme betrifft das Schweißen, bei dem um die Verbindung herum ein Teil der Wärmebehandlungsfestigkeit verloren geht.
