Die meisten Menschen entscheiden sich für Aluminium, weil es leicht und korrosionsbeständig ist. Das bedeutet jedoch nicht, dass es immer die erforderliche Leistung erbringt, insbesondere bei hoher Belastung oder großer Hitze. Wenn Sie Teile entwerfen, die eine höhere Festigkeit oder Zähigkeit erfordern, ist unbehandeltes Aluminium möglicherweise nicht ausreichend. Es verändert das Verhalten des Metalls und eignet sich daher besser für Teile, die lange halten müssen.
Wärmebehandlung ist nicht nur für Stahl geeignet. Auch Aluminium profitiert davon, insbesondere bei strukturellen oder beweglichen Teilen, bei denen es auf Festigkeit ankommt. Hier erfahren Sie, wie die Verfahren funktionieren und warum es sich lohnt, sie anzuwenden.
Was ist Wärmebehandlung von Aluminium?
Die Wärmebehandlung ist ein Verfahren, bei dem Aluminium auf eine bestimmte Weise erhitzt und dann abgekühlt wird. Ziel ist es, die innere Struktur des Metalls zu verändern. Diese Veränderung wirkt sich auf die Härte, Festigkeit und Flexibilität des Metalls aus.
Das Metall durchläuft einen bestimmten Temperaturbereich. Dann wird es entweder luftgekühlt, wasserabgeschreckt oder langsam abgekühlt. Jede Methode führt zu unterschiedlichen Ergebnissen. Die Wahl hängt von der Art des Aluminiums und dem Verwendungszweck des Teils ab.
Aluminium hat im Inneren eine Kristallstruktur. Wenn man das Metall auf die richtige Temperatur erhitzt, beginnen sich die Atome zu verschieben. Hält man das Metall auf dieser Temperatur, können im Inneren Veränderungen stattfinden.
Anschließend werden diese Veränderungen durch Abkühlung fixiert. Eine rasche Abkühlung, auch Quenching genannt, kann Atome in einem neuen Zustand einschließen. Bei langsamer Abkühlung können sich die Atome in einer stabilen Form festsetzen. Die Alterung wird manchmal hinzugefügt, um die Härte und Festigkeit weiter zu erhöhen.
Klassifizierung von Aluminiumlegierungen
Aluminiumlegierungen gibt es in vielen Varianten. Jeder Typ verhält sich anders, je nachdem, wie er hergestellt wird und wie er auf Hitze reagiert. Die Kenntnis der Unterschiede hilft bei der Auswahl des richtigen Materials für die jeweilige Aufgabe.
Aluminium-Knetlegierungen vs. Aluminium-Gusslegierungen
Knetlegierungen werden durch Walzen, Strangpressen oder Schmieden hergestellt. Sie sind fest und haben eine gute Oberflächenbeschaffenheit. Sie werden für Produkte wie Bleche, Stangen und Konstruktionsteile verwendet.
Gusslegierungen werden in Gussformen gegossen. Sie eignen sich gut für komplexe Formen, können aber mehr Oberflächenfehler aufweisen. Sie werden in Teilen wie Gehäusen oder Halterungen verwendet.
Knetlegierungen sind oft stärker als Gusslegierungen. Gusslegierungen sind besser für Teile mit detaillierten Formen geeignet.
Wärmebehandelbare vs. nicht wärmebehandelbare Legierungen
Wärmebehandelbare Legierungen können durch Erhitzen und Abkühlen stärker gemacht werden. Dazu gehören die Serien 2xxx, 6xxx und 7xxx. Sie erhalten ihre Festigkeit durch einen Prozess namens Ausscheidungshärtung.
Nicht wärmebehandelbare Legierungen können nicht durch Wärme verfestigt werden. Stattdessen werden sie durch Kaltverformung gehärtet. Dazu gehören die Serien 1xxx, 3xxx, 4xxx und 5xxx. Sie werden häufig verwendet, wenn eine hohe Festigkeit nicht erforderlich ist, wohl aber Korrosionsbeständigkeit.
Gängige Aluminiumserien und ihre Merkmale
- Baureihe 1xxx: Reines Aluminium. Sehr weich. Hohe Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Nicht wärmebehandelbar.
- Baureihe 2xxx: Aluminium-Kupfer-Legierungen. Hohe Festigkeit. Wärmebehandelbar, aber weniger korrosionsbeständig.
- Baureihe 3xxx: Aluminium-Mangan. Gute Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Nicht wärmebehandelbar.
- Baureihe 5xxx: Aluminium-Magnesium. Stark und korrosionsbeständig. Nicht wärmebehandelbar.
- Baureihe 6xxx: Aluminium-Magnesium-Silizium. Gute Ausgewogenheit von Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Wärmebehandelbar.
- Baureihe 7xxx: Aluminium-Zink. Sehr hohe Festigkeit. Wärmebehandelbar, aber schwieriger zu schweißen.
Grundlegende Verfahren der Wärmebehandlung
Jedes Wärmebehandlungsverfahren verändert Aluminium auf unterschiedliche Weise. Einige machen es weicher für Bildung. Andere machen es uns schwieriger. Die Wahl des richtigen Verfahrens hängt von der Funktion des Teils ab.
Glühen
Glühen erweicht Aluminium. Das macht es leichter zu biegen oder Form, ohne zu brechen. Es hilft auch, die durch die kalte Witterung verursachten Spannungen abzubauen. Dieser Schritt ist vor der Formgebung oder Bearbeitung sinnvoll.
Aluminium wird normalerweise bei Temperaturen zwischen 570°F und 770°F (300°C-410°C) geglüht. Das Metall wird auf dieser Temperatur gehalten und dann langsam abgekühlt. Üblich ist die Abkühlung im Ofen. Durch diese langsame Abkühlung bleibt das Metall weich.
Lösungswärmebehandlung
In diesem Schritt wird die Legierung erhitzt, bis sich die Legierungselemente auflösen. So entsteht ein gleichmäßiger Mischkristall. Das Halten auf der richtigen Temperatur gewährleistet eine gute Durchmischung der Elemente.
Die Temperaturen der Lösungsglühung liegen in der Regel zwischen 890°F und 980°F (475°C-530°C). Das Metall wird bei dieser Temperatur je nach Dicke des Werkstücks bis zu mehreren Stunden lang getränkt. Eine genaue Temperaturkontrolle ist wichtig, um ein Schmelzen oder eine ungleichmäßige Behandlung zu vermeiden.
Abschrecken
Nach der Lösungsglühung wird das Teil schnell abgekühlt. Bei diesem Schritt werden die gelösten Elemente an Ort und Stelle festgehalten. Wasser ist das gebräuchlichste Medium. Je nach Legierung und Form des Teils werden auch Luft und Polymerlösungen verwendet.
Einige Legierungen kühlen zu langsam ab und bilden unerwünschte Phasen. Diese werden als abschreckempfindliche Legierungen bezeichnet. Die Legierungen der Serien 2xxx und 7xxx sind besonders empfindlich. Schnelles Abschrecken hilft, die richtige Struktur für die spätere Alterung zu erhalten.
Alterung (Ausscheidungshärtung)
Nach dem Abschrecken macht die Alterung die Legierung fester. Die natürliche Alterung erfolgt bei Raumtemperatur. Bei der künstlichen Alterung wird Wärme eingesetzt, um den Prozess zu beschleunigen und das Ergebnis zu kontrollieren.
Die natürliche Reifung kann mehrere Tage dauern. Die künstliche Alterung erfolgt bei Temperaturen zwischen 115°C und 190°C (240°F und 375°F) über mehrere Stunden. Jede Legierung hat eine ideale Alterungszeit und -temperatur, um die beste Festigkeit zu erreichen.
Spezialisierte Wärmebehandlungsverfahren
Einige Aluminiumteile benötigen zusätzliche Behandlungsschritte, um die richtige Festigkeit oder Stabilität zu erreichen. Diese speziellen Verfahren tragen dazu bei, innere Spannungen zu kontrollieren, die Struktur zu verbessern oder die Härte fein abzustimmen.
T5- und T6-Anlassen erklärt
T5 und T6 sind übliche Anlaßbehandlungen, die nach der Wärmebehandlung durchgeführt werden. T5 bedeutet, dass das Teil nach einem Hochtemperaturprozess abgekühlt und dann künstlich gealtert wird. Es wird keine Lösungsglühung durchgeführt.
T6 bedeutet, dass das Teil einer Lösungsglühung, einem Abschrecken und einer künstlichen Alterung unterzogen wird. Es bietet eine höhere Festigkeit als T5. T6 wird häufig für Strukturteile, Rahmen und Komponenten verwendet, die einer hohen Belastung standhalten müssen.
Homogenisierung für Aluminiumguss
Die Homogenisierung wird hauptsächlich bei Aluminiumguss verwendet. Es verringert die Entmischung und verbessert die Einheitlichkeit des Metalls.
Bei diesem Schritt wird das Gussstück auf eine hohe Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunkts erhitzt. Dadurch werden die Legierungselemente, die sich beim Gießen trennen, ausgeglichen. Diese Behandlung verbessert die Reaktion des Metalls auf die weitere Verarbeitung, wie Extrusion oder Bearbeitung.
Behandlungen zur Stabilisierung und zum Stressabbau
Die Stabilisierung wird eingesetzt, wenn die Teile im Betrieb wechselnden Temperaturen ausgesetzt sind. Sie hilft, Verformungen zu verhindern.
Beim Spannungsarmglühen werden die bei der Umformung oder Bearbeitung aufgebauten inneren Kräfte abgebaut. Dies geschieht durch Erhitzen des Teils auf eine moderate Temperatur und anschließendes langsames Abkühlen.
Ausrüstung und Prozesskontrolle
Eine gute Wärmebehandlung hängt von der Verwendung der richtigen Werkzeuge und einer genauen Kontrolle des Prozesses ab. Andernfalls können die Ergebnisse ungleichmäßig oder unvorhersehbar sein.
Öfen und Heizsysteme
Die meisten Aluminium-Wärmebehandlungen werden in elektrischen oder gasbeheizten Öfen durchgeführt. Chargenöfen verarbeiten einzelne Chargen. Bei Durchlauföfen werden die Teile auf einem Band oder einer Schiene durchlaufen.
Die Wahl hängt vom Volumen, der Größe der Teile und den Heizanforderungen ab. Der Ofen muss die Teile gleichmäßig erwärmen und während des gesamten Zyklus die richtige Temperatur halten.
Temperaturgleichmäßigkeit und Überwachung
Es ist entscheidend, dass die gesamte Ladung die richtige Temperatur hat. Wenn ein Teil der Charge kälter oder wärmer ist, funktioniert die Behandlung nicht richtig.
Thermoelemente und Kontrollsysteme helfen bei der Kontrolle und Aufrechterhaltung der Temperatur. Durch die gleichmäßige Erwärmung wird sichergestellt, dass jedes Teil den gleichen Grad an Festigkeit und Struktur erreicht.
Atmosphärenkontrolle zur Verhinderung von Oxidation
Wenn Aluminium an der Luft erhitzt wird, kann es oxidieren. Dadurch entsteht eine raue Oberfläche, die die Festigkeit oder das Aussehen beeinträchtigen kann.
Die Verwendung kontrollierter Atmosphären, wie Stickstoff oder Argon, hilft, die Oxidation zu verringern. In einigen Fällen werden vor dem Erhitzen Schutzbeschichtungen oder Umhüllungen angebracht.
Verbesserung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften
Die Wärmebehandlung verändert das Verhalten von Aluminium. Sie erhöht die Festigkeit, kann sich aber auch darauf auswirken, wie leicht sich das Material biegen lässt, wie es aussieht und wie widerstandsfähig es ist.
Verbesserungen bei Festigkeit und Härte
Wärmebehandeltes Aluminium kann viel fester sein als unbehandelte Versionen. Verfahren wie Lösungsbehandlung und Alterung erhöhen die Härte und Zugfestigkeit.
Dies ist bei Teilen nützlich, die Lasten tragen, Verschleiß widerstehen oder enge Toleranzen einhalten müssen. Serien wie 6xxx und 7xxx eignen sich gut für diese Art der Verstärkung.
Duktilität und Umformbarkeit nach der Wärmebehandlung
Während die Festigkeit steigt, kann die Duktilität sinken. Das bedeutet, dass das Material nach der Behandlung schwerer zu biegen oder zu formen ist.
Einige Wärmebehandlungen, wie das Glühen, bewirken das Gegenteil. Sie machen Aluminium weicher und besser formbar. Die Wahl des richtigen Verfahrens hängt davon ab, ob das Teil geformt werden muss oder ob es fest bleiben soll.
Änderungen der Oberflächenbeschaffenheit und Korrosionsbeständigkeit
Die Wärmebehandlung kann das Aussehen der Oberfläche beeinflussen. Einige Behandlungen können die Oberfläche verdunkeln oder aufrauen. Das Abschrecken kann Spuren hinterlassen oder leichte Verformungen verursachen.
Auch die Korrosionsbeständigkeit kann sich ändern. Die Legierungen der 2xxx-Reihe beispielsweise verlieren nach der Behandlung etwas an Korrosionsbeständigkeit. Andere, wie 5xxx, behalten ihre gute Beständigkeit auch ohne Wärmebehandlung.
Bewährte Praktiken der Wärmebehandlung
Um gleichbleibende Ergebnisse bei der Wärmebehandlung zu erzielen, bedarf es mehr als nur Erhitzen und Abkühlen. Jeder Schritt - vor, während und nach der Behandlung - muss sorgfältig durchgeführt werden.
Legierungsspezifische Behandlungsparameter
Jede Legierung reagiert anders auf Wärme. Die richtige Temperatur, Einwirkzeit und Abkühlmethode variieren je nach Legierungsserie.
6061 zum Beispiel benötigt etwa 985°F für die Lösungsbehandlung. 7075 benötigt möglicherweise einen anderen Bereich. Die Verwendung falscher Einstellungen kann zu geringer Festigkeit oder sogar zu Rissen führen.
Anforderungen an die Vorbehandlungsreinigung
Vor dem Erhitzen muss die Oberfläche sauber sein. Schmutz, Öl und Oxide können den Wärmefluss durch das Teil beeinträchtigen.
Die Reinigung kann mit Lösungsmitteln, alkalischen Waschmitteln oder durch mechanisches Schrubben erfolgen. In einigen Fällen wird ein mildes Säurebad verwendet, um Oberflächenoxide zu entfernen.
Handhabung und Lagerung nach der Behandlung
Nach dem Abschrecken oder Altern müssen die Teile vorsichtig behandelt werden. Wenn sie fallen gelassen oder gebogen werden, kann dies zu Spannungen oder Veränderungen der Metallstruktur führen.
Lagern Sie behandelte Teile in trockenen, sauberen Umgebungen. Vermeiden Sie es, schwere Gegenstände auf ihnen zu stapeln.
Schlussfolgerung
Die Wärmebehandlung von Aluminium ist ein wichtiger Prozess zur Verbesserung von Festigkeit, Haltbarkeit und Leistung. Verfahren wie Glühen, Lösungsglühen, Abschrecken und Altern erfüllen jeweils einen bestimmten Zweck. Die Wahl des richtigen Verfahrens hängt von der Legierung, der Teilekonstruktion und der Anwendung ab.
Sie benötigen Präzisionsaluminiumteile mit der richtigen Wärmebehandlung? Kontaktieren Sie uns heute um Ihr Projekt zu besprechen. Wir sind bereit, Ihnen bei der Auswahl der besten Lösung für Ihre Bedürfnisse zu helfen.
Hey, ich bin Kevin Lee
In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
Kontakt aufnehmen
Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
