Bearbeitung hochfester Aluminiumlegierungen

Hochfeste Aluminiumlegierungen werden hier im Allgemeinen als Legierungen mit einer Zugfestigkeit von über 480 MPa definiert. Dabei handelt es sich in erster Linie um Al-Cu-Mg- und Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen: die Duraluminium-Reihe 2xxx und die ultrahochfeste Reihe 7xxx. Erstere weisen eine etwas geringere statische Festigkeit, dafür aber eine höhere Betriebstemperatur auf. Die Eigenschaften variieren stark in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, den Schmelz- und Erstarrungsverfahren, der Verarbeitung und der Wärmebehandlung.

Fortschritte bei der Legierungsentwicklung, der Wärmebehandlung und der Steuerung der Mikrostruktur haben zu einer stetigen Leistungssteigerung geführt. Die Festigkeit von ultrahochfesten Legierungen der fünften Generation, die in der Technik zum Einsatz kommen, ist von etwa 600 MPa auf etwa 750–800 MPa gestiegen, wobei einige Forschungswerkstoffe sogar Werte von über 800 MPa erreichen.

Die im Labor gemessene Festigkeit hat 1 GPa überschritten. In einer 2026 veröffentlichten Studie wurden die Körner von A2024 durch starke plastische Verformung mittels Hochdruck-Torsion auf etwa 130 nm verfeinert. Mikrozugversuche ergaben eine Zugfestigkeit von etwa 1.010 MPa, eine Streckgrenze von 820 MPa (0,2%) und eine Bruchdehnung von etwa 13%. Dies deutet darauf hin, dass eine fortschrittliche Mikrostrukturkontrolle herkömmlichen hochfesten Legierungen das Potenzial verleihen kann, 1 GPa zu erreichen.

Diese Ergebnisse basieren hauptsächlich auf speziellen Verfahren und Proben im Mikromaßstab und weichen erheblich von industriellen Blechen, Schmiedeteilen und Strangpressprofilen ab. Für praktische technische Legierungen bleibt der Bereich von 750–800 MPa ein repräsentativerer Bereich für ultrahohe Festigkeiten; Werte über 1 GPa weisen die Richtung fortgeschrittener experimenteller Forschung auf.

Dank ihrer geringen Dichte, hohen Festigkeit, guten Bearbeitbarkeit und guten Schweißbarkeit spielen diese Legierungen in der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt sowie in zivilen Industriezweigen eine wichtige Rolle. Die 7xxx-Legierung 7055 vereint hohe spezifische Festigkeit, geringe Dichte, Schweißbarkeit und plastische Verformbarkeit und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Schifffahrt eingesetzt.

Bearbeitungseigenschaften

1. Beim Schneiden kommt es leicht zu thermischen Verformungen, Anhaftungen und Aufbauschneiden.
2. Ein hoher Wärmeausdehnungskoeffizient begünstigt Verformungen beim Spannen und bei der Bearbeitung, wodurch die Maßgenauigkeit beeinträchtigt wird.
3. Hohe Festigkeit, spezifische Steifigkeit und Härte führen beim Zerspanen zu erheblichen plastischen Verformungen und zu schnellem Werkzeugverschleiß.
4. Erhebliche Schnittwärme erhöht die Temperatur im Schnittbereich und verstärkt den Werkzeugverschleiß.
5. Es kommt leicht zu einer Verfestigung.

Möglichkeiten zur Verbesserung der Zerspanbarkeit

Hinweis: Die oben genannten Parameter sind Empfehlungen von ZCC Cutting Tools.

Auswahl der Bearbeitungsparameter

Hochfeste Aluminiumlegierungen werden in erster Linie durch Fräsen bearbeitet.

Parameter für das Schnellfräsen

Hinweis: D ist der Werkzeugdurchmesser; LH ist die Spanbrechergeometrie.

Parameter für das Schaftfräsen

Anmerkungen: Dies sind die Empfehlungen von ZCC Cutting Tools für das Seitenfräsen. Verwenden Sie zum Nutenfräsen die Werkzeuge 50%–70% mit der angegebenen Drehzahl und die Werkzeuge 40%–60% mit dem angegebenen Vorschub.

Parameter für das Fräsen mit Kugelfräser

Hinweis: Diese Parameter sind Empfehlungen von ZCC Cutting Tools.

Beispiel für das Fräsen