Stopy aluminium dzieli się na trzy główne kategorie: stopy aluminium do obróbki plastycznej, stopy aluminium odlewnicze oraz stopy aluminium do kucia. Do stopów do obróbki plastycznej należą serie od 1xxx do 7xxx, a różne pierwiastki stopowe nadają im unikalne właściwości, takie jak wytrzymałość, odporność na korozję, skrawalność oraz właściwości wykończenia powierzchni. Powszechnie stosowane gatunki, takie jak 6061, 5052, 7075 i 2024, znajdują szerokie zastosowanie w inżynierii i produkcji. Stopy aluminium odlewane nadają się do elementów o skomplikowanych kształtach, natomiast stopy aluminium kute zapewniają wysoką wytrzymałość i lekkość, co stanowi zaletę w zastosowaniach lotniczych, motoryzacyjnych i konstrukcyjnych. Wybór odpowiedniego stopu aluminium zależy od wymagań mechanicznych, procesów produkcyjnych oraz warunków końcowego zastosowania.
Stopy aluminium można zasadniczo podzielić na trzy główne kategorie w oparciu o metodę produkcji i właściwości materiałowe: stopy aluminium obrabiane, stopy aluminium odlewane oraz stopy aluminium kute.
Każda kategoria obejmuje wiele serii stopów o różnych właściwościach mechanicznych, obrabialności, odporności na korozję, właściwościach związanych z obróbką powierzchniową oraz typowych zastosowaniach.
Stopami aluminium do obróbki plastycznej są stopy aluminium, które poddaje się obróbce mechanicznej w celu uzyskania takich wyrobów, jak blachy, płyty, pręty, rury i profile wytłaczane, poprzez walcowanie, wytłaczanie, ciągnienie lub kucie.
W zależności od głównych pierwiastków stopowych stopy aluminium do obróbki plastycznej dzieli się zazwyczaj na serie od 1xxx do 7xxx.
Seria 1xxx składa się głównie z aluminium o czystości handlowej. Stopy te zawierają zazwyczaj bardzo wysoką zawartość procentową aluminium i charakteryzują się doskonałą odpornością na korozję, wysoką przewodnością elektryczną, wysoką przewodnością cieplną, stosunkowo niską wytrzymałością mechaniczną oraz doskonałą plastycznością i formowalnością.
Jednak ich właściwości skrawne w toczeniu i frezowaniu są stosunkowo słabe, ponieważ materiał ten jest miękki i podczas obróbki może przyklejać się do narzędzi skrawających. Ich wytrzymałość można umiarkowanie zwiększyć poprzez utwardzanie odkształceniowe.
Do typowych zastosowań należą urządzenia do przetwórstwa chemicznego, reflektory, wymienniki ciepła, przewodniki elektryczne, kondensatory, folia opakowaniowa, elementy architektoniczne oraz elementy wykończeniowe.
Aluminium o czystości handlowej charakteryzuje się zazwyczaj doskonałą zdolnością do wytrawiania tekstury. Dobrą teksturę powierzchni można uzyskać zarówno przy użyciu kwasowych, jak i zasadowych systemów wytrawiania.
W przypadku zastosowań wymagających większej chropowatości powierzchni dwuetapowy proces trawienia kwasowo-zasadowego pozwala uzyskać bardzo jednolitą teksturę powierzchni.
Spośród powszechnie stosowanych materiałów aluminium pochodzące z Korei zazwyczaj charakteryzuje się delikatną fakturą, natomiast materiały z Tajwanu i Chin często zapewniają delikatny i jednolity wygląd szczotkowany. Czysty aluminium o wysokim połysku, dostarczane przez firmę Sumitomo z Japonii, może po wytrawieniu uzyskać wyraźnie widoczną fakturę szczotkowaną. Podobne wykończenia szczotkowane można również uzyskać w przypadku niektórych niemieckich materiałów z czystego aluminium.
Aluminium o czystości handlowej dobrze reaguje również na polerowanie chemiczne i elektrolityczne, a po anodowaniu można uzyskać na jego powierzchni wysoki połysk.
Miedź jest głównym pierwiastkiem stopowym w stopach aluminium serii 2xxx. Jako drugorzędne pierwiastki stopowe często dodaje się również magnez i mangan.
Do typowych układów stopowych należą: aluminium-miedź-magnez, aluminium-miedź-magnez-mangan, aluminium-miedź-magnez-żelazo-nikiel oraz aluminium-miedź-mangan.
Stopów tych można poddawać obróbce cieplnej i charakteryzują się one wysoką wytrzymałością, dlatego często określa się je mianem stopów aluminium o wysokiej wytrzymałości lub stopów typu duralumin.
Charakteryzują się dobrą odpornością na wysoką temperaturę i doskonałą obrabialnością. Ich odporność na korozję jest jednak stosunkowo niska, a niektóre gatunki mogą być podatne na korozję międzykrystaliczną.
Z tego powodu blachy aluminiowe z serii 2xxx są często pokrywane warstwą aluminium o wysokiej czystości lub stopem aluminium, magnezu i krzemu z serii 6xxx w celu zwiększenia odporności na korozję.
Stopy aluminium serii 2xxx nadają się szczególnie do elementów wymagających wysokiego stosunku wytrzymałości do masy.
Typowe zastosowania obejmują elementy kół do samochodów ciężarowych i samolotów, elementy zawieszenia samochodów ciężarowych, poszycie kadłubów samolotów oraz elementy konstrukcyjne, które muszą zachowywać wysoką wytrzymałość w temperaturach sięgających około 150°C (302°F).
Z wyjątkiem stopu 2219 większość stopów z tej serii charakteryzuje się ograniczoną spawalnością. Jednak wiele stopów z serii 2xxx wykazuje doskonałą skrawalność.
Jednym z najczęściej stosowanych gatunków w tej serii jest aluminium 2024, które odpowiada w przybliżeniu chińskiemu gatunkowi 2A12.
Po jednoetapowym trawieniu alkalicznym blacha aluminiowa 2024 może osiągnąć chropowatość powierzchni większą niż Ra 1,5, zachowując jednocześnie doskonały połysk i jednolitość powierzchni.
Właściwości anodowe aluminium z serii 2xxx są stosunkowo słabe. Gdy warstwa tlenku anodowego staje się gruba, na powierzchni może pojawić się żółtawy odcień, co sprawia, że stopy te są mniej odpowiednie do barwienia dekoracyjnego na jasne kolory.
W przypadku zastosowań w przemyśle lotniczym i kosmicznym zasadowe trawienie po odtłuszczeniu zasadniczo nie jest zalecane. Do usuwania pasywnej warstwy powierzchniowej preferuje się obróbkę kwasową.
Powszechnie stosuje się anodowanie kwasem borowo-siarkowym lub kwasem chromowym, a następnie uszczelnianie rozcieńczonym kwasem chromowym. Gdy wymagane jest barwienie na jasny kolor, można zastosować zmodyfikowany proces anodowania kwasem borowo-siarkowym.
Mangan jest głównym pierwiastkiem stopowym w serii 3xxx.
Stopów tych zasadniczo nie można poddawać obróbce cieplnej, ale ich wytrzymałość jest o około 20% wyższa niż w przypadku aluminium z serii 1xxx.
Ponieważ do aluminium można skutecznie dodać jedynie ograniczoną ilość manganu, zazwyczaj około 1,5%, mangan jest stosowany jako główny pierwiastek stopowy jedynie w stosunkowo niewielkiej liczbie stopów dostępnych na rynku.
Trzy najczęściej stosowane stopy ogólnego przeznaczenia z tej serii to 3003, 3004 i 3105. Chiński gatunek 3A21 jest w przybliżeniu odpowiednikiem stopu 3003.
Stopy aluminium serii 3xxx charakteryzują się wyższą wytrzymałością mechaniczną niż stopy serii 1xxx, zachowując jednocześnie dobrą plastyczność i spawalność. Ich odporność na korozję jest jedynie nieznacznie niższa niż w przypadku aluminium czystego handlowo.
Typowe zastosowania obejmują puszki na napoje, naczynia kuchenne, wymienniki ciepła, zbiorniki magazynowe, markizy, meble, znaki drogowe, panele dachowe oraz panele ścian osłonowych.
Po wytrawieniu powierzchni aluminium z serii 3xxx często charakteryzuje się połączeniem matowej, przypominającej piasek faktury oraz liniowej faktury szczotkowanej.
Jednoetapowe trawienie tekstury roztworem alkalicznym zapewnia dobre efekty dekoracyjne i jest powszechnie stosowane jako obróbka wstępna tabliczek znamionowych i paneli przed sitodrukiem.
W przypadku zastosowań wymagających większej chropowatości powierzchni dwuetapowy proces trawienia kwasowo-zasadowego zazwyczaj pozwala uzyskać zarówno teksturę przypominającą piasek, jak i teksturę szczotkowaną.
Jednak ze względu na różnice w metodach obróbki stosowanych przez poszczególnych producentów niektóre podobne stopy aluminium mogą po trawieniu kwasowo-zasadowym wykazywać głównie wygląd przypominający fakturę piaskową, przy czym faktura szczotkowana jest ledwo widoczna.
Krzem jest głównym pierwiastkiem stopowym w serii 4xxx i może być dodawany do aluminium w stosunkowo dużych ilościach, sięgających niekiedy około 12%.
Stopów tych zasadniczo nie można poddawać obróbce cieplnej; są one powszechnie stosowane jako drut spawalniczy oraz materiał wypełniający do lutowania twardego wyrobów aluminiowych.
Podczas anodowania stopy z serii 4xxx zazwyczaj nabierają wyglądu powierzchni od ciemnoszarego do antracytowo-czarnego.
Stop 4032 charakteryzuje się niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i wysoką odpornością na zużycie, dzięki czemu nadaje się szczególnie do produkcji kutych tłoków silnikowych oraz innych elementów wymagających stabilności wymiarowej w podwyższonych temperaturach.
Magnez jest głównym pierwiastkiem stopowym w serii 5xxx.
Gdy magnez jest stosowany jako główny pierwiastek stopowy – samodzielnie lub w połączeniu z manganem – powstają stopy utwardzalne przez odkształcenie o średniej lub wysokiej wytrzymałości.
Stopów tych charakteryzują się dobrą spawalnością, doskonałą odpornością na zmęczenie oraz wysoką odpornością na korozję, zwłaszcza w środowisku morskim.
Stopy aluminium z serii 5xxx nie podlegają obróbce cieplnej, ale zazwyczaj charakteryzują się wyższą wytrzymałością niż stopy z serii 1xxx i 3xxx.
Typowe zastosowania obejmują materiały budowlane, elementy wykończeniowe i dekoracyjne, puszki i pokrywki do puszek, sprzęt AGD, elementy oświetlenia ulicznego, konstrukcje morskie, zbiorniki na paliwo kriogeniczne, elementy dźwigów oraz elementy konstrukcyjne pojazdów samochodowych.
Właściwości związane z wytrawianiem powierzchni aluminium z serii 5xxx są podobne do właściwości stopów z serii 3xxx.
Charakteryzują się również dobrymi właściwościami anodowymi. Niektóre gatunki po odpowiedniej obróbce powierzchniowej pozwalają uzyskać jasne, lustrzane wykończenie, dzięki czemu nadają się do produkcji elementów dekoracyjnych w przemyśle motoryzacyjnym.
Stopy aluminium serii 6xxx zawierają magnez i krzem jako główne pierwiastki stopujące i nadają się do obróbki cieplnej.
Stopów tych charakteryzuje się średnią wytrzymałością, choć jest ona zazwyczaj niższa niż w przypadku większości stopów z serii 2xxx i 7xxx.
Jedną z głównych zalet serii 6xxx jest jej zrównoważone połączenie plastyczności, spawalności, skrawalności, odporności na korozję oraz wytrzymałości mechanicznej.
Do typowych zastosowań należą materiały budowlane, ramy rowerowe, sprzęt transportowy, balustrady mostowe, konstrukcje spawane, elementy maszyn oraz profile aluminiowe wytłaczane.
Najczęściej stosowanymi stopami z tej serii są 6061 i 6063.
Aluminium 6061 jest często wybierane do produkcji elementów mechanicznych i konstrukcyjnych ze względu na swoją dobrą wytrzymałość, łatwość obróbki, odporność na korozję oraz wszechstronność zastosowań.
Aluminium 6063 jest szeroko stosowane do produkcji profili wytłaczanych i elementów architektonicznych ze względu na doskonałe właściwości podczas wytłaczania oraz atrakcyjny wygląd po anodowaniu.
Stop 6463 został opracowany z myślą o takich zastosowaniach, jak wytłaczane elementy wykończeniowe do samochodów, ramki urządzeń cyfrowych oraz ramki telewizorów. Po anodowaniu stop 6463 pozwala uzyskać jasne, lustrzane wykończenie powierzchni.
Należy jednak dbać o to, by zawartość zanieczyszczeń żelazem w aluminium była jak najniższa. Nadmierna zawartość żelaza może znacznie obniżyć połysk powierzchni po anodowaniu.
Cynk jest głównym pierwiastkiem stopowym w stopach aluminium serii 7xxx, a jego zawartość wynosi zazwyczaj od około 1% do 8%.
Stopów tych można poddawać obróbce cieplnej, dzięki czemu osiągają one poziom wytrzymałości od średniego do wyjątkowo wysokiego.
Ze względu na doskonały stosunek wytrzymałości do masy stopy aluminium serii 7xxx znajdują szerokie zastosowanie w elementach konstrukcyjnych poddawanych dużym obciążeniom.
Typowe zastosowania obejmują elementy konstrukcyjne samolotów, sprzęt mobilny, części lotnicze i kosmiczne, elementy mechaniczne o wysokiej wytrzymałości oraz inne zastosowania narażone na duże obciążenia i naprężenia.
Odlewane stopy aluminium są specjalnie opracowane do produkcji elementów w procesach odlewniczych.
W zależności od głównych pierwiastków stopowych stopy aluminium odlewane można ogólnie podzielić na cztery główne kategorie:
W różnych krajach stosuje się różne systemy oznaczania stopów.
W Chinach stopy aluminium odlewniczego są zazwyczaj oznaczane literami ZL a po nim trzy cyfry.
Pierwsza cyfra określa główny układ stopowy:
Druga i trzecia cyfra określają konkretny stop w ramach tej serii.
Aby uzyskać wysokiej jakości odlewy precyzyjne o szerokiej gamie kształtów i rozmiarów, stopy aluminiowe stosowane do odlewania muszą zazwyczaj charakteryzować się kilkoma istotnymi właściwościami.
Odlewy ze stopów aluminium charakteryzują się doskonałymi właściwościami odlewniczymi i mogą być wykorzystywane do produkcji elementów o skomplikowanej geometrii.
Oferują one również takie korzyści, jak oszczędność materiałów, niższe koszty produkcji, skrócenie czasu produkcji oraz mniejsze zapotrzebowanie na dodatkowy sprzęt produkcyjny.
W związku z tym odlewy ze stopów aluminium znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, maszynowym oraz w innych gałęziach przemysłu.
Do typowych produktów należą belki, łopatki turbin gazowych, obudowy pomp, wsporniki, koła, krawędzie wlotowe oraz obudowy silników.
Są one również powszechnie wykorzystywane do produkcji głowic cylindrów samochodowych, obudów skrzyń biegów, tłoków, obudów przyrządów oraz obudów pomp doładowujących.
Kute stopy aluminium zostały zaprojektowane tak, aby zapewniać dobrą plastyczność i formowalność w podwyższonych temperaturach, dzięki czemu nadają się do procesów kucia.
Wiele stopów aluminium stosowanych w kuciu opiera się na układach stopowych aluminium, magnezu i krzemu, a ponadto może zawierać miedź, magnez i krzem jako istotne pierwiastki stopujące.
Ich główną zaletą jest doskonała plastyczność na gorąco, co umożliwia produkcję dużych, skomplikowanych i wytrzymałych elementów kutych.
Zastąpienie niektórych elementów stalowych stopami aluminium pozwala znacznie zmniejszyć całkowitą masę wyrobów mechanicznych przy zachowaniu dobrych właściwości konstrukcyjnych.
Ze względu na doskonały stosunek wytrzymałości do masy aluminium i stopy aluminium stały się materiałami niezbędnymi w przemyśle kosmicznym, lotniczym, motoryzacyjnym oraz w sektorze obronnym.
Na przykład w samolotach stosuje się wiele elementów z kutego aluminium.
Aluminium znajduje również szerokie zastosowanie w budownictwie, produkcji samochodów oraz w branży opakowaniowej, które stały się trzema najważniejszymi obszarami zastosowań aluminium we współczesnym przemyśle.
W ostatnich latach nastąpił dynamiczny rozwój w dziedzinie aluminiowych odkuwek samochodowych.
Ocieplenie klimatu, niedobory energii, zaostrzone wymagania dotyczące oszczędności paliwa oraz rosnące oczekiwania konsumentów w zakresie komfortu jazdy i właściwości jezdnych pojazdów przyspieszyły rozwój lekkich konstrukcji samochodowych.
Zmniejszenie masy pojazdu o około 10% może spowodować spadek zużycia paliwa o około 6% do 8%.
Zgodnie z dostępnymi danymi branżowymi zużycie stopów aluminium w kutych i tłoczonych elementach samochodowych w Stanach Zjednoczonych osiągnęło poziom około 36,3%, natomiast w pojazdach produkowanych w Europie i Japonii udział aluminium może stanowić ponad 15% całkowitej masy pojazdu.
W przeszłości ilość stopu aluminium stosowanego w pojazdach produkowanych w Chinach była stosunkowo mniejsza.
Specjaliści z branży motoryzacyjnej przewidują, że wraz z postępującym trendem zmniejszania masy pojazdów coraz więcej odkuwek ze stopów aluminium zastąpi tradycyjne odkuwki stalowe.
Różne serie stopów aluminium charakteryzują się bardzo zróżnicowanymi kombinacjami wytrzymałości, odporności na korozję, skrawalności, spawalności, właściwości związanych z obróbką powierzchniową oraz cech produkcyjnych.
Aluminium serii 1xxx o czystości handlowej idealnie nadaje się do zastosowań wymagających wysokiej przewodności i odporności na korozję, natomiast stopy serii 2xxx i 7xxx są preferowane w zastosowaniach konstrukcyjnych wymagających wysokiej wytrzymałości.
Stopy z serii 3xxx i 5xxx charakteryzują się dobrą odpornością na korozję i plastycznością, natomiast aluminium z serii 6xxx zapewnia jedno z najlepszych ogólnych połączeń wytrzymałości, skrawalności, spawalności, właściwości anodowych oraz ceny.
Odlewane stopy aluminium nadają się do wydajnej produkcji skomplikowanych kształtów, natomiast kute stopy aluminium sprawdzają się szczególnie dobrze w przypadku elementów konstrukcyjnych poddawanych dużym obciążeniom, gdzie kluczowe znaczenie mają wytrzymałość i zmniejszenie masy.
Wybór odpowiedniego stopu aluminium powinien zawsze opierać się na wymaganych właściwościach mechanicznych, procesie produkcyjnym, wykończeniu powierzchni, odporności na korozję, warunkach eksploatacji oraz całkowitym koszcie gotowego elementu.
Udostępnij swój rysunek, materiał, docelową tolerancję lub pytanie dotyczące zastosowania. Nasz zespół inżynierów może pomóc w przeanalizowaniu trasy obróbki i zasugerować praktyczny następny krok.
Przewodnik po materiałach
Praktyczny przewodnik po popularnych stopach aluminium stosowanych w obróbce na maszynach CNC, w tym stopach 6061, 5052, 7075, 2024, 5083, 6063 oraz aluminium odlewanym ciśnieniowo. Porównaj skrawalność,...
Przeczytaj artykułTechnologia obróbki skrawaniem
Wybór wiertła do gwintu wewnętrznego CNC wymaga czegoś więcej niż tylko dopasowania rozmiaru gwintu. Długość fazy decyduje o zachowaniu się wiertła podczas cięcia oraz o zaprogramowanej głębokości, podczas gdy...
Przeczytaj artykułTechnologia obróbki skrawaniem
Metody skanowania 3D obejmują pomiary kontaktowe, bezkontaktowe skanowanie optyczne oraz niszczące skanowanie przekrojów seryjnych. W niniejszym artykule wyjaśniono, w jaki sposób urządzenia typu CMM i ramiona przegubowe pozyskują...
Przeczytaj artykułTechnologia obróbki skrawaniem
Inżynieria odwrotna polega na przekształceniu istniejącego obiektu w użyteczne dane cyfrowe, a następnie w ulepszony model do celów produkcyjnych. W niniejszym artykule wyjaśniono...
Przeczytaj artykuł
