Aluminium 2011
Einführung in Aluminium 2011
Aluminium 2011 ist eine hochzerspanbare, freischneidende Aluminiumlegierung, die für hervorragende Spanbildung und kurze Taktzeiten bei Hochgeschwindigkeits-CNC-Prozessen bekannt ist. Sie gilt oft als „Benchmark“ für die Zerspanbarkeit unter den Aluminiumlegierungen und eignet sich ideal für präzisionsgedrehte Teile mit engen Toleranzen und hoher Stückzahl.
Dank ihres Bleianteils und ihrer sehr guten Oberflächenqualitäten wird Aluminium 2011 häufig in der CNC-Bearbeitung für Steckverbinder, Fittings, Wellen, Buchsen sowie präzise elektronische und automobiltechnische Komponenten eingesetzt.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Aluminium 2011
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Rest | Leichtes Basismetall mit guten thermischen Eigenschaften |
Kupfer (Cu) | 5,0–6,0 | Erhöht Festigkeit und Härte |
Bismut (Bi) | 0,2–0,6 | Verbessert Zerspanbarkeit und Spanbruch |
Blei (Pb) | 0,2–0,6 | Verbessert Freischneideigenschaften |
Eisen (Fe) | ≤0,7 | Restelement |
Silizium (Si) | ≤0,4 | Restelement |
Zink (Zn) | ≤0,3 | Restelement |
Sonstige | ≤0,15 (gesamt) | Restelemente |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Typischer Wert | Prüfnorm/-bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 2,82 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzpunkt | 535–645°C | ASTM E299 |
Wärmeleitfähigkeit | 140 W/m·K bei 25°C | ASTM E1952 |
Elektrische Leitfähigkeit | 39% IACS bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnungskoeffizient | 23,2 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 875 J/kg·K | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 70 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (T3-Zustand)
Eigenschaft | Typischer Wert | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 330 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 275 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Härte | 95 HB | ASTM E10 |
Ermüdungsfestigkeit | 100 MPa | ASTM E466 |
Schlagzähigkeit | Mittel | ASTM E23 |
Wesentliche Eigenschaften von Aluminium 2011
Hervorragende Zerspanbarkeit: Aluminium 2011 wird mit 100% Zerspanbarkeit (Benchmark) bewertet und liefert exzellente Spanabfuhr, geringen Werkzeugverschleiß und sehr hohe Produktivität – ideal für CNC-Drehteile mit komplexen Geometrien.
Sehr gute Oberflächenqualität: Erzeugt saubere, gratfreie Oberflächen auch bei hohen Vorschüben; in Präzisions-Drehprozessen sind typische Oberflächen bis Ra ≤0,8 µm erreichbar.
Mittlere Festigkeit mit guter Maßstabilität: Streckgrenze bis zu 275 MPa im T3-Zustand bei geringer Verzugstendenz – geeignet für eng tolerierte Fittings und Steckverbinder.
Schlechte Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit: Blei- und Kupferanteile reduzieren die Schweißbarkeit und die Korrosionsbeständigkeit; Bauteile erhalten nach der Bearbeitung meist eine Schutzbeschichtung.
Nicht für tragende Strukturbauteile geeignet: Aufgrund begrenzter Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit wird 2011 für nicht-strukturelle Anwendungen genutzt, bei denen Maßgenauigkeit und Wiederholbarkeit im Vordergrund stehen.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium 2011
Bearbeitungsherausforderungen
Umgang mit Bleianteil: Für Umwelt- oder Medizinanwendungen können besondere Vorgaben gelten, da die Legierung Blei enthält.
Eingeschränkte Schweißbarkeit: Schweißen wird wegen Heißrissgefahr und möglicher Bleidämpfe nicht empfohlen.
Schutz nach der Bearbeitung erforderlich: Unbehandelte Oberflächen sind anfällig für Oxidation und Korrosion.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | Unbeschichtetes oder TiN-beschichtetes Hartmetall | Verbessert Oberfläche und unterstützt Spanbruch |
Geometrie | Scharfe Spitze, großer positiver Spanwinkel | Fördert Spanbruch und reduziert Werkzeugbelastung |
Schnittgeschwindigkeit | 250–500 m/min | Ermöglicht Hochgeschwindigkeitsdrehen und Bohren |
Vorschub | 0,10–0,35 mm/U | Erhält enge Toleranzen und gute Oberfläche |
Kühlung | Leichter Ölnebel oder Trockenbearbeitung | Reduziert Aufbauschneiden und verbessert Sicht auf den Prozess |
Schnittparameter für Aluminium 2011 (ISO-513-Konformität)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlmitteldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 250–400 | 0,20–0,35 | 1,5–3,0 | Trocken oder Nebel |
Schlichten | 400–500 | 0,05–0,10 | 0,2–0,8 | Nebel/Schmierung optional |
Oberflächenbehandlung für CNC-Teile aus Aluminium 2011
Anodisieren: Aufgrund des hohen Kupfergehalts nur begrenzt geeignet. Ohne geeignete Vorbehandlung kann es zu ungleichmäßiger Färbung kommen.
Pulverbeschichtung: Verbessert Korrosionsschutz und Optik mit typischer Schichtdicke von 60–100 µm.
Elektropolieren: Veredelt die ohnehin gute Oberfläche bis ≤0,2 µm Ra; häufig für sichtbare Teile oder Gleitflächen.
Passivieren: Dient der Reinigung und Korrosionshemmung vor nachfolgenden Beschichtungen.
Bürsten: Vorbereitung für Lackieren/Pulvern; üblich bei dekorativen oder industriellen Panels.
Alodine-Beschichtung: Für temporären Korrosionsschutz bei gleichzeitiger Leitfähigkeit, besonders bei Elektronikanwendungen.
UV-Beschichtung: Dünner Schutzfilm für hochglänzende, consumer-orientierte Komponenten.
Lackbeschichtung: Klare Lacke verbessern Oxidationsbeständigkeit und Optik bei Konsumgütern mit hoher Umschlagrate.
Industrieanwendungen von Aluminium 2011
Automobilindustrie: Befestiger, Drehknöpfe, Buchsen und Getriebe-Verbinder, bei denen Zerspanbarkeit wichtiger ist als Korrosionsbeständigkeit.
Unterhaltungselektronik: Sonderfittings, Knöpfe, Schalterhardware und gering belastete Schnittstellen.
Luft- und Raumfahrt (nicht tragend): Avionik-Bedienelemente, Kupplungen und Drehknöpfe mit hoher Oberflächenqualität.
Medizinische Instrumente (ohne Kontakt): Gerätegehäuse, Einstellschrauben und nicht-implantierbare mechanische Bauteile.
Maschinenbau & Automatisierung: Präzisions-Drehteile, Distanzstücke, Buchsen und Gehäuse für elektronische Komponenten.
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