Aluminium 2014
Einführung in Aluminium 2014
Aluminium 2014 ist eine hochfeste, wärmebehandelbare Aluminium-Kupfer-Legierung der 2xxx-Serie. Sie bietet eine ausgezeichnete Zerspanbarkeit und hohe Ermüdungsfestigkeit, wodurch sie in der Luft- und Raumfahrt, in der Verteidigungsindustrie sowie in schweren Struktur-Anwendungen sehr beliebt ist. Aufgrund des hohen Kupfergehalts besitzt Aluminium 2014 nur eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit, reagiert jedoch sehr gut auf schützende Oberflächenbehandlungen.
Aluminium 2014 wird häufig für die CNC-Bearbeitung von Bauteilen ausgewählt, die unter dynamischen oder hohen Lastbedingungen eine überlegene Festigkeit, Verschleißbeständigkeit und enge Toleranzen erfordern.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Aluminium 2014
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Rest | Basismetall für Strukturintegrität und geringes Gewicht |
Kupfer (Cu) | 3,9–5,0 | Erhöht Festigkeit und Härte durch Ausscheidungshärtung |
Silizium (Si) | 0,5–1,2 | Verbessert Zerspanbarkeit und Gießfließfähigkeit |
Magnesium (Mg) | 0,2–0,8 | Verfestigt die Legierung und verbessert die Ermüdungsleistung |
Mangan (Mn) | 0,4–1,2 | Verbessert Festigkeit und Duktilität |
Eisen (Fe) | ≤0,7 | Restbestandteil |
Zink (Zn) | ≤0,25 | Restbestandteil |
Chrom (Cr) | ≤0,10 | Verfeinert das Korngefüge |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm / Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 2,80 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 510–640°C | ASTM E299 |
Wärmeleitfähigkeit | 160 W/m·K bei 25°C | ASTM E1952 |
Elektrische Leitfähigkeit | 36% IACS bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnungskoeffizient | 23,2 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 875 J/kg·K | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 73 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Zustand T6)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 460–510 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 390–440 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Härte | 120–130 HB | ASTM E10 |
Ermüdungsfestigkeit | 150 MPa | ASTM E466 |
Bruchzähigkeit | Mittel | ASTM E399 |
Haupteigenschaften von Aluminium 2014
Hervorragende Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit: Sehr gut geeignet für hochbelastete Komponenten, die Steifigkeit und Leistung unter Beanspruchung erfordern, z. B. Flugzeugstrukturen und Fahrwerks-/Aufhängungsteile im Automobilbereich.
Überragende Zerspanbarkeit: Eine der besten Aluminiumlegierungen für die CNC-Bearbeitung dank ihres Siliziumgehalts und ihrer thermischen Stabilität – ideal für Hochgeschwindigkeits- und Serienfertigung.
Begrenzte Korrosionsbeständigkeit: Erfordert schützende Oberflächenbehandlungen oder Beschichtungen bei Einsatz im Außenbereich oder in feuchteanfälligen Umgebungen.
Wärmebehandelbar für verbesserte Eigenschaften: Durch eine T6-Wärmebehandlung können die Eigenschaften deutlich gesteigert werden und ein überlegenes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis erreicht werden.
Gute Verschleißbeständigkeit: Widersteht mechanischem Verschleiß in Gleit- und Lastbaugruppen, insbesondere wenn eloxiert oder beschichtet.
CNC-Bearbeitungsherausforderungen und Lösungen für Aluminium 2014
Bearbeitungsherausforderungen
Korrosionsanfällig nach der Bearbeitung: Besonders in Bereichen nahe der Schnittzone, die Feuchtigkeit oder Chemikalien ausgesetzt sind.
Spanmanagement erforderlich: Lange, spiralige Späne können die Werkzeugbahn beeinträchtigen, wenn sie nicht kontrolliert werden.
Wärmeleitfähigkeit kann Werkzeugerwärmung verursachen: Muss durch optimalen Kühlschmierstofffluss kompensiert werden.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | TiCN- oder TiAlN-beschichtete Hartmetallwerkzeuge | Geeignet für Hochgeschwindigkeitszerspanung und Temperaturbelastung |
Geometrie | Scharfe Schneidkanten, Spanbrecher | Sichert Maßhaltigkeit und Spanabfuhr |
Schnittgeschwindigkeit | 150–350 m/min | Vermeidet Wärmestau und verbessert die Oberflächenqualität |
Vorschub | 0,10–0,30 mm/U | Erhält saubere Kanten und reduziert Kaltverfestigung |
Kühlung | Flutkühlung oder Hochdrucknebel | Reduziert Werkzeugverschleiß und verbessert die Maßhaltigkeit |
Schnittparameter für Aluminium 2014 (ISO-513-konform)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 150–250 | 0,20–0,30 | 2,0–3,5 | 30–50 (Flut) |
Schlichten | 250–350 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 50–70 (Flut/Nebel) |
Oberflächenbehandlung für CNC-Teile aus Aluminium 2014
Eloxieren: Bietet Eloxal Typ II oder Harteloxal zur Verbesserung von Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Die Schichtdicke liegt typischerweise bei 10–50 µm.
Pulverbeschichtung: Ergänzt Korrosions- und UV-Schutz für Außenbauteile. Schichtdicke 60–100 µm.
Elektropolieren: Verbessert die Oberfläche und entfernt Mikrograte in Luftfahrt- oder Verteidigungsanwendungen.
Passivierung: Wird typischerweise mit Versiegelungsbehandlungen kombiniert, um Korrosion in chemisch aktiven Umgebungen zu reduzieren.
Bürsten: Erzeugt ein sauberes, mattes Finish für sichtbare Komponenten – Ra 0,8–1,6 µm.
Alodine-Beschichtung: MIL-konforme Chromat-Konversionsschicht für Bauteile, die elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit benötigen.
UV-Beschichtung: Ergänzt zusätzlichen Schutz für Oberflächen, die Licht, Feuchtigkeit oder industriellen Umgebungen ausgesetzt sind.
Lackbeschichtung: Schützt Optik und mechanische Eigenschaften bei gut sichtbaren Luftfahrt- oder Militärpaneelen.
Industrielle Anwendungen von Aluminium 2014
Luft- und Raumfahrt: CNC-gefertigte Flügelholme, Rumpfbeschläge und Strukturhalterungen mit hoher Ermüdungsfestigkeit.
Verteidigung: Panzerungs-Schnittstellen, UAV-Komponenten und militärtaugliche Hardware, die Präzision und Robustheit erfordert.
Automobil (Motorsport): Hochbelastete Fahrwerksteile, Lenkgestänge und Überrollkäfig-Knoten unter dynamischen Lasten.
Industrieausrüstung: Bearbeitete Kupplungen, mechanische Gelenke und Tragrahmen für vibrationsintensive Maschinen.
Bahn- und Transportwesen: Strukturbauteile und Baugruppen, die wiederholten Lasten und mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind.
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