Aluminium 2024
Einführung in Aluminium 2024
Aluminium 2024 ist eine hochfeste, wärmebehandelbare Aluminiumlegierung, die hauptsächlich mit Kupfer legiert ist. Dadurch eignet sie sich ideal für strukturelle Anwendungen, die eine hohe Ermüdungsfestigkeit und Tragfähigkeit erfordern. Obwohl ihre Korrosionsbeständigkeit geringer ist als die der 6xxx-Serie, bietet sie in trockenen und kontrollierten Umgebungen ein herausragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis.
Mit ausgezeichneter Zerspanbarkeit im wärmebehandelten Zustand T4 oder T351 wird Aluminium 2024 häufig in der CNC-Bearbeitung für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Militär-, Automobil- und Präzisionswerkzeugbau eingesetzt, bei denen hohe statische und zyklische Festigkeit entscheidend sind.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Aluminium 2024
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Gewichtsanteil (Gew.-%) | Funktion |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Rest | Leichte Grundmatrix mit moderater Korrosionsbeständigkeit |
Kupfer (Cu) | 3,8–4,9 | Hauptlegierungselement zur Festigkeitssteigerung durch Ausscheidungshärtung |
Magnesium (Mg) | 1,2–1,8 | Erhöht Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit |
Mangan (Mn) | 0,3–0,9 | Verbessert Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit |
Silizium (Si) | ≤0,5 | Restelement |
Eisen (Fe) | ≤0,5 | Restelement |
Zink (Zn) | ≤0,25 | Restelement |
Titan (Ti) | ≤0,15 | Kornverfeinerungsmittel |
Chrom (Cr) | ≤0,10 | Verbessert die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Typischer Wert | Norm / Prüfbedingung |
|---|---|---|
Dichte | 2,78 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzpunkt | 502–638 °C | ASTM E299 |
Wärmeleitfähigkeit | 121 W/m·K bei 25 °C | ASTM E1952 |
Elektrische Leitfähigkeit | 30 % IACS bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnungskoeffizient | 22,8 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 875 J/kg·K | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 73,1 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Zustand T4/T351)
Eigenschaft | Typischer Wert | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 470 MPa (T351) | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 325 MPa (T351) | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥10 % | ASTM E8/E8M |
Härte | 120 HB | ASTM E10 |
Ermüdungsfestigkeit | 138 MPa | ASTM E466 |
Schlagzähigkeit | Hoch | ASTM E23 |
Zentrale Eigenschaften von Aluminium 2024
Hervorragende Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit: Aluminium 2024 zählt zu den festesten Aluminiumlegierungen für die CNC-Bearbeitung. Mit einer Zugfestigkeit von 470 MPa und einer Ermüdungsgrenze von 138 MPa ist es ideal für Flugzeugstrukturen, Fahrwerkskomponenten und Bauteile mit zyklischer Belastung.
Ausgezeichnete Zerspanbarkeit: Im Zustand T351 bietet 2024 eine saubere Spanbildung und reduzierten Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung mit HSS- oder beschichteten Hartmetallwerkzeugen und ermöglicht Toleranzen von ±0,005 mm.
Geringere Korrosionsbeständigkeit: Aluminium 2024 besitzt keinen natürlichen Korrosionsschutz, zeigt jedoch zuverlässige Leistung in trockenen Umgebungen oder mit geeigneten Oberflächenbehandlungen wie Anodisieren oder Alodine-Beschichtung.
Hohe Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit von 121 W/m·K ermöglicht eine schnelle Wärmeabfuhr und ist vorteilhaft für reibungsintensive oder thermisch sensible Anwendungen.
Maßhaltigkeit und Festigkeitserhalt: Aluminium 2024 behält seine Maßgenauigkeit unter Bearbeitungsspannungen und seine Festigkeit bis zu 125 °C, was für Baugruppen in der Luft- und Raumfahrt typisch ist.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium 2024
Bearbeitungsherausforderungen
Korrosionsempfindlichkeit: Erfordert Schutzbeschichtungen oder kontrollierte Umgebungen.
Hoher Kupfergehalt: Führt zu erhöhtem Werkzeugverschleiß und erfordert effiziente Spanabfuhr.
Gefahr von Oberflächenfraß: Insbesondere bei unzureichender Kühlung oder stumpfen Werkzeugen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | TiAlN- oder TiB₂-beschichtetes Hartmetall | Widersteht Adhäsionsverschleiß und erhält eine scharfe Schneide |
Geometrie | Großer Spanwinkel mit polierten Spannuten | Unterstützt Spanabfuhr und Oberflächenqualität |
Schnittgeschwindigkeit | 150–400 m/min | Verhindert Aufbauschneiden und thermische Schäden |
Vorschub | 0,10–0,25 mm/U | Kontrolliert Spanvolumen und Oberflächenfinish |
Kühlung | Nebel- oder Flutkühlung | Reduziert Oxidation und verlängert die Werkzeugstandzeit |
Schnittparameter für Aluminium 2024 (ISO-513-konform)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 150–250 | 0,15–0,25 | 2,0–3,5 | 20–30 (Flut) |
Schlichten | 300–400 | 0,05–0,15 | 0,2–1,0 | 30–50 (Nebel/Flut) |
Oberflächenbehandlungen für CNC-Teile aus Aluminium 2024
Anodisieren : Optimal nach dem Plattieren; Typ II für Basisschutz, Typ III (bis 50 µm) für erhöhte Verschleißfestigkeit.
Pulverbeschichtung : Eine widerstandsfähige Schicht von 60–120 µm verbessert UV-Beständigkeit und Schlagfestigkeit.
Elektropolieren : Glättet hochpräzise Bauteile und erhöht die Ermüdungsfestigkeit, besonders bei rotierenden Komponenten.
Passivieren : Entfernt Rückstände und bereitet die Oberfläche für Lackierung oder Pulverbeschichtung vor.
Bürsten : Ideal für funktionale oder teilkosmetische Oberflächen mit Ra-Werten von 0,8–1,6 µm.
Alodine-Beschichtung : MIL-DTL-5541-konforme Behandlung für Luft- und Raumfahrt-Elektronik und geklebte Baugruppen.
UV-Beschichtung : Schutzschicht für Unterhaltungselektronik und leichte Gehäuse mit häufiger Handhabung.
Lackbeschichtung : Schützt dekorative Bauteile bei gleichzeitiger Wahrung der Maßgenauigkeit.
Industrieanwendungen von Aluminium 2024
Luft- und Raumfahrt: Rumpfbeplankungen, Spanten, genietete Rahmen und Flügelverstärkungen mit hoher Ermüdungsfestigkeit.
Verteidigung: Panzerplatten, Drohnenstrukturen und ballistische Gehäuse mit höchsten Festigkeitsanforderungen.
Automobilindustrie: Rennfahrwerksysteme, Antriebskomponenten und crashfeste Verstärkungen.
Werkzeuge & Formen: Grundplatten, Lehren und Vorrichtungen mit hohen Anforderungen an Stabilität und Verschleißfestigkeit.
Robotik: Leichte Gelenke, Halterungen und Endeffektoren mit hoher Steifigkeit bei Bewegung.
FAQs
Warum ist Aluminium 2024 besonders geeignet für CNC-Bauteile in der Luft- und Raumfahrt?
Wie unterscheidet sich Aluminium 2024 von 6061-T6 hinsichtlich Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit?
Welche Oberflächenbehandlungen eignen sich am besten zum Schutz von 2024 in maritimen oder feuchten Umgebungen?
Kann Aluminium 2024 geschweißt werden oder ist eine mechanische Verbindung erforderlich?
Welche besonderen Bearbeitungsaspekte sind bei der Legierung 2024-T351 zu beachten?
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