Aluminium 5083
Einführung in Aluminium 5083
Aluminium 5083 ist eine nicht wärmebehandelbare Aluminium-Magnesium-Mangan-Legierung, die für ihre außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit im geglühten Zustand und hervorragende Leistung unter extremen Bedingungen bekannt ist. Ihre überlegene Beständigkeit gegen Meerwasser und industrielle Chemikalien macht sie ideal für Anwendungen in der Schifffahrt sowie in der Transportindustrie.
Diese Legierung eignet sich sehr gut für die CNC-Bearbeitung schwer belastbarer Strukturkomponenten, Kraftstofftanks, Schiffbaukomponenten und kryogener Behälter. Mit zuverlässiger Schweißbarkeit und moderater Zerspanbarkeit ist Aluminium 5083 eine optimale Wahl für Bauteile, die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und langfristige Stabilität erfordern.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Aluminium 5083
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Rest | Grundmetall für geringes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit |
Magnesium (Mg) | 4,0–4,9 | Hauptelement zur Festigkeitssteigerung und Korrosionsbeständigkeit |
Mangan (Mn) | 0,4–1,0 | Erhöht Zähigkeit und Ermüdungsleistung |
Chrom (Cr) | 0,05–0,25 | Verbessert Korrosionsbeständigkeit und Spannungsbeständigkeit |
Eisen (Fe) | ≤0,40 | Restelement |
Silizium (Si) | ≤0,40 | Restelement |
Kupfer (Cu) | ≤0,10 | Geringer Anteil erhält die Korrosionsbeständigkeit |
Zink (Zn) | ≤0,25 | Restelement |
Titan (Ti) | ≤0,15 | Kornverfeinerung |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Typischer Wert | Prüfnorm/-bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 2,66 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzpunkt | 570–640°C | ASTM E299 |
Wärmeleitfähigkeit | 121 W/m·K bei 25°C | ASTM E1952 |
Elektrische Leitfähigkeit | 28% IACS bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnungskoeffizient | 25,1 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 900 J/kg·K | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 72,5 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (Zustand H116 / O)
Eigenschaft | Typischer Wert | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 305–340 MPa (H116) | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 215–240 MPa (H116) | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥12% (H116), ≥18% (O) | ASTM E8/E8M |
Härte | 80 HB (H116) | ASTM E10 |
Ermüdungsfestigkeit | 115 MPa | ASTM E466 |
Schlagzähigkeit | Ausgezeichnet | ASTM E23 |
Wesentliche Eigenschaften von Aluminium 5083
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit: Die sehr gute Leistung in Meerwasser, Salzsprühnebel und chemischen Umgebungen macht 5083 zu einer bevorzugten Legierung für Marine-, Verteidigungs- und Tankanwendungen. In Umgebungen mit hohem Chloridgehalt zeigt es keine spannungsinduzierte Korrosionsrissbildung.
Hohe Festigkeit im nicht wärmebehandelten Zustand: Erreicht 340 MPa Zugfestigkeit ohne Wärmebehandlung—ideal für geschweißte Strukturen und kryogene Tanks, bei denen thermische Verzüge vermieden werden müssen.
Ausgezeichnete Schweißbarkeit: Geeignet für MIG- und WIG-Schweißen mit nur geringer Festigkeitsminderung in der Wärmeeinflusszone (HAZ). Als Zusatzwerkstoffe werden häufig 5183 oder 5356 verwendet, um die strukturelle Integrität zu gewährleisten.
Moderate Zerspanbarkeit: Die Zerspanbarkeitsbewertung liegt bei ~55% im Vergleich zu Automatenmessing. Mit geeigneter Werkzeuggeometrie und Spanabfuhr sind Toleranzen von ±0,01 mm und Ra ≤1,6 µm bei Fertigteilen erreichbar.
Kryogene Zähigkeit und Maßstabilität: Zeigt sehr gute Eigenschaften bei Temperaturen unter 0°C und eignet sich daher für LNG-Transport sowie Kaltlageranwendungen in der Luft- und Raumfahrt.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium 5083
Bearbeitungsherausforderungen
Aufbauschneidenbildung: Anhaftung am Werkzeug bei Bearbeitung mit niedrigen Schnittgeschwindigkeiten.
Geringere Härte: Führt ohne geeignete Schneidkantenpräparation zu Werkzeugverschleiß und Oberflächenfressen.
Empfindlichkeit gegenüber Schweißverzug: Erfordert planparalleles Spannen und stabile Vorrichtungen, um die Maßgenauigkeit nach dem Schweißen zu erhalten.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | Unbeschichtetes Hartmetall oder TiB₂-beschichtetes Hartmetall | Kontrolliert Aufbauschneiden und Schneidkantenverschleiß |
Geometrie | Positiver Spanwinkel, breite Spanräume | Verbessert den Spanfluss und reduziert Schnittkräfte |
Schnittgeschwindigkeit | 150–300 m/min | Balance zwischen Wärmeentwicklung und Oberflächengüte |
Vorschub | 0,10–0,30 mm/U | Verhindert Rattern und unterstützt die Oberflächenqualität |
Kühlung | Hochvolumige Flutkühlung | Kühlt die Schnittzone und spült Späne ab |
Schnittparameter für Aluminium 5083 (ISO-513-Konformität)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 150–220 | 0,15–0,30 | 2,0–4,0 | 20–30 (Flut) |
Schlichten | 220–300 | 0,05–0,15 | 0,2–1,0 | 30–50 (Flut) |
Oberflächenbehandlung für CNC-Teile aus Aluminium 5083
Anodisieren: Anodisieren Typ II bietet Korrosionsschutz mit 5–25 µm Oxidschichtdicke. Typ III (Hartanodisieren) erhöht die Verschleißfestigkeit bei Oxidschichtdicken bis 50 µm; aufgrund des hohen Magnesiumgehalts kann die Farbhomogenität jedoch variieren.
Pulverbeschichtung: Eine 60–120 µm Beschichtung verbessert die Beständigkeit gegen UV, Abrieb und korrosive Chemikalien. Wird elektrostatik aufgebracht und bei ~200°C ausgehärtet.
Elektropolieren: Erreicht Oberflächen unter Ra 0,2 µm und verbessert Bauteilsauberkeit sowie Ermüdungslebensdauer für Reinraum- oder Luft- und Raumfahrtanwendungen.
Passivieren: Wird vor Beschichtung oder Versiegelung angewendet, um Verunreinigungen zu entfernen und die Oxidstabilität zu erhöhen.
Bürsten: Oberflächen mit Ra 0,8–1,6 µm für architektonische Oberflächen, Typenschilder oder dekorative Paneele.
Alodine-Beschichtung: Chromatkonversion gemäß MIL-DTL-5541F erhöht die Korrosionsbeständigkeit und erhält die Leitfähigkeit für Marine- und Elektronikanwendungen.
UV-Beschichtung: Transparente Schichten von 5–15 µm erhöhen Kratz- und Chemikalienbeständigkeit bei sichtbar verbauten Komponenten.
Lackbeschichtung: Transparente Filme von 10–30 µm schützen Schilder und Bedienfelder vor Korrosion und Verschleiß durch Handhabung.
Industrieanwendungen von Aluminium 5083
Marine: Rümpfe, Decks und Unterwasserkomponenten für Korrosionsbeständigkeit und Schweißintegrität.
Transport: Strukturpaneele, kryogene Tanks und Anhänger, die ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis erfordern.
Verteidigung: Panzerungen, Marinekonstruktionen und mobile Gehäuse, die korrosiven oder Einsatzumgebungen ausgesetzt sind.
Energie: Wärmetauscher, LNG-Tankkomponenten und Rohrleitungsstützen, die thermische und mechanische Zuverlässigkeit erfordern.
Architektursysteme: Fassaden, Abdeckungen und Strukturelemente für feuchte oder industrielle Klimazonen.
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