Hochfeste Aluminiumlegierungen für den Automobilbereich: Ein Vergleich

Zusammenfassung

Die Auswahl der richtigen hochfesten Aluminiumlegierungen für den Automobilbau erfordert eine Abwägung spezifischer Leistungsanforderungen. Die 7000er-Serie bietet die höchste Festigkeit, vergleichbar mit Stahl, weist jedoch Herausforderungen bei der Schweißbarkeit und bei den Kosten auf. Die 6000er-Serie bietet ein vielseitiges Gleichgewicht aus guter Festigkeit, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit und ist daher eine beliebte Wahl für strukturelle Bauteile. Die 5000er-Serie zeichnet sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit aus und eignet sich ideal für Karosserieteile und Bauteile, die harschen Umgebungen ausgesetzt sind.

Überblick über wichtige Serien hochfester Aluminiumlegierungen

Bei der Entwicklung zur Automobil-Leichtbauweise sind Aluminiumlegierungen unverzichtbare Materialien geworden. Sie werden in Serien eingeteilt, die sich nach ihren primären Legierungselementen richten und deren mechanische Eigenschaften sowie Eignung für verschiedene Anwendungen bestimmen. Das Verständnis dieser Klassifizierungen ist der erste Schritt bei der Auswahl des optimalen Materials. Die für hochfeste Automobilanwendungen relevantesten Serien sind die 2000, 5000, 6000 und 7000 Serie.

2000 Serie (Al-Cu)

Die Legierungen der 2000er-Serie verwenden Kupfer (Cu) als Hauptlegierungselement. Diese Zugabe führt zu einer hervorragenden Festigkeit, wobei die mechanischen Eigenschaften mit denen von Baustahl vergleichbar sein können. Diese Legierungen, wie beispielsweise 2014 und 2024, sind wärmebehandelbar, um eine sehr hohe Festigkeit zu erreichen. Allerdings geht diese Festigkeit mit einem erheblichen Nachteil einher: Der Kupfergehalt macht sie anfälliger für Korrosion als andere Aluminiumserien. Aus diesem Grund benötigen sie oft Schutzbeschichtungen oder werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen sie nicht direkt korrosiven Einflüssen ausgesetzt sind. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit eignen sie sich für strukturelle Komponenten wie Stoßdämpfer und bestimmte Motorteile.

5000er-Serie (Al-Mg)

Die 5000er-Serie, die hauptsächlich mit Magnesium (Mg) legiert ist, zeichnet sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus, insbesondere in maritimen oder salzhaltigen Umgebungen. Legierungen wie 5052 und 5083 sind nicht wärmebehandelbar, können aber durch Kaltverfestigung (Verfestigung durch Verformung) erheblich verfestigt werden. Diese Serie bietet gute Schweißbarkeit und Umformbarkeit und eignet sich daher hervorragend für Karosserieteile im Automobilbau, wie Türen, Motorhauben und innere Strukturen. Die Legierung 5083 zeichnet sich insbesondere durch ihre hervorragende Leistung unter extremen Bedingungen aus und ist die stärkste unter den nicht wärmebehandelbaren Legierungen.

6000er-Serie (Al-Mg-Si)

Die 6000-Serie, die sowohl Magnesium (Mg) als auch Silizium (Si) enthält, stellt eine vielseitige und weit verbreitete Legierungsklasse dar. Legierungen wie 6061 und 6082 bieten eine wünschenswerte Kombination aus guter Festigkeit, hervorragender Korrosionsbeständigkeit und guter Formbarkeit. Ein wesentlicher Vorteil ist ihre hervorragende Extrudierbarkeit, die es ermöglicht, sie in komplexe Formen für Strukturanwendungen wie Raumrahmen, Stoßfängerverstärkung und Querglieder zu formen. Sie sind wärmebehandlungsfähig und ihre Festigkeit kann durch eine Verfahren namens Backhärten nach dem Farbverfahren des Fahrzeugs weiter verbessert werden, was sie ideal für Außenkarosserie-Panels macht.

die Nummern 7 und 8 gelten nicht.

Die Legierungen der 7000er Serie, bei denen Zink (Zn) das primäre Legierungselement ist, sind die stärksten aller Aluminiumlegierungen und haben eine Festigkeit, die mit einigen Stählen konkurrieren kann. Legierungen wie 7075 lassen sich thermisch behandeln, um eine außergewöhnlich hohe Zug- und Müdigkeitskraft zu erreichen. Dies macht sie ideal für hochbelastete und sicherheitskritische Bauteile wie Stoßfängerverstärkung, Türschlagbalken und Aufhängungskomponenten. Ihre hohe Festigkeit wird jedoch durch eine geringere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu den Serien 5000 und 6000 und erhebliche Schweißbarkeitsprobleme ausgeglichen, die ihre Anwendung einschränken und die Herstellungskomplexität erhöhen können.

Detaillierter Vergleich: Legierungen der Baureihe 5000 vs. 6000 vs. 7000

Die Wahl zwischen den primären hochfesten Aluminium-Serie erfordert einen direkten Vergleich ihrer Kern-Eigenschaften. Für Ingenieure und Konstrukteure hängt die Entscheidung von den spezifischen Anforderungen an ein Bauteil ab, sei es maximale Festigkeit, Langlebigkeit in korrosiven Umgebungen oder Leichtigkeit der Herstellung. Die folgende Tabelle und Analyse erläutern die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen drei führenden Legierungsfamilien.

Analyse von Abwechslungen

Die Daten in der Tabelle zeigen ein klares Muster von Kompromissen. Die 7000er Reihe , beispielsweise 7075, ist der unbestrittene Stärkenführer. Dies macht es zur Wahl für Anwendungen, bei denen Leistung und Sicherheit unter extremen Belastungen von größter Bedeutung sind. Wie jedoch von Industriequellen und Herstellern festgestellt wurde, geht diese Festigkeit auf Kosten der schlechten Schweißfähigkeit und einer höheren Anfälligkeit für Spannungskorrosionscracking, die durch sorgfältige Konstruktion und Wärmebehandlung bewältigt werden muss.

Im Gegensatz dazu bietet die 5000er Reihe , insbesondere eine Legierung wie 5083, bietet die beste Korrosionsbeständigkeit und Schweißfähigkeit. Dies macht sie ideal für Komponenten, deren Herstellung komplex ist oder die ohne umfangreiche Schutzbeschichtungen den Elementen ausgesetzt sind. Obwohl sie nicht der Höchstfestigkeit der 7000er-Serie entsprechen kann, sind sie aufgrund ihrer Haltbarkeit und ihrer einfachen Herstellung für Fahrzeugkarosserien und Schifffahrtsanwendungen sehr wertvoll.

Die 6000 Serie , mit Legierungen wie 6082, ein strategisches Gleichgewicht herstellt. Es wird oft als "strukturelle" Legierung bezeichnet, da es ohne die Herstellungsschwierigkeiten der 7000-Serie eine gute, zuverlässige Festigkeit und eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit bietet. Seine hervorragende Extrudierbarkeit macht ihn perfekt für die Erstellung der komplexen Profile, die für den Fahrzeugrahmen und die Sicherheitsstrukturen benötigt werden.

Primäre Anwendungen im Automobilbereich und empfohlene Legierungen

Die Anwendung dieser technischen Eigenschaften auf reale Komponenten zeigt, wie verschiedene Legierungen strategisch in einem Fahrzeug eingesetzt werden, um Leistung, Sicherheit und Produktionseffizienz zu optimieren. Jedes Autoteil hat seine eigenen Anforderungen, die die Wahl des idealen Materials bestimmen.

Körperstrukturen und -rahmen (Body-in-White)

Die zugrunde liegende Struktur eines Fahrzeugs, die als Body-in-White (BIW) bekannt ist, erfordert eine Kombination aus Festigkeit, Steifheit und Kollisionssicherheit. Die 6000 Serie die beste Extrudierbarkeit dieser Legierungen ist hier sehr beliebt. Legierungen wie 6005C und SG109 werden verwendet, um komplexe, hohle Profile für Raumrahmen und Seitenbrett zu erstellen. Für Blecheinrichtungen innerhalb der BIW, wie Boden und Säulen, hohe Formbarkeit 5000er Reihe die meisten der hier genannten Verfahren sind in der Regel mit einer hohen Temperatur.

Schließplatten und Außenflächen

Außenplatten wie Kapuzen, Türen und Schutzzüge setzen Vorrang auf Formbarkeit, Oberflächenveredelung und Einbußfestigkeit. mit einem Gehalt an Zellstoff von mehr als 0,01 GHT 6000 Serie legierungen sind eine Top-Wahl, weil sie leicht gebildet und dann während des Lack-Bäckzyklus gestärkt werden können (eine Eigenschaft, die als Bakgehärte bekannt ist). Dadurch wird ein langlebiges, leichtes und formfestes Panel geschaffen. Die 5000er Reihe wird auch wegen seiner guten Formbarkeit, insbesondere für innere Plattenstrukturen, verwendet.

Absturzmanagementsysteme und hochfeste Bauteile

Komponenten, die für die Absturzsicherheit konzipiert sind, wie zum Beispiel Stoßfängerverstärkung und Türschlagbalken, erfordern höchstmögliche Festigkeit, um Energie aufzunehmen und die Insassen zu schützen. Hier ist der 7000er Reihe sie ist hervorragend. Legierungen wie 7003 und ZK55 sind speziell für diese Anwendungen entwickelt. mit einem Gehalt an Zellstoff von mehr als 0,01 GHT 6000 Serie legierungen werden auch für Stoßfänger und andere Strukturverstärkungen verwendet. Für diese spezialisierten Teile ist die Beschaffung präziser Komponenten der Schlüssel. Für Fahrzeugprojekte, bei denen solche leistungsstarken Teile erforderlich sind, sollten Sie sich für die individuelle Aluminium-Extrusion von einem spezialisierten Partner entscheiden. Shaoyi Metal Technology bietet einen umfassenden Full-Service , von der schnellen Prototypstellung bis zur Serienfertigung unter einem strengen IATF 16949 zertifizierten Qualitätssystem, bei dem starke und leichte Teile nach exakten Spezifikationen geliefert werden.

Aufhängung und Antriebskomponenten

Aufhängerarme, -schaltungen, -propellerwellen und -räder erfordern eine hohe Müdigkeitskraft, um ständigen dynamischen Belastungen standzuhalten. Schmiede aus 6000 Serie legierungen wie 6061 und hochfeste Varianten wie SG10 sind häufige Wahl. Die 7000er Reihe , mit seiner überlegenen Ermüdungsfestigkeit, wird auch in Hochleistungs-Aufhängungssystemen und Komponenten wie Sicherheitsgurtscharnieren verwendet.

Häufig gestellte Fragen

1. Die Was ist das beste Aluminium für den Automobilbereich?

Es gibt keine einzige "beste" Aluminiumlegierung für den Automobilgebrauch, da die ideale Wahl ganz von der spezifischen Anwendung abhängt. Die 6000-Serie (wie 6061 und 6082) gilt jedoch oft als die vielseitigste und am häufigsten verwendete für Strukturbauteile wie Rahmen und Fahrgestellteile aufgrund ihrer ausgezeichneten Balance von Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit und Kosten. Bei Karosserieplatten werden Legierungen der Baureihe 5000 wegen ihrer überlegenen Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit bevorzugt, während Legierungen der Baureihe 7000 für hochspannungsbedingte, sicherheitskritische Teile wie Stoßfängerbalken verwendet werden, bei denen die höchste Festigkeit oberste Pri

2. Die Ist 5052 Aluminium stärker als 6061?

Nein, 6061 Aluminium hat eine höhere Endzugsfestigkeit und Ausbeutefestigkeit als 5052 Aluminium, insbesondere nach Wärmebehandlung. Aber Stärke ist nicht der einzige Faktor. 5052, Teil der 5000-Serie, bietet eine überlegene Müdigkeitshaltbarkeit und eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Salzwasser oder stark korrosive Umgebungen. Während 6061 daher im statischen Sinne stärker ist, kann 5052 eine langlebigere Wahl für Anwendungen mit Vibrationen oder Belastung durch raue Bedingungen sein, bei denen eine hohe Zugfestigkeit nicht die primäre Voraussetzung ist.