6061 Aluminiumlegierung

Aluminiumlegierung 6061:

• Eine mittel- bis hochfeste wärmebehandelbare Aluminium-Knetlegierung.
• Es weist eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit und eine sehr gute Schweißbarkeit auf, obwohl es in der Schweißzone eine verringerte Festigkeit aufweist.
• Es hat eine mittlere Dauerfestigkeit.
• Es verfügt über eine gute Kaltumformbarkeit im T4-Temper, aber begrenzte Formbarkeit im T6-Temper.
• Nicht für sehr komplexe Abschnitte geeignet.

Chemische Zusammensetzung einer Aluminiumlegierung 6061

Nominale chemische Zusammensetzung [1]

Al-1,0Mg-0,6Si-0,30Cu-0,20Сr

Chemische Zusammensetzung gemäß EN 573-3

• In der aktuellen europäischen Norm EN 573-3:2019, Es gibt nur eine Legierung EN AW-6061A. Legierung 6061 ohne den Brief “EIN” fehlt (Tabelle 1).
• In frühen Ausgaben der EN 573-3 Standard, Es gab zwei Legierungen: 6061 und seine Modifikation 6061A (Tabelle 2)
• Anmerkungen “e” und “15” weisen darauf hin, dass der Bleigehalt in der 6061A-Legierung nicht mehr als betragen sollte 0.003%
• Im EN 755-2 Standard, welches mechanische Eigenschaften angibt, nur Legierung 6061 ist anwesend, ohne den Buchstaben A.

Tisch 1 – Chemische Zusammensetzung von 6061 Aluminiumlegierung nach EN 573-3:2019

Tabelle 2 – Chemische Zusammensetzung von 6061 Aluminiumlegierung nach EN 573-3:2001

Bezeichnungen

• AUF 573-3: EN AW-6061A und EN AW-Al Mg0,7Si(A)
• Internationale Registrierung (Teal Sheats) – Aluminiumverband: 6061
• Einheitliches Nummerierungssystem (UNS): A96061
• ISO 209:2007: 6061

Metallurgische Eigenschaften einer Aluminiumlegierung 6061

• Geschmiedet
• Thermisch härtbar
• Bezieht sich auf Legierungen mit einem Festigkeitsniveau von mittel bis hoch
• Eine erhöhte Festigkeit wird durch thermisches Härten (Alterung) erreicht.
• Erreicht eine höhere Festigkeit als die Legierung 6005A
• Gute Korrosionsbeständigkeit
• Es lässt sich gut schweißen, weist jedoch eine verringerte Festigkeit im Schweißbereich auf
• Hat eine durchschnittliche Dauerfestigkeit
• Im T4-Zustand lässt es sich gut kalt umformen, ist aber im T6-Zustand nur begrenzt formbar
• Nicht geeignet für Strangpressprofile mit komplexen Querschnitten
• Der Ort der Legierung 6061 unter anderem Legierungen der 6xxx-Serie – siehe Abbildung unten.

Typische Anwendung von Aluminiumlegierungen 6061

• Fahrradrahmen
• LKWs
• Personenwagen
• Sportausrüstung
• Strukturrohre
• Strukturteile, die eine erhöhte Festigkeit erfordern, gute Schweißbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit
• Rahmenteile, Sitzschienen, Stoßstangen für Pkw
• LKW-Rahmen
• Schiffbau
• Brücken und mobile Militärbrücken
• Luft- und Raumfahrtprodukte
• Pylone und Türme
• Transport
• Kesselbau
• Motorboote
• Erwärmung von Werkstücken

Standardisierte Produktion aus Aluminiumlegierung 6061 [1]

Mechanische Eigenschaften

Standardisierte mechanische Eigenschaften (EN 755-2)

Tisch 2 – Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von extrudierten Produkten aus Aluminiumlegierung 6061 nach EN 755-2:2016

Typische mechanische Eigenschaften

Tisch 3 – Typische mechanische Eigenschaften von 6061 Legierung [1]

Physikalische Eigenschaften

Elastizitätsmodul

• in Spannung – 68900 MPa
• unter Druck – 69700 MPa.

Dichte

• 2,70 g/cm3 bei 20 °C

Thermische Eigenschaften

• Schmelztemperaturbereich: 575 – 650 °C
• Linera-Wärmeausdehnungskoeffizient: 23.6 µm/(m °C) im Bereich von 20 zu 100 °C

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen von Aluminiumlegierungen

Methoden

Es lässt sich gut durch Schutzgasschweißen verschweißen, insbesondere, durch Argon-Lichtbogenschweißen, beide mit:

• eine nicht verbrauchbare Elektrode (WIG-WIG) und
• eine abschmelzende Elektrode (GMWA-MIG).

Gängige Schweißlegierung:

• 4043

Festigkeit der Schweißverbindung

Die Schweißnahtfestigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl der geeigneten Schweißzusatzlegierung. Die Hitze der Schweißnaht erweicht die an die Schweißnaht angrenzenden Aluminiumlegierungen, wenn sie sich in einem anderen als dem geglühten Zustand befinden. Bei den meisten Nutschweißnähten, Die HAZ der Grundlegierung bestimmt die Festigkeit der Verbindung nach dem Schweißen (Abb. 1)

Wärmebehandelbare Legierungen, einschließlich Legierung 6061, erfordern 2 zu 3 Stunden bei Glühtemperatur kombiniert mit langsamer Abkühlung bis zur vollständigen Glühung. Beim Schweißen tritt dies nicht auf und die WEZ besteht je nach thermischen Bedingungen aus mehreren Auflösungsstufen und unterschiedlich starken Ausfällungen, wie in Abb. 2. Der Grad der WEZ-Erweichung hängt sehr stark von der maximalen Temperatur ab, die an einem bestimmten Ort erreicht wird, sowie die Zeit bei dieser Temperatur [1].

Der Einfluss der Schweißbedingungen auf die Festigkeit des 6061 Die Legierungsschweißnaht ist in der Tabelle aufgeführt 4.

Feige. 1 – Wärmeeinflusszone in geschweißten Aluminiumverbindungen [2]

Feige. 2 – Mikrofotografien, die HAZ-Mikrostrukturen von zeigen
eine einlagige Gas-Metall-Lichtbogenschweißung 6.35 mm (0,25 Zoll) dicke 6061-T6-Legierung.
Als Ätzmittel verwendetes Keller-Reagenz [1]

Tisch 4 – Einfluss der Schweißbedingungen auf 6061 Legierungsschweißfestigkeit [1]

Thermisches Härten

Lösungsbehandlungstemperatur [1]:

• 530 °C

Künstliche Alterung [1]:

• Walz- und Ziehprodukte: 160 °C für 18 Std.
• Gepresste oder geschmiedete Produkte: 175 °C für 8 Std.

Pressen Abschrecken (Kühlen)

Die Abkühlgeschwindigkeit nach der Extrusion muss schnell genug sein, um Mg und Si in fester Lösung zu halten. In diesem Fall, Die mechanischen Eigenschaften werden aufgrund der Freisetzung von Mg2Si-Partikeln während der anschließenden Alterung maximal sein (Abbildung 3).

Die Abkühlgeschwindigkeit wird durch die Querschnittsgröße des Profils und das Kühlmedium bestimmt, wie zum Beispiel:

• ruhige Luft
• Fans
• Wasser-Luft-Gemisch
• Wasser.

Abbildung 4 zeigt ausreichende Kühlung für 6060 Typ Legierungen, Dies wird normalerweise durch die Verwendung von Standluftkühlung oder forcierter Luftkühlung erreicht, allerdings für höherfeste Legierungen, wie zum Beispiel 6061 Legierung, Luft-Wasser- oder Wasserkühlung wird bevorzugt. Tisch 5 zeigt die typischen Abkühlraten, die für eine effektive Härtung von Profilen aus hergestellt sind 6000 Serienlegierungen, einschließlich Legierung 6061 [5]

Feige. 3 – Schematische Skizze des Presswärmebehandlungszyklus für 6061 Legierung [4]

Feige. 4- Schematische Darstellung verschiedener Abkühlraten und Ausscheidungsgebiete von grobem Mg2Si [5]

Tisch 5 – Empfohlene Abschreckraten und Methoden für verschiedene 6000 Serienlegierungen [5]

Mikrostrukturen einer Aluminiumlegierung 6061

6xxx oder Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen werden unter Berücksichtigung der Löslichkeit von Mg2Si und damit der Ausscheidungsverfestigung entwickelt. In Abwesenheit von Mangan oder Chrom, die eisenreichen Phasen sind Fe3SiAl12, Fe2Si2Al9, oder eine Mischung aus beidem, abhängig von den Magnesiumanteilen, Silizium und Eisen (Abb. 4–6). Mangan und Chrom stabilisieren (Fe,Mn,Cr)3SiAl12.

• In verdünnten Legierungen wie z 6063, Durch Erhitzen der Gussstruktur auf mäßige Temperaturen wird das gesamte Mg2Si aufgelöst.
• Die höhere Aluminiumlegierung 6061 weist bei Lösungstemperatur normalerweise einen Überschuss an Mg2Si auf und fällt bei langsamem Abkühlen als Widdmanstätten aus.
• Einige der für die elektrische Leitfähigkeit verwendeten 6xxx-Legierungen sind überaltert und, wenn geätzt, haben einen hellen Streifen entlang der Korngrenzen. Es wird durch das Vorhandensein einer Zone ohne Ausfällungen verursacht [1].

Feige. 4 – Platte aus Legierung 6061-F, 38 mm (1,5 Zoll) dick, wie warmgewalzt (91 % Reduzierung).
Längsschnitt von der Mitte der Plattendicke.
Partikel sind Fe3SiAll2 (groy, scriptlike) und MgzSi (Block).
Siehe auch Abb. 5 und 6.
0.5% HF [1]

Feige. 5 – Etwas Legierung und Zustand wie Abb. 4,
aber ein Längsschnitt von sauberer Plattenoberfläche.
Partikel von Fe3SiAl12 und Mg2Si sind stärker gebrochen
höher und gleichmäßiger verteilt als in Abb. 5 (mittlere Dicke)
Siehe auch Abb. 6.
0.5% HF [1]

Feige. 6 – Alloy 6061-F 6,4 mm (0,25 Zoll) Blech, warmgewalzt (reduziert 98%);
Längsschnitt in der Mitte.
Fe3SiAl12- und MgzSi-Partikel gebrochener und dispergierter als in Abb. 5.
Das meiste Mg2Si löst sich während des Lösungsglühens auf.
0.5% HF [1]

Aluminiumlegierung 6061 im Eurocode 9 (AUF 1999-1-1)

Tisch 5 – Konventionen [3]

• Die in diesem Abschnitt angegebenen Materialeigenschaften sind als Kennwerte angegeben. Sie basieren auf den Mindestwerten der jeweiligen Produktnorm (Tabelle 6) [3]
• Charakteristische Werte der Dehngrenze f0 und der Höchstzugfestigkeit fu für Aluminiumlegierungen 6061 für verschiedene Härtegrade und Dicken sind in der Tabelle angegeben 7 für Blatt, Band- und Plattenprodukte; Tisch 8 für stranggepresste Stangen, extrudiertes Rohr und extrudierte Profile und gezogenes Rohr [3].

Tabelle 6 – Fragment der Tabelle 3.1a aus EN 1999-1-1 für Serienlegierungen 6000 [3]

Tisch 7 – Das Fragment der Tabelle 3.2a aus EN 1999-1-1 für Aluminiumlegierung 6061 [3]

Tisch 8 – Das Fragment der Tabelle 3.2.b aus EN 1999-1-1 für Aluminiumlegierung 6061 [3]

6061 Legierungsmodifikationen

6061A:

• Lead-Inhalte nicht mehr als 0.003%

6261:

• 0.2-0.35% Mn
• Es ist 15-20 MPa stärker als Legierung 6061 im T6-Zustand.

Quellen:

1. Aluminium und Aluminiumlegierungen, ed. J. R. Davis – 1996
2. TALAT Vorlesung 4204 – Designaspekte
3. AUF 1999-1-1:Eurocode 2007 9warum das Entwerfen von Aluminiumstrukturen viel mehr Wissen über Aluminium als Material erfordert – Teil 1-1 warum das Entwerfen von Aluminiumstrukturen viel mehr Wissen über Aluminium als Material erfordert
4. Karl v. Quelle: Carl V, Seminar zur Aluminium-Strangpresstechnik, Chicago, 1969
5. GRUNDMETALLURGIE: 6000 SERIE STRANGLEGIERUNGEN