Vergleich der Festigkeitseigenschaften von Verbindungselementen aus Aluminiumlegierung und Verbindungselementen aus Metall

Das Gewicht von Verbindungselementen aus Aluminium beträgt 1/3 des Gewichts ähnlicher Verbindungselemente aus Stahl. Die Festigkeitseigenschaften dieser häufig verwendeten Legierung sind überraschend gut. Tatsächlich sind Aluminium-Verbindungselemente im Hinblick auf das Verhältnis von Festigkeit zu Qualität besser als alle anderen Verbindungselemente aus Industrie- und Gewerbematerialien. Aluminium ist nicht magnetisierbar. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist sehr gut, etwa 2/3 der Leitfähigkeit von Kupfer bei gleichem Volumen. Aluminium verfügt über gute Verarbeitungseigenschaften und lässt sich leicht kalt umformen und warm umformen.

Vergleich der Festigkeitseigenschaften von Verbindungselementen aus Aluminiumlegierung und Verbindungselementen aus Metall:

Es ist notwendig, die beiden Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften zwischen Verbindungselementen mit Gewinde aus Aluminiumlegierung und Verbindungselementen aus anderen Metallmaterialien zu erklären.

Der erste Punkt ist: Bei der Berechnung der Tragfähigkeit des Teils sollte die Fläche des unteren Teils des Querschnitts gemessen werden und nicht die Fläche der größeren Zugspannung. Nur die Zug- und Streckgrenzenwerte der mechanischen Testproben, die in Tabelle 2 von ASTMF468 angegeben sind, sind die wahren Festigkeitswerte. Bei der Berechnung der Festigkeit der gesamten Befestigungsgröße können entsprechende Anpassungen vorgenommen werden. Wenn man auf diese Weise den Spannungswert und die Fläche der Gewindefläche mit der Tragfähigkeit in Pfund multipliziert, ist das Berechnungsergebnis ungefähr das Produkt des „wahren Werts“ in der Tabelle und der Fläche der kleineren Zahngrundfläche.

Der zweite Punkt ist, dass der Unterschied in der Härte von Aluminiumlegierungen sehr gering ist und ebenso bedeutungslos ist wie Prüfkriterien. Als Alternative zur Härteprüfung wird üblicherweise die Scherfestigkeitsprüfung eingeführt.

Die Aluminiumlegierung 2024-T4 (enthält 4,5 % Kupfer, 1,6 % Mangan, 1,5 % Magnesium und der Rest ist Aluminium) ist eine Hochleistungslegierung. Es erreicht ein perfektes Gleichgewicht in der Kombination von Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Herstellbarkeit und Wirtschaftlichkeit und wird häufig bei der Herstellung von Verbindungselementen mit Gewinde verwendet.

Bolzen, Schrauben und Stehbolzen aus der Aluminiumlegierung 7075-T73 (enthält 1,6 % Kupfer, 2,5 % Mangan, 0,3 % Chrom und der Rest ist Aluminium) weisen eine leichte Verbesserung der Festigkeit auf. Und durch das spezielle Wärmebehandlungsverfahren von „T73“ kann das Auftreten von Spannungskorrosion weitgehend verhindert werden. Allerdings schränkten die hohen Kosten seine Beliebtheit ein.

Die Aluminiumlegierung 6061-T6 (enthält 0,6 % Silizium, 0,25 % Kupfer, 1 % Magnesium, 0,2 % Chrom und der Rest ist Aluminium) kann zur Konstruktion von Innen- und Außengewinden mit höheren Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit von Befestigungselementen verwendet werden.

Die Aluminiumlegierung 6062-T9 (mit 0,6 % Silizium, 0,25 % Kupfer, 1 % Magnesium, 0,09 % Chrom, 0,5 % Blei und der Rest ist Aluminium) wird fast ausschließlich für Designmuttern verwendet. Diese Legierung ist fester als die Aluminiumlegierung 6061-T6 und weist eine relativ bessere Korrosionsbeständigkeit auf.

Die durchgehende Mutter aus 6062-T9-Aluminiumlegierung hat genug Festigkeit, um mit den Schrauben aus 2024-T4- oder 7075-T73-Aluminiumlegierung mitzuhalten. Maschinenschrauben, Muttern und andere 1/4 Zoll und kleinere Muttern bestehen aus einer 2024-T4-Aluminiumlegierung.

Vorteile der bei der Herstellung von Verbindungselementen verwendeten Aluminiumlegierung

Die vier genannten Aluminiumlegierungen werden am häufigsten bei der Herstellung von tragenden Verbindungselementen mit Gewinde verwendet, während andere Aluminiumlegierungen bei der Herstellung anderer Arten von Verbindungselementen verwendet werden. Die kleinen Voll-, Halbrohr- und Blindniete bestehen aus den Aluminiumlegierungen 1100-F, 5052-F und 5056-F. Die wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen 2017-T4, 2117-T4, 2024-T4, 6061-T6 und die relativ neu entwickelten Aluminiumlegierungen 7075-T73 weisen eine überlegene Scherfestigkeit auf und erfordern keine Behandlung vor der Übertragung. Kann gefahren werden.

Flache Unterlegscheiben bestehen normalerweise aus einer aluminiumbeschichteten 2024-T4-Legierung; Spiralfederscheiben bestehen normalerweise aus der Legierung 7075-T6; Blechschrauben können aus 7075-T6-Legierung hergestellt werden; Selbstschneidende Schrauben bestehen aus der gleichen Materiallegierung durch Anodengriff. Die Aluminiumlegierung 2011-T3 (enthält 5,5 % Kupfer, 0,5 % Blei, 0,5 % Wismut und der Rest ist Aluminium) kann zur Herstellung von Teilen für Gewindeschneidmaschinen verwendet werden.

Unter normalen Umständen weist Aluminium eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit auf. Und wenn die zu erwartende Belastungsumgebung sehr rau ist, kann die Korrosionsbeständigkeit durch Eloxieren erheblich verbessert werden. Eloxieren ist ein elektrischer Bearbeitungsprozess, der einen Oxidfilm auf der Metalloberfläche bildet. Eloxieren verbessert nicht nur die Korrosionsbeständigkeit, sondern auch den Schutz vor Verschleiß und Kratzern. Die Anodenbeschichtung ist zu Dekorations- und Kennzeichnungszwecken in vielen Farben erhältlich. Bei atmosphärischer Korrosion bildet Aluminium auf der Oberfläche einen hellgrauen Oxidfilm. Diese Korrosionsprodukte verunreinigen die Oberfläche von Aluminium nicht und breiten sich nicht auf die angrenzende Oberfläche aus, was anders als bei vielen anderen Metallen der Korrosion ausgesetzt ist.

Die Zugfestigkeit von reinem Aluminium beträgt etwa 13.000 psi. Durch Zugabe einer geringen Menge an Legierungselementen ist eine deutliche Steigerung der Festigkeit möglich. Aluminiumlegierungen von 2XXX, 6XXX und 7XXX haben eine gute Wirkung auf die Wärmebehandlung. Daher bestehen tatsächlich alle zur Lastübertragung verwendeten Gewindeverbindungen aus diesen drei Arten von Aluminiumlegierungen. Es gibt vier Aluminiumlegierungen, die nahezu dediziert sind