Inleiding
Aluminium wordt gebruikt in allerlei toepassingen – in voedselverpakkingen, huishoudelijke artikelen, auto-onderdelen, vliegtuigconstructies en precisiebewerkte onderdelen. Zuiver aluminium is echter vrij zacht, waardoor het enigszins ongeschikt is voor toepassingen waarbij een hoge sterkte en duurzaamheid vereist zijn.
Deze beperkingen worden ondervangen door het gebruik van aluminiumlegeringen waaraan elementen zoals koper, magnesium, silicium, zink en mangaan zijn toegevoegd. Deze toevoegingen zorgen voor bepaalde eigenschappen, zoals sterkte, hardheid, bewerkbaarheid, lasbaarheid en corrosiebestendigheid.
Deze gids biedt een overzicht van de aluminiumlegeringen, hun samenstelling, eigenschappen, voor- en nadelen, gangbare kwaliteiten, productiemethoden en toepassingen.
Wat zijn aluminiumlegeringen?
Aluminiumlegeringen zijn metaallegeringen waarin aluminium het hoofdbestanddeel vormt en waaraan een of meer andere elementen worden toegevoegd om de eigenschappen ervan te verbeteren. Deze elementen beïnvloeden de mechanische, fysische en chemische eigenschappen van het metaal, waardoor het in een breder scala aan industrieën kan worden toegepast.
De dichtheid van zuiver aluminium bedraagt ongeveer 2,7 g/cm³ wat aanzienlijk lager is dan dat van staal. Het heeft bovendien een hoge thermische en elektrische geleidbaarheid en vormt van nature een dunne oxidefilm, die corrosie van het oppervlak voorkomt.
Fabrikanten kunnen legeringen gebruiken die de volgende metalen bevatten:
- Koper wordt gebruikt om de sterkte te verbeteren en kan worden ingezet om de prestaties te verbeteren, maar het kan de corrosiebestendigheid verminderen.
- Magnesium verhoogt de sterkte en de corrosiebestendigheid van talrijke legeringen.
- Silicium verbetert de vloeibaarheid van gesmolten aluminium en ondersteunt het gietproces.
- Zink is een element met een zeer hoge sterkte, vooral in combinatie met magnesium en koper.
- Mangaan heeft eigenschappen die de sterkte vergroten en kan bijdragen aan het behoud van de corrosiebestendigheid en vervormbaarheid.
Wat is het verschil tussen puur aluminium en aluminiumlegeringen?
| Eigendom | Zuiver aluminium | Aluminiumlegeringen |
| Samenstelling | Voornamelijk aluminium | Aluminium plus legeringselementen |
| Dichtheid | Ongeveer 2,7 g/cm³ | Meestal ongeveer 2,6–2,9 g/cm³ |
| Sterkte | Over het algemeen laag | Varieert van matig tot zeer hoog |
| Corrosiebestendigheid | Over het algemeen uitstekend | Hangt af van de samenstelling van de legering en de omgeving |
| Bewerkbaarheid | Dat hangt af van de zuiverheid en de hardheid | Verschilt per houtsoort; veel houtsoorten laten zich goed machinaal bewerken |
| Warmtebehandeling | Beperkte mogelijkheden voor versterking | Sommige legeringen kunnen door neerslag worden gehard |
| Algemene toepassingen | Elektrische geleiders, folie, chemische apparatuur | Auto-onderdelen, constructies voor de lucht- en ruimtevaart, CNC-onderdelen |
Wat zijn de belangrijkste soorten aluminiumlegeringen?
Aluminiumlegeringen worden doorgaans onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: gesmede legeringen en gietlegeringen.
Wat zijn de belangrijkste series van gesmede aluminiumlegeringen?
Het internationale classificatiesysteem deelt gesmede aluminiumlegeringen in op basis van hun belangrijkste legeringselementen.
| Gelegeerde serie | Belangrijkste legeringselement | Belangrijkste kenmerken | Typische toepassingen |
| 1xxx | Bijna zuiver aluminium | Uitstekende geleidbaarheid en corrosiebestendigheid | Elektrische geleiders, folie |
| 2xxx | Koper | Hoge sterkte en uitstekende vermoeiingsweerstand | Vliegtuigconstructies, lucht- en ruimtevaartonderdelen |
| 3xxx | Mangaan | Goede vervormbaarheid en corrosiebestendigheid | Warmtewisselaars, drankblikjes |
| 4xxx | Silicium | Lagere smelttemperatuur bij veel legeringen; geschikt voor las- en hardsoldeertoepassingen | Lasdraad, hardsoldeerplaat |
| 5xxx | Magnesium | Uitstekende weerstand tegen zeewatercorrosie en lasbaarheid bij geschikte staalsoorten | Scheepsbouw, tanks, scheepsonderdelen |
| 6xxx | Magnesium en silicium | Een evenwichtige combinatie van sterkte, bewerkbaarheid, corrosiebestendigheid en extrudeerbaarheid | CNC-gefreesde onderdelen, frames, constructieonderdelen |
| 7xxx | Zink, vaak in combinatie met magnesium en koper | Zeer hoge sterkte in vele kwaliteiten | Constructies voor de lucht- en ruimtevaart, hoogwaardige apparatuur |
| 8xxx | Andere elementen, waaronder lithium in bepaalde kwaliteiten | Specifieke eigenschappen afhankelijk van de samenstelling | Folie, verpakkingen, gespecialiseerde toepassingen in de lucht- en ruimtevaart |
Wat zijn de meest voorkomende soorten aluminiumlegeringen?
Verschillende aluminiumsoorten worden op grote schaal gebruikt in de machinebouw, de bouw, de transportsector en de precisie-industrie.
| Aluminiumkwaliteit | Serie | Belangrijkste eigenschappen | Typische toepassingen |
| 1050 | 1xxx | Hoge geleidbaarheid, uitstekende corrosiebestendigheid, lage sterkte | Elektrische en chemische toepassingen |
| 2024 | 2xxx | Hoge sterkte en vermoeidheidsbestendigheid; beperkte lasbaarheid met conventionele methoden | Vliegtuigconstructies, mechanische onderdelen |
| 3003 | 3xxx | Goede vervormbaarheid en corrosiebestendigheid | Tanks, warmtewisselaars, plaatwerkproducten |
| 5052 | 5xxx | Goede corrosiebestendigheid, vervormbaarheid en lasbaarheid | Scheepsuitrusting, behuizingen, plaatwerkonderdelen |
| 5083 | 5xxx | Hoge sterkte onder de niet-warmtebehandelbare maritieme legeringen en uitstekende zeewaterbestendigheid | Scheepsbouw, drukvaten |
| 6061 | 6xxx | Een evenwichtige combinatie van sterkte, bewerkbaarheid, corrosiebestendigheid en lasbaarheid | CNC-bewerking, beugels, frames |
| 6082 | 6xxx | Goede structurele sterkte en bewerkbaarheid | Constructieonderdelen, machines |
| 7075 | 7xxx | Zeer hoge sterkte en een goede verhouding tussen sterkte en gewicht | Lucht- en ruimtevaart, sportartikelen |
| A356.0 | Gietlegering | Goede gietbaarheid en bruikbare mechanische eigenschappen na een passende warmtebehandeling | Gietstukken voor de automobiel- en industriële sector |
| A380.0 | Gietlegering | Goede spuitgietkenmerken en maatvastheid | Behuizingen, behuizingsconstructies, auto-onderdelen |
Welke eigenschappen maken aluminiumlegeringen geschikt voor spuitgieten?
Aluminiumlegeringen beschikken over een aantal gewenste eigenschappen die geschikt zijn voor lichtgewicht, precisieonderdelen.
Waarom zijn aluminiumlegeringen licht en sterk?
De dichtheid van aluminium bedraagt ongeveer een derde van die van staal. Dit is vooral handig wanneer gewichtsbesparing een prioriteit is.
Zuiver aluminium is relatief zacht, maar de sterkte kan aanzienlijk worden verbeterd door legering en/of warmtebehandeling. De kwaliteiten 6061 en 7075 bieden verschillende eigenschappen op het gebied van sterkte, bewerkbaarheid en corrosiebestendigheid.
Waarom zijn deze aluminiumlegeringen corrosiebestendig?
Aluminium wordt van nature bedekt met een dunne laag aluminiumoxide zodra het in contact komt met de lucht. Deze laag helpt verdere oxidatie van het onderliggende metaal te verminderen.
Hoewel de corrosiebestendigheid afhangt van het type aluminiumlegering, zijn veel daarvan geschikt voor gebruik in buiten- en maritieme toepassingen. Legeringen die koper bevatten, kunnen bijvoorbeeld extra bescherming nodig hebben in veeleisende omgevingen.
Waarom zijn aluminiumlegeringen zo gemakkelijk te bewerken?
Aluminiumlegeringen zijn relatief zacht, laten zich goed bewerken en kunnen met een relatief hoge snijsnelheid worden bewerkt. Veelgebruikte productiemethoden voor de vervaardiging van aluminiumonderdelen zijn onder meer CNC-frezen, draaien, boren en tappen.
Waarom zijn thermische en elektrische geleidbaarheid belangrijk?
Aluminium heeft een hoge thermische en elektrische geleidbaarheid. Het heeft zowel een hoge elektrische geleidbaarheid als een laag soortelijk gewicht en wordt daarom gebruikt in elektriciteitsdistributiesystemen, koellichamen, koelsystemen en warmtewisselaars.
Welke rol speelt warmtebehandeling bij aluminiumlegeringen?
Sommige aluminiumlegeringen kunnen door middel van een warmtebehandeling worden versterkt en gehard. Precipitatieharding is met name van belang voor warmtebehandelbare series (2xxx, 6xxx, 7xxx).
Wat zijn de voor- en nadelen van aluminiumlegeringen?
Aluminiumlegeringen bieden aanzienlijke voordelen bij de productie, maar hebben ook beperkingen waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp en de materiaalkeuze.
| Voordelen | Nadelen |
| Lage dichtheid en lager gewicht van de onderdelen | Over het algemeen een lagere stijfheid dan staal |
| Goede corrosiebestendigheid in tal van omgevingen | Sommige kwaliteiten hebben een beperkte corrosiebestendigheid onder agressieve omstandigheden. |
| Goede bewerkbaarheid in vele kwaliteiten | Bij bepaalde legeringen kunnen harde spanen of opgebouwde randen ontstaan. |
| Hoge thermische en elektrische geleidbaarheid | Bij veel sterkere legeringen neemt de geleidbaarheid af. |
| Goede vervormbaarheid bij geschikte staalsoorten | De vervormbaarheid varieert aanzienlijk, afhankelijk van de samenstelling en de hardheid. |
| Recyclebaar en geschikt voor herhaalde materiaalterugwinning | De productie van primair aluminium is energie-intensief |
| Verkrijgbaar in talrijke kwaliteiten en productvormen | Soorten met een hoge sterkte kunnen duurder zijn of moeilijker te lassen |
| Geschikt voor extrusie, machinale bewerking, vervorming en gieten | De sterkte en kruipweerstand kunnen bij verhoogde temperaturen afnemen |
Wat is CNC-bewerking van aluminiumlegeringen?
- CNC-bewerking is een proces waarbij met computergestuurde snijgereedschappen materiaal uit aluminium wordt verwijderd om nauwkeurige onderdelen te vervaardigen.
- CNC Frezen: Het frezen van sleuven, uitsparingen, gaten, contouren en complexe 3D-vormen.
- CNC-draaien: Produceert cilindrische onderdelen, assen, bussen en onderdelen met schroefdraad.
- Boren en tappen: Maakt gaten en binnendraad.
- Meerassige bewerking: Hiermee kunnen complexe onderdelen en meerdere oppervlakken met minder instellingen worden bewerkt.
Wat is spuitgieten van aluminium?
Spuitgieten is een proces waarbij gesmolten aluminiumlegering in de schimmel om een component te maken.
Veelvoorkomende processen zijn onder meer:
- Met zandgieten, onderdelen worden in relatief kleine productieseries gegoten en zijn relatief groot en complex.
- Gieten in vaste matrijs: Herbruikbare mal om dezelfde onderdelen steeds opnieuw te vervaardigen.
- Spuitgieten onder hoge druk: Gesmolten metaal wordt onder druk in een metalen matrijs geperst; deze methode wordt gebruikt voor de massaproductie van complexe onderdelen.
- Vacuümondersteund spuitgieten: Bij correct gebruik blijft er minder gas achter; dit kan de gietkwaliteit verbeteren.
Aluminiumplaatbewerking: wat is dat?
Bij plaatbewerking worden aluminiumplaten of -vellen met behulp van diverse technieken, zoals snijden, buigen, ponsen en verbinden, tot onderdelen gevormd.
Een typische toepassing is voor elektrische behuizingen, beugels, panelen, omhulsels, auto-onderdelen en bouwproducten. De buigbaarheid, dikte, sterkte en vereisten voor het verbinden zijn allemaal factoren die meespelen bij de keuze van de legering.
Aluminium extrusie versus aluminium smeedwerk: wat is het verschil?
Bij extrusie wordt aluminium door een vormmatrijs geperst om doorlopende profielen te vervaardigen. Deze techniek wordt vaak toegepast voor kozijnen, rails, constructieprofielen en koellichamen.
Het vervormen van aluminium onder drukkrachten, met behulp van een vormgereedschap of matrijzen. Als ze goed zijn ontworpen, kunnen gesmede onderdelen gewenste mechanische eigenschappen bieden en worden ze vaak gebruikt in toepassingen waarvoor zeer sterke constructies nodig zijn.
Wat zijn de meest voorkomende toepassingen van aluminiumlegeringen?
Dankzij de eigenschappen van aluminiumlegeringen, zoals een laag gewicht, sterkte, corrosiebestendigheid en veelzijdigheid, worden ze op grote schaal toegepast.
- Structureel: Vliegtuigframes, constructiepanelen, beugels en lichtgewicht onderdelen van vliegtuigen uit de 2xxx- en 7xxx-serie.
- Carrosseriedelen en wielen, onderdelen voor de ophanging, accubehuizingen, motorbehuizingen en koelsystemen, allemaal in de automobiel- en elektrische voertuigensector.
- Zee: Corrosiebestendige legeringen (5052, 5083) voor bootrompen, scheepsconstructies, tanks en scheepsuitrusting.
- Koellichamen, elektronische behuizingen, machineframes, montagebeugels en precisiebewerkte onderdelen: voor al deze producten is een hoge precisie vereist.
- Bouw: Raamkozijnen, deuren, vliesgevels, constructieprofielen en architectonische beslagonderdelen.
- Verpakking en voedselverwerking: Blikjes, aluminiumfolie, voedselverpakkingen, verwerkingsapparatuur.
Wat is het verschil tussen aluminiumlegeringen en alternatieve materialen?
| Materiaal | Geschatte dichtheid | Belangrijkste voordelen | Belangrijkste beperkingen |
| Aluminiumlegeringen | 2,7 g/cm³ | Licht van gewicht, bewerkbaar, corrosiebestendig in tal van omgevingen | Lagere stijfheid dan staal |
| Koolstofstaal | 7,85 g/cm³ | Hoge stijfheid, sterkte en ruime beschikbaarheid | Zwaarder en vereist mogelijk corrosiebescherming |
| Roestvrij staal | 7,7–8,0 g/cm³ | Sterkte, duurzaamheid en corrosiebestendigheid in geschikte kwaliteiten | Zwaar en mogelijk moeilijker te bewerken |
| Titaanlegeringen | 4,5 g/cm³ | Hoge sterkte-gewichtsverhouding en goede corrosiebestendigheid | Duur en moeilijk te bewerken |
| Magnesiumlegeringen | 1,7–1,9 g/cm³ | Zeer lage dichtheid | Speciale hanteringsvoorschriften en aandachtspunten met betrekking tot corrosie |
| Vezelversterkte composietmaterialen | Verschilt per vezel en matrix | Hoge specifieke sterkte en ontwerpflexibiliteit | Kan duur zijn en moeilijk te repareren of te recyclen zijn |
Hoe kies je de juiste aluminiumlegering voor je project?
De eerste stap bij de keuze van een aluminiumlegering is het vaststellen van het doel en de toepassing van het onderdeel.
Houd rekening met het volgende:
- Krachtvereisten: Bepaal een geschikte klasse op basis van de vereiste sterkte, duurzaamheid en veiligheidseisen.
- Bestand tegen vocht, chemicaliën, zoutwater en corrosie door verschillende metalen.
- Productiemethode – Bepaal welk van de volgende productieprocessen zal worden gebruikt om het onderdeel te vervaardigen: verspanen, gieten, extruderen, smeden of plaatbewerking?
- Maatnauwkeurigheid: Houd rekening met toleranties, de effecten van warmtebehandeling, restspanning en thermische uitzetting.
- Lasbaarheid en vervormbaarheid: Zorg ervoor dat de gekozen legering geschikt is voor de vereiste las- of vervormingsprocessen.
- Oppervlakteafwerking: Geef indien nodig aan welke anodisatie, coating, polijstbehandeling of andere oppervlaktebehandeling moet worden toegepast.
- Budget en productievolume: Maak een vergelijking van de kosten van grondstoffen, gereedschap, bewerkingstijd, afwerking, keuring en montage.
Conclusie
Aluminium en aluminiumlegeringen beschikken over een combinatie van eigenschappen: een lage dichtheid, gewenste mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid en veelzijdigheid bij de verwerking, waardoor ze onmisbare materialen zijn in de moderne productie.
Om de juiste legeringen te kunnen kiezen die aan de functionele en economische eisen voldoen, is kennis nodig van de verschillende legeringsseries, de afzonderlijke kwaliteiten, de productieprocessen en de oppervlaktebehandelingen.
Van CNC-bewerking en spuitgieten Bij plaatwerk en constructieonderdelen kan de juiste aluminiumlegering zorgen voor een optimale combinatie van gewichtsbesparing, duurzame prestaties, nauwkeurigheid en kosten.
Veelgestelde vragen (FAQ's)
Zijn aluminium en een aluminiumlegering hetzelfde?
Nee. Aluminium is een chemisch element; een aluminiumlegering is een materiaal of een product dat voornamelijk bestaat uit aluminium en andere elementen. Zuiver aluminium heeft een goede geleidbaarheid en corrosiebestendigheid, en is doorgaans zachter dan de meeste constructielegeringen van aluminium.
Wat zijn de legeringen van aluminium?
Veelgebruikte aluminiumlegeringen voor smeedwerk zijn onder meer 1050, 2024, 3003, 5052, 5083, 6061, 6082 en 7075. Legeringen die bij het gieten worden gebruikt, zijn A356.0 en A380.0.
Is een legering hetzelfde als aluminium?
Nee. Een legering is een materiaal dat bestaat uit twee of meer elementen, waarvan er één een metaal is. Het chemische symbool voor aluminium is Al. In een legering is aluminium het belangrijkste element; aan de legering worden andere elementen toegevoegd om haar bepaalde eigenschappen te geven.
Wat zijn de twee aluminiumlegeringen?
Als je het hebt over de twee populairste aluminiumlegeringen, dan zijn 6061 en 7075 veelgebruikte opties.
Waarom worden aluminiumlegeringen gebruikt in plaats van zuiver aluminium?
Het legeren leidt doorgaans tot een toename van de sterkte, hardheid en geschiktheid voor bepaalde toepassingen, en wordt vaak toegepast om de eigenschappen te verbeteren. Afhankelijk van hun samenstelling kunnen legeringen ook zorgen voor betere gietprestaties, bewerkbaarheid of slijtvastheid.
Welke aluminiumlegering is het meest geschikt voor CNC-bewerking?
Aluminium 6061 is een veelgebruikt materiaal bij CNC-bewerking en biedt een uitstekende combinatie van eigenschappen, zoals bewerkbaarheid, sterkte en corrosiebestendigheid.
Zijn aluminiumlegeringen corrosiebestendig?
Aluminiumlegeringen zijn over het algemeen goed bestand tegen corrosie, doordat er zich op het oppervlak van het metaal een beschermende oxidelaag vormt.