Gegossenes Aluminium und stranggepresstes Aluminium werden auf unterschiedliche Weise hergestellt. Bei gegossenem Aluminium wird geschmolzenes Metall in eine Form gegossen, um eine Gestalt zu erhalten. Bei stranggepresstem Aluminium wird Aluminium durch ein Loch gepresst, um Formen wie Rohre zu erhalten. Stranggepresstes Aluminium ist in der Regel stärker und hat eine glattere Oberfläche. Mit gegossenem Aluminium lassen sich kompliziertere Formen herstellen, während stranggepresstes Aluminium für einfache Formen oft billiger ist.

Um das richtige Material für bestimmte Anwendungen auszuwählen, ist es wichtig, die Unterschiede zwischen gegossenem und stranggepresstem Aluminium zu kennen. Lesen Sie diesen Artikel, um die spezifischen Methoden, Anwendungen, Vor- und Nachteile, Einschränkungen usw. kennenzulernen.

Was ist Gussaluminium?

Druckgießer stellen Aluminiumgussteile aus geschmolzenen Aluminiumlegierungen her. Sie spritzen diese flüssige Form dann in die Form des Produktprofils. Diese Teile sind leicht und haltbar, weil sie im Druckgussverfahren hergestellt werden. Aluminiumguss kann in Autos, Flugzeugen, Maschinen und Alltagsgegenständen verwendet werden.

Gängige Aluminium-Legierungen

A380 Legierung

In der Legierung A380 sind bereits etwa 8,5% Silizium und 3,5% Kupfer enthalten. Sie bieten eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine geringe Dichte von 2,71 g/cm³. Ihre Fließfähigkeit ist ausgezeichnet. Sie lassen sich gut gießen, um dünnwandige Teile und Motorhalterungen im Druckguss herzustellen.

A356-T6-Legierung

Diese Legierung enthält etwa 7% Silizium und 0,3% Magnesium. Die Teile haben eine bessere Festigkeit und erreichen eine Zugfestigkeit von 310 MPa, wenn sie die richtige Wärmebehandlung erhalten. Diese Legierungen weisen eine gute Leitfähigkeit auf. Die Hersteller verwenden sie in der Regel hauptsächlich für Autoräder und Teile für die Luft- und Raumfahrt im Sandgussverfahren.

319 Legierung

Im Allgemeinen bestehen etwa 6% dieses Metalls aus Silizium und 3,5% aus Kupfer. Diese Legierung ist viel schwerer als andere. Sie bietet eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und hat eine Dichte von 2,76 g/cm³. Daher eignet sie sich gut für Motorblöcke, bei denen Hitzebeständigkeit wichtig ist.

Gießereiprozesse

Druckgießen

Das Verfahren, bei dem die Hersteller geschmolzenes Aluminium mit 10-175 MPa in eine Stahlform gießen, ist das Hochdruckgießen. Diese Technik arbeitet schneller und stellt Teile innerhalb von 30 Sekunden her. Es eignet sich am besten für scharfkantige Teile wie Getriebegehäuse.

Niederdruckgießen

Bei diesem Verfahren wird das Metall mit einem Druck von 20-100 kPa in die Form gepresst, d. h. mit einem niedrigeren Druck. Bei einer langsamen Verarbeitung wie dieser entstehen weniger fehlerverringernde Luftblasen. Ihre Beispiele können Aluminiumräder sein, die eine verbesserte Festigkeit aufweisen.

Sandgießen

Der Hersteller gießt geschmolzenes Metall in Sandformen. Dieser Prozess dauert tatsächlich Stunden pro Teil. Detaillierte Teile wie Pumpengehäuse können dies jedoch überstehen.

Andere Methoden:

Das am häufigsten verwendete Verfahren ist nicht nur der Druckguss oder der Sandguss. Es umfasst auch Feinguss und Dauerformguss. Beim Feinguss verwenden die Hersteller Wachsmodelle. Beim Kokillenguss hingegen wird eine wiederverwendbare Stahlform verwendet. Diese Techniken eignen sich für die Herstellung mittelgroßer Teile wie Kochgeschirr.

Mikrogefüge und Erstarrung

Jedes Mal, wenn Aluminium abkühlt, entstehen winzige Kristalle (Keimbildung) und Kornwachstum. Das bedeutet, dass die Abkühlungstemperaturen diese beeinflussen können. Das liegt daran, dass eine schnelle Abkühlung beim Druckguss zu sehr kleinen, starken Körnern führt. Bei langsamer Abkühlung entstehen dagegen große und weniger haltbare Körner. Darüber hinaus wird die Verschleißfestigkeit von Legierungen wie A380 durch Siliziumpartikel und die Wärmebehandlung von 356-T6 verringert, was zu einer Verringerung der spröden Bereiche führt.

Was ist stranggepresstes Aluminium?

Die Hersteller verwenden Formwerkzeuge, um Kraft auf erhitzte Aluminiumlegierungen auszuüben. Das Metall nimmt dann Profilformen an, die in der Regel lang sind, z. B. Stangen, Rohre oder Balken. Stranggepresste Aluminiumteile sind in der Bau-, Automobil- und Konsumgüterindustrie weit verbreitet. Der Grund dafür ist, dass sie leicht, stabil und erschwinglich sind.

Gängige Legierungen

6061-Legierungen:

Die Legierung 6061 enthält 1,0% Magnesium und 0,6% Silizium. Diese Partikel verleihen ihr eine hohe Festigkeit (310 MPa Zugfestigkeit) und eine hervorragende Schweißbarkeit. Sie eignen sich gut für strukturelle und stark beanspruchte Teile wie LKW-Rahmen und Fahrradkomponenten.

6063 Legierungen:

In 6063-Legierungen sind 0,7% Magnesium und 0,4% Silizium enthalten. Das verhindert Korrosion und sorgt für eine feine Oberflächenbeschaffenheit. Aus diesem Grund eignet es sich am besten für dekorative und architektonische Profile wie Fensterrahmen und Türschienen.

Wärmebehandlung

Die Eigenschaften von stranggepresstem Aluminium werden verbessert, wenn die Hersteller es Wärmebehandlungen wie T5- oder T6-Anlassen unterziehen.

Bei der T5-Härtung wird das stranggepresste Teil luftgekühlt. Es erhöht die Festigkeit des Teils mit der Möglichkeit von 20-30%.

Die T6-Härtung umfasst eine Lösungsbehandlung bei 530 °C. Anschließend erfolgt eine künstliche Alterung. Die Teile werden dadurch wesentlich härter und fester. So kann 6061-T6 für strukturelle Anwendungen verwendet werden, da es ein optimales Gleichgewicht zwischen Verformbarkeit und Festigkeit bietet.

Extrusionsverfahren Bei der Direktextrusion:

Die Hersteller verwenden einen Hydraulikzylinder, um den Knüppel durch eine stationäre Düse zu drücken, was als Direktextrusion bezeichnet wird. Diese Art von Verfahren ist zwar effizient, benötigt aber allein aufgrund der Reibung mehr Energie.

Beim indirekten Strangpressen:

Beim indirekten Strangpressen bleibt der Knüppel stehen, während sich die Matrize auf ihn zubewegt. Aus diesem Grund wird es auch als Rückwärts- oder Umkehrtechnik bezeichnet. Es reduziert die Reibung und den Energieverbrauch um bis zu 10-30%. Diese Technik eignet sich hervorragend für die Herstellung präziser Teile wie Rohre.

Presse-Typen

Unter den verfügbaren Optionen bieten hydraulische Pressen eine hohe Kraft (bis zu 100 MN) für große Profile. Die mechanischen Pressen hingegen arbeiten schnell (bis zu 60 Hübe/Minute). Sie sind gut für kleine Teile geeignet.

Arten der Extrusion

Warmstrangpressen:

Die Warmstrangpressung erfolgt bei 350-500 °C. Dabei werden Wärme und Druck eingesetzt. Dieses Verfahren hilft bei der Herstellung von Voll- oder Hohlkörpern mit festen Querschnitten. Zum Beispiel I-Träger oder Automobilchassis.

Kaltfließpressen:

Das Kaltfließpressen geht bis zu 120 °C und findet auch bei Raumtemperatur (20-25 °C) statt. Bei diesem Verfahren erhitzt der Hersteller das Aluminium nicht und zwingt es nicht, zu verformen. Es ermöglicht die Herstellung von Teilen mit sehr engen Toleranzen von bis zu ±0,02 mm-±0,05 mm und reduziert die Oxidation. Es ist daher ideal für die Herstellung von Befestigungselementen, elektrischen Steckern und den genannten Teilen.

Hauptunterschiede zwischen gegossenem und stranggepresstem Aluminium

1. Mechanische Eigenschaften

Die Herstellungsprozesse wirken sich auf die Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften von gegossenem und stranggepresstem Aluminium aus.

Stärke:

Im Allgemeinen bieten die extrudierten Kunststoffe eine höhere Zugfestigkeit als die Aluminiumguss. Die Zugfestigkeit von gegossenem Aluminium A356-T6 liegt beispielsweise bei 230-250 MPa. Stranggepresstes 6061-T6 hat dagegen eine Zugfestigkeit von bis zu 310 MPa.

Duktilität

Das durch stranggepresstes Aluminium erzielte feinere Korn macht es duktiler. Grobe Körner und intermetallische Phasen sind hingegen Gründe für die Sprödigkeit von Aluminiumguss.

Härte

Die Härte hängt ganz davon ab, welche Legierung und Wärmebehandlung Sie wählen. Stranggepresste Teile weisen jedoch in der Regel eine gleichmäßigere Härte auf. Zum Beispiel, A380 gegossenes Aluminium enthält Härte um ~80 HB, aber 6061-T6 stranggepresste Teile haben 95 HB Härte.

Ermüdungswiderstand

Die feinere Kornstruktur von stranggepresstem Aluminium ermöglicht eine gute Leistung bei zyklischer Belastung. Im Gegensatz dazu weist gegossenes Aluminium eine geringere Ermüdungsfestigkeit auf. Das liegt an seiner porösen Struktur. Mit einer angemessenen Wärmebehandlung und besseren Legierungen kann man sie jedoch verbessern.

2. Vergleich der Mikrostruktur

Das Mikrogefüge von Aluminiumguss weist grobe Körner (zwischen 50 und 200 µm) und gebündelte intermetallische Phasen auf. Dies ist der Grund für die Sprödigkeit und die Verringerung der mechanischen Leistungsfähigkeit.

Andererseits verfeinert das Strangpressen das Korngefüge in einer Größenordnung von 10-50 µm. Dies liegt daran, dass intermetallische Verbindungen aufgebrochen und die Körner ausgerichtet werden.

Das Bild kontrastiert zum Beispiel beide Teile der Mikrostrukturen. Das Gussgefüge weist grobe Körner auf.

Das stranggepresste Teil (a-f) zeigt, wie es die Kornstruktur verfeinert, was zu einer besseren Leistung führt.

3. Toleranzen

Durch die Ausdehnung der Form und die Schrumpfung bei der Erstarrung werden die Toleranzen des Aluminiumgusses enger (±0,5 mm oder mehr).

Engere Toleranzen (±0,1 mm) bei stranggepresstem Aluminium sind machbar. Das liegt an der Verwendung einer Präzisionsmatrize für das Pressen von Metall. Das bedeutet, dass das Design der Matrize und die Genauigkeit der Presse zu Änderungen der Toleranzen führen können.

4. Überlegungen zur Gestaltung

Aluminiumguss wird hauptsächlich für die Herstellung von scharfkantigen Formen mit inneren Hohlräumen verwendet. Zum Beispiel für Motorblöcke oder Pumpengehäuse. Aber für dünnwandige oder lange Profile ist es irgendwie ungeeignet.

Mit der Extrusionstechnik lassen sich am besten lange Teile und einheitliche Profile mit gleichmäßigen Querschnitten herstellen. Zum Beispiel Balken oder Rohre. Außerdem können diese Teile auch spezifische Designanforderungen erfüllen.

5. Fügeverfahren

Die Hersteller können sowohl gegossenes als auch stranggepresstes Aluminium miteinander verbinden. Dazu verwenden sie Techniken wie Schweißen, Verschrauben oder Kleben.

Aluminiumguss ist nicht leicht zu schweißen. Der Grund dafür ist das Vorhandensein von Porosität, intermetallischen Phasen und auch der hohe Siliziumgehalt in einigen Legierungen (z. B. A380). Dies kann zur Rissbildung führen.

Stranggepresste Aluminiumteile sind viel einfacher zu schweißen und zu bearbeiten. Sie weisen eine einheitliche Struktur auf. Das macht sie für die Montage vielseitiger.

Vorteile und Nachteile von Aluminiumguss

Vorteile

• Damit können Sie sehr detaillierte und komplexe Formen mit inneren Hohlräumen herstellen. Zum Beispiel Zylinderköpfe, Getriebegehäuse oder Pumpengehäuse.
• Aluminiumgusslegierungen wie A356-T6 bieten eine hohe Zugfestigkeit bei unterdurchschnittlichem Gewicht.
• Diese Teile sind erschwinglich, wenn sie in großen Mengen hergestellt werden.

Benachteiligungen

• Gaseinschlüsse oder Schrumpfung während der Erstarrung führen dazu, dass die anderen Teile an Festigkeit und Ermüdungswiderstand verlieren. Dieses Problem kann jedoch durch Vakuumgießen oder Entgasungsmittel behoben werden.
• Sowohl die flüssige als auch die feste Schrumpfung führt dazu, dass Teile zerbrechen oder reißen. Mit einer geeigneten Formkonstruktion und kontrollierter Kühlung können Sie dem entgegenwirken.
• Aluminiumguss hat im Vergleich zum Strangpressen eine geringere Toleranz.

Vorteile und Nachteile von stranggepresstem Aluminium

Vorteile

• Stranggepresstes Aluminium ergibt hervorragende Oberflächen. Das Teil nach einem Fräsen Finish zu eloxiert oder pulverbeschichtet Beschichtung würde mehr stark sein. Sie enthalten verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit.
• Mit Präzisionswerkzeugen können Sie engere Toleranzen erreichen.
• Diese Teile sind bei hohen Stückzahlen kostengünstig.
• Ideal für lange, unveränderliche Profile wie z.B. Leiterschienen oder Multi-Hohlrohre.

Benachteiligungen

• Diese Teile sind auf einfache Formen beschränkt und eignen sich nicht für komplexe Designs.
• Für die Herstellung von Hohlprofilen oder Mehrkanalprofilen werden spezielle Werkzeuge benötigt.
• Das Strangpressen eignet sich nicht für Teile mit mehreren Querschnitten oder komplizierten inneren Merkmalen.

Anwendungen und Branchen

Konkrete Beispiele

Im Allgemeinen wird Aluminiumguss für Automobilanwendungen verwendet. Zu den Teilen gehören Motorblöcke, Getriebegehäuse und Radnaben.

Die Abbildung zeigt das Design des Motorblocks. Es hebt die wichtigsten Komponenten hervor. Zum Beispiel ein Anschnittsystem (Wege des geschmolzenen Metalls), Überläufe (zum Auffangen von überschüssigem Material), Vakuumleitungen (zum Entfernen von Luft) und der endgültige Zylinderblockguss.

Inzwischen verwenden Hersteller stranggepresstes Aluminium für Fensterrahmen, Türschienen und Strukturbalken. Im Transportwesen wird es für Waggonaufbauten, Lkw-Rahmen und Fahrradkomponenten verwendet.

Elektrofahrzeuge (EVs)

Die Verwendung von gegossenem und stranggepresstem Aluminium in E-Fahrzeugen macht diese immer beliebter. Die Hersteller verwenden Aluminiumguss für Batterie- und Motorgehäuse. Aus stranggepresstem Aluminium werden dagegen leichte Chassis und Strukturkomponenten hergestellt.

Additive Fertigung

Die Integration des 3D-Drucks in den Aluminiumguss ermöglicht es, schwierigere Formen zu bearbeiten. Sie ermöglichen leichte Teile für die Luft- und Raumfahrt und die medizinische Industrie.

Darüber hinaus werden mit additiven Verfahren für stranggepresstes Aluminium innovative Designs möglich. Dadurch eignen sich diese Teile für den Einsatz in hybriden Fertigungsverfahren.

Schlussfolgerung:

Gegossenes und stranggepresstes Aluminium weisen keine Ähnlichkeit auf. Ihre Festigkeit, ihr Gefüge, ihre Toleranzen und ihr Design sind unterschiedlich. Wenn man sie wahllos auswählt, kann das das ganze Projekt ruinieren. Wählen Sie also mit Bedacht das richtige Material und das richtige Herstellungsverfahren, je nach den Anforderungen der Anwendung.