Aluminium verspanen: kiezen tussen 5083, 6061, 6082, 2017 en 7075

Een aluminiumaanduiding leest u in twee stappen, zoals in ‘EN AW-6082 T6’. EN AW-6082 identificeert de legering: ‘EN’ staat voor de Europese norm, ‘AW’ voor wrought aluminium (gewalst, geëxtrudeerd of getrokken aluminium, in tegenstelling tot gietstukken), gevolgd door vier cijfers. Het eerste cijfer geeft de serie aan, dus het belangrijkste legeringselement:

• 2xxx: koper (2017A, 2024);
• 5xxx: magnesium (5083, 5754);
• 6xxx: magnesium en silicium (6060, 6061, 6082);
• 7xxx: zink (7075).

T6 geeft de metallurgische toestand aan. De series 2xxx, 6xxx en 7xxx harden door warmtebehandeling (T-toestanden: T4 voor natuurlijke veroudering, T6 voor kunstmatige veroudering, T651 voor een plaat die door trekken spanningsarm is gemaakt), de series 5xxx door koude vervorming (H-toestanden). Een 6082 in toestand T6 heeft niet dezelfde eigenschappen als een gegloeid 6082: de toestand maakt deel uit van de aanduiding en hoort op de tekening te staan. Voor een plaat die uit het volle materiaal wordt verspaand, komt u bijvoorbeeld ‘EN AW-6082 T651’ of ‘EN AW-7075 T651’ tegen. Voor een overzicht, zie het lexicon over aluminiumlegeringen.

6082 en 6061: de standaardkeuze

Gemiddelde sterkte, goede verspaanbaarheid, goede corrosiebestendigheid, lasbaar en anodiseerbaar: ze dekken het merendeel van de mechanische onderdelen, frames en steunen. Ze liggen dicht bij elkaar en zijn vaak onderling uitwisselbaar: 6082 is het meest verbreid in voorraad in Europa, 6061 in Noord-Amerika. Schrijft uw tekening een van beide voor, zoals vaak in de luchtvaart, vermeld dan dat gelijkwaardigheid niet is toegestaan; schrijf anders ‘of gelijkwaardig’.

2017A: de ‘mechanische’ legering die gemakkelijk te verspanen is

Koperlegering met goede mechanische sterkte en uitstekende verspaanbaarheid, met fraaie oppervlakten. Daar staat tegenover dat de corrosiebestendigheid lager is, dat de legering zeer slecht lasbaar is en minder goed anodiseert: voorzie een bescherming. Geschikt voor mechanische onderdelen die uit het volle materiaal worden verspaand. Het verwante 2024 is een groot klassiek materiaal in de luchtvaart.

5083: de maritieme, lasbare legering

Magnesiumlegering, verhard door koude vervorming: uitstekende corrosiebestendigheid, met name tegen zeewater, en goed gedrag na het lassen. Het is vooral verkrijgbaar als plaat. Het is minder goed te verspanen (lange spanen, neiging om aan het gereedschap te kleven) en de sterkte blijft matig. Dit is de legering voor scheepsbouw, tanks en gelaste constructies (zie de sector scheepsbouw en watersport).

7075: de hoge sterkte

Zinklegering met een veel hogere treksterkte (in de orde van 500 MPa en meer, tegenover circa 300 MPa voor een 6082 T6), met goede verspaanbaarheid en korte spanen. Het is duurder, is niet te lassen met booglasprocessen en is minder corrosiebestendig; in toestand T6 is het gevoelig voor spanningscorrosie, vandaar de oververouderde toestanden zoals T73. U vindt het in de luchtvaart (luchtvaart en ruimtevaart), in gereedschappen en in zwaar belaste onderdelen.

De andere legeringen die u tegenkomt

5754, verwant aan 5083 maar minder sterk, is een klassieker voor gezette en gelaste platen. 6060 is de legering voor geëxtrudeerde profielen, gewaardeerd voor decoratief anodiseren. 2011 is een automatenlegering, ontworpen voor gedraaide onderdelen in grote series. Gietlegeringen, bedoeld voor gegoten onderdelen, volgen andere regels en komen hier niet aan bod.

Aluminium wordt snel verspaand, met hoge snijsnelheden, maar de legering en de toestand beïnvloeden het resultaat:

• Spanen. Kort en gemakkelijk af te voeren bij 2017A en 7075; langer en draderig bij 5083 en, in mindere mate, bij 6061. Dat weegt mee bij geautomatiseerde cycli en bij de oppervlaktekwaliteit.
• Opbouwsnede. Zachte legeringen (5083, 6061) kleven gemakkelijk aan het gereedschap, wat het uiterlijk verslechtert. De werkplaats compenseert dat met aangepast gereedschap (hardmetaal met scherpe snijkanten, gepolijste oppervlakken) en met smering.
• Interne spanningen. Een dikke plaat houdt walsspanningen en afschrikspanningen vast: bij het wegnemen van materiaal kan het onderdeel vervormen. Spanningsarme toestanden (T651) beperken het probleem; de werkplaats kan ook voorbewerken, laten rusten en dan afwerken.
• Uitzetting. Aluminium zet ongeveer twee keer zo sterk uit als staal. Een nog warm onderdeel heeft zijn maat niet bij 20 °C: voor nauwe toleranties gebeurt de meting bij referentietemperatuur.
• Beschikbaar halffabricaat. Ronde staven, platte staven, gewalste platen, geëxtrudeerde profielen, gegoten vlakke platen voor gereedschappen: het formaat van het halffabricaat bepaalt hoeveel materiaal in spanen verdwijnt, en dus de prijs (zie de prijs van CNC-verspaning).

Voor de details van de processen, zie de pagina toelevering CNC-verspaning.

Aluminium is vergevingsgezind, maar enkele ontwerpkeuzes verminderen machinetijd en vervormingen:

• Dunne wanden. Hoe dunner en hoger een wand, hoe meer hij tijdens het snijden trilt en vervormt. Maak hem dikker of voeg ribben toe als de functie dat toelaat, en wijs de werkplaats op zeer dunne wanden.
• Binnenradii. Een frees is rond: een scherpe hoek op de bodem van een uitsparing vergt een nabewerking. Hoe ruimer de binnenradius, hoe groter en sneller het gereedschap kan zijn.
• Diepe uitsparingen. Hoe dieper een uitsparing in verhouding tot de breedte, hoe langer, fragieler en trager het gereedschap. Bespreek deze verhouding met de werkplaats voordat u de tekening vastlegt.
• Halffabricaat. Een dikke plaat waarvan het merendeel van het materiaal wordt weggenomen, kost zowel aan materiaal als aan tijd; een profiel dat dicht bij de eindvorm ligt, kan de prijs veranderen.

Deze keuzes hangen samen met de toleranties: tolereer alleen de functionele maten nauw (zie de gids over verspaningstoleranties).

Lassen is vaak het criterium waardoor een legering afvalt:

• 5083: zeer goed lasbaar (TIG, MIG) en goed gedrag in de las.
• 6061 en 6082: lasbaar, maar de zone nabij de las verliest een deel van de sterkte van toestand T6: de dimensionering moet hiermee rekening houden.
• 2017A: lassen afgeraden (risico op scheuren). Kies liever een mechanische verbinding of lijmen.
• 7075: niet lasbaar met booglasprocessen. Zelfde oplossing: schroeven, klinknagels, lijmen.

Voor de processen, zie de gids TIG-, MIG- en MAG-lassen.

Wat corrosie betreft zijn de mechanisch sterkste legeringen (2017A, 7075), rijk aan koper of zink, ook de gevoeligste: ze vragen om bescherming (anodiseren, verf, chemische conversie). 5083 voert de lijst aan in een maritiem milieu; de 6xxx-series gedragen zich goed in een normale atmosfeer.

Anodiseren verdikt de natuurlijke oxidelaag van aluminium: het beschermt tegen corrosie, verhardt het oppervlak (hardanodiseren) en kan worden ingekleurd. Het resultaat hangt af van de legering:

• 6060, 6061, 6082: goed, regelmatig resultaat, ook voor een decoratief uiterlijk.
• 2017A en 7075: ze zijn te anodiseren, maar het uiterlijk is minder gelijkmatig en het resultaat is moeilijker te garanderen. Telt het uiterlijk, vraag de anodiseerder dan om een proef.
• 5083: beschermend anodiseren werkt, maar het uiterlijk kan verschillen tussen het basismetaal en de lassen.

Drie verduidelijkingen om op de tekening te zetten:

1. De maten voor of na de behandeling. De laag groeit deels in het metaal en deels naar buiten: ze verandert de afmetingen, bij hardanodiseren soms met enkele tientallen micron.
2. De af te dekken zones. De laag is elektrisch isolerend: markeer contact- of aardingsvlakken, evenals schroefdraad en nauwkeurige boringen.
3. De gewenste afwerking: bescherming, uiterlijk, hardheid, kleur.

Kwalitatieve richtwaarden voor gewalste en geëxtrudeerde producten, te bevestigen aan de hand van de norm of het gegevensblad van de leverancier, afhankelijk van product en dikte. Deze legeringen hebben alle een dichtheid van circa 2,7 tot 2,8 g/cm³, ongeveer een derde van die van staal.

• Geen bijzondere eisen: een 6082 (of 6061) ‘of gelijkwaardig’.
• Gelast onderdeel of maritieme omgeving: een 5083, of een 6082 als sterkte voorop staat.
• Veel verspaand onderdeel, niet gelast, beschermd: een 2017A.
• Maximale sterkte of extreme gewichtsbesparing: een 7075, met acceptatie van de meerkosten en de oppervlaktebescherming.

Enkele reflexen voorkomen onaangename verrassingen. Dimensioneer niet te ruim: een 7075 voor een weinig belast onderdeel betaalt voor niets voor materiaal, bescherming en soms een langere levertijd. Zet de volledige aanduiding op de tekening (‘EN AW-6082 T6’), niet alleen ‘alu’. Vraag alleen om een materiaalcertificaat als traceerbaarheid dat vereist (luchtvaart, medisch, energie) en controleer dan of het de legering en de toestand vermeldt. Laat de werkplaats ten slotte een alternatief voorstellen: een type dat op voorraad is, verlaagt vaak prijs en levertijd.

Klaar om prijzen op te vragen? Plaats uw aanvraag op Meaflow: het is gratis en zonder commissie, en u vergelijkt de offertes van meerdere werkplaatsen.