Obróbka aluminium: jak wybrać między 5083, 6061, 6082, 2017 i 7075

Oznaczenie aluminium czyta się w dwóch krokach, na przykład „EN AW-6082 T6”. EN AW-6082 identyfikuje stop: „EN” oznacza normę europejską, „AW” – aluminium do przeróbki plastycznej (wyrób walcowany, wyciskany lub ciągniony, w odróżnieniu od odlewów), a następnie cztery cyfry. Pierwsza wskazuje serię, czyli główny pierwiastek stopowy:

• 2xxx: miedź (2017A, 2024);
• 5xxx: magnez (5083, 5754);
• 6xxx: magnez i krzem (6060, 6061, 6082);
• 7xxx: cynk (7075).

T6 oznacza stan metalurgiczny. Serie 2xxx, 6xxx i 7xxx utwardza się obróbką cieplną (stany T: T4 – starzenie naturalne, T6 – starzenie sztuczne, T651 – płyta odprężona przez rozciąganie), a serie 5xxx – przez zgniot (stany H). Stop 6082 w stanie T6 nie ma tych samych właściwości co 6082 wyżarzony: stan jest częścią oznaczenia i musi znaleźć się na rysunku. Dla płyty obrabianej z pełnego materiału spotyka się na przykład „EN AW-6082 T651” lub „EN AW-7075 T651”. Ogólny przegląd znajdą Państwo w haśle słownika o stopach aluminium.

6082 i 6061: wybór domyślny

Średnia wytrzymałość, dobra skrawalność, dobra odporność na korozję, spawalne i nadające się do anodowania: obejmują większość części mechanicznych, ram i wsporników. Są do siebie zbliżone i często wymienne: 6082 jest najpowszechniejszy w magazynach w Europie, 6061 – w Ameryce Północnej. Jeśli rysunek narzuca jeden z nich, jak to często bywa w lotnictwie, proszę zaznaczyć, że zamiennik jest niedopuszczalny; w przeciwnym razie warto wpisać „lub równoważny”.

2017A: „mechaniczny”, łatwy w obróbce

Stop z miedzią o dobrej wytrzymałości mechanicznej i doskonałej skrawalności, dający ładne powierzchnie. W zamian ma gorszą odporność na korozję, bardzo słabo się spawa i gorzej anoduje: należy przewidzieć ochronę. Nadaje się do części mechanicznych obrabianych z pełnego materiału. Zbliżony 2024 to wielka klasyka lotnictwa.

5083: stop okrętowy i spawalny

Stop z magnezem, utwardzany przez zgniot: doskonała odporność na korozję, zwłaszcza w wodzie morskiej, i dobre zachowanie po spawaniu. Występuje głównie w postaci blach i płyt. Gorzej się go obrabia (długie wióry, skłonność do przyklejania się do narzędzia), a jego wytrzymałość jest umiarkowana. To stop stosowany w konstrukcjach okrętowych, zbiornikach i konstrukcjach spawanych (zob. sektor przemysł morski i jachtowy).

7075: wysoka wytrzymałość

Stop z cynkiem o znacznie wyższej wytrzymałości na rozciąganie (rzędu 500 MPa i więcej, wobec około 300 MPa dla 6082 T6), z dobrą skrawalnością i krótkimi wiórami. Jest droższy, nie nadaje się do spawania metodami łukowymi i gorzej znosi korozję; w stanie T6 jest wrażliwy na korozję naprężeniową, stąd istnienie stanów przestarzonych, takich jak T73. Spotyka się go w lotnictwie (lotnictwo i kosmonautyka), w oprzyrządowaniu i w częściach silnie obciążonych.

Inne stopy, z którymi się Państwo spotkają

5754, zbliżony do 5083, ale mniej wytrzymały, to klasyk wśród blach giętych i spawanych. 6060 to stop profili wyciskanych, ceniony przy anodowaniu dekoracyjnym. 2011 to stop automatowy, przeznaczony do części toczonych w dużych seriach. Stopy odlewnicze, przeznaczone do odlewów, podlegają innym zasadom i nie są tu omawiane.

Aluminium obrabia się szybko, przy dużych prędkościach skrawania, ale stop i jego stan wpływają na wynik:

• Wióry. Krótkie i łatwe do usunięcia w 2017A i 7075; dłuższe i ciągłe w 5083 oraz, w mniejszym stopniu, w 6061. Ma to znaczenie dla cykli automatycznych i jakości powierzchni.
• Narost na ostrzu. Stopy miękkie (5083, 6061) mają skłonność do przyklejania się do narzędzia, co pogarsza wygląd powierzchni. Zakład kompensuje to odpowiednim oprzyrządowaniem (węglik o ostrych krawędziach, polerowane powierzchnie) i chłodzeniem.
• Naprężenia wewnętrzne. Gruba płyta zatrzymuje naprężenia po walcowaniu i hartowaniu: przy zdejmowaniu materiału część może się odkształcić. Stany odprężone (T651) ograniczają ten problem; zakład może też obrobić zgrubnie, odczekać, a następnie wykończyć.
• Rozszerzalność cieplna. Aluminium rozszerza się około dwa razy bardziej niż stal. Część wciąż ciepła nie ma wymiaru w 20 °C: przy ciasnych tolerancjach kontrolę wykonuje się w temperaturze odniesienia.
• Dostępny półfabrykat. Pręty okrągłe, płaskowniki, płyty walcowane, profile wyciskane, płyty odlewane płaskie na oprzyrządowanie: format półfabrykatu decyduje o ilości materiału zamienionego na wióry, a więc o cenie (zob. cena obróbki CNC).

Szczegóły procesów znajdą Państwo na stronie podwykonawstwo obróbki CNC.

Aluminium wiele wybacza, ale kilka decyzji konstrukcyjnych skraca czas pracy maszyny i ogranicza odkształcenia:

• Cienkie ścianki. Im cieńsza i wyższa ścianka, tym bardziej drga podczas skrawania i odkształca się. Jeśli funkcja na to pozwala, proszę ją pogrubić lub dodać żebra, a bardzo cienkie ścianki zgłosić zakładowi.
• Promienie wewnętrzne. Frez jest okrągły: ostry narożnik na dnie kieszeni wymaga dodatkowej obróbki. Im większy promień wewnętrzny, tym większe i szybsze może być narzędzie.
• Głębokie kieszenie. Im głębsza kieszeń w stosunku do szerokości, tym dłuższe, delikatniejsze i wolniejsze narzędzie. Proporcję tę warto omówić z zakładem, zanim rysunek zostanie ostatecznie zatwierdzony.
• Półfabrykat. Gruby płaskownik, z którego usuwa się większość materiału, kosztuje zarówno materiałowo, jak i czasowo; profil zbliżony do kształtu końcowego może zmienić cenę.

Te wybory łączą się z tolerancjami: ciasne tolerancje należy stosować tylko dla wymiarów funkcjonalnych (zob. poradnik o tolerancjach obróbki).

Spawanie jest często kryterium, które eliminuje dany stop:

• 5083: bardzo dobra spawalność (TIG, MIG) i dobre zachowanie w spoinie.
• 6061 i 6082: spawalne, ale strefa przy spoinie traci część wytrzymałości stanu T6: należy to uwzględnić przy wymiarowaniu.
• 2017A: spawanie niezalecane (ryzyko pękania). Lepsze jest połączenie mechaniczne lub klejenie.
• 7075: nie nadaje się do spawania metodami łukowymi. To samo rozwiązanie: śruby, nity, klejenie.

Procesy opisuje poradnik spawanie TIG, MIG i MAG.

Pod względem korozji stopy o największej wytrzymałości mechanicznej (2017A, 7075), bogate w miedź lub cynk, są jednocześnie najbardziej wrażliwe: wymagają ochrony (anodowanie, malowanie, konwersja chemiczna). 5083 prowadzi w środowisku morskim; stopy 6xxx dobrze zachowują się w normalnej atmosferze.

Anodowanie pogrubia naturalną warstwę tlenku na aluminium: chroni przed korozją, utwardza powierzchnię (anodowanie twarde) i może być barwione. Wynik zależy od stopu:

• 6060, 6061, 6082: dobry, równomierny wynik, także przy wyglądzie dekoracyjnym.
• 2017A i 7075: można je anodować, ale wygląd jest mniej jednolity, a wynik trudniej zagwarantować. Jeśli wygląd ma znaczenie, proszę poprosić anodownię o próbę.
• 5083: anodowanie ochronne działa, ale wygląd może się różnić między materiałem podstawowym a spoinami.

Trzy wskazówki do umieszczenia na rysunku:

1. Wymiary przed obróbką lub po niej. Warstwa rośnie częściowo w głąb metalu, a częściowo na zewnątrz: zmienia wymiary, czasem o kilkadziesiąt mikronów przy anodowaniu twardym.
2. Strefy do zamaskowania. Warstwa jest elektrycznie izolująca: proszę oznaczyć powierzchnie styku lub uziemienia, a także gwinty i dokładne otwory.
3. Oczekiwane wykończenie: ochrona, wygląd, twardość, kolor.

Wskazówki jakościowe dla wyrobów przerabianych plastycznie, które należy potwierdzić w normie lub karcie dostawcy, zależnie od wyrobu i grubości. Wszystkie te stopy mają gęstość rzędu 2,7–2,8 g/cm³, czyli około jednej trzeciej gęstości stali.

• Brak szczególnych wymagań: 6082 (lub 6061) „lub równoważny”.
• Część spawana lub środowisko morskie: 5083, albo 6082, jeśli ważniejsza jest wytrzymałość.
• Część silnie obrabiana, niespawana, zabezpieczona: 2017A.
• Maksymalna wytrzymałość lub znaczne odciążenie: 7075, przy akceptacji wyższego kosztu i ochrony powierzchni.

Kilka nawyków pozwala uniknąć przykrych niespodzianek. Nie należy przewymiarowywać: 7075 do części mało obciążonej oznacza zbędne płacenie za materiał, ochronę, a czasem za dłuższy czas dostawy. Na rysunku proszę wpisać pełne oznaczenie („EN AW-6082 T6”), a nie samo „alu”. Certyfikat materiałowy warto zamawiać tylko wtedy, gdy wymaga tego identyfikowalność (lotnictwo, medycyna, energetyka), i sprawdzić wtedy, czy podaje stop i stan. Wreszcie, warto pozwolić zakładowi zasugerować alternatywę: odmiana dostępna z magazynu często skraca cenę i termin.

Gotowi zapytać o ceny? Dodaj zapytanie w Meaflow: to bezpłatne i bez prowizji, a Państwo porównują oferty kilku zakładów.