Aluminium 7075 im Vergleich zu Aluminium 2024: Was sind die Festigkeitsunterschiede?

Ich sehe oft, dass Ingenieure zwischen 7075 und 2024 hin- und hergerissen sind. Sie wollen Teile, die auch unter Belastung stabil bleiben.

7075 bietet eine höhere Zugfestigkeit, während 2024 eine gute Ermüdungsfestigkeit bei etwas geringerer Höchstlast aufweist.

Vergleichen wir diese beiden hochfesten Legierungen und zeigen wir, wo sie ihre Stärken haben.

Was sind die Festigkeitsunterschiede zwischen 7075 und 2024?

Als ich mit der Herstellung von Flugzeugteilen begann, verwendete ich beide Legierungen für Beschläge und Halterungen. Bei Belastungstests und Ermüdungszyklen schnitten sie unterschiedlich ab.

7075-T6 hat eine höhere Zugfestigkeit (~572 MPa) als 2024-T3 (~469 MPa). Aber 2024 hat eine bessere Ermüdungsfestigkeit bei zyklischer Belastung.

Tiefer eintauchen: Vergleich von Zug- und Ermüdungsfestigkeit

Zugfestigkeit (statische Belastung):

• 7075-T6: ~572?MPa
• 2024-T3: ~469?MPa

7075 ist bei statischen Belastungstests eindeutig stärker. Es wird oft verwendet, wenn es auf maximale Belastbarkeit ankommt.

Streckgrenze (bleibende Verformung):

• 7075-T6: ~503?MPa
• 2024-T3: ~324?MPa

Das bedeutet, dass 7075 dem Biegen oder Nachgeben mehr Widerstand entgegensetzt.

Ermüdungsfestigkeit (wiederholte Belastung):

2024 widersteht zyklischer Ermüdung besser und wird daher bevorzugt für Teile verwendet, die Vibrationen oder Lastzyklen ausgesetzt sind.

Ich habe einmal zwei Halterungen hergestellt: eine aus 7075 und eine aus 2024. Bei Vibrationstests hielt die 2024-Halterung länger ohne Risse durch, obwohl sie weniger belastet wurde.

Zeit für ein Quiz:

Welche Legierung ist für Luft- und Raumfahrtteile besser geeignet?

Bei der Entwicklung von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt habe ich Festigkeit, Ermüdung und Herstellbarkeit gegeneinander abgewogen.

2024 wird aufgrund seiner Ermüdungsfestigkeit am häufigsten für Rumpfbleche und Flügelhäute verwendet. 7075 ist ideal für stark beanspruchte Teile wie Zahnräder und Holme.

Tiefer eintauchen: Anwendungsfälle in der Luft- und Raumfahrt

2024-T3:

• Ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit
• Behält seine Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen
• Verwendet für Strukturhäute, Rippen, Beschläge
• Anfällig für Korrosion, sofern nicht beschichtet oder verkleidet

7075-T6:

• Außergewöhnliche statische Festigkeit
• Verwendet für Fahrwerksbeschläge, hochbelastete Punkte
• Die Ermüdungslebensdauer ist geringer, aber bei kurzen Zyklen tolerierbar.
• Benötigt guten Korrosionsschutz

Anwendungsbeispiele:

• Flügelhäute (2024): lange Zyklen, leichte Belastungen, ermüdungskritisch
• Fahrwerksbeschläge (7075)hohe statische Belastungen, weniger Zyklen

Ich habe einmal zwei Halterungen gebaut: ein 2024-Teil an der Flügelhaut und ein 7075-Glied an einem Lastpfad. Beide erfüllten ihre strukturellen Anforderungen effizient.

Zeit für ein Quiz:

Wie sieht es mit der Korrosionsbeständigkeit aus?

Ich habe beide Legierungen in Salznebel- und Feuchtigkeitskammern getestet. Sie verhielten sich unter der Belastung unterschiedlich.

2024 ist anfälliger für Korrosion, während 7075 etwas besser widerstandsfähig ist - beide benötigen jedoch Schutzbeschichtungen für den Einsatz im Freien oder auf See.

Tiefer eintauchen: Korrosionsverhalten und Schutzmaßnahmen

Intrinsischer Widerstand:

• 2024hoher Kupfergehalt (~4,4%) → schlechte Korrosionsbeständigkeit
• 7075Zink: hoher Zinkgehalt (~5,6%) → mäßige Korrosionsbeständigkeit, jedoch anfällig für Spannungsrisskorrosion

Schützende Behandlungen:

Umweltverträglichkeit:

• 2024: benötigt Verkleidungen oder schwere Beschichtungen. Nicht geeignet für den Einsatz in feuchter oder salzhaltiger Luft.
• 7075: besser, muss aber immer noch eloxiert oder versiegelt werden, um Spannungsrisskorrosion zu vermeiden.

Ein Fall aus der Praxis:

Ich habe zwei Fittings hergestellt, eines aus jeder Legierung. Ich ließ 2024 blank und 7075 eloxiert. In feuchten Monaten korrodierte das 2024 innerhalb von Wochen an den Kanten. Das eloxierte 7075 zeigte über Jahre hinweg keinen Rost.

Zeit für ein Quiz:

Was ist leichter zu bearbeiten: 7075 oder 2024?

In meiner CNC-Werkstatt kam es auf die Bearbeitbarkeit an. Ich habe beide Legierungen unter den gleichen Bedingungen getestet.

2024 ist leichter zu bearbeiten als 7075 - weniger Wärmeentwicklung und bessere Werkzeugstandzeit. Aber 7075 lässt sich gut schneiden und hält auch enge Toleranzen ein.

Tiefer eintauchen: Zerspanungsleistung und Tipps

Spanbildung und Werkzeugverschleiß:

• 2024-T3weich, bildet lange Späne, leicht zu schneiden, gute Oberfläche
• 7075-T6: härter, Späne sind eher kurz und abrasiv, schnellerer Werkzeugverschleiß, erfordert steife Einstellung

Toleranzen und Ausführung:

• Beide können ±0,01?mm mit guten Werkzeugen und Kühlmittel halten
• 2024 ergibt aufgrund der geringeren Härte oft glattere Oberflächen

Gewindebohren und Gewindeschneiden:

• 2024 zapft gut
• 7075 benötigt langsamere Gewindeschneidgeschwindigkeiten und schergeformte Gewindebohrer

Tipps zum Fräsen und Bohren:

• 2024: 0,3?mm Spänelast, 250-300?m/min Geschwindigkeit
• 7075: 0,2?mm Spänelast, 200?m/min Geschwindigkeit, Flutkühlmittel erforderlich

Die Ergebnisse meines Werkstatttests:

Ich habe Schlitze aus 2024 und 7075 nebeneinander ausgeführt. 2024-Werkzeuge hielten ~200 Minuten durch, bevor sie stumpf wurden, und zwar 2 Mal länger als 7075.

Zeit für ein Quiz:

Schlussfolgerung

7075 ist stärker bei statischer Belastung und eignet sich besser für stark beanspruchte Komponenten. 2024 bietet eine bessere Ermüdungslebensdauer bei wiederholter Belastung. Beide müssen vor Korrosion geschützt werden, und 2024 ist leichter zu bearbeiten. Die Wahl hängt von der Art der Belastung, der Umgebung und den Bearbeitungsanforderungen ab.