Laser-Vollformung (LSF)

Aluminium AlCu4Ti-Pulver

Aluminium AlCu4Ti-Pulver ist ein Pulver aus einer Aluminiumlegierung mit Kupfer und Titan. Es bietet hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungen sind im Folgenden zusammengefasst:

Aluminium AlCu4Ti-Pulver Eigenschaften

  • Hohe Festigkeit
  • Gute Korrosionsbeständigkeit

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Inhaltsübersicht

Übersicht

Aluminium AlCu4Ti-Pulver ist ein Aluminiumlegierungspulver, das Kupfer und Titan enthält. Es bietet hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungen sind im Folgenden zusammengefasst:

Aluminium AlCu4Ti-Pulver Eigenschaften

  • Hohe Festigkeit
  • Gute Korrosionsbeständigkeit
  • Gute Bearbeitbarkeit und mechanische Eigenschaften
  • Geringe Dichte
  • Kontrollierte Partikelgrößenverteilung

Anwendungen von Aluminium AlCu4Ti-Pulver

  • Automobilteile
  • Komponenten für die Luft- und Raumfahrt
  • Industrielle Werkzeuge
  • Kolben
  • Verschleißteile
  • Metall-Spritzgießen

Aluminium AlCu4Ti-Pulver kann zur Herstellung von leichten Hochleistungskomponenten in der Transport-, Industrie- und Konsumgüterindustrie verwendet werden. Dieser Artikel gibt einen detaillierten Überblick über seine Eigenschaften, Verarbeitung, Anwendungen und wichtigsten Lieferanten.

Zusammensetzung und Merkmale

Die typische chemische Zusammensetzung von Aluminium AlCu4Ti Pulver ist:

Chemische Zusammensetzung von Aluminium AlCu4Ti-Pulver

Element Gewicht %
Aluminium (Al) Bilanz
Kupfer (Cu) 3.8 – 5.2
Titan (Ti) 0.10 – 0.30
Andere 0,15 max

Die wichtigsten Legierungselemente sind Kupfer und Titan. Kupfer verbessert die Festigkeit durch Ausscheidungshärtung, während Titan als Kornfeiner wirkt und ein einheitliches feinkörniges Gefüge erzeugt.

Weitere wichtige Eigenschaften und Merkmale:

Eigenschaften und Merkmale

Eigentum Einzelheiten
Dichte 2,77 g/cm3
Schmelzpunkt ~540°C
Partikelform Sphärisch
Partikelgröße 15 - 75 μm
Durchflussmenge Gute Fließfähigkeit
Komprimierbarkeit Hoch
Gesintert Dichte ~97%

Die kontrollierte Partikelgrößenverteilung gewährleistet eine hohe Fließfähigkeit und Packungsdichte des Pulvers, was für eine gleichmäßige Formfüllung beim Metallspritzguss entscheidend ist. Die kugelförmige Morphologie sorgt für eine hervorragende Fließfähigkeit und macht das Pulver für die automatische Handhabung geeignet.

Mechanische Eigenschaften

AlCu4Ti-Pulver kann durch Verfahren wie Metallspritzguss (MIM), heißisostatisches Pressen (HIP), additive Fertigung und Pulverschmieden zu Teilen mit sehr guten mechanischen Eigenschaften verarbeitet werden.

Typische Eigenschaften von gesinterten AlCu4Ti-Teilen:

Mechanische Eigenschaften von gesinterten AlCu4Ti-Teilen

Eigentum Wert
Zugfestigkeit 430 - 480 MPa
Streckgrenze 400 - 450 MPa
Dehnung 3 – 5%
Härte 110 - 130 HB

Die Eigenschaften können durch Wärmebehandlungen weiter verbessert werden. Durch Lösungsbehandlung und Alterung kann die Zugfestigkeit auf über 500 MPa erhöht werden.

Die Legierung weist eine wesentlich höhere Festigkeit auf als handelsübliches reines Aluminium und hat gleichzeitig eine geringere Dichte als Stahl- oder Titanlegierungen. Sie bietet eines der besten Verhältnisse zwischen Festigkeit und Gewicht unter den Aluminiumsorten.

Anwendungen

Die Kombination aus hoher Festigkeit, geringer Dichte, Härte, thermischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit macht AlCu4Ti geeignet für:

Anwendungen von Aluminium AlCu4Ti-Pulver

Industrie Anmeldung
Automobilindustrie Motorkomponenten, Kolben, Buchsen, Zahnräder
Luft- und Raumfahrt Teile der Flugzeugzelle, Triebwerksaufhängungen, Halterungen
Industriell Präzisionswerkzeuge, Vorrichtungen, Gussformen
Verbraucher Sportartikel, Wearables
Energie Kompressorteile, Pumpen

Einige konkrete Anwendungsbeispiele sind:

Automobilanwendungen

  • Kolben
  • Pleuelstangen
  • Ventilstößel
  • Getriebe
  • Buchsen und Lager
  • Fahrwerkskomponenten

Luft- und Raumfahrtanwendungen

  • Motorhalterungen
  • Halterungen und Gehäuse
  • Flügelkomponenten
  • Radnaben

Die ausgezeichnete Bearbeitbarkeit im wärmebehandelten Zustand ermöglicht die Herstellung komplexer Formen, die den engen Toleranzanforderungen der Luft- und Raumfahrt entsprechen.

Industrielle Werkzeuge

  • Spritzgießwerkzeuge
  • Strangpresswerkzeuge
  • Blasform- und Druckgusswerkzeuge
  • Lehren, Vorrichtungen
  • Schneller Werkzeugbau

Aufgrund der kürzeren Vorlaufzeiten und der niedrigeren Bearbeitungskosten hat sich dieser Werkstoff als Ersatz für Werkzeugstahl bei Produktionswerkzeugen durchgesetzt.

Zahlreiche andere Anwendungen profitieren von der hohen Härte, Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität:

  • Ballistische Panzerplatten
  • Schneidewerkzeuge
  • Verschleißteile und Werkzeuge
  • Komponenten für Motorräder und Fahrräder

Das geringere Gewicht im Vergleich zu Stahl verringert die Trägheit der Komponenten und ermöglicht eine bessere Kraftstoffeffizienz und ein besseres Handling.

Verarbeitungsmethoden

Zu den gängigen Verfahren zur Herstellung von AlCu4Ti-Teilen gehören:

Verarbeitungsmethoden für AlCu4Ti-Pulver

Methode Einzelheiten Komponenten
Metall-Spritzgießen (MIM) Bindemittel mit Pulver gemischt, geformt, entbunden und gesintert Komplexe und netzförmige Kleinteile
Additive Fertigung Mit Laser- oder Elektronenstrahl verschmolzene Pulverschichten Prototypen, kundenspezifische Geometrien
Heiß-Isostatisches Pressen (HIP) Anwendung von hohem Druck bei erhöhter Temperatur Völlig dichte Teile mit Eigenschaften, die denen von Knetprodukten nahe kommen
Pulver-Schmieden Verdichtung bei hohem Druck Motorkomponenten wie Pleuelstangen

MIM wird am häufigsten für die Herstellung großer Mengen kleiner, komplexer Teile verwendet. HIP und AM ermöglichen Teile mit individuelleren Geometrien. Das Pulverschmieden bietet verbesserte Eigenschaften. Die Wahl des Verfahrens richtet sich nach Faktoren wie Teilegeometrie, Stückzahl, Kostenziele und Eigenschaften.

AlCu4Ti-Pulver eignet sich hervorragend für das Metall-Spritzgießen. Die wichtigsten Vorteile gegenüber konkurrierenden Legierungen:

MIM-Vorteile von AlCu4Ti

  • Schnelleres Sinterverhalten aufgrund der feinen Korngrößenverteilung des Pulvers
  • Niedrigere Sintertemperaturen als bei Eisenwerkstoffen, wodurch die Werkzeugkosten gesenkt werden
  • Minimale Bildung einer flüssigen Phase, die den Verzug der Teile verhindert
  • Hervorragende Formfüllungseigenschaften

Die feine Pulvergröße von ~20 μm ermöglicht dünne Wandstärken von bis zu ~0,5 mm und reduziert das Gewicht der Bauteile.

Spezifikationen und Normen

Die Zusammensetzung und die Korngrößenverteilung des Aluminium-AlCu4Ti-Pulvers entsprechen diesen Spezifikationen:

AlCu4Ti-Pulver Spezifikationen

Standard Bezeichnung Partikelgröße
ASTM B602 Al 9005 15 - 75 μm
ISO 13301 ALDC5 15 - 75 μm
DIN 226 AlSi9Cu3 15 - 75 μm

Normen für chemische Analyseverfahren:

  • ASTM E34: Chemische Analyse mittels optischer Emissionsspektrometrie
  • ASTM E1479: Chemische Analyse mittels Glimmentladungs-Massenspektrometrie
  • ASTM E1019: Bestimmung von Aluminium durch Titrimetrie

Anbieter

Zu den weltweit führenden Anbietern von Aluminium AlCu4Ti-Pulver gehören:

AlCu4Ti-Pulver Lieferanten

Anbieter Angebotene Klasse Partikelgröße
Hoeganaes ANCOR AM-705 17 μm (Durchschnitt)
Sandvik Fischadler A205 45 μm (Durchschnitt)
ECKA Granulat Alextra 20 - 63 μm
AMC-Pulver AL-4015 15 - 20 μm

Hoeganaes ANCOR AM-705 ist ein speziell für den Metallspritzguss entwickeltes Pulver mit sehr gutem Fließverhalten und hoher Grünfestigkeit.

Sandvik Osprey A205 ist für die additive Fertigung mit hohem Pulverfluss und hoher Packungsdichte optimiert.

Preisgestaltung

Typische Preise für Aluminium AlCu4Ti-Pulver basierend auf der Menge:

AlCu4Ti-Pulver Preisschätzungen

Menge Preisspanne
1 - 9 kg $85 - $100 pro kg
10 - 99 kg $75 - $95 pro kg
100 - 499 kg $65 - $85 pro kg
500+ kg $55 - $75 pro kg

Die Preise variieren zwischen den verschiedenen Anbietern, abhängig von Faktoren wie Auftragsvolumen, geografischer Lage, Anpassungsmöglichkeiten und Mehrwertdiensten wie Analysen.

Vergleich mit Alternativen

Wie schneidet AlCu4Ti im Vergleich zu anderen PIM/MIM-Legierungen aus Aluminium ab?

AlCu4Ti-Pulver Vergleich mit Alternativen

Legierung Stärke Duktilität Korrosion Res. Verarbeitbarkeit Kosten
AlCu4Ti Sehr hoch Mäßig Gut Ausgezeichnetes Fließverhalten, schnelle Sinterung Mäßig
Al 6061 Mittel Hoch Ausgezeichnet Durchschnittlicher Durchfluss Niedrig
AlSi10Mg Mittel Mittel Gut Hohe Fließfähigkeit Niedrig
Al 7075 Sehr hoch Niedrig Gut mit Beschichtung Schlechter Fluss Hoch

Die wichtigsten Vorteile von AlCu4Ti:

  • Höchste Festigkeit im Sinterzustand ermöglicht leichte Strukturen
  • Kombination von Festigkeit, Duktilität und Verarbeitbarkeit
  • Geringere Kosten als die hochleistungsfähige 7075-Sorte
 

Auswirkung von Zusammensetzungsvariationen

Die Eigenschaften von AlCu4Ti können durch Anpassung des Kupfer- und Titananteils innerhalb der Spezifikationsgrenzen eingestellt werden.

Einfluss des Cu- und Ti-Gehalts

  2% Ti 4% Ti 5% Ti
3% Cu Mittlere Stärke <br>Gute Duktilität Hohe Festigkeit <br>Mäßige Duktilität Höchste Stärke <br>Geringere Duktilität
4% Cu Hohe Festigkeit <br> Mäßige Duktilität Sehr hohe Festigkeit <br>Geringere Duktilität Höchste Stärke <br>Schlechte Duktilität
5% Cu Sehr hohe Festigkeit <br>Geringere Duktilität Ausgezeichnete Stärke <br>Geringe Duktilität Höchste Stärke <br>Spröde

Ein höherer Kupferanteil verbessert die Festigkeit durch Ausscheidungshärtung, während mehr Titan das Gefüge verbessert. Höhere Anteile von beiden können jedoch die Duktilität und Bruchzähigkeit verringern. Das optimale Gleichgewicht hängt von den Anforderungen der Anwendung ab - Festigkeit oder Bearbeitbarkeit.

Wirkung von Verunreinigungen

Verunreinigungen können die Eigenschaften selbst bei sehr niedrigen Konzentrationen im ppm-Bereich negativ beeinflussen. Ihre Auswirkungen bei prozentualen Konzentrationen werden im Folgenden beschrieben:

Auswirkungen von Verunreinigungselementen

Verunreinigung Ausgaben Zulässiger Grenzwert
Blei Negative Auswirkungen auf die Schmierfähigkeit < 0,10%
Bismut Senkt die Wärmeleitfähigkeit < 0,05%
Natrium Verursacht Porosität in Gussstücken < 0,005%
Kalzium Oberflächenfehler bei stranggepressten Produkten < 0,002%

Hochreines Aluminium minimiert diese durch Verunreinigungen verursachten Mängel. Vorlegiertes Pulver aus sauberen Barren gewährleistet eine zuverlässige Leistung.

Mikrostruktur

Die Bilder zeigen lichtmikroskopische Aufnahmen von AlCu4Ti unter verschiedenen Bedingungen.

AlCu4Ti-Pulver-Mikrofotografien

Wesentliche Merkmale:

  • Nahezu perfekte sphärische Morphologie durch Gaszerstäubung
  • Dichtes Gefüge mit feiner, gleichmäßiger Korngröße im gesinterten Zustand
  • Ausgezeichnete Verteilung der nanoskaligen Ausscheidungen nach der Wärmebehandlung

Diese mikrostrukturellen Merkmale tragen zu ausgewogenen Eigenschaften und zuverlässiger Leistung bei.

Nachbearbeitende Wärmebehandlungen

Durch eine Reihe von Wärmebehandlungen können die Eigenschaften von AlCu4Ti je nach Anwendungsbedarf angepasst werden:

AlCu4Ti Wärmebehandlungsoptionen

Behandlung Temperatur Prozess Auswirkungen
Lösungsansätze 530°C 2 Stunden Löst lösliche Phasen auf Stellt die Duktilität wieder her
Alterung 180°C 5 Stunden Fällung von Phasen Erheblich höhere Festigkeit
Überalterung 200°C 10 Stunden Vergröberung der Ausfällungen Geringere Festigkeit, mehr Duktilität
Stressabbau 350°C 2 Stunden Eigenspannungen vermindern Verbesserung der Dimensionsstabilität

Eine typische T6-Vergütung beinhaltet eine Lösungsbehandlung mit anschließender künstlicher Alterung, um die höchste Festigkeit zu erreichen. Eine Überalterung verringert die Festigkeit zugunsten der Dehnung. Das Spannungsarmglühen verbessert die Bearbeitbarkeit und die Schleifleistung.

Vorteile von Wärmebehandlungen:

  • Erhöhung der Zugfestigkeit von 430 MPa auf über 500 MPa
  • 30% Erhöhung der Streckgrenze
  • Feinbearbeitung und verbesserte Maßgenauigkeit
  • Geringerer Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung

Kundenspezifische Wärmebehandlungsspezifikationen können auf der Grundlage der Bauteilanforderungen definiert werden.

Heiß-Isostatisches Pressen (HIP)

Das HIP-Verfahren ist vorteilhaft für die Verringerung der Porosität, die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit und der Oberflächengüte.

Typische HIP-Parameter:

HIP-Bedingungen für AlCu4Ti

  • Temperatur: 520°C
  • Druck: 100 MPa
  • Zeit: 3 Stunden
  • Abkühlgeschwindigkeit: 10°C/Minute

HIP erhöht die Zugfestigkeit und die Streckgrenze von MIM-Bauteilen durch das Schließen der inneren Poren erheblich:

Kraftverbesserung nach HIP

Eigentum A-gesintert Nach HIP
UTS (MPa) 430 560
YS (MPa) 380 510
Dichte (%) 97 99.8

Darüber hinaus verringert das HIP-Verfahren die Oberflächenrauhigkeit und verbessert die Oberflächenqualität, verringert die Schwankungen von Teil zu Teil und verbessert die Maßgenauigkeit.

Kosteneinsparungen mit HIP:

  • Reduzierte Bearbeitungszugabe durch besseres Finish
  • Niedrigere Ablehnungsquoten
  • Geringere Schwankungen und damit gleichbleibende Bearbeitungsparameter

Dies führt zu deutlich niedrigeren Gesamtproduktionskosten.

Gestaltungsrichtlinien und Überlegungen

Empfohlene Konstruktionsverfahren für AlCu4Ti-Teile:

AlCu4Ti-Komponenten Konstruktionsrichtlinien

  • Verwenden Sie Mindestquerschnittsdicken von mehr als 0,4 - 0,6 mm
  • Optimierung der Teilegeometrie zur Vermeidung von Pulvereinschlüssen
  • Einschließlich der geschätzten Radien und Winkel
  • Verwenden Sie Entformungswinkel ≥ 2°, um das Auswerfen der Teile zu erleichtern.
  • Stark verrundete Schnittpunkte erleichtern den Materialfluss
  • Berücksichtigung isotroper Eigenschaften bei der Konstruktionsanalyse

Insgesamt wird durch das additive MIM-Verfahren mit AlCu4Ti eine außergewöhnliche Designfreiheit ermöglicht.

Qualitätskontrolle und Inspektionsstandards

Es wird eine strenge Qualitätskontrolle durchgeführt:

AlCu4Ti-Pulver Qualitätskontrolle

  • Probenahme gemäß ASTM B215
  • Partikelgrößenverteilung durch Siebung (ASTM B214) und Laserbeugungsanalyse
  • Morphologie und Mikrostruktur aus der SEM-Bildgebung (ASTM E45)
  • Chemische Analyse durch OES (ASTM E34)
  • Zapfstellendichte und Durchflussmenge gemessen nach MPIF-Standards
  • Überwachung der statistischen Prozesskontrolle

Für Formteile und mechanische Prüfungen gibt es Standardprüfverfahren:

Inspektionsstandards für Fertigteile

  • Abmessungstoleranz nach ASME Y14.5
  • Mechanische Prüfung nach ASTM E8M
  • Zugfestigkeitsprüfung nach ISO 6892
  • Metallographie nach ASTM E3
  • Härte gemessen nach Rockwell (ASTM E18) und Vickers (ASTM E384)
  • Hoch beschleunigter Belastungstest (HAST) für Zuverlässigkeit

Während kritischer Produktionsschritte und Analysen werden Daten für verschiedene Parameter aufgezeichnet, um die Rückverfolgbarkeit und die Einhaltung von Normen zu gewährleisten.

Sicherheitsdatenblatt

Die wichtigsten Sicherheitsinformationen gemäß den gesetzlichen Vorschriften^(1)^:

AlCu4Ti-Pulver Sicherheitsvorkehrungen

  • Bei der Handhabung Schutzausrüstung verwenden
  • Vermeiden Sie den Kontakt mit der Haut durch Handschuhe
  • Pulver nicht einnehmen
  • Für ausreichende Belüftung und Atemschutz sorgen
  • Nach der Arbeit mit Pulver gründlich waschen
  • Verwenden Sie explosionsgeschützte elektrische Geräte

Erste-Hilfe-Maßnahmen im Falle eines Kontakts:

Erste-Hilfe-Maßnahmen

  • Spülen Sie die Haut mit Wasser ab und suchen Sie einen Arzt auf, wenn die Reizung anhält.
  • Verwenden Sie Kochsalzlösung, um die Augen gründlich zu reinigen
  • Einatmen: An die frische Luft gehen und Wasser trinken
  • Verschlucken: Sofort ärztliche Hilfe in Anspruch nehmen

FAQ

Was ist Aluminium AlCu4Ti-Pulver?Aluminium-AlCu4Ti-Pulver ist eine Art von Metallpulver, das in additiven Fertigungsverfahren wie dem 3D-Druck verwendet wird. Es besteht aus Aluminium, das mit Kupfer (Cu) und Titan (Ti) legiert ist, die dem Material spezifische Eigenschaften verleihen.Was sind die wichtigsten Eigenschaften von Aluminium AlCu4Ti Powder?Aluminium AlCu4Ti-Pulver ist bekannt für sein geringes Gewicht, sein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und seine gute Korrosionsbeständigkeit. Der Zusatz von Kupfer und Titan verbessert seine mechanischen Eigenschaften.Was ist die Anwendung von Aluminium AlCu4Ti Powder?Dieses Pulver wird in verschiedenen Industriezweigen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Elektronik zur Herstellung von Teilen und Komponenten verwendet, die eine Kombination aus Leichtigkeit und Festigkeit erfordern. Zu den üblichen Anwendungen gehören Flugzeugkomponenten, leichte Strukturteile und Kühlkörper.Wie wird Aluminium AlCu4Ti-Pulver im 3D-Druck verarbeitet?Aluminium-AlCu4Ti-Pulver wird üblicherweise in Pulverbettschmelzverfahren wie dem selektiven Laserschmelzen (SLM) oder dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM) verwendet. Bei diesen Verfahren werden die Pulverpartikel Schicht für Schicht geschmolzen und verschmolzen, um 3D-Objekte zu erzeugen.Was sind die Vorteile der Verwendung von Aluminium AlCu4Ti Pulver im 3D-Druck?Zu den Vorteilen gehören sein geringes Gewicht, seine gute Wärmeleitfähigkeit und die Möglichkeit, komplexe Formen herzustellen. Es ist ideal für Anwendungen, bei denen sowohl Festigkeit als auch Gewichtsreduzierung entscheidend sind. mehr über 3D-Druckverfahren erfahren

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