Aluminiumstrækstyrke ved legering?

Mange købere sammenligner aluminiumsprofiler kun på pris eller form. Senere oplever de bøjning, revner eller tidlig svigt. I de fleste tilfælde er det egentlige problem ikke designet, men en misforståelse af trækstyrken ved legeringer.

Aluminiumstrækstyrken afhænger hovedsageligt af legeringssystemet og hærdningen. Høje trækstyrkeværdier opnås ved den rette kombination af legering og hærdning, ikke alene ved ekstrudering.

Trækstyrke er en af de første værdier, som ingeniører ser på, men det er også en af de mest misbrugte. I afsnittene nedenfor forklares det, hvilke legeringer der er stærkest, hvordan hærdning ændrer trækværdierne, om overfladebehandling har betydning, og hvordan trækstyrken bekræftes i reelle profiler.

Hvilke legeringer har den højeste trækstyrke?

Ikke alle aluminiumslegeringer er designet til samme formål. Nogle fokuserer på formbarhed. Andre fokuserer på korrosionsbestandighed. En mindre gruppe fokuserer på styrke. At vide, hvor hver legering passer ind, hjælper med at undgå overdesign eller underpræstation.

Blandt almindelige ekstruderingslegeringer har legeringer i 7xxx-serien den højeste trækstyrke, efterfulgt af udvalgte 6xxx-legeringer som 6061 og 6082. Højere trækstyrke medfører dog ofte lavere duktilitet og højere omkostninger.

Forstå legeringsserier i enkle vendinger

Aluminiumslegeringer er grupperet efter de vigtigste legeringselementer:

• 6xxx-serien: Magnesium og silicium. God balance mellem styrke, korrosionsbestandighed og ekstruderbarhed.
• 7xxx-serien: Zinkbaseret. Meget høj styrke, sværere at ekstrudere, lavere korrosionsbestandighed.
• 5xxx-serien: Magnesiumbaseret. God korrosionsbestandighed, middel styrke, begrænset reaktion på varmebehandling.

De fleste strukturelle ekstruderinger i industrien bruger 6xxx-legeringer, fordi de giver en god balance mellem styrke og produktionseffektivitet.

Sammenligning af trækstyrke for almindelige ekstruderingslegeringer

Tabellen nedenfor viser typiske ultimative trækstyrkeintervaller for populære legeringer i almindelige hærdninger. Værdierne er omtrentlige og afhænger af profilform og processtyring.

Hvorfor den stærkeste legering ikke altid er den bedste

Meget høj trækstyrke lyder attraktivt, men det medfører kompromiser:

• Lavere forlængelse betyder mindre advarsel før brud.
• Sejheden falder ofte, når trækstyrken stiger.
• Værktøjsslid og skrotprocent stiger med hårdere legeringer.
• Tilgængelighed og leveringstid kan være længere.

For mange rammer, skinner og understøtninger giver 6061-T6 eller 6082-T6 mere end tilstrækkelig trækstyrke uden risikoen ved ultrahøjstyrke legeringer.

Anvendelsesdrevet legeringsvalg

I praksis følger valget af legering anvendelsesbehovene:

• Generelle industrielle rammer: 6063-T5 eller T6
• Bærende strukturer: 6061-T6 eller 6005A-T6
• Kraftige mekaniske dele: 6082-T6
• Særlige behov for høj styrke: 7xxx-serien med omhyggeligt design

Hvordan påvirker hærdning trækværdierne?

Legering alene definerer ikke trækstyrke. Hærdningsforholdet har ofte en lige så stor eller større betydning. To profiler af samme legering kan vise meget forskellige trækstyrker på grund af hærdningen.

Hærdning påvirker trækstyrken ved at kontrollere udfældningshærdning og indre spændingstilstand. Varmebehandlede hærdninger som T6 maksimerer trækstyrken, mens blødere hærdninger bytter styrke for duktilitet og formbarhed.

Hvad temperament egentlig betyder

Temper beskriver aluminiumets termiske og mekaniske historie efter ekstrudering.

Almindelige ekstruderingstemperaturer omfatter:

• T5: Afkølet fra ekstruderingstemperatur og kunstigt ældet.
• T6: Løsning varmebehandlet, hærdet og kunstigt ældet.
• T4: Løsning varmebehandlet og naturligt ældet.

Hvert trin ændrer størrelsen og fordelingen af forstærkende udfældninger inde i metallet.

Forskelle i trækstyrke efter hærdning

For de fleste 6xxx-legeringer:

• T6 giver den højeste trækstyrke.
• T5 tilbyder lidt lavere styrke, men bedre dimensionsstabilitet.
• T4 giver lavere styrke, men højere forlængelse.

Tabellen nedenfor viser en forenklet sammenligning med 6061 som eksempel.

Hvorfor T6 ikke altid vælges

Selvom T6 maksimerer trækstyrken, er det ikke altid ideelt:

• Tynde eller komplekse profiler kan blive deformeret under opløsningsbehandlingen.
• Restspændinger kan øge risikoen for vridning under bearbejdning.
• Nogle applikationer kræver fleksibilitet frem for maksimal styrke.

I disse tilfælde kan T5 eller endda T4 levere bedre ydeevne i praksis.

Konsistens og proceskontrol

Hærdningskvaliteten afhænger af:

• Nøjagtig temperaturregulering af ovnen
• Korrekt slukningshastighed
• Ensartet aldringstid

Dårlig temperaturovervågning kan føre til trækværdier under specifikationen, selvom legeringen er korrekt.

Designtip til købere

Ved angivelse af trækstyrke:

• Angiv altid legering + hærdning, ikke kun legering.
• Bekræft, om værdierne er garanterede minimumsværdier eller typiske gennemsnitsværdier.
• Spørg, hvordan trækegenskaberne verificeres for komplekse profiler.

Kan overfladebehandling ændre trækstyrken?

Overfladebehandling diskuteres ofte i forbindelse med korrosion eller udseende. Mange købere spørger, om anodisering eller belægning ændrer trækstyrken. Det korte svar er subtilt, men vigtigt.

Overfladebehandlinger ændrer ikke væsentligt trækstyrken af aluminiumsekstruderinger, men aggressive processer eller høje temperaturer kan reducere den effektive styrke en smule eller medføre risiko for overfladerelaterede fejl.

Bulkstyrke kontra overfladetilstand

Trækprøvninger måler bulk-materialers adfærd. De fleste overfladebehandlinger påvirker kun et tyndt ydre lag.

Almindelige behandlinger omfatter:

• Anodisering
• Pulverlakering
• Elektroforetisk belægning
• Mekanisk polering

Disse processer ændrer ikke legeringens indre mikrostruktur.

Når overfladebehandling kan have betydning

Selvom trækstyrken forbliver den samme, kan overfladebehandlingen indirekte påvirke ydeevnen.

Tykke anodiseringslag

Hård anodisering skaber et skørt oxidlag. Under trækbelastning:

• Oxidet kan revne.
• Revner kan fungere som initieringssteder ved udmattelse eller stød, men ikke i statiske trækprøvninger.

Udsættelse for høje temperaturer

Nogle belægninger kræver høje hærdningstemperaturer. Overdreven varme kan:

• Overalder legeringen.
• Reducer trækstyrken en smule, især i T6-hærdninger.

Overfladeskader før belægning

Forkert forbehandling kan medføre:

• Ridser
• Gruber
• Kemisk angreb

Disse fejl reducerer det effektive tværsnit og kan i ekstreme tilfælde sænke de målte trækresultater.

Hvad overfladebehandling ikke gør

Overfladebehandling gør ikke følgende:

• Forøg trækstyrken ud over legeringens grænser.
• Forvandl en legering med lav styrke til en legering med høj styrke.
• Udskift korrekt legering og hærdning.

Praktisk vejledning

Til dele, hvor trækstyrken er afgørende:

• Bekræft, at belægningstemperaturerne forbliver inden for legeringens grænser.
• Undgå unødvendige tykke eller sprøde overfladelag.
• Fokuser på trækstyrkekravene til grundmaterialet, ikke belægningen.

Hvilke tests bekræfter trækstyrken i profiler?

Værdierne i databladet er kun meningsfulde, hvis de er verificeret. Trækstyrken skal måles ved hjælp af standardiserede tests, der afspejler materialets reelle adfærd.

Trækstyrken i ekstruderede aluminiumsprofiler bekræftes gennem standardiserede trækprøvninger på prøver taget fra profilen efter definerede procedurer, der kontrollerer prøvernes orientering, hastighed og målenøjagtighed.

Grundlæggende om standardtrækprøvning

Trækprøvning omfatter:

• Træk en forberedt prøve med en kontrolleret hastighed.
• Måling af kraft og forlængelse.
• Beregning af trækstyrke, flydespænding og forlængelse.

Resultatet repræsenterer materialets adfærd under enaksial spænding.

Prøveplacering og orientering er vigtige faktorer

Til ekstruderinger:

• Prøver udtages normalt langs ekstruderingsretningen.
• Egenskaberne på tværs af sektionen er generelt ensartede, men tynde vægge kan variere lidt.

For hule profiler kan prøverne stamme fra:

• Ydervægge
• Webs eller ribber
• Flade sektioner med tilstrækkelig bredde

Typiske testresultater

En standard trækprøvning giver:

• Ultimativ trækstyrke
• Udløbsstyrke
• Forlængelse ved brud

Disse værdier beskriver tilsammen styrke og duktilitet.

Batch-testning kontra testning pr. profil

I produktion:

• Trækprøvninger udføres ofte pr. legeringsbatch eller smeltning.
• Ikke alle profiler testes, men proceskonsistensen overvåges.

Ved kritiske anvendelser kan købere anmode om:

• Yderligere tests på færdige profiler
• Tredjepartsverifikation
• Testrapporter knyttet til produktionspartier

Grænser for trækprøvning

Trækprøvninger viser ikke:

• Modstandsdygtighed over for slag
• Træthedsliv
• Knapningsadfærd

De er en del af en komplet mekanisk evaluering.

Korrekt brug af testdata

Ved gennemgang af trækprøvningsrapporter:

• Kontroller de garanterede minimumsværdier, ikke kun gennemsnittene.
• Bekræft teststandard og prøveplacering.
• Sørg for, at temperamentet passer til det leverede produkt.

Konklusion

Aluminiumekstruderingers trækstyrke afhænger af valg af legering, hærdningskontrol og verificerede tests. Høje tal er vigtige, men korrekt tilpasning til anvendelsen er endnu vigtigere. Når trækstyrken forstås i sin sammenhæng, leverer ekstruderinger pålidelig og forudsigelig ydeevne.