Alumínium extrudálás fáradási szilárdsági követelményei?

A fáradásos meghibásodás gyakran figyelmeztetés nélkül jelentkezik. Sok vásárló a folyáshatárra összpontosít, és kihagyja a fáradást. Ez a rés repedésekhez, állásidőhöz és magas csereköltségekhez vezet.

Az alumínium extrudálás fáradási szilárdsága függ az ötvözettől, az edzéstől, a felület minőségétől és a terhelési mintától. A legtöbb ipari felhasználásnál a fáradási szilárdság jóval alacsonyabb, mint a statikus szilárdság, és a tervezés során már a tervezés korai szakaszában ellenőrizni kell.

Sok projekt nem azért nem sikerül, mert az alumínium gyenge, hanem mert figyelmen kívül hagyják a fáradási viselkedést. A fáradás korai megértése segít elkerülni az újratervezést, a késedelmeket és a biztonsági kockázatokat.

Mekkora a sajtolt termékek tipikus fáradási szilárdsága?

A fáradási szilárdság nem egyetlen fix szám. Változik az ötvözet, az edzés, a felületkezelés és a feszültségciklusok függvényében. A tervezők gyakran egy egyértelmű értéket várnak, de az alumínium nem úgy viselkedik fáradáskor, mint az acél.

Az alumínium extrudálási fáradási szilárdság jellemzően 30 MPa és 100 MPa között mozog 10 millió cikluson, az ötvözettől és a temperálástól függően. Az alumíniumra nincs valódi tartóssági határérték.

Ez azt jelenti, hogy a fáradás okozta károsodás a ciklusok növekedésével folyamatosan növekszik, még alacsony feszültség mellett is.

Miért nincs az alumíniumnak kitartási határa

Az acél gyakran lapos fáradási görbét mutat. Egy feszültséghatár alatt végtelen ciklusokat képes túlélni. Az alumínium nem így viselkedik.

Alumínium extrudálásokhoz:

• Minden egyes stresszciklus kis károkat okoz
• A mikrorepedések idővel lassan nőnek
• A meghibásodás még alacsony stressz mellett is bekövetkezhet

Ez kritikussá teszi a ciklusszámlálást.

Jellemző fáradási tartományok ötvözetcsaládonként

Az alábbiakban egy általános összehasonlítást mutatunk be, amelyet a korai tervezés során használtunk. Ezek nem garantált értékek. Csak az átvilágításhoz nyújtanak segítséget.

A felszín állapota 20 százalékkal vagy annál is nagyobb mértékben csökkentheti ezeket az értékeket.

Az extrudálás minőségének szerepe

A fáradtság a gyenge pontokon kezdődik. A sajtolt termékeknél ezek gyakran a következők:

• Döglött vonalak
• Felületi karcolások
• Éles sarkok
• Hegesztési varratok üreges profilokban

A jó szerszámtervezés és folyamatirányítás csökkenti ezeket a kockázatokat. A sima felületek sok esetben jobban javítják a fáradási élettartamot, mint a falvastagság növelése.

A stressz arány számít

A fáradási szilárdság a feszültségaránytól függ. A teljesen fordított terhelés súlyosabb, mint az egyirányú terhelés.

A tervezőknek meg kell határozniuk:

• Maximális feszültség
• Minimális feszültség
• Átlagos stressz

Ennek figyelmen kívül hagyása bizonytalan feltételezésekhez vezet.

Korai tervezési hiba elkerülése

Sok vásárló csak szakítószilárdsági jelentéseket kér. Ez nem jósolja meg a fáradási élettartamot. A fáradási szilárdság általában sokkal alacsonyabb, mint a folyáshatár.

Hogyan befolyásolja a terhelésciklus az extrudálás élettartamát?

A fáradásos meghibásodást az ismétlődő terhelés okozza, nem pedig az egyszeri túlterhelés. Sok extrudált termék a ciklikus terhelés miatt a névleges szilárdságuknál jóval kisebb terhelés alatt meghibásodik.

A ciklikus terhelés csökkenti az extrudálás élettartamát azáltal, hogy mikrorepedések keletkeznek, amelyek minden egyes ciklusban növekednek, amíg hirtelen törés nem következik be. A nagyobb ciklusok és feszültségtartományok jelentősen lerövidítik az élettartamot.

A terhelési minták megértése fontosabb, mint a csúcsterhelés.

Mi számít ciklusnak

Egy ciklus egy teljes terhelésváltás. Ez magában foglalja:

• Gépek indítása és leállítása
• Szélrezgés
• Hőtágulás és összehúzódás
• Ismételt emelés vagy mozgás

Még a kis stresszváltozások is számítanak.

S-N görbe alapjai

A fáradási viselkedést S-N görbe mutatja:

• S = feszültség amplitúdó
• N = a meghibásodásig tartó ciklusok száma

Alumínium esetében:

• A nagy igénybevétel gyors meghibásodáshoz vezet
• Az alacsony stressz hosszú élettartamot eredményez, de nem végtelent

A tervezők gyakran célul tűznek ki egy adott ciklusos élettartamot, például 2 millió vagy 10 millió ciklust.

Nagy ciklusú vs. kis ciklusú fáradás

Két közös fáradtsági zóna létezik.

Alacsony ciklusú fáradás

• Nagy stressz
• Műanyag deformáció
• Ciklusok általában 100 000 alatt
• Gyakori szeizmikus vagy lökésszerű terhelés esetén

Nagy ciklusú fáradás

• Alacsonyabb stressz
• Rugalmas deformáció
• Ciklusok milliói
• Gépkeretekben és támaszokban gyakori

A legtöbb alumínium sajtolt termék nagy ciklusú fáradásban működik.

Terhelési irány és profil alakja

Az extrudálások jobban kezelik a fáradtságot, ha:

• A terhelési útvonalak simaak
• A stressz egyenletesen oszlik el
• Nincs hirtelen szakaszváltás

A rossz minták közé tartoznak:

• Éles bevágások
• Vékony pókháló a lyukak közelében
• Hirtelen vastagságváltozás

Gyakorlati tervezési kiigazítások

A fáradási élettartam meghosszabbítása:

• Növelje a filézési sugarat
• Kerülje az éles sarkokat
• Egységes falvastagság használata
• Csökkentse a stressz koncentrációját

A kis geometriaváltozások gyakran megduplázzák a fáradási élettartamot.

Rejtett kerékpáros források

Egyes vásárlók csak a mechanikai terhelést veszik figyelembe. Elfelejtik:

• Hőmérsékleti ciklusok
• Összeszerelési feszültség
• A kiegyenesítésből származó maradó feszültség

Ezek kombinálódnak a szervizterhekkel.

Valódi hibaminta

A fáradási repedések gyakran csendben kezdődnek. Lassan nőnek. Aztán a meghibásodás hirtelen következik be. A végső törésig gyakran nincs látható figyelmeztetés.

Mely ötvözetek nyújtanak jobb fáradásállóságot?

Nem minden alumíniumötvözet viselkedik egyformán fáradás alatt. Az ötvözet kiválasztása nagyban befolyásolja az élettartamot.

A 6000 és 7000 sorozatú ötvözetek jobb fáradásállóságot biztosítanak, mint a 3000 sorozatúak, a 6061-T6 és a 6082-T6 pedig gyakori kiegyensúlyozott választás a sajtoláshoz.

A szilárdság önmagában azonban nem garantálja a fáradási teljesítményt.

Miért számít az ötvözet kémiája

A fáradási ellenállás függ:

• Szemcseszerkezet
• Csapadékkeményedés
• Tisztasági ellenőrzés

A hőkezelhető ötvözetek általában jobban teljesítenek.

Közös extrudálási ötvözetek összehasonlítása

Miért használják széles körben a 6061-T6-ot

A 6061-T6-ot gyakran azért választják, mert:

• Stabil fáradási adatok
• Jó megmunkálhatóság
• Elfogadható korrózióállóság
• Széleskörű beszállítói elérhetőség

Nem a legerősebb, de kiszámítható.

Az indulat szerepe

A hőmérséklet megváltoztatja a fáradási viselkedést.

• T5: extrudálásból lehűtve, kisebb fáradással
• T6: oldattal kezelt és érlelt, nagyobb fáradtságú

A temperálás frissítése a profil megváltoztatása nélkül növelheti a fáradási szilárdságot.

Hegesztési hatás

A hegesztés jelentősen csökkenti a fáradási szilárdságot.

• A hővel érintett zónák megpuhulnak
• Mikroszerkezeti változások
• A repedések gyakran a hegesztési varratok közelében kezdődnek

A tervezőknek el kell kerülniük a hegesztést a nagy fáradású zónákban, vagy helyenként növelniük kell a szelvény méretét.

Felületkezelés hatásai

Egyes kezelések segítenek, mások ártanak.

• Eloxálás: enyhén csökkentheti a fáradtságot, ha vastag
• Lövéshántolás: javíthatja a fáradtságot
• Polírozás: javítja a fáradtságot

A felszíni ellenőrzés kritikus fontosságú.

Költség vs. fáradtság kompromisszum

A magasabb fáradási fokú ötvözetek többe kerülnek. De a csereköltség és az állásidő gyakran többe kerül, mint az anyagfrissítés.

Vannak szabványok a fáradási szilárdság vizsgálatára?

A fáradásvizsgálatnak követnie kell a szabványokat. Szabványos módszerek nélkül az adatok nem hasonlíthatók össze és nem megbízhatóak.

Igen, az alumínium extrudálás fáradásvizsgálatára az ASTM, ISO és EN szabványok vonatkoznak, amelyek meghatározzák a minták alakját, a terhelés ellenőrzését és a ciklusszámlálást.

Ezek a szabványok mind a tesztelés, mind a tervezés validálása során irányadóak.

Miért fontosak a szabványok

A fáradtságra vonatkozó adatok széles skálán mozognak. A szabványok biztosítják:

• Megismételhető tesztelés
• Összehasonlítható eredmények
• Egyértelmű terhelés-meghatározás

A vásárlóknak mindig meg kell kérdezniük, hogy melyik szabványt használták.

Közös fáradtsági szabványok

Az alábbiakban széles körben használt referenciák találhatók.

Minta vs. valós profil

A szabványos vizsgálatok sima próbatesteket használnak. A valódi extrudálások közé tartoznak:

• Sarkok
• Lyukak
• Hegesztési varratok

Ez azt jelenti, hogy a valós fáradási szilárdság gyakran alacsonyabb, mint a vizsgálati értékek.

Komponensek vizsgálata

Kritikus projektek esetében ajánlott az alkatrészek tesztelése.

• Valódi profilt használ
• Beleértve a hegesztési varratokat és illesztéseket
• Tükrözi a valós stressz állapotot

Ez gyakori a közlekedésben és a nehézgépeknél.

Biztonsági tényezők

A tervezési szabványok fáradásbiztonsági tényezőket alkalmaznak. Ezek figyelembe veszik a következőket:

• Gyártási variáció
• Felületi sérülés
• Terhelési bizonytalanság

A biztonsági tényezők figyelmen kívül hagyása idő előtti meghibásodáshoz vezet.

Vevői ellenőrzőlista

A fáradtsági adatok felülvizsgálatakor mindig erősítse meg:

• Használt terhelési arány
• Ciklusszám-célkitűzés
• A kudarc meghatározása
• A minta geometriája

Sok adatlapból kimaradnak ezek a részletek.

Tervezési kódok vs. anyagadatok

Az anyagfáradási adatok támogatják a tervezési kódokat. A tervezési szabályok szabályozzák a végső megengedett feszültséget.

A mérnököknek a tervezési szabályzatot kell követniük, nem csak a beszállítói adatokat.

Következtetés

A fáradási szilárdság szabályozza az alumínium extrudálások hosszú távú biztonságát. Az ötvözet kiválasztása, a felület minősége, a terhelési ciklusok és a szabványok mind számítanak. A korai fáradástervezés csökkenti a meghibásodás kockázatát, az újratervezési költségeket és az állásidőt.