Aluminium extrusie geschikte legeringen voor buigen?

Veel aluminium extrusies barsten tijdens het buigen. Andere kreuken of verliezen hun vorm. Deze problemen leiden tot verspilling van materiaal en tijd. De meeste defecten zijn het gevolg van het kiezen van de verkeerde legering of hardheid.

Aluminium extrusielegeringen die geschikt zijn voor buigen zijn legeringen met een evenwichtige sterkte en ductiliteit, waardoor plastische vervorming zonder scheuren mogelijk is, zoals specifieke legeringen uit de 6xxx- en 5xxx-serie in de juiste hardheid.

Buigen is niet alleen een vormingsstap. Het is een test van het materiaalgedrag. Als je de grenzen van de legering begrijpt voordat je gaat buigen, voorkom je dure herontwerpen en afval.

Welke aluminiumlegeringen bieden de beste buigbaarheid?

De slechte buigbaarheid verrast kopers vaak. Op papier lijken veel legeringen op elkaar. In de praktijk verschilt hun buiggedrag echter sterk.

Aluminiumlegeringen met de beste buigbaarheid zijn legeringen met een lage tot gemiddelde sterkte en een hoge ductiliteit, met name de 6xxx-serie zoals 6063 en de 5xxx-serie zoals 5052.

De buigzaamheid hangt af van hoeveel spanning een legering kan absorberen voordat deze barst. Dit hangt nauw samen met de chemische samenstelling en de korrelstructuur van de legering.

Waarom ductiliteit belangrijker is dan sterkte

Tijdens het buigen rekt de buitenste straal uit, terwijl de binnenste straal samengedrukt wordt. Als de legering niet voldoende kan uitrekken, ontstaan er scheuren.

Legeringen met een hoge ductiliteit maken het volgende mogelijk:

• Grotere buigradii
• Scherpere bochten
• Minder oppervlaktebarsten

Legeringen met een hoge sterkte zijn bestand tegen vervorming. Deze weerstand verhoogt het risico op scheuren.

Best presterende legeringsfamilies

Legeringen uit de 6xxx-serie zijn de meest gebruikelijke keuze voor gebogen extrusies.

Redenen hiervoor zijn onder meer:

• Evenwichtige magnesium- en siliciumverhouding
• Stabiele korrelstructuur
• Voorspelbare reactie op vorming

6063 wordt veel gebruikt voor gebogen frames en architecturale vormen. 6061 kan ook worden gebogen, maar vereist grotere radii.

Legeringen uit de 5xxx-serie, zoals 5052, bieden een nog hogere ductiliteit. Ze zijn zeer goed buigzaam, maar worden minder vaak gebruikt in complexe extrusies.

Vergelijking van buigzaamheid per legering

Deze tabel laat een duidelijke trend zien. Naarmate de sterkte toeneemt, neemt de buigzaamheid af.

Praktisch advies voor het kiezen van een legering

Voor ontwerpen waarbij buigen nodig is:

• Kies de legering met de laagste sterkte die voldoet aan de belastingseisen.
• Vermijd koperrijke legeringen
• Geef buigingen vroeg in het ontwerp op

Uit buigtests bij talrijke projecten blijkt dat alleen al de keuze van de legering het risico op scheurvorming met meer dan de helft kan verminderen.

Hoe beïnvloedt temperatuur de buigprestaties?

De keuze van de legering is slechts de helft van de beslissing. De temperatuur bepaalt vaak het succes of falen.

De hardheid van aluminium heeft een grote invloed op de buigprestaties, omdat hardere hardheden de ductiliteit verminderen, terwijl zachtere hardheden een grotere plastische vervorming mogelijk maken.

De temperatuur beschrijft de thermische en mechanische geschiedenis van aluminium. Deze bepaalt de sterkte, hardheid en ductiliteit.

Veelgebruikte temperingen bij het buigen

Geëxtrudeerd aluminium wordt vaak geleverd in de volgende hardheden:

• T4: met een oplossing behandeld en op natuurlijke wijze verouderd
• T5: gekoeld na extrusie en kunstmatig verouderd
• T6: met een oplossing behandeld en kunstmatig verouderd

Elk gedraagt zich anders tijdens het buigen.

Zachtere karakters zijn flexibeler

T4-temperatuur biedt de beste buigbaarheid. Hierdoor kunnen aluminiumkorrels verschuiven en uitrekken.

Voordelen van T4 voor buigen:

• Lagere vloeigrens
• Hogere rekbaarheid
• Verminderd risico op barsten

T5- en T6-hardingen zijn sterker, maar minder vergevingsgezind.

Afweging tussen sterkte en vervormbaarheid

Het gebruik van een zachte temperatuur verbetert het buigvermogen, maar vermindert de uiteindelijke sterkte. Bij veel projecten wordt dit opgelost door eerst te buigen en vervolgens te verouderen.

Typische aanpak:

1. Extruderen in T4
2. Buigen uitvoeren
3. Warmtebehandeling tot T6

Deze volgorde verbetert zowel de vervormbaarheid als de uiteindelijke prestaties.

Vergelijking van temperatuurinvloed

Het negeren van de temperatuur leidt vaak tot onverwachte scheurvorming, zelfs bij de juiste legering.

Uit productie-ervaring blijkt dat het overschakelen van T6 naar T4 vóór het buigen veel defecten oplost zonder dat de legering hoeft te worden gewijzigd.

Kunnen dikwandige extrusies netjes worden gebogen?

Dikte voegt een extra moeilijkheidsgraad toe. Veel mensen gaan ervan uit dat dikke muren niet goed kunnen buigen. Dit is niet altijd waar.

Diktewandige aluminium extrusies kunnen netjes worden gebogen als de legering, hardheid, buigradius en gereedschap goed worden gecontroleerd.

De wanddikte beïnvloedt de spanningsverdeling tijdens het buigen. Hoe dikker de wand, hoe groter het spanningsverschil tussen de binnen- en buitenoppervlakken.

Uitdagingen met dikke secties

Veelvoorkomende problemen zijn onder meer:

• Scheuren aan de buitenradius
• Rimpels aan de binnenradius
• Dwarsdoorsnedevervorming

Deze problemen nemen toe met de dikte en kleine buigradii.

Belangrijke factoren die schoon buigen mogelijk maken

Voor het netjes buigen van dikke extrusies is het volgende nodig:

• Grote genoeg buigradius
• Zacht temperatuur voor het buigen
• Interne ondersteunende hulpmiddelen
• Gecontroleerde buigsnelheid

Doppen of vulmiddelen kunnen holle profielen ondersteunen.

Regels voor buigradius bij dikke wanden

Een eenvoudige richtlijn is om de buigradius te vergroten naarmate de wanddikte toeneemt.

Typische vuistregel:

• Dunne wand: straal is gelijk aan 1 tot 2 keer de wanddikte
• Dikke wand: straal is gelijk aan 3 tot 5 keer de wanddikte

Dit zijn uitgangspunten, geen garanties.

Factoren die van invloed zijn op het buiggedrag van dikwandige constructies

Diktewandige onderdelen slagen vaak beter wanneer ze in meerdere fasen worden gebogen in plaats van in één keer.

Uit proeven in de werkplaats blijkt dat de meeste defecten bij het buigen van dikke extrusies het gevolg zijn van het gebruik van regels voor dunwandige profielen.

Zijn bepaalde legeringen gevoelig voor scheuren tijdens het buigen?

Ja. Sommige legeringen barsten gemakkelijk, zelfs bij lichte buiging. Dit risico moet vroegtijdig worden onderkend.

Bepaalde aluminiumlegeringen zijn gevoelig voor scheuren tijdens het buigen vanwege hun lage ductiliteit, grove korrelstructuur of hoge gehaltes aan legeringselementen zoals koper en zink.

Scheuren zijn een symptoom van een beperkte belastbaarheid. De chemische samenstelling van de legering speelt hierbij de belangrijkste rol.

Groepen legeringen met een hoog risico

Legeringen met een hoger risico op scheurvorming zijn onder andere:

• 2xxx-serie legeringen
• 7xxx-serie legeringen
• Oververouderde 6xxx-legeringen

Deze legeringen geven voorrang aan sterkte boven vervormbaarheid.

Waarom koper en zink scheurvorming bevorderen

Koper en zink versterken aluminium, maar verminderen de slip tussen korrels. Tijdens het buigen concentreert de spanning zich op de korrelgrenzen.

Dit leidt tot:

• Ontstaan van microscheurtjes
• Scheurgroei langs buiglijn
• Plotselinge breuk

Oppervlaktebarsten kunnen klein lijken, maar worden vaak groter tijdens het gebruik.

Invloed van de korrelstructuur

Grove korrels verslechteren de buigprestaties. Ze verminderen de uniforme vervorming.

De korrelgrootte wordt beïnvloed door:

• Extrusietemperatuur
• Koelsnelheid
• Samenstelling legering

Slechte procescontrole verhoogt het risico op scheurvorming, zelfs bij normaal buigzame legeringen.

Vergelijking van het risico op scheuren

Ontwerpers moeten legeringen met een hoog risico vermijden wanneer buigen vereist is. Als dit onvermijdelijk is, zijn grotere radii en zachtere hardheden verplicht.

Uit foutanalyses blijkt dat scheuren in legeringen tijdens het buigen zelden willekeurig zijn. Ze zijn voorspelbaar en te voorkomen.

Conclusie

Het succesvol buigen van geëxtrudeerd aluminium hangt af van de ductiliteit van de legering, de keuze van de hardheid, de controle van de wanddikte en het bewustzijn van het risico op scheuren. Door in een vroeg stadium buigvriendelijke legeringen en zachte hardheden te kiezen, worden mislukkingen voorkomen en worden schone, herhaalbare buigresultaten gegarandeerd.