Treksterkte van aluminium extrusie per legering?

Veel kopers vergelijken aluminium profielen alleen op basis van prijs of vorm. Later krijgen ze te maken met vervorming, barsten of vroegtijdig falen. In de meeste gevallen is het echte probleem niet het ontwerp, maar een verkeerd begrip van de treksterkte van de legering.

De treksterkte van geëxtrudeerd aluminium hangt voornamelijk af van het legeringssysteem en de hardheid. Hoge treksterktewaarden worden bereikt door de juiste combinatie van legering en hardheid, niet alleen door extrusie.

Treksterkte is een van de eerste waarden waar ingenieurs naar kijken, maar het is ook een van de meest verkeerd gebruikte waarden. In de onderstaande paragrafen wordt uitgelegd welke legeringen het sterkst zijn, hoe temperen de treksterkte verandert, of oppervlaktebehandeling van belang is en hoe de treksterkte in echte profielen wordt bevestigd.

Welke legeringen bieden de hoogste treksterkte?

Niet alle aluminiumlegeringen zijn voor hetzelfde doel ontworpen. Sommige zijn gericht op vervormbaarheid. Andere zijn gericht op corrosiebestendigheid. Een kleinere groep is gericht op sterkte. Als je weet waar elke legering thuishoort, kun je overontwerp of onderprestaties voorkomen.

Van de gangbare extrusielegeringen bieden legeringen uit de 7xxx-serie de hoogste treksterkte, gevolgd door bepaalde 6xxx-legeringen zoals 6061 en 6082. Een hogere treksterkte gaat echter vaak gepaard met een lagere ductiliteit en hogere kosten.

Legeringenreeksen eenvoudig uitgelegd

Aluminiumlegeringen worden gegroepeerd op basis van de belangrijkste legeringselementen:

• 6xxx serie: Magnesium en silicium. Goede balans tussen sterkte, corrosiebestendigheid en extrudeerbaarheid.
• 7xxx serie: Op zinkbasis. Zeer hoge sterkte, moeilijker te extruderen, lagere corrosiebestendigheid.
• 5xxx serie: Op magnesium gebaseerd. Goede corrosiebestendigheid, gemiddelde sterkte, beperkte reactie op warmtebehandeling.

De meeste structurele extrusies in de industrie maken gebruik van 6xxx-legeringen omdat deze een evenwicht bieden tussen sterkte en productie-efficiëntie.

Vergelijking van treksterkte van gangbare extrusielegeringen

De onderstaande tabel toont typische uiteenlopende treksterktes voor populaire legeringen in gangbare hardheden. De waarden zijn bij benadering en zijn afhankelijk van de profielvorm en procescontrole.

Waarom de sterkste legering niet altijd de beste is

Een zeer hoge treksterkte klinkt aantrekkelijk, maar brengt ook nadelen met zich mee:

• Een lagere rek betekent minder waarschuwingstijd vóór breuk.
• De taaiheid neemt vaak af naarmate de treksterkte toeneemt.
• De slijtage van gereedschap en het afvalpercentage nemen toe bij hardere legeringen.
• De beschikbaarheid en levertijd kunnen langer zijn.

Voor veel frames, rails en steunen biedt 6061-T6 of 6082-T6 meer dan voldoende treksterkte zonder de risico's van ultrahoge sterkte legeringen.

Toepassingsgestuurde legeringsselectie

In de praktijk wordt de legering gekozen op basis van de toepassingsbehoeften:

• Algemene industriële frames: 6063-T5 of T6
• Draagconstructies: 6061-T6 of 6005A-T6
• Zwaar uitgevoerde mechanische onderdelen: 6082-T6
• Speciale behoeften aan hoge sterkte: 7xxx-serie met zorgvuldig ontwerp

Hoe beïnvloedt temperen de treksterkte?

De legering alleen bepaalt niet de treksterkte. De temperatuur heeft vaak een even groot of zelfs groter effect. Twee profielen van dezelfde legering kunnen door de temperatuur zeer verschillende treksterkte-resultaten vertonen.

Temperen beïnvloedt de treksterkte door de precipitatieharding en de interne spanningsstaat te regelen. Warmtebehandelde temperingen zoals T6 maximaliseren de treksterkte, terwijl zachtere temperingen sterkte inruilen voor ductiliteit en vervormbaarheid.

Wat temperament werkelijk betekent

Temper beschrijft de thermische en mechanische geschiedenis van het aluminium na extrusie.

Veelvoorkomende extrusietemperaturen zijn onder andere:

• T5: Gekoeld vanaf extrusietemperatuur en kunstmatig verouderd.
• T6: Oplossing warmtebehandeld, afgekoeld en kunstmatig verouderd.
• T4: Oplossing warmtebehandeld en natuurlijk verouderd.

Elke stap verandert de grootte en verdeling van de versterkende neerslagen in het metaal.

Verschillen in treksterkte per temperatuur

Voor de meeste 6xxx-legeringen:

• T6 geeft de hoogste treksterkte.
• T5 biedt een iets lagere sterkte, maar een betere dimensionale stabiliteit.
• T4 biedt een lagere sterkte maar een hogere rek.

De onderstaande tabel toont een vereenvoudigde vergelijking met 6061 als voorbeeld.

Waarom T6 niet altijd wordt gekozen

Hoewel T6 de treksterkte maximaliseert, is het niet altijd ideaal:

• Dunne of complexe profielen kunnen tijdens de oplossingbehandeling vervormen.
• Restspanningen kunnen het risico op kromtrekken tijdens bewerking vergroten.
• Sommige toepassingen vereisen flexibiliteit in plaats van maximale sterkte.

In deze gevallen kunnen T5 of zelfs T4 betere prestaties leveren in de praktijk.

Consistentie en procescontrole

De temperatuurkwaliteit hangt af van:

• Nauwkeurige temperatuurregeling van de oven
• Juiste afkoelsnelheid
• Uniforme verouderingstijd

Slechte temperatuurregeling kan leiden tot trekwaarden die onder de specificaties liggen, zelfs als de legering correct is.

Ontwerptip voor kopers

Bij het specificeren van treksterkte:

• Altijd specificeren legering + temperatuur, niet alleen legering.
• Bevestig of de waarden minimaal gegarandeerd zijn of typische gemiddelden.
• Vraag hoe de treksterkte-eigenschappen worden gecontroleerd voor complexe profielen.

Kan oppervlaktebehandeling de treksterkte beïnvloeden?

Oppervlaktebehandeling wordt vaak besproken in verband met corrosie of uiterlijk. Veel kopers vragen of anodiseren of coaten de treksterkte verandert. Het korte antwoord is subtiel, maar belangrijk.

Oppervlaktebehandelingen hebben geen significante invloed op de treksterkte van aluminium extrusies, maar agressieve processen of hoge temperaturen kunnen de effectieve sterkte enigszins verminderen of risico's op defecten aan het oppervlak veroorzaken.

Bulksterkte versus oppervlakteconditie

Trekproeven meten het gedrag van bulkmateriaal. De meeste oppervlaktebehandelingen hebben alleen invloed op een dunne buitenlaag.

Veel voorkomende behandelingen zijn onder andere:

• Anodiseren
• Poedercoating
• Elektroforetische coating
• Mechanisch polijsten

Deze processen veranderen de interne microstructuur van de legering niet.

Wanneer oppervlaktebehandeling belangrijk kan zijn

Hoewel de treksterkte van het materiaal gelijk blijft, kan de oppervlaktebehandeling indirect invloed hebben op de prestaties.

Dikke anodiseerlagen

Hard anodiseren zorgt voor een broze oxidelaag. Onder trekbelasting:

• Het oxide kan barsten.
• Scheuren kunnen fungeren als initiatiepunten bij vermoeidheid of impact, maar niet bij statische trektests.

Blootstelling aan hoge temperaturen

Sommige coatings vereisen hoge uithardingstemperaturen. Overmatige hitte kan:

• De legering oververouderen.
• Verminder de treksterkte enigszins, vooral bij T6-hardingen.

Oppervlakteschade vóór coating

Onjuiste voorbehandeling kan leiden tot:

• Krassen
• Kuilen
• Chemische aanval

Deze defecten verminderen de effectieve doorsnede en kunnen in extreme gevallen leiden tot lagere gemeten trekslagresultaten.

Wat oppervlaktebehandeling niet doet

Oppervlaktebehandeling doet het volgende niet:

• Verhoog de treksterkte tot boven de grenzen van de legering.
• Verander een laagwaardige legering in een hoogwaardige legering.
• Vervang de juiste legering en temperatuurkeuze.

Praktische begeleiding

Voor onderdelen waarbij treksterkte cruciaal is:

• Controleer of de coatingtemperaturen binnen de limieten van de legering blijven.
• Vermijd onnodige dikke of broze oppervlaktelagen.
• Richt de treksterkte-eisen op het basismateriaal, niet op de coating.

Welke tests bevestigen de treksterkte in profielen?

De waarden in het gegevensblad zijn alleen zinvol als ze zijn geverifieerd. De treksterkte moet worden gemeten met behulp van gestandaardiseerde tests die het werkelijke gedrag van het materiaal weergeven.

De treksterkte van aluminium extrusieprofielen wordt bevestigd door middel van gestandaardiseerde trektests op monsters die uit het profiel worden genomen, volgens vastgestelde procedures die de oriëntatie van het monster, de snelheid en de meetnauwkeurigheid controleren.

Basisprincipes van standaardtrektests

Trekproeven omvatten:

• Een voorbereid monster met een gecontroleerde snelheid trekken.
• Kracht en rek meten.
• Berekening van treksterkte, vloeigrens en rek.

Het resultaat geeft het materiaalgedrag weer bij uniaxiale spanning.

De locatie en oriëntatie van het monster zijn van belang

Voor extrusies:

• Monsters worden meestal genomen in de richting van de extrusie.
• De eigenschappen in het hele gedeelte zijn over het algemeen uniform, maar dunne wanden kunnen enigszins variëren.

Voor holle profielen kunnen monsters afkomstig zijn van:

• Buitenmuren
• Webben of ribben
• Vlakke delen met voldoende breedte

Typische testresultaten

Een standaardtrektest biedt:

• Uiteindelijke treksterkte
• Opbrengststerkte
• Rek bij breuk

Deze waarden samen beschrijven sterkte en ductiliteit.

Batchtesten versus testen per profiel

In productie:

• Trekproeven worden vaak uitgevoerd per legeringsbatch of smeltpartij.
• Niet elk profiel wordt getest, maar de consistentie van het proces wordt gecontroleerd.

Voor kritieke toepassingen kunnen kopers het volgende vragen:

• Aanvullende tests op afgewerkte profielen
• Verificatie door derden
• Testrapporten gekoppeld aan productieloten

Grenzen van trektesten

Trekproeven tonen niet aan:

• Slagvastheid
• Vermoeidheidslevensduur
• Knikgedrag

Ze vormen een onderdeel van een volledige mechanische evaluatie.

Testgegevens correct gebruiken

Bij het beoordelen van trekrapporten:

• Controleer niet alleen de gemiddelden, maar ook de gegarandeerde minimumwaarden.
• Bevestig de testnorm en de locatie van het monster.
• Kies een temperatuur die past bij het geleverde product.

Conclusie

De treksterkte van aluminium extrusies wordt bepaald door de keuze van de legering, de temperatuurregeling en geverifieerde tests. Hoge waarden zijn belangrijk, maar een juiste afstemming op de toepassing is nog belangrijker. Wanneer de treksterkte in de juiste context wordt begrepen, leveren extrusies betrouwbare en voorspelbare prestaties.