Kan man hærde aluminium? -ja!

| Medlemsnyhed | Indrykket af Bodycote Varmebehandling A/S

Mange belastede dele fremstillet i aluminium er varmebehandlede, det gælder lige fra dele til flyvemaskiner til dele i køkkenmaskiner.


Aluminium og hvad man kan gøre

Aluminium som materiale har mange attraktive egenskaber;
- et fordelagtigt styrke vægt forhold
- en god bearbejdelighed
- en evne til at danne stabile oxider, som gør emner i aluminium rimeligt korrosionsfaste

Imidlertid er styrken og evnen til at modstå deformation ofte den begrænsende faktor for anvendelsen af aluminium som konstruktionsmateriale. Her er de udskillelses hærdbare aluminiumslegeringer ofte en mulighed.

For materialer hvor opløseligheden af et givet legeringselement falder med faldende temperatur er udskillelseshærdning en mulighed, netop aluminium udviser disse egenskaber for en række legeringer.

Aluminiumslegeringer inddeles i serier efter deres sammensætning, de udskillelses hærdbare legeringer findes i 2000, 6000 og 7000-serierne. Disse legeringer er typisk legeret med et eller flere af følgende legeringselementer kobber, silicium, zink og magnesium og for visse legeringer litium.

En forudsætning for at hærdningen kan lykkes er en korrekt gennemført varmebehandling. Denne består af følgende trin:

1. Opløsningsglødning
2. Bratkøling
3. Modning

1. Opløsningsglødning
Ved opløsningsglødningen opvarmes materialet til en temperatur hvor der er den højest mulige opløselighed af legeringselementerne, i praksis vil det sige en temperatur umiddelbart under den temperatur, hvor materialet begynder at smelte.

2. Bratkøling
Når de opløselige legerings elementer er fordelt i materialet, og det kan godt tage adskillige timer, følger bratkølingen, her er det meget vigtigt at materialet virkeligt bliver bratkølet, ofte er der en tidsgrænse på få sekunder fra ovnen begynder at åbne til aluminiums emnet skal være helt neddyppet i vand. Ved denne bratkøling kan de opløste legeringselementer ikke nå at udskille, så materialet er nu i en tilstand hvor krystalstrukturen i metallet indeholder mere af legeringselementerne end det kan ifølge de normale regler, denne tilstand kaldes W.
Hvis emnerne skal rettes, og det kan være nødvendigt, fordi materialet er meget blødt under opløsningsglødningen og bratkølingen er en brutal affære, skal det ske i den opløsningsglødede tilstand.

3. Modning
Herefter følger modningen, i denne proces får de opløste legerings elementer lov til at påbegynde udskillelsen, herved opstår der en masse små områder i strukturen, hvor krystalgitteret ikke er ens med matrix, resultatet af dette er at materialets evne til at deformere reduceres, d.v.s det bliver hårdere og stærkere.
Ved modningen skelner man imellem de selvmodnende legeringer, hvor modningen sker spontant over et vist tidsrum, typisk fra 24 timer til 1 uge, og de kunstigt modnende hvor modningen sker ved en opvarmning til 120 ̊ C til 220 ̊ i 4 –16 timer.

Hvad kan man opnå?
Så stærkt som hærdet stål bliver det ikke - men man kan da forøge trækstyrken med en faktor 2,5,
og de bedste kan opnå en hårdhed der svarer til jern.

Mange belastede dele fremstillet i aluminium er varmebehandlede, det gælder lige fra dele til flyvemaskiner til dele i køkkenmaskiner.

Varmebehandling af aluminium stiller specielle krav til varmebehandlingsudstyret, da man går meget tæt på smeltetemperaturen skal det udføres i specielt præcist styrede anlæg, og de indstillede temperaturer må absolut ikke overskrides, også kravet til den meget hurtige afkøling stiller specielle krav til ovnens konstruktion.

Ofte vil man ved bearbejdning/ formgivning af aluminium løbe ind i problemer, for eksempel kan materialets deformerbarhed være for lille i hærdet tilstand, så kan man ved en overmodning få en god deformerbarhed tilbage i materialet, men man skal være opmærksom på, at hvis det er i hærdet tilstand, vil aluminium ved en overmodning miste en del af sin styrke, man kan så atter opløsningsgløde og modne det.

Ved spåntagende bearbejdning kan spændingerne i materialet være så store at man ikke kan overholde krav til mål og planhed, hvis materialet er specificeret i en T6 eller anden varmebehandlingstilstand er man så forhindret i at reducere spændingsniveauet ved varme behandling, her kan man ofte få materialet afstresset og målfast ved at anvende en kryogenbehandling, det har vi erfaring med og rådgiver gerne herom.

Der er en række praktiske råd, hvis man overvejer at anvende aluminium

1. Få et godt inertimoment, dvs. flyt materiale væk fra symmetriaksen, på den måde udnyttes at materialet er let, samtidig med at konstruktionen får en god stivhed.

2. Udnyt at aluminium har en virkelig god støbbarhed.

3. Undgå trykstøbt aluminium, hvis delen skal varmebehandles.( indesluttet gas, vil få emnet til at danne blærer under opløsningsglødningen)

4. Husk regler for galvanisk korrosion, hvis det anvendes i kontakt med andre metalliske materialer.

 

Vil du høre mere om aluminiumshærdning, kontakt vores eksperter. 
Find vores medarbejdere her

Medlemsnyhed

Indrykket af
Bodycote Varmebehandling A/S

Industribuen 16-18
5592 Ejby
Danmark
Bodycote Varmebehandling A/S

Send til en kollega

0.117