Materialet aluminium. Aluminium er det mest utbredte metall i naturen og utgjør ca. 8% av jordskorpas masse.



Like dokumenter
Henning Johansen. Aluminium

Plastisk deformasjon i metaller

Plastisk deformasjon i metaller

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

Aluminium. Frey Publishing

Høgskolen i Gjøvik 13HBTEKD, 13HTEKDE. INNFØRING MED PENN, evt. trykkblyant som gir gjennomslag.

Høgskolen i Gjøvik 14HBTEKD, 14HTEKDE. INNFØRING MED PENN, evt. trykkblyant som gir gjennomslag.

Høgskolen i Gjøvik 15HBTEKD, 15HTEKDE. INNFØRING MED PENN, evt. trykkblyant som gir gjennomslag.

Metallene kjennetegnes mekanisk ved at de kan være meget duktile. Konstruksjonsmetaller har alltid en viss duktilitet og dermed seighet.

1.2 Sveising og materialegenskaper

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

Vanlige varmebehandlings metoder for stål:

FASER, FASEDIAGRAMMER OG LEGERINGER

Litt om materialer. Messinggruppa NVK Rolf Vold, Ole Kr.Haugen

10 JERN - KARBON LEGERINGER, LIKEVEKTSTRUKTURER (Ferrous Alloys) 10.1 Generelt

Tekniske data / Standarder

2 KRYSTALL STRUKTUR (Atomic structure) 2.1 Gitterstruktur

I Fe - legeringer. Metaller og legeringer, 2 grupper: Fe - legeringer. II Ikke - Fe - legeringer. 10 Ferrous Alloys (lectures notes)

er at krystallitt eller korn. gitterstrukturen. enhetscelle regelmessighet og symmetri. Henning Johansen side 1

(.675$25',1 5 0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

Miniguide. Aluminiumssveising.

4 FASER, FASEDIAGRAMMER OG LEGERINGER (Phase diagrams and alloys)

AVSPENNING, REKRYSTALLISASJON OG KORNVEKST

Henning Johansen. Magnesium

Magnesium finnes i kjemiske forbindelser i mange mineraler i jordskorpa og i havvann (inneholder ca. 0,12% Mg).

Øvingsoppgave 3. Oppgave 3.4 Hva er mest elastisk av stål og gummi, og hvilket av disse to stoffene har høyest E-modul?

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 1. Et krystall er bygd opp av aggregat av atomer ordnet etter et regelmessig tredimensjonalt mønster.

6 GENERELLE FREMGANGSMÅTER TIL Å STYRKE METALLENE (Strengthening mechanisms metallic material)

GENERELLE FREMGANGSMÅTER TIL Å STYRKE METALLENE

Støpejern. Frey Publishing

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 1. Et krystall er bygd opp av aggregat av atomer ordnet etter et regelmessig tredimensjonalt mønster.

Hovednavn. Kapittel 11. Abcdefgh. Teknisk informasjon Ijklnmn. Kobbermalm

Kapittel Produktutvikling med aluminium. 8.1 Innledning. Verdensproduksjonen av Aluminium. Sterk historisk vekst for lettmetaller 1950 = 1,00

Konstruksjonsmaterialer

Eksamen i TMT 4185 Materialteknologi Tirsdag 12. desember 2006 Tid:

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 2

0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

E K S A M E N. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ITE 1553

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 6

Løsningsforslag til Ø6

Titan. Frey Publishing

Hydal Aluminium legeringer Hydal Aluminium alloys

Kompendium / Høgskolen i Gjøvik, 2012 nr. 6. Magnesium. Henning Johansen. Gjøvik 2012 ISSN:

Hydal Aluminium legeringer Hydal Aluminium alloys

Materialvalg og herding av kniv og verktøystål

Legeringer og fasediagrammer. Frey Publishing

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Varmebehandling av stål Frey Publishing

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Rustfrie stål. Øivind Husø

RUSTFRIE / KORROSJONSBESTANDIG STÅL

Hydal Aluminium legeringer Hydal Aluminium alloys

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Fasediagrammer, noen eksempler på anvendelse Om faser

Løsningsforslag til eksamen i materialteknologi

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

INNLEDNING. Titan, Ti, er det tyngste av lettmetallene med tetthet på 4,51g/cm 3. Ti kommer på 9. plass blant grunnstoffene på jorda.

JERN KVALITETSMANUAL. 103 Klasse 5 - Stålspon, ulegert. 104 Klasse 6 - Støpejernskrap maks. 150x50x50 cm, størst vekt maks 1000 kg.

Legeringer og fasediagrammer. Frey Publishing

Aluminium brukt under ekstreme forhold

Løsningsforslag til eksamen i materiallære Tromsø

Aluminium-trykkstøpelegering Beskrivelse OPPFINNELSENS OMRÅDE Foreliggende oppfinnelse omhandler aluminiumlegeringer som kan bli prosessert ved

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

5 DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER (Deformation of metals)

Elastisitet, plastisitet og styrking av metaller

3.1 Nagleforbindelser Al

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Korrosjonsbestandige stål

Mange prosesser er betinget av diffusjonsprosesser. Eksempler er herding av stål (oppløsningsherding), settherding (karburisering) og nitrerherding.

EKSAMEN I: (MSK200 Materialteknologi) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 4 SIDER + 3 SIDER VEDLEGG

Henning Johansen. Titan

Ofte prater vi om grovkrystallinsk, finkrystallinsk og fibrig struktur.

8 AVSPENNING, REKRYSTALLISASJON og KORNVEKST (Recovery, recrystallization and grain growth)

Silisium styrer utherding i Al-Mg-Si og Al-Mg-Si-Cu legeringer

Løsningsforslag i stikkordsform til eksamen i maskindeler og materialteknologi Tromsø Desember 2015

Tema i materiallære. HIN IBDK Industriteknikk RA Side 1 av 12. TM02: Plastisk deformasjon og herdemekanismer P S

Ekstraordinær E K S A M E N. MATERIALLÆRE Fagkode: ILI 1269

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

BLI KJENT MED ALUMINIUM

Resirkulert aluminium god som ny? Foredrag Avfall Innlandet 2012

Stålfremstilling, Masovn

DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER

- KALKULATOR (Som ikke kan kommunisere med andre) - SKRIVE- og TEGNESAKER

Mekanisk belastning av konstruksjonsmaterialer Typer av brudd. av Førstelektor Roar Andreassen Høgskolen i Narvik

BLI KJENT MED ALUMINIUM

Kjøpsveileder solceller. Hjelp til deg som skal kjøpe solcelleanlegg.

brukes mest for større deler som blir utsatt for kraftig og støtvis påkjenning, tannhjul, kulelager etc. på en aksel

hvor: E = hellingen på den elastiske del av strekk-kurven Figur Spenning - tøyning ved strekkprøving.

K A P I T T E L 8 0 TINN OG VARER DERAV

KONSTRUKSJONSSTÅL MATERIAL- EGENSKAPER

EKSAMEN I: (MSK205 Materialmekanikk) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 2 SIDER VEDLEGG

hvor: E = hellingen på den elastiske del av strekk-kurven Figur Spenning - tøyning ved strekkprøving.

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Mange prosesser er betinget av diffusjonsprosesser. Eksempler er herding av stål (oppløsningsherding), settherding (karburisering) og nitrerherding.

Komposittmaterialer. Øivind Husø

Ulegerte og legerte stål. Frey Publishing

elementpartikler protoner(+) nøytroner elektroner(-)

Tema i materiallære. TM01: Krystallstrukturer og atompakning i materialer

Transkript:

Materialet aluminium Aluminium er det mest utbredte metall i naturen og utgjør ca. 8% av jordskorpas masse. Aluminium utgjør ca. 8% av jordskorpas masse. Produksjonen av aluminium har hatt en kraftig vekst de siste hundre årene. Spesielt de siste 40årene. Aluminium er et verdifullt lettvektsmateriale p.g.a.: - lav vekt og god styrke - resisirkulerbarhet - korrosjonsbestandighet - holdbarhet - formbarhet - ledningsevne Henning Johansen side 1

FREMSTILLING OG ANVENDELSE AV ALUMINIUM Produksjonsprosess Aluminium kan produseres via to forskjellige ruter: 1 Primær aluminiumproduksjon fra malm 2 Resirkulert aluminium fra prosessavfall og brukte aluminiumprodukter Produksjon av primær aluminium består av tre trinn: a) Bauxitt gruvedrift (malm) b) Leirjord- (alumina) produksjon c) Elektrolyse Aluminium smelte. Bauxitt, malmen, må bearbeides til ren aluminiumoksid (alumina, leirjord) før den blir omdannet til aluminium ved elektrolyse. Dette oppnås ved bruk av en kjemisk prosess, Bayer, i leirjord - raffinerier. Sluttproduktet, aluminiumoksid, Al 2 O 3, er et fint kornet hvitt pulver. Henning Johansen side 2

Fremstilling av1 kg aluminium. Aluminium krever mye energi ved førstegangs fremstilling, ca. 12-14 KWh for å fremstille 1kg ren Al i elektrolyseprosessen. Pga. lavt smeltepunkt (ca.660 0 C) kreves bare 5% av den opprinnelige energitilførselen ved omsmelting. (For stål er ca. 50%) Dette stimulerer til gjenbruk og gjør det økonomisk interessant å etablere effektive resirkuleringssystemer for aluminium. I Norden fremstilles primæraluminium ved bruk av vannkraft. Mesteparten av denne aluminiumen sendes ut i verden for videre foredling. Henning Johansen side 3

Forekomst av bauxitt globalt. Henning Johansen side 4

Global fordeling av produksjon av resirkulert og primær aluminium i % (venstre skala) og total aluminium produksjon i millioner tonn/år (høyre skala). Over en tredel av verdensproduksjonen er resirkulert metall. Økende bruk av Al, økende miljøbevissthet og ny teknolog, gjør at mengden resirkulert Al vil øke i årene fremover. Henning Johansen side 5

Anvendelse Sluttbruker markedet i Vest- Europa for aluminium produkter (2005). Sluttbruker markedet globalt for aluminium produkter (2004). Henning Johansen side 6

aluminium in cars Airbus 380 boats cans buildings bicycle buses Noen eksempler på anvendelse av aluminium. Henning Johansen side 7

EGENSKAPER Materiale: Egenskap: Mg Al Ti Fe Tetthet [kg/dm 3 ] 1,74 2,7 4,51 7,87 Elastisitetsmodul [N/mm 2 ] 45.000 70.000 120.000 210.000 Smeltepunkt [ 0 C] 650 660 1670 1535 Gitterstruktur ved 20 0 C tettpakket heksagonal kubisk flatesentrert tettpakket heksagonal kubisk romsentrert Spesifikk varmekapasitet [J/kg 0 C] 1030 900 528 440 Varmekonduktivitet [W/m 0 C] 159 210 17 76 Lengdeutvidelseskoeffisient [x10-4 / 0 C] 26,1 24 8,9 12 Relativ kost på vektbasis [forholdstall] 7,5 3,7 9,0 1,0 Relativ kost på volumbasis [forholdstall] 1,7 1,3 5,2 1,0 Sammenligning av egenskaper mellom lettmetallene Mg, Al og Ti med Fe (jern, stål), samt prisen på halvfabrikata (forholdstall) Lettmetallene kommer gunstigere ut når prisene pr. volumenhet legges til grunn. Husk at metallpriser varierer med tiden og type halvfabrikata. Henning Johansen side 8

Noen forholdstall mellom aluminium og stål Aluminium er ofte et alternativt materialvalg til stål. Fysikalske egenskaper Forhold Al : stål Vekt (tetthet) 1 : 3 Smeltetemperatur 1 : 2 Srneltetemperatur oksid 1,3 : 1 Elektrisk ledningsevne 4,5 : l Varmeledningsevne 4 : 1 Varmekapasitet 2 : 1 Smeltevarme 3 : 1 Utvidelseskoeffisient 2 : 1 Elastisitetsmodul 1 : 3 Noen forholdstall mellom aluminium og stål. Henning Johansen side 9

FORDELER OG ULEMPER Al and Al-alloys (lectures notes) Fordeler: Egenskap Kommentar Høy styrke Dette er avhengig av type legering og leveringstilstand. Lav vekt Sett i forhold til stål. Fritt for sprøbruddproblemer Dette gjelder alle materialer med kubisk flatesentrert gitterstruktur, som Al Høy korrosjonsmotstandsevne Dette gjelder med valg av riktig legering og i forhold til strål. Det dannes et oksidskikt på overflaten som beskytter materialet mot korrosjon. Stor dimensjonsnøyaktighet Pent utseende Dette er avhengig av overflatebehandling og smak. Pressbart, knabart Avhengig av legering og temperatur. Høy elektrisk ledeevne Høy varmeledeevne Umagnetisk Ulemper: Egenskap Kommentar Lav elastisitetsmodul Sett i forhold til styrken og i forhold til stål. Temperaturfølsomhet Sett i forhold til brann og sveisvarme. Relativt høy materialpris pr. kg Sett i forhold til stål. Lav utmattingsfasthet Al har ikke en utmattingsgrense som stål. Mindre ulemper: Egenskap Kommentar Materialet må hentes fra andre steder Fra pressverk og valseverk. Dette gjelder også stål. Delvis bundne former Liten egendemping ved svingninger Deformasjonsmykhet i forhold til bæreevne Lav brudd-deformasjon for høyfaste legeringer Stor varmeutvidelseskoeffisient Henning Johansen side 10

ALUMINIUM OG ALUMINIUMLEGERINGER Aluminiums oppbygging Aluminium er et krystallinsk materiale som andre metaller. Atomene er ordnet i et 3-dimmensjonalt mønster, en gitterstruktur. Aluminium har kubisk flatesentrert gitterstruktur (fase centered cubic structure). Kubisk flatesentrert enhetscelle i aluminium. sidekantene a=b=c. Henning Johansen side 11

Et stort antall atomer i et regelbundet mønster danner krystallkorn. Innenfor hvert korn har alle atomene samme orientering. Atomgitter (krystallkorn) møtes i korngrensene. Korngrenseområdet forstørret. Tre krystallkorn møtes. Innenfor hvert korn er det lik orientering av atomene. I korngrensene blir det stor uorden i gitterstrukturen. Henning Johansen side 12

Legeringselementer i aluminiumlegeringer Mg, Magnesium - Øker styrken - Øker hardheten - God korrosjonsbestandighet - Bedrer sveisbarheten Si, Silisium - Gir herdbare legeringer i kombinasjon med Mg - God korrosjonsbestandighet Al + Mn, Mangan Cu, Kobber - Gode flyteegenskaper - Øker bruddstyrken - God korrosjonsbestandighet - Gir herdbare legeringer (- Dårlig korrosjonsbestandighet) - Øker styrken - Øker hardheten Zn, Sink Fe, Jern - Øker styrken (- Risiko for spenningskorrosjon) - Øker hardheten - Gir i kombinasjon med Mg selvherdende legeringer De viktigste legeringselementene i aluminium og hvilke egenskaper de gir legeringene. Henning Johansen side 13

Fasediagrammer til noen av de viktigste legeringene Aluminium, Al - magnesium, Mg. (6) Mg-innhold holdes vanligvis under 5-6% for å unngå det harde og sprø eutektikum, Al-Mg 5 Al 8. Legeringene egner seg for plastisk bearbeiding og egner seg for støping med små mengder silisium, Si, tilsatt. Aluminium, Al - silisium, Si. α = blandkrystaller(6) Kommersielle legeringer kan inneholde 5-25% Si. De fleste er undereutektiske med Si-innhold 7-12%. Henning Johansen side 14

Aluminium, Al - kobber, Cu. (6) Cu danner blandkrystaller, α, med Al opp til 5,7%. Ved større Cu-innhold opptrer eutektikum, Al-CuAl 2, som normalt legger seg på korngrensene og gjør legeringen sprø. I legeringer som skal formes plastisk begrenses Cu-innholdet til 5%. Høyere Cu-innhold benyttes i støpelegeringer. Henning Johansen side 15

Andre legeringselementer som benyttes i kombinasjon med en eller flere av hovedlegeringselementene er: Bismut (Bi), bor (B), krom (Cr), bly (Pb), nikkel (Ni), titan (Ti) og zirkonium (Zr). Disse brukes i små mengder (vanligvis < 0,1% vekt) for å skreddersy legeringens egenskaper for spesielle formål som støpbarhet, maskinerbarhet, varmefasthet, korrosjonsfasthet og bruddseighet. Legeringselementer benyttet i aluminiumlegeringer. Etter anvendelse skiller vi mellom: - Plastiske legeringer. Anvendes for smiing, ekstruderte profiler samt for plater, bånd og folie. - Støpelegeringer. Henning Johansen side 16

Herding av aluminiumlegeringer Aluminiumlegeringer kan herdes på forskjellige måter, avhengig av legeringsinnhold. Herdemetodene kan deles i tre typer: 1. Herding ved kaldbearbeiding 2. Herding ved legering 3. Herding ved legering og varmebehandling 1. Herding ved kaldbearbeiding Kaldbearbeiding vil si at materialet formes i kald tilstand, f.eks. ved kaldvalsing. Når materialet kalddeformeres, blir krystallene forlenget i deformasjonsretningen. Dette medfører at hardheten og styrken øker. Kaldvalsing. Benyttes mest for ren-aluminium eller aluminiumlegeringer som ikke kan herdes ved varmebehandling. De leveres som l/4-hard, l/2-hard, 3/4-hard eller hard tilstand. Fra mykglødet til hard tilstand vil hardheten og styrken kunne økes med 50-100%. Henning Johansen side 17

2. Herding ved legering Legeringene får økt styrke/hardhet ved legering av Mg, Mn eller Si. Betegnelse Legeringsinnhold Flytegrense [N/mm 2 ] Hardhet Vickers [HV] AlMg 2 2,0% Mg 160-210 45-55 AlMg 2,5 2,5% Mg 180-210 50 AlMg 5 4,9% Mg 240 60 Eksempel på hvordan styrke og hardhet varier i en AlMg legering med økende Mg-innhold (mykglødet tilstand). Henning Johansen side 18

3. Herding ved legering og varmebehandling Størst styrke får de legeringene som kan herdes ved varmebehandling. Herdemetoden kalles utfellingsherding (også kalt partikkelstyrking eller utfellingsstyrking). To betingelser må være tilfredsstilt: 1. Løseligheten i fast tilstand må være større ved høg enn ved lav temperatur. Eksempel på en slik legering er Al-Cu-legeringer. Fasediagrammet for disse legeringene viser at Cu er fult løselig i Al i legeringer opp til ca. 5-6%. En legering med 5% Cu er vist i figuren. Her er alt Cu løst i Al ved temperaturer over ca. 500 0 C. Cu er fult løst i Al og danner 100% α- blandkrystaller ved temperatur over ca. 500 0 C. Henning Johansen side 19

2 Ved varmebehandling (utfellingsherding) må det utfelles en hard koherent (hel eller delvis) utfelling. Det utvikles et spenningsfelt i et område i gitteret. Dislokasjonsbevegelsene blokkeres og dette fører til høyere fasthetsegenskaper som høyere flytegrense og bruddfasthet. (a) Cu atomene felles ut som plateformede soner med diameter ca. 100Å, koherent (henger sammen med) grunnfasen. (b) Sonen utvides til ca. 1500Å og består av Al - Cu i mengdeforhold svarende til forbindelsen CuAl 2. De er koherente med grunnmassen over grunnflatene, men ikke over høyden, og gir maksimal herdevirkning. Utfellingsherding i Al - Cu legeringer. (c) Sonene løper sammen til CuAl 2 krystaller uten koherens og dermed liten herdeeffekt. Henning Johansen side 20

Herdeprosessen foregår i to trinn: I Innherding (homogenisering) Prosessen: - Oppvarming til temperatur hvor legeringen omdannes til α-blandkrystaller. Se eksempelet i figuren under med en Al- 4% Cu-legering til ca. 530 0 C. - Holdetid for diffusjon så α-blandkrystaller får tid til å dannes. - Hurtig avkjøling til værelsestemperatur for å bevare alt som α-blandkrystaller. II Utherding Prosess: - Kaldutherding Utherding ved værelsestemperatur over lang tid. eller - Varmutherding Utherding ved oppvarming og holdetid til temperatur avhengig av type legering. Ved utherding skjer det en utfelling av fremmedfase. Kunsten er å stoppe denne prosessen før koherensen brytes. Dette for å hindre overaldret tilstand. Innherding og utherding av en Al-legering. Avkjølingskurven til høyre for innherdingskurven gjelder for normal avkjøling i luft og resulterer i mykgløding. Mykgløding gir tilnærmet samme fasthetsegenskaper som overeldet tilstand. Henning Johansen side 21

Eksempler på fasthetsverdier og seighet etter herding ved varmebehandling av legeringen AlCu4Mg2 Figuren til høyre viser verdier på strekkfasthet, flytegrense og bruddforlengelse, A, ved varmutherding ved tre forskjellige temperaturer for legeringen AlCu4Mg2. Maksimal styrke oppnåes etter en bestemt tid, for så å synke når overaldring setter inn. Størst oppnåelige flytegrense for denne legeringen er 385N/mm 2. Dette tilsvarer et høyfast C-Mn-stål. Al and Al-alloys (lectures notes) Legeringer av denne typen med Mg = 0,5-2% i tillegg til Cu, har markedsbetegnelse duraluminium. Fasthetsverdier ved varmutherding av legeringen AlCu4Mg2. Legeringen er først kaldutherdet, hvilke forklarer det første fall i styrkeverdiene. Denne figuren, til høyre, viser kaldutherding av samme legering. Vi kan se at styrkeøkningen er mindre en det vi kan oppnå med varmutherding. Fasthetsverdier ved kaldutherding av legeringen AlCu4Mg2. Henning Johansen side 22

Eksempel på en legering som lar seg herde ved innherding og utherding, AlSi1Mg Legering Tilstand Flytegrense σ 0,2 (N/mm 2 ) Bruddfasthet σ B (N/mm 2 ) Hardhet Wickers HV AlSi1Mg Mykglødet - 160 33 Kaldutherdet 110 210 75 Varmutherdet 260 300 105 Anbefalte temperaturer Mykgløding ved ( 0 C) 410 ved varmebehandling: Innherding ved ( 0 C) 520 Varmutherding ved ( 0 C / tid i timer) 175/10 AlSi1Mg etter Norsk Standard. Innherding, utherding og mykgløding av AlSi1Mg vist i fasediagram til venstre og tid-temperatur-diagram til høyre. Fasthetsverdier i en varmutherdet Al-Mg-Si legering. Henning Johansen side 23

KLASSIFISERING AV ALUMINIUMLEGERINGER Grov inndeling av Al-legeringer. Det finnes en rekke forskjellige systemer for klassifisering av aluminiumlegeringer. Numerisk betegnelse NS-EN 573-1 bygger på et amerikansk system og betraktes som hovedsystem. Beskrivende betegnelse NS-EN 573-2 bygger på den kjemiske sammensetningen og anvendes som tilleggsinformasjon.. Begge systemene anvendes parallelt. American Aluminium Association (AA) er den mest brukte internasjonale standarden. I tillegg benyttes ISO (International Standard Association)-standarden. De nye Europanormene (EN) er også basert på disse to standardene. Henning Johansen side 24

Vi skiller mellom plastisk formbare legeringer (wrought alloys) og støpelegeringer (cast alloys) Etter det nummeriske system kan betegnelsen skrivers som: - Plastisk legering : NS-EN AW-5052 - Støpelegering : NS-EN AC-42000 hvor: NS: Norsk Standard A: Aluminium Legeringsnummer: EN: Europeisk Standard W: Plastisk legering (Wrought alloy) - 4 siffer, plastisk legering (eksempel 5052) C: Støpelegering (Cast alloy) - 5 siffer, støpelegering (eksempel 42000) Hovedlegeringselementer for Al-legeringer: 1xxx(x) ulegert (ren Al) 2xxx(x) Cu 3xxx(x) Mn 4xxx(x) Si 5xxx(x) Mg 6xxx(x) Mg + Si 7xxx(x) Zn 8xxx(x) andre Al and Al-alloys (lectures notes) Henning Johansen side 25

Legeringsfamilier etter EN-standard. Henning Johansen side 26

Alle legeringer for plastisk forming kan anvendes for valsing og ekstrudering - For valsing (plater, bånd og folie) er det vanligst med ikke herdbare legeringer. - Ekstruderte profiler lages for det meste av herdbare legeringer og da mest av AlMgSi. Herdbare Plastiske legeringer Herdbare Støpelegeringer Herdemekanismer + + + Ikke herdbare støpelegeringer + Herdemekanismer: løsningsstyrking partikkelstyrking redusere kornstørrelse deformasjonsstyrking Ikke herdbare Plastiske legeringer Ulike legeringssystem for aluminium. + + Henning Johansen side 27

Leveringstilstander til Al-legeringer Leveringstilstand: Legering xxxx F Som produsert xxxx O Glødet Dead soft (i.e. fully annealed) xxxx H x x Deformasjonsfastnet Strain hardened Grad av kalddeformasjon: Degree of strain hardening: x 2 Kvart hard 1/4 hard 4 Halv hard 1/2 hard 6 Trekvart hard 3/4 hard 8 Fullhardhet fully hard 9 Ekstra hard extra hard Etterbehandling: Secondary treatment: 1 x Kun deformasjonsfastnet Cold worked only (no anneal) 2 Deformasjonsfastnet og delvis glødet Cold worked + partial anneal 3 Deformasjonasfastnet og stabilisert ved Cold worked + "stabilised" lavtemperaturbehandling 4 Cold worked + baked xxxx T x Varmebehandlet Heat treated T 1 Avkjølt fra varmformingstemperatur og kaldutherdet Cooled from elevated temperature shaping process. Naturally aged to a substantially stable condition T 2 Avkjølt fra varmformingstemperatur kaldbearbeidet Cooled from elevated temperature shaping process. og utherdet ved romtemperatur (kaldutherdet) Cold worked. Naturally aged T 3 Innherdet, kaldbearbeidet og utherdet ved Solution heat treated. Cold worked. Naturally aged romtemperatur (kaldutherdet) T 4 Innherdet og utherdet ved romtemperatur Solution heat treated. Naturally aged (kaldutherdet) T 5 Avkjølt fra varmformingstemperatur og Cooled from high temperature shaping. Artificially varmeutherdet aged T 6 Innherdet og varmeutherdet Solution heat treated. Artificially aged T 7 Innherdet og overutherdet Solution heat treated. Overaged (i.e. beyond maximum strength) T 8 Innherdet, kaldbearbeidet og varmutherdet Solution heat treated. Cold worked. Artificially aged T 9 Innherdet, varmutherdet og kaldbearbeidet Solution heat treated. Artificially aged. Cold worked ikke herdbare legeringer for non age hardening alloys herdbare legeringer for age hardening alloys Henning Johansen side 28

Fasthetsverdier, flytegrense og strekkfasthet, for noen plastiske legeringer (AW). (a) (b) Fasthetsverdier i glødet tilstand (O) og i helhard tilstand Fasthetsverdier i innherdet og utherdet tilstand ved (H18) for noen ikke herdbare legeringer. romtemperatur (kaldutherdet) (T4) og i innherdet og varmeutherdet tilstand (T6) for noen herdbare legeringer. Fasthetsverdier i noen plastiske legeringer (AW). R p0,2 = flytegrense og R m = strekkfasthet. Henning Johansen side 29

De vanligste kommersielle legeringene som er tilgjengelig hos alle leverandører Legeringer som er anbefalt å ta utgangspunkt i når vi for eksempel er i konseptfasen i en produktutviklingsoppgave. Al and Al-alloys (lectures notes) ISO Al99,5 AlMnl AlMg2,5 AlMg4,5Mn0,7 AlMgSi AlSi1MgMn AlSi1Mg AlZn5,5MgCu* AlSi12 AlSi7Mg AlSil0Mg Europeisk standard EN-AW-1050A EN-AW-3103 EN-AW-5052 EN-AW-5083 EN-AW-6060 EN-AW-6092 EN-AW-6351 EN-AW-7075 EN-AC-44300 EN-AC-42000 Amerikansk standard AA 1050 AA 3103 AA 5052 AA 5083 AA 6060 AA 6092 AA 6351 AA 7075 AA A413 AA 356 AA 361 Egenskaper Plastisk formbare Ikke herdbare Plastisk formbare Herdbare Støpbar, ikke herdbar Støpbar, herdbar Anvendelse halvfabrikat Plater og band Profiler, rør og bolt Stykkstøping MgAZ91D** Kommersielle Al-legeringer. * Legeringen AlZn5,5MgCu har spesiell høy styrke og benyttes i første rekke i fly-konstruksjoner. Høy pris, redusert sveisbarhet og korrosjonsrisiko, gjør at denne legeringen benyttes lite i bygg, til marine anvendelser og transport for øvrig. ** Støpelegeringen, magnesiumlegeringen MgAZ9 (9%vekt Al og 1%vekt Zn) er et alternativt lettmetall for støping. Legeringen har lav tetthet, god støpbarhet og god maskinerbarhet. Henning Johansen side 30

NYERE LEGERINGER OG KOMPOSITTER Materialsystem Prosesser Typisk(e) produkt(er) Spesielle egenskaper Utfordringer Vanlige Al-prosesser, Aluminium- litium men høy reaktivitet Høy styrke, Kostnader Fly- og romfarts-komponenter legeringer av Li krever særlige lav tetthet Resirkulering forholdsregler Laminat AA 7075 Al + aramid (fiber av aromatisk polyamid) Tynne (0,2mm) bånd av vekselvis Al og aramid limes sammen Fly Høykost/høyytelse transport på land, vann og bane Høy utmattingsfasthet og bruddseighet Lav vekt Kostnader Resirkulering Hurtigstørknet Al-legeringer (Fe, Ni, ) Hurtigstørkning til granulat eller bånd som komprimeres Motor-komponenter Høy varmefasthet Høy styrke Kostnader Bearbeiding Resirkulering Partikkelforsterket aluminium SiC-partikler + Al-Si-Mg-matrix Innblanding av partikler i smelte. Deretter vanlige prosesser. Skivebrems Høy slitasjestyrke God varmefasthet Høy E-modul Nye aluminiumlegeringer og kompositter. Nye legeringer og kompositter er under kontinuerlig utvikling. Maskinering Resirkulering Henning Johansen side 31

PROSESSRUTER Fysisk, kjemisk og mekanisk er aluminium et metall som stål, messing, kobber, sink, bly eller titan. Det kan bli smeltet, støp, formet og bearbeidet veldig likt disse metallene og det leder elektrisk strøm. Ofte er det samme utstyret og fabrikasjonsmetodene brukt som for stål. Gjennom forming og varmebehandling skapes produktformer og egenskaper. De viktigste prosessrutene vi benytter for fremstilling av enkeltdeler i aluminium kan inndeles i tre hovedruter: 1. Valsing og forming av plater og bånd 2. Ekstrudering og bearbeiding av profiler, rør og bolt 3. Stykkstøping Disse rutene inkluderer også varmebehandling og etterfølgende maskinering, sveising og overflatebehandling. Henning Johansen side 32

1. Valsing og forming av plater og bånd Plateprodukter og generiske (vanlige) platelegeringer. Henning Johansen side 33

2. Ekstrudering og bearbeiding av profiler, rør og stenger Ekstruderte og flytpressede komponenter og generiske (vanlige) legeringer. Henning Johansen side 34

Prinsippet for ekstrudering, flytpressing av profiler. Profilene inndeles normalt i tre hovedgrupper avhengig av kompleksiteten ved fremstilling. Massivt profil Halvåpent profil Hult profil De tre profiltypene. Henning Johansen side 35

Ekstrudering av massive og halvåpne profiler: Det varme emnet (pressbolten) plasseres i en konteiner og presses ved hjelp av et stempel ut gjennom matrisen. Ekstrudering av massive og halvåpne profiler. Ekstrudering av hule profiler: Det anvendes en matrise med en dorn. Ved presningen tvinges det massive presseemne til å dele seg. Aluminiumet flyter deretter sammen i spalten som dannes mellom de to verktøydelene. Temperaturen til Al under ekstruderingen er 500-510 0 C. Når materialet møtes etter dornholderen, skjer det en sammensmiing av materialet. Verktøyoppbygging ved pressing av hule profiler. Henning Johansen side 36

3. Stykkstøping Det er tre hovedmetoder for støping av Al-legeringer: Sandstøping, kokillestøping og presstøping. Støpte komponenter og generiske (vanlige) legeringer. Støpelegeringene har som regel høyt Si-innhold for å gi lavest mulig viskositet av smelten under utstøping. Presstøpte komponenter kan ikke varmebehandles og derfor velges ikke herdbare legeringer, eks. AlSi12. Ved kokillestøping og sandstøping benyttes ofte de herdbare legeringene AlSi7Mg og AlSil0Mg. Etter støping og varmebehandling, bearbeides støpestykkene som regel ved maskinering og overflatebehandling til ferdig komponent. Legeringens maskinerbarhet er derfor en viktig egenskap til støpelegeringer. Henning Johansen side 37