Praktische Gids Poedercoat Kwaliteit is geen toeval. Hoofdgroepen, het AA systeem

Transcriptie

1 Praktische Gids Poedercoat Kwaliteit is geen toeval Het ruime aanbod en de specifieke eigenschappen van aluminium-legeringen Marc De Bonte Laakdal, 25 juni Hoofdgroepen, het AA systeem De aluminiumlegeringen worden onderverdeeld in een aantal hoofdgroepen op grond van speciale materiaaleigenschappen zoals de voornaamste legeringselementen en de thermische en mechanische behandelingen. Voor aluminiumlegeringen onderscheidt men - kneedlegeringen - gietlegeringen. Met kneedlegeringen worden legeringen bedoeld die na het gieten tot blok of billet (ook paal genoemd) een (voor)vorm krijgen door walsen tot plaat, door extruderen tot profiel, staaf of draad, door persen of door vervormen. 2 1

2 Kneedlegeringen: het AA systeem De (kneed)legeringen hebben een 4-cijferaanduiding voorafgegaan door AA indien verwezen wordt naar Aluminium Association en door EN AW zoals in EN AW 1080 voor de Europese standaard geldig tot 2007, en sindsdien vervangen door ISO 209:2007 en EN 573:2007. De aanduiding met 4 cijfers voor kneedlegeringen is nog de meest voorkomende. De samenstellingsgrenzen in AA of EN AW zijn voor dezelfde 4-cijferaanduiding dezelfde; A staat voor Aluminium, W voor wrought (kneed-legering). Een juiste aanduiding wordt dan: EN AW-6063-T6, met T6 de thermische behandeling; (het gebruik van streepjes werd gewijzigd tov vroeger). 3 Kneedlegeringen: identificatie In het systeem met vier cijfers geeft het eerste cijfer het voornaamste legeringselement aan (Xxxx). Dit wordt nogal eens gebruikt om de serie aluminiumlegering aan te duiden, zoals bijvoorbeeld de 1000 serie, 2000 serie tot de 8000 serie (zie Tabel ). Enkel bij de 8000 reeks is er geen verband met een bepaald belangrijk legeringselement; het gaat om speciale legeringen, bv.met Li, Sn, of met Si en Fe in hogere dan de gebruikelijke concentraties. Het tweede cijfer (xxxx), indien dat niet nul is, geeft aan dat het gaat om een modificatie van de specifieke legering. Het derde en vierde identificeren een specifieke legering in de serie, zonder enig technisch karakter. 4 2

3 Kneedlegeringen: het AA systeem LEGERINGSREEKS 1XXX 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX 6XXX 7XXX 8XXX VOORNAAMSTE LEGERINGSELEMENTEN minimum 99% aluminium koper mangaan silicium magnesium magnesium + silicium zink andere elementen 5 Kneedlegeringen: het AA systeem Voor legering 5183 geeft cijfer 5 aan dat het gaat om een magnesiumlegering; cijfer 1 geeft aan dat het gaat om de eerste modificatie in relatie tot de oorspronkelijke 5083 legering en cijfer 83 identificeert de legering binnen de 5xxx-reeks. De enige uitzondering op dit systeem geldt voor de 1xxxreeks (zuiver aluminium), waarvan de laatste twee cijfers het minimum aluminiumgehalte boven 99% opgeven. Legering 1050 bevat dus minstens 99,50% aluminium. 6 3

4 Kneedlegeringen: het AA systeem De volledige lijst van geregistreerde legeringen is in een vrij beschikbaar document gepubliceerd op de website van de European Aluminium Association. Men vindt er ook de regels op basis waarvan een legering geregistreerd wordt naar samenstelling, een lijst met niet meer geregistreerde legeringen en een tabel met de berekende dichtheden van de legeringen. Een legering verliest haar registratie indien over een bepaalde periode onvoldoende van het materiaal werd geproduceerd. Een registratie houdt geen rechtstreeks verband met een octrooi. (Sommige samenstellingen, behandelingen en toepassingen kunnen (deels) voorwerp zijn van een octrooiname; dit blijkt niet uit de registratie). 7 Gietlegeringen, het AA systeem De gietlegeringen hebben in het Amerikaanse AA een cijferaanduiding type 3XX.X met na het punt een aanduiding of het gaat om een gietlegering (0) of een ingot (1 of 2). voorbeeld legering Het eerste cijfer (Xxx.x) dus 3 geeft aan welke het voornaamste legeringselement is (Tabel). Behalve voor de 3XX en 8XX loopt dit gelijk aan het syteem voor kneedlegeringen. Het tweede en derde cijfer identificeren de specifieke legering in de serie. Het systeem is wat verschillend van de Europese EN 1780 standaard waar met legeringsgroepen wordt gewerkt. 8 4

5 Gietlegeringen, het EN systeem Cijfercombinaties en legeringsgroepen in het EN systeem. Het eerste cijfer van de combinatie blijft gelijk met de codering voor kneedlegeringen. 9 Gietlegeringen, het EN systeem EN AC T6 dus met verwijzing naar Europese Norm, Aluminium Cast, en een legering van het type 44xxx dus AlSi. Het derde en vierde cijfer verwijzen naar een specifieke legering, met bepaalde grenzen. Meestal is het vierde cijfer nog een nul. Het vijfde cijfer is een nul, behalve voor luchtvaarttoepassingen. EN AC leert ons dat het om een legering van type AlSi9Cu gaat (zie tabel). De rest van de code nl. 100 geeft aan dat het een geregistreerde legering is met samenstellingsdetails: Si, 1.1 Fe, Cu etc. Voor details van samenstellingen zie EN

6 Gietlegeringen behandelen De gietlegeringen van de 200, 300, 400 en 700 reeks kunnen thermisch behandeld worden. De legeringen die thermisch behandeld kunnen worden, bekomen door thermische behandelingen hun optimale mechanische eigenschappen. Verharding door koudvervorming wordt meestal niet toegepast op gietlegeringen. Het poedercoaten van gietlegeringen valt niet binnen het bestek van de gids. 11 Aanduiden van behandelingen van aluminiumlegeringen Er bestaan belangrijke verschillen in de eigenschappen van de verschillende reeksen aluminiumlegeringen. (cfr volgende deel) Vooreerst onderscheidt men twee totaal verschillende groepen legeringen binnen de reeksen kneedlegeringen: de thermisch hardbare legeringen (heat treatable) die kunnen verstevigen na een thermische behandeling, De legeringen van de 2000 (Al-Cu), 6000 (Al-Mg 2 Si) en 7000 reeksen kunnen thermisch behandeld en gehard worden. De 4000 reeks (Al- Si) bevat beide typen. de niet thermisch hardbare. De 1000 (Al), 3000 (Al-Mn) en 5000 (Al-Mg) reeksen zijn niet thermisch hardbaar en zijn enkel hardbaar door koudvervorming. Dit geldt ook voor sommige 4000 (Al-Si) types. 12 6

7 Aanduiden van behandelingen van aluminiumlegeringen De meest toegepaste behandeling is oplosgloeien gevolgd door kunstmatig verouderen. Bij het oplosgloeien wordt opgewarmd tot hoge temperatuur (voor sommige legeringen bv boven 480 C) om de legeringselementen in oplossing te brengen. Daarna wordt (meestal in water) afgeschrikt. Men bekomt dan een oververzadigde oplossing van legeringselementen in Al bij kamertemperatuur. Daarna wordt meestal een verouderingsgloeibehandeling toegepast. Hierbij ontstaat een uitprecipiteren van een deel van de legeringselementen met als doel de gewenste eigenschappen te bekomen. 13 Aanduiden van behandelingen van aluminiumlegeringen Een serie letters en cijfers wordt toegevoegd aan het nummer dat de legering aanduidt (tussen het nummer van de legering en de gloeibehandeling staat een verbindingsteken), zoals bv T6. Naast deze basisaanduidingen van Tabel 3 zijn er nog twee onderverdelingen: de ene heeft betrekking op H (koudvervorming, Tabel 4) en de andere op T (aanduiding voor thermische behandeling, Tabel 5a en 5b). 14 7

8 Aanduiden van behandelingen van aluminiumlegeringen Er bestaan twee types verouderingsprocessen: de natuurlijke veroudering, die gebeurt bij kamertemperatuur en de kunstmatige veroudering bij verhoogde temperatuur. Veel thermisch behandelbare legeringen worden aangewend in gelaste constructies in oplosgegloeide en kunstmatig verouderde toestand. Niet-thermische behandelbare legeringen bekomen hun optimale mechanische eigenschappen na koudvervorming (de sterkte neemt toe met de hoeveelheid koudvervorming). Er bestaat een systeem voor de aanduiding van de gloeibehandeling (Tabel 3). Deze aanduidingen zijn voor de Europese analoog met Amerikaanse aanduidingen en worden in detail beschreven in de norm EN 515 Aluminium and aluminium alloys Wrought products Temper designations. 15 LETTER F as produced O Gegloeid H W Koudvervomd Oplosgegloeid Aanduiden van leveringstoestand van aluminiumlegeringen BETEKENIS geen speciale controle van de thermische of hardingscondities. Is van toepassing op producten waarop een thermische behandeling werd toegepast die resulteert in de laagste sterkte-eigenschappen met als doel de ductiliteit en dimensionele stabiliteit te verbeteren. Is van toepassing op producten die werden verstevigd door koudvervorming. De koudvervorming kan gevolgd worden door een thermische behandeling, waardoor de sterkte voor een deel afneemt. De H wordt altijd gevolgd door nog twee cijfers. Een onstabiele toestand na gloeien die enkel wordt toegepast op legeringen welke spontaan verouderen bij kamertemperatuur na oplosgloeien. Soms voor bepaalde 7xxx legeringen. De tijd voor natuurlijk verouderen moet aangegeven zijn.. T Thermisch behandeld Om een stabiele toestand te bekomen na gloeien (andere dan F, O en H). Is van toepassing op producten die thermisch behandeld werden, soms met een supplementaire koudvervorming, om een stabiel gegloeid product te bekomen. De T wordt altijd gevolgd door één of meerdere cijfers (zie Tabel )

9 Aanduiden van behandelingen van aluminiumlegeringen Het eerste cijfer na de H geeft een basisbehandeling aan H1 enkel koudvervormd H3 koudvervormd en gestabiliseerd H2 koudvervormd en gedeeltelijk uitgegloeid H4 koudvervormd en gelakt of geschilderd Het tweede cijfer na de H geeft de graad van koudvervorming aan HX2 - kwart hard HX4 - half hard HX8 - volledig gehard HX9 - extra hard HX6 - drie kwart hard 17 Aanduiden van behandelingen van aluminiumlegeringen T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Natuurlijk verouderd na afkoelen na een vormgevingsproces op hoge temperatuur zoals extruderen Koudvervormd na afkoelen na een vormingsproces op hoge temperatuur en daarna natuurlijk verouderd Oplosgegloeid, koudvervormd en natuurlijk verouderd Oplosgegloeid en natuurlijk verouderd Kunstmatige veroudering na koelen na een vormgevingsproces op hoge temperatuur Oplosgegloeid en kunstmatig verouderd Oplosgegloeid en gestabiliseeerd (over verouderd) Oplosgegloeid, koudvervormd en kunstmatig verouderd Oplosgegloeid, kunstmatig verouderd en koudvervormd T10 Koudvervormd na afkoelen na een vormgevingsproces op hoge temperatuur en daarna kunstmatig verouderd 18 9

10 Aanduiden van behandelingen van aluminiumlegeringen Bijkomende cijfers geven aan dat een behandeling voor het verlagen van de inwendige spanningen werden toegepast: TX51 of TXX51 spanningsverlaging door rekken TX52 of TXX52 spanningsverlaging door samendrukken 19 Aanduiden van behandelingen van aluminiumlegeringen Oplosgloeie n Natuurlijke veroudering T1 X X T2 X X X T3 X X X T4 X X Kunstmatige veroudering T5 X X T6 X X T7 X X* T8 X X X Thermisch vormgevingsproces Koudvervorm d Koudvervormd T9 X X X T10 X X X * oververouderd = gestabiliseerd 20 10

11 de minimale treksterkte van de Hx8 toestand, uitgaande van de min treksterkte in de zachtgegloeide toestand Minimale treksterkte in gegloeide Minimale toename van de minimale toestand Mpa treksterkte om de toestand Hx8 te bereiken Tot en hoger De reeksen Al legeringen en hun eigenschappen De 1000 reeks (zuiver aluminium): Deze reeks kan niet thermisch gehard worden. De treksterkte varieert van 69 tot 186 N/mm 2. Zij hebben een excellente treksterkte in een breed temperatuursgebied. Deze reeks wordt vaak aangeduid als zuiver aluminium (min. 99,00% Al). De legeringen zijn lasbaar maar hebben een gering smelttraject, zodat aanvaardbare lasprocedures wel enige aandacht vragen. Omdat deze legeringen relatief lage mechanische eigenschappen hebben, worden ze zelden gebruikt voor constructies. Zij worden echter wel ingezet omwille van hun hoge corrosieweerstand en hun goede elektrische geleidbaarheid. Deze legeringen worden gelast met zuiver aluminium toevoegmateriaal ofwel met toevoegmateriaal uit de reeks (Si-gelegeerd)

12 De reeksen Al legeringen en hun eigenschappen De 2000 reeks (Cu-gelegeerd): Deze legeringen kunnen thermisch behandeld worden. De treksterkte varieert tot ca. 450 N/mm². Het zijn aluminiumkoperlegeringen (0,7 6,8%, meestal < 5% ) met hoge sterkte en vaak toegepast in de vliegtuigindustrie, alsook voor toepassingen in de ruimte. Deze reeks legeringen geldt samen met de 7000 reeks als de sterkte. Met stijgend Cu-gehalte daalt de corrosieweerstand, en de geschiktheid voor vele oppervlaktebehandelingen. Een aantal van deze legeringen worden als niet-lasbaar bestempeld (warmscheuren en gevoeligheid voor spanningscorrosie). 23 De reeksen aluminiumlegeringen en hun eigenschappen De 3000 reeks (Mn-gelegeerd): Dit zijn aluminium-mangaan legeringen (0,05 1,8% Mn) met een maximale treksterkte van 110 tot 300 N/mm². Het zijn legeringen met matige sterkte maar met goede corrosieweerstand en vervormbaarheid. Ze kunnen bij voor Al-legeringen- hogere temperatuur worden ingezet (potten en pannen, warmtewisselaars, ) en kunnen worden gelast met de 4000 en de 5000 reeks toevoegmetaal, afhankelijk van de samenstelling en toepassing

13 De reeksen aluminiumlegeringen en hun eigenschappen De 4000 reeks (Si-gelegeerd): Dit is de enige reeks die thermische behandelbare en niet-thermische behandelbare legeringen bevat. Dit zijn aluminium-siliciumlegeringen (0,6 21,5% Si). Wanneer silicium aan aluminium wordt toegevoegd resulteert dit in een smeltpuntverlaging en bevordert de vloeibaarheid in gesmolten toestand. Deze eigenschappen zijn zowel bij lassen als hardsolderen wenselijk. Wanneer enkel silicium wordt toegevoegd is de legering niet thermisch behandelbaar. Samen met magnesium of koper, naast silicium, kunnen deze legeringen oplosgegloeid worden. Deze toevoegmaterialen worden enkel toegepast als de gelaste construcie achteraf thermisch behandeld zal worden. Van groot belang als toevoegmateriaal en voor gietwerk, maar niet als kneedlegering. 25 De reeksen aluminiumlegeringen en hun eigenschappen De 5000 reeks (Mg-gelegeerd): Dit zijn aluminium-magnesiumlegeringen (0,2 6,2% Mn) met een treksterkte van 125 tot 350 N/mm². Zij zijn niet thermisch behandelbaar en hebben de hoogste sterkte van deze groep. Deze legeringen zijn goed lasbaar en worden dan ook vaak gelast met toevoegmaterialen die gekozen zijn op basis van de samenstelling van basismateriaal en toepassing. Legeringen van deze reeks met meer dan 3% Mg worden best niet ingezet boven de 65 C omdat ze dan kunnen gesensitizeerd worden en gevoelig worden voor spanningscorrosie. Materiaal met minder dan 2,5% Mg kan worden gelast met de 5000 en 4000 reeks toevoegmaterialen

14 De reeksen aluminiumlegeringen en hun eigenschappen De 6000 reeks (Mg-Si-gelegeerd): De legeringen van deze reeks zijn thermisch behandelbaar door de uitscheiding van Mg 2 SI. De treksterkte varieert van 125 tot 400 N/mm². Meestal zijn het extrusieproducten. Deze legeringen combineren een interessante sterkte met een meestal snelle processing. Diverse legeringen zijn zeer geschikt voor anodisatie en andere oppervlaktebehandelingen. Aluminium-magnesium-silicium legeringen (Mg en Si = ± 1%) worden veelvuldig gebruikt in lastoepassingen. Deze legeringen zijn warmscheurgevoelig en moeten daarom worden gelast met (voldoende) toevoegmateriaal. Zowel toevoegmateriaal van de 4000 as van de 5000 serie kan toegepast worden. 27 De reeksen aluminiumlegeringen en hun eigenschappen De 7000 reeks (Zn-gelegeerd): Dit zijn thermisch behandelbare aluminium-zink legeringen (0,8 12% Zn) met een sterkte variërend van 220 tot 605 N/mm². Zij behoren tot de aluminiumlegeringen met de hoogste sterkte. Oppervlaktebehandelingen zijn dikwijls delicaat; de corrosieweerstand is wisselend, en sterk afhankelijk an de thermische behandeling. De lasbare legeringen, zoals bijvoorbeeld de 7000 legeringen worden meestal gelast met de 5000 reeks toevoegmaterialen. Kleinere toevoegingen: Pb voor verspaanbaarheid, Ti voor korrelverfijning, Cr verhoogt weerstand tegen spanningscorrosie, 28 14

15 spanning 27/06/2013 ELASTISCH GEDRAG Necking = insnoering Elastisch gebied σ = E x ε : wet van Hooke 1/09/2008 sirris info@sirris.be 29 sirris info@sirris.be 1/09/ Vloeispanning? EN AW 5083 Mg Mn Fe <= 0.40 Si <= 0.40 Zn <= 0.25 Cr Total Other <= 0.15 Ti <= 0.15 Cu <= 0.10 Other Elem <= /09/2008 sirris info@sirris.be vervorming 30 H34 is halfhard; s MPa en treksterkte 360 MPa bij min rek

16 Trekkurven voor diverse legeringen 1/09/2008 sirris RELATIES MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN Als de sterkte stijgt, dalen de ductiliteit en de taaiheid 1/09/2008 sirris Als de temperatuur stijgt, dalen de sterkte en stijgen de ductiliteit en de taaiheid sirris /09/

17 PRECIPITATIE VRIJE ZONES PFZ= precipitation free zones: -zones zonder precipitaties - meestal naast de korrelgrenzen - verarmde zones : slecht voor de sterkte en corrosie - remedie: eerst uitharden bij lage temperatuur en daarna bij hoge temperatuur 1/09/2008 sirris info@sirris.be 33 sirris info@sirris.be 27/06/ EFFECT NATUURLIJK VEROUDEREN Incoherente prec. Coherente prec. overaging 1/09/2008 sirris info@sirris.be 34 sirris info@sirris.be 27/06/

18 EFFECT KUNSTMATIG VEROUDEREN 1/09/2008 sirris sirris /06/ KAN MEN PRECIPITATEN ZIEN? T.E.M. replica s 1/09/2008 sirris info@sirris.be 36 sirris info@sirris.be 1/09/

19 hardbare aluminiumlegeringen A.A. AFNO R F 2014 AU4S G DIN D SAMENSTELLING Mg Si Mn Cu Zn Al AlCuSiMn 0,2 0,8 0,5 1,2 0,4 1,2 3,9 5 0, AU4G AlCuMg1 0,2 0,8 0,8 0,4 1 3;5 4,5 0, AU4G1 AlCuMg2 1,2 1,8 0,5 0,3 0,9 3,8 4,9 0, AZ5G AlZnMg1 1,5 0,4 0,5 0,20 4, AZ5G U AlZnMgCu 1,5 2,5 0,4 0,30 1,6 5, AGS AlMgSi 0,5 0,4 0,9 0,2 0,6 0,10 0,10 0, ASGM AlMgSi 1 0,4 0,8 0,7 1,3 0,4 0,8 0, ASG AlMgSi 0,8 0,45 0,8 0,6 1,2 0,20 0,35 0,25 37 R R R R R R R Niet hardbare Al-legeringen A.A. AFNOR (F) DIN Duitsland SAMENSTELLING Mg Si Mn Cu Zn Al A4 Al99 0,05 0,20 0,10 99% AM1 AlMn 0,6 1 1,5 0,05 0,2 0,10 R A S 5 AlSi5 0,05 4,5-6 0,05 0,30 0,10 R 5154 (5554) 5056 (5183) (5556)(535 6) 5083 AG4M C A G 5 AlMg3 3,1 3,9 < 0,45 0,10 0,10 0,20 A G 5 AlMg5 4,5 5,6 0,30 0,05 0,20 0,10 0,10 AlMg4,5M n ,9 0,40 0,3-1 0,10 0,25 R R R 19