AktualisiertAluminium-Knetlegierungen

Extrudierbarkeit von Aluminiumlegierungen

Aluminium-Strangpressprofile

Die Arten von Aluminium-Strangpressprofilen umfassen:

  • Stäbe/Stäbe (rund, Platz, Rechteck, sechseckig)
  • Rohre (nahtlos und Bullauge)
  • Profile (massiv, halbhohl, hohl).

Extrudierbarkeit

Extrudierbarkeit ist die Formbarkeit des Materials unter Bedingungen des Extrusionsverfahrens. Dieser Begriff hat keine genaue physikalische Definition. Die relative Extrudierbarkeit von Aluminiumlegierungen kann anhand der Extrusionsaustrittsgeschwindigkeit gemessen grob eingestuft werden.

Einige Fakten zur Extrudierbarkeit:

  • Allgemein, desto höher der Legierungsgehalt und die Festigkeit, je größer die Extrusionsschwierigkeit und desto geringer die Extrusionsgeschwindigkeit.
  • Die leicht extrudierbaren Legierungen können bei Geschwindigkeiten bis zu wirtschaftlich extrudiert werden 100 m/min oder schneller.
  • Mit einem typischen Extrusionsverhältnis von 40 zu 1, Austrittsgeschwindigkeiten der schwierigeren Legierungen liegen in der Größenordnung von 0,6 zu 1,2 m/Min.
  • Auch die Extrudierbarkeit der mittelschweren oder sehr schwierigen Legierungen lässt sich durch die Heißfließpresstechnik nicht wesentlich steigern, wegen des engen Temperaturintervalls zwischen der Extrusionslast-Grenztemperatur und der Temperatur der nicht akzeptablen Oberflächenqualität.
  • Knüppeltemperaturen reichen im Allgemeinen von ungefähr 300 zu 595 °C , je nach Legierung.

Bewertung der Extrudierbarkeit von Aluminiumlegierungen

Bewertung der Extrudierbarkeit verschiedener Aluminiumprofile, Folgende Ansätze kommen zum Einsatz:

  • Flow-Stress
  • Die relative Extrudierbarkeit von Legierungen
  • Komplexität einer extrudierten Form
  • Die minimale Wandstärke
  • Extrusionsdiagramm begrenzen
  • Enge Toleranzfähigkeit von Legierungen

Flow-Stress

Im Sortiment 350 zu 550 Faktoren, die die atmosphärische Korrosion von Magnesiumlegierungen beeinflussen, die Fließspannung von Aluminiumlegierungen ist stark temperatur- und zusammensetzungsabhängig [x]. Die Zunahme der Fließspannung mit zunehmendem Gehalt der gängigsten Legierungselemente ist in Abb. 1 [1].

Feige. 1 – Erhöhung der Fließspannung von Aluminium beim Warmumformen mit unterschiedlichen Legierungszusätzen [1 (Ake)]

Der Bereich der mit Aluminiumlegierungen praktisch erreichbaren Extrusionsgeschwindigkeiten ist in Abb. 2. Die Spannweite aufgetragen über der Fließspannung bei den in der Praxis verwendeten Extrusionstemperaturen [1].

Feige. 2 – Fließspannung und Extrudierbarkeit [1 (Ake)]

Abbildung 3 zeigt die Produktfestigkeit der gängigsten Aluminiumlegierungen in Abhängigkeit von der Fließspannung bei der Extrusionstemperatur [1].

Feige. 3 – 0.2% Streckgrenze stranggepresster Aluminiumlegierungen in
den serienmäßigen Auslieferungszustand als Funktion
der Fließspannung bei üblichen Extrusionstemperaturen [1 (Ake)]

Die Extrusionsbelastung hängt hauptsächlich von der Fließspannung k abf. So werden die Aluminium-Knetlegierungen nach der Fließbeanspruchung in die Gruppen eingeteilt [1]:

  • Einfach zu extrudieren: kf weniger 30 N/mm2
  • Mäßig schwierig zu extrudieren: kf 30 zu 45 N/mm2
  • Schwer zu extrudieren: kf mehr 45 N/mm2

Die Fließspannung der wichtigsten Strangpresslegierungen ist in der Tabelle dargestellt 1. Die Gruppen von Aluminiumlegierungen, die sich in der Extrudierbarkeit unterscheiden, sind in der Tabelle gezeigt 2.

Tisch 1 – Versuchsmaterial: Homogenisierte Gussknüppel. Test: Torsionsfließkurven; Prüftemperatur 450 °C [1]

Tisch 2 – Die Gruppen der Aluminiumlegierungen: Leicht zu extrudieren, Mäßig schwierig zu extrudieren und Schwer zu extrudieren [1]

Die relative Extrudierbarkeit von Aluminiumlegierungen

Die relative Extrudierbarkeit von AI-Legierungen ist in der Tabelle gezeigt 3. Hier werden alle Legierungen verglichen 6063 dessen Extrudierbarkeitsindex ist 100. Eine steigende Zahl zeigt eine größere Schwierigkeit an.

Tisch 3 – Vergleich der relativen Extrudierbarkeit von Al-Legierungen [2]

Weich, Mittlere und harte Aluminiumlegierungen

R. Saha klassifizierte extrudierbare Aluminiumlegierungen entsprechend ihrer Extrudierbarkeit wie folgt in drei verschiedene Gruppen [3]:

  • Weichlegierungen – Legierungen einfach zu extrudieren:
    Al
    , : Aluminium-Knetlegierungen mit geringer Festigkeit, : Aluminium-Knetlegierungen mit geringer Festigkeit, 5, und AlMgSi0,8
  • Legierungen mittlerer Güte – Legierungen mäßig schwer zu extrudieren:
    AlMg2-3, ) Warmhärtbare Legierungen im ungealterten Zustand:, ) Wärmebehandelte Legierungen im gealterten und/oder kaltverfestigten Zustand:
  • Hartlegierungen – Schwierig zu extrudierende Legierungen:
    AlCuMg, Wärmebehandelte Knetsorten mit spanbrechenden Zusätzen, AlZnMgCu, AlMg > 3 %Mg

Die relativen Extrudierbarkeitswerte einiger weicher und mittelfester Legierungen sind in der Tabelle angegeben 4. Die Extrudierbarkeitsbewertungen von Hartlegierungen sind in der Tabelle angegeben 5.

Tisch 4 – Extrudierbarkeitsbewertungen von weich- und Mittellegierungen [3]

Tisch 5 – Extrudierbarkeitsbewertungen von weich- und Mittellegierungen [3]

Komplexität der extrudierten Form

Die Querschnittsform ist der wichtigste Faktor bei den Überlegungen zur Extrudierbarkeit (Tabelle 6). Daher, Die komplexen Formen werden aus 6ххх-Aluminiumlegierungen extrudiert. Die komplexesten Formen werden extrudiert 6060 und 6063 Legierungen.

Zwei akzeptierte Methoden sind verfügbar, um die Komplexität einer extrudierten Form zu definieren. Eine Methode beinhaltet die Verwendung des Sha wie folgt [3, 4]:

Dieser Faktor ist ein Maß für die erzeugte Oberfläche pro Gewichtseinheit des zitrudierten Metalls. Der Formfaktor beeinflusst die Produktionsrate sowie die Herstellungs- und Wartungskosten der Matrizen. Es wird als Grundlage für die Preisgestaltung verwendet und bietet dem Designer die Möglichkeit, die relative Komplexität alternativer Designs zu vergleichen [4]..

Das andere Maß für die Formkomplexität ist die Klassifizierung von extrudierten Formen in verschiedene Gruppen, basierend auf der Schwierigkeit der Extrusion (Tabelle 6).

Tisch 6 – Klassifizierung von Aluminium-Strangpressprofilen [3]

Grenzdiagramm

Diese Ansätze basieren auf der grafischen Darstellung der Beziehung zwischen den maximalen Extrusionsaustrittsgeschwindigkeiten und der Vorwärmbarrentemperatur (Abb. 1) für ein bestimmtes Profil oder eine industrielle Form. Die maximale Austrittsgeschwindigkeit (Vmax in Abb. 2), wodurch sichergestellt wird, dass ein Produkt ohne Oberflächenrisse erhalten wird, wurde schon oft vorgeschlagen.

Ein zusätzlicher Vorteil der Auswahl der maximalen Austrittsgeschwindigkeit als Maß für die Extrudierbarkeit ist die Tatsache, dass dieser Parameter sowohl ein metallurgisches als auch ein Produktivitätsmaß ist. Fließspannung und Extrudierbarkeit (ausgedrückt als Austrittsgeschwindigkeit) sind in Abb. 3 für verschiedene Arten von Aluminiumlegierungen.

Feige. 4 – Extrusionsaustrittsgeschwindigkeit als Funktion der Temperatur [5]

Feige. 5 Grenzdiagramm der Extrusionsgeschwindigkeit, Einschlüsse und Wasserstoff und ihre Auswirkungen auf die Qualität von direkt gegossenen und flachgewalzten Aluminiumlegierungen für Luft- und Raumfahrtanwendungen /A, gegen Temperatur
für eine gegebene Presslast und die Legierungsgrenze für Oberflächenrisse (Warmbrüchigkeit) [5]

Feige. 6 Extrusionsrate versus Fließspannung
für einige Aluminiumlegierungen [5]. (Vergleiche mit Abb. 2)

Minimale Wandstärke

Tisch 7 – Zusammenhang zwischen Mindestwandstärke, umschreibenden Kreis
Durchmesser (CCD), und Pressegröße für verschiedenes weiches- und Mittellegierungen [6]


Feige. 7 – Beziehung zwischen Materialstärke, minimale Wandstärke und Extrudierbarkeit/Pressgeschwindigkeit.
Nur auf Profile mit einer bestimmten Geometrie anzuwenden.
Ähnliche Kurven können für alle Profile erhalten werden [6]

Feige. 8 – Von SAPA empfohlene Wandstärke. Zu den Faktoren, die einen Einfluss auf die Wandstärke haben, gehören
Extrusionskraft und -geschwindigkeit, die Wahl der Legierung, die Form des Profils,
gewünschte Oberflächengüte und Toleranzangaben [7]

Enge Toleranzfähigkeit von Legierungen

Toleranz Europäischer Standard

Folgende europäische Normen legen Toleranzen für stranggepresste Aluminiumprodukte fest:

  • AUF 755-3 – Rundstäbe/Stäbe
  • AUF 755-4 – Vierkantstangen/Stangen
  • AUF 755-5 – Rechteckstange/-stangen
  • AUF 755-6 – Sechskantstab/Stäbe
  • AUF 755-7 – Nahtlose Rohre
  • AUF 755-8 – Bullaugenrohre
  • AUF 755-9 – Profile

Diese Normen teilen die Legierungen in zwei Gruppen ein, die unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden bei der Herstellung der Produkte entsprechen:

  • Gruppe I – “leicht verträglich” Legierungen
  • Gruppe II – “schwer verträglich” Legierungen

Tisch 8 – Zwei Gruppen von Aluminiumlegierungen mit unterschiedlichem Grad an
schwierig zu extrudieren nach EN 755-9

Feige. 9 – Maß H Toleranzen der Profile
(Die Fragmente von Table 2 und 3 in und 755-9)

Tisch 9 – Zwei Gruppen von Aluminiumlegierungen mit unterschiedlichem Grad an
Schwierigkeiten beim Extrudieren von Stäben und Stäben nach EN 755-3


Feige. 10 – Durchmessertoleranzen von Rundstäben
(Das Fragment von Table 2 in und 755-3)

Quellen:

  1. Extrusion / Ed M. Bauser, G. Sauer, K. Siegert – 2nd Ausgabe, ASM International, 2006
  2. Extrusion von Aluminiumlegierungen / T. Schäfer
  3. Aluminium-Extrusionstechnologie / P. Saha
  4. Aluminium und Aluminiumlegierungen – ASM Internationales Handbuch – 1992
  5. Extrusion von Aluminiumlegierungen /W. Die Missionen, und R.M. Kelly // ASM-Handbuch, Band 14A: Metallbearbeitung: Massivumformung – 2005
  6. Extrusion /S. Stvren und P.Th. Moe //Enzyklopädie von Aluminium und seinen Legierungen – Bearbeitet von G. Totten, M. Tiryakioglu, und o. Keßler – 2019
  7. Sapa: Designhandbuch – 2007