Konstruktion von Bauteilen 9

Wärmebehandelbares Aluminium im Eurocode 9

Europäische Norm EN 1999-1-1, welches Teil der EUROCODE Normenreihe ist 9 oder Eurocode 9, definiert die allgemeinen Regeln und Normen für die Verwendung von Aluminiumlegierungen im Bauwesen. Eurocode 9 ist ein, wiederum, Teil einer Reihe europäischer Baunormen unter dem allgemeinen Namen EUROCODE.

Aluminiumlegierungen im Eurocode 9

Eurocode 9 enthält Empfehlungen für die Verwendung im Bauwesen der folgenden Arten von Aluminiumlegierungen:

Nachfolgend finden Sie die Empfehlungen des Eurocode 9 zur Verwendung von Aluminiumknetlegierungen, die durch Wärmebehandlung gehärtet werden [1]

hitzeverfestigtes Aluminium

Thermisches Härten

In warmgehärteten Legierungen ist ein (Cu, Zn) oder mehrere Elemente (Mg und Si) können intermetallische Verbindungen bilden, die mit einer Aluminiummatrix verbunden sind (GP-Zonen) (Abb.. 1). Diese GP-Zonen bilden Atomgitterdefekte. Dies führt zu einer Erhöhung der Festigkeit der Aluminiumlegierung aufgrund eines erhöhten Widerstands gegen die Bewegung von Versetzungen im Atomgitter (Abb.. 2).

Der thermische Härtungsprozess beginnt mit, dass die Legierung über eine bestimmte Steuertemperatur erhitzt und bis gehalten wird, bis eine homogene (feste) Lösung entsteht. Anschließend ist eine Härtung erforderlich, um eine gleichmäßige Verteilung aller Elemente bei Umgebungstemperatur zu erreichen.. Danach führt die Alterung zu, dass die beteiligten Elemente beginnen, in die Aluminiummatrix zu diffundieren, Es treten zahlreiche Keimbildungszentren auf und verstärkende intermetallische Verbindungen werden gebildet.

Feige. 1 – GP-Zonen in Al-Cu, Al-Zn- und Al-Mg-Si-Legierungen [3]


Feige. 2 – GP-Zonen widersetzen sich der Luxationsbewegung [3]

Künstliche Alterung

Die natürliche Alterung beginnt unmittelbar nach dem Abschrecken mit einer relativ hohen Rate, aber nach und nach, und nähert sich dann asymptotisch der oberen Grenze (T4 in Abb.. X). Je nach Legierung kann der natürliche Alterungsprozess mehrere Wochen dauern., aber für die meisten Legierungen kann es in einer Woche als abgeschlossen angesehen werden.

Die künstliche Alterung kann für mehrere Stunden (aber auch Tage) beginnen, je nach Produktionsbedarf) später. Material, alt, stelle es in den Ofen, was eine Alterung unter verschiedenen Temperaturbedingungen ermöglicht. Typisch für alle Temperaturen ist die schnelle Aushärtung, allmählich ein Maximum erreichen (T6). Wenn das Material längere Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt ist, die Auswirkung von Härtungsausscheidungen auf die Festigkeit wird verringert, und wir bekommen den Zustand der Überalterung (T7).

Allgemein, gealterte Legierungen zeichnen sich durch eine bessere Duktilität aus, Korrosionsbeständigkeit (einige Legierungen, mit Kupfer und/oder Zink) und eine bessere elektrische Leitfähigkeit. Wärmebehandelte Aluminiumlegierungen dominieren in vielen Bereichen, z.B, extrudiertes Profil.


Feige. 3 – Typische Alterungskurven [3]


Feige. 4 – Festigkeit in Abhängigkeit von der Alterungszeit bei Umgebungs- und erhöhter Temperatur [2]

Einfluss der Schweißwärme

Das Schweißen verursacht einen erheblichen Verlust an Materialfestigkeit. Beim Schweißen ist die Temperatur so hoch, dass die Auswirkungen der Festigkeitsminderung in der Nähe der Schweißnaht (der sogenannten WEZ (Abb.. 5)) berücksichtigt werden. Oft ist dies ein wichtiger Aspekt beim Designnachweis einer Struktur.. Aushärtbare Legierungen im Zustand T6 haben einen Verlust von ca 40 % seine Stärke mit Ausnahme der Legierung 7020, wer verliert nur 20 % seine ursprüngliche Stärke. Um die Konstruktionsberechnungen zu erleichtern, wird der Bereich des Festigkeitsverlusts durch einen rechteckigen Bereich mit einer Breite Bhaz ersetzt, die standardisiert ist und von der Dicke des Materials innerhalb weniger zehn Millimeter abhängen kann. Der Festigkeitswert in dieser Zone ist ebenfalls normiert und legierungs- und zustandsabhängig [2].

Feige. 5 – Festigkeitsminderung in der Wärmeeinflusszone (WEZ) (typisch für EN AW-6082-T6) [2]

Aushärtbare Legierungen im Eurocode 9

Eurocode 9 empfiehlt die Verwendung von thermisch gehärteten, verformbaren Aluminiumlegierungen in Baukonstruktionen aus zwei Serien:

  • 6xxx
  • 7xxx.

Von den Aluminiumlegierungen der Reihe 6xxx werden folgende Legierungen für den Bau empfohlen (wir lassen im Folgenden bei der Bezeichnung des sperrigen „Vorsatzes“ EN AW weg):

  • 6060
  • 66061
  • 6063
  • 6005EIN
  • 6082
  • 6106

Von den Aluminiumlegierungen der 7xxx-Serie wird nur die Legierung in Baukonstruktionen verwendet:

  • 7020.

Arten von Bauprodukten

Feige. 6 – Fragment der Tabelle 3.1a aus der EN-Norm 1999-1-1:
Bauprodukte aus warmfesten Aluminium-Knetlegierungen [1]

Chemische Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen

Auf dem Bild 7 Tabellenfragment gezeigt 6 von DE 573-3 für warmverfestigte Aluminium-Knetlegierungen, im Eurocode enthalten 9 [4].

Feige. 7 – Tabellenfragment 6 von DE 573-3
für warmverfestigte Aluminium-Knetlegierungen im Eurocode 9 [4]

Festigkeitseigenschaften von Profilen, Blätter und Bänder

Abbildung. 8 und 9 die charakteristischen Festigkeitseigenschaften von Produkten aus Aluminiumlegierungen werden gezeigt 6082. 6061, 6005ABER, 6106, 6063, 6060 und 7020.
Feige. 8 – Fragment von Tabelle 3.2a aus EN 1999-1-1
für thermisch gehärtete Aluminium-Knetlegierungen [1]

Feige. 9 – Auszug aus Tabelle 3.2b aus EN 1999-1-1
für thermisch gehärtete Aluminium-Knetlegierungen [1]

Auswahl an warmverfestigter Aluminium-Knetlegierung

Die Wahl des richtigen Aluminium- oder Aluminiumlegierungsmaterials für jede strukturelle Anwendung wird durch eine Kombination von Faktoren bestimmt:

  • Stärke
  • Haltbarkeit
  • physikalische Eigenschaften
  • Schweißbarkeit
  • Formbarkeit
  • Verfügbarkeit wie in Legierung, und in der jeweils erforderlichen Form.

Vergleichende Eigenschaften und Merkmale dieser Legierungen sind in Tabelle C.I der EN-Norm dargestellt. 1999-1-1 (Feige. 5). Eigenschaften und Eigenschaften können je nach Zustand der Legierung variieren.

Feige. 10 – Auszug aus Tabelle C.1 aus EN 1999-1-1
für thermisch gehärtete Aluminium-Knetlegierungen [1]

Aluminiumlegierungen 6082 und 6061

Bauprodukte

Aluminiumlegierung 6082 am weitesten verbreitet im Bauwesen als warmhärtende Legierung. Normalerweise ist diese Legierung die Hauptbaualuminiumlegierung für beide Schweißkonstruktionen., und Konstruktionen ohne Schweißen. Legierung 6082 Ist eine hochfeste Legierung, die in verschiedenen Arten von gewalztem Aluminium verwendet wird:

  • stranggepresste Voll- und Hohlprofile;
  • Platten (dicke Blätter);
  • Blätter;
  • Schmiedestücke.

Legierung 6082 werden zunehmend auch in Bauwerken eingesetzt, die in einer Meeresatmosphäre arbeiten.

Legierung 6061 ist auch eine weit verbreitete warmhärtende Aluminiumlegierung für Konstruktionen wie Schweißen, also ohne sie. Diese Legierung wird verwendet in Form von:

  • Stangen,
  • Voll- und Hohlprofile, und auch
  • Rohre.

Beide Legierungen - 6082 und 6061 - meist im vollwarmfesten Zustand verwendet T6: 6082-T6 und 6061-T6.

Nach der internationalen Notation werden alle Aluminium-Knetlegierungen je nach Legierungssystem dieser Legierungen in acht Serien (Gruppen) eingeteilt: 1xxx

Auswahl an Legierungen 6082 und 6061 als Strukturwerkstoffe bietet es eine günstige Kombination ihrer Eigenschaften:

  • hohe Festigkeit nach dem Warmhärten;
  • gute Korrosionsbeständigkeit;
  • gute Schweißbarkeit als MIG-Verfahren, und nach der WIG-Methode;
  • gute Umformbarkeit (z.B., Biegung) im T4-Zustand (natürliches Altern);
  • gute Bearbeitbarkeit.

Anwendung von Legierungen 6082 und 6061 in Strangpressprofilen auf weniger komplexe Querschnittsformen beschränkt, als bei anderen Legierungen der 6xxx-Serie.

Aluminiumlegierung 6082 kann mit Legierungsnieten verbunden werden 6082, 5754 oder 5019 im geglühten Zustand O oder festeren Zuständen.

Schweißen

Bei diesen Legierungen ist der Festigkeitsverlust in der Wärmeeinflusszone beim Schweißen von Schweißverbindungen zu berücksichtigen (siehe. Tabellen 2 und 3). Durch die natürliche Alterung des Materials in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht kann das Festigkeitsniveau von Schweißverbindungen bis zu einem gewissen Grad wiederhergestellt werden. Der Kraftverlust für die T6-Bedingung beträgt normalerweise etwa 40 % (cm. Tabellen 2) [1].

Aluminiumlegierung 6005A

Es gibt kein direktes inländisches Analogon für die Legierung 6005A.

Bauprodukte

Legierung 6005A, die auch für Gebäudekonstruktionen empfohlen wird, nur anwendbar als extrudierte Profile.

Nach der internationalen Notation werden alle Aluminium-Knetlegierungen je nach Legierungssystem dieser Legierungen in acht Serien (Gruppen) eingeteilt: 1xxx

  • Diese Legierung hat eine ziemlich hohe Festigkeit und, gleichzeitig, kann in komplexere Profile gepresst werden, als Legierungen 6082 und 6061. Dies gilt insbesondere für dünnwandige Hohlprofile..
  • Korrosionsbeständigkeit von geschweißten und nicht geschweißten Bauteilen aus der Legierung 6005A ist ähnlich der der Legierung 6082.
  • Andere Eigenschaften der Legierung 6005A sind denen der Legierung ähnlich 6082 [1].

Schweißen

  • Ähnlich wie bei Legierungen 6082 und 6061 Alloy 6005A eignet sich gut zum WIG- und MIG-Schweißen.
  • Hat eine ähnliche Legierung 6082 Festigkeitsverlust in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht: für Zustand T6 - ca 40 % (cm. Tabellen 2 und 3) [1].

Aluminiumlegierungen 6060, 6063 und 6106

Bauprodukte

Legierungen 6060, 6063 und 6106 empfohlen für den Einsatz in Bauwerken. Diese Legierungen werden nur als Strangpress- und Kaltziehprodukte verwendet.. Sie sind gebraucht, wenn Stärke nicht im Vordergrund steht, aber ein gutes Aussehen des Produkts ist erforderlich. Diese Legierungen bieten eine gute Umweltbeständigkeit, eignen sich gut zum Auftragen von Schutz- und Dekorbeschichtungen und, das Wichtigste, können zu dünnwandigen Profilen mit komplexen Querschnitten extrudiert werden.

Diese Legierungen eignen sich besonders gut zum Eloxieren [1].

Schweißen

Wie alle Legierungslegierungen der 6xxx-Serie 6060, 6063 und 6106 gut schweißen sowohl nach der MIG-Methode, und nach dem WIG-Verfahren und verlieren auch im Wärmeeinflussbereich von Schweißverbindungen an Festigkeit strength. Der Kraftverlust für den T6-Zustand beträgt etwa 40 % (cm. Tabellen 2 und 3).

Aluminiumlegierung 7020

Legierung 7020 empfohlen für den Einsatz in geschweißten und nicht geschweißten Baukonstruktionen.

Bauprodukte

Aus dieser hochfesten Legierung werden Voll- und Hohlstrangpressprofile hergestellt., dünne und dicke Bleche, sowie Rohre. Aus dieser Legierung lassen sich komplexe Profile nicht so einfach extrudieren., ab Legierungen der Serie 6xxx. Daher sind diese Legierungsprodukte 7020 in der Regel nur auf Bestellung gefertigt, und sie können eine längere Lieferzeit haben.

Legierung 7020, allgemein, in vollständig thermisch gehärtetem Zustand verwendet - 7020-T6. Diese Legierung hat eine höhere Festigkeit in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht, als Legierungen der Serie 6xxx, aufgrund seiner hohen Festigkeitseigenschaften nach natürlicher Alterung.

Nach der internationalen Notation werden alle Aluminium-Knetlegierungen je nach Legierungssystem dieser Legierungen in acht Serien (Gruppen) eingeteilt: 1xxx

Diese Legierung, wie andere Legierungen der 7xxx-Serie, sehr empfindlich gegenüber klimatischen Einflüssen. Daher hängt sein normaler Betrieb sowohl von den richtigen Herstellungs- als auch Verarbeitungsmethoden ab., und Kontrolle der chemischen Zusammensetzung. Aufgrund der Anfälligkeit für Untergrundkorrosion im Stadium der Produktherstellung wird die Legierung nur im T4-Zustand verwendet, und nach der vollständigen Herstellung der gesamten Struktur, nach Möglichkeit, künstlich gealtert.

Wenn die Wärmeeinflusszone der Schweißung nach dem Schweißen keiner Wärmebehandlung unterzogen wird, dann müssen Sie es möglicherweise vor den Auswirkungen klimatischer Faktoren schützen protect.

Wenn das Produkt aus einer Legierung besteht 7020 im Zustand T6 unterliegt irgendwelchen technologischen Operationen, was zu Kaltverfestigung führen kann, z.B, wie zum Beispiel, flexibel, Löcher schneiden oder stanzen, die Gefahr von Spannungsrisskorrosion steigt. Dies ist sehr wichtig und daher sollte eine direkte Zusammenarbeit zwischen Konstrukteuren und Herstellern in Bezug auf die beabsichtigte Anwendung und mögliche Betriebsbedingungen des Legierungsprodukts bestehen. 7020.

Schweißen

Legierung 7020 gut geeignet zum WIG- und MIG-Schweißen. Der Festigkeitsverlust in der Wärmeeinflusszone für den T6-Zustand beträgt etwa 20 % (cm. Tabellen 2 und 3).

 

Quellen:

  1. AUF 1999-1-1:2014
  2. Bemessung von Aluminiumtragwerken Einführung in den Eurocode 9 mit ausgearbeiteten Beispielen – Europäisches Aluminium – 2020
  3. TALAT 1204
  4. AUF 573-3