Passungen bei Aluminium: ein bisschen Physik

Umformverfahren – rollen, Schmieden, stempeln, Pressen - macht aus einem Gussaluminiumbarren ein fertiges Halbzeug oder Fertigprodukt – Aluminiumblech für Bierdosen, Aluminiumschmieden, Aluminium-Strangpressprofil oder Aluminiumprofil. Dies geschieht bei erhöhter oder Raumtemperatur und kann auch ein oder mehrere Zwischenerwärmungen beinhalten. – Glühen – Aluminium oder Aluminiumlegierung, um seine Duktilität wiederherzustellen. Dies bringt zwei wesentliche Änderungen mit sich: 1) Formänderung und 2) Änderung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften.

Beispiel: Barrenfolienwalzen

beispielsweise, gewalzte Aluminiumblocklänge 5 m und Dicke 300 mm herumkommen 200 Kilometer Alufolie dick 7 Mikrometer. Die Formänderung wird in Dehnungseinheiten gemessen. Und ohne eine numerische Bewertung der Verformungen ist es klar, dass sie hier sehr groß waren, und sie konnten nicht in einem Durchgang erreicht werden. Normalerweise beginnt der Folienherstellungsprozess mit dem Warmwalzen und endet mit dem Kaltwalzen und Glühen..

Warum ist Aluminium Kunststoff?

Die Fähigkeit, große plastische Verformungen zu erfahren, ist eine der nützlichsten Eigenschaften von Metallen.. Metalle mit einem kubisch flächenzentrierten Gitter, die Aluminium enthält, weisen in der Regel eine gute Duktilität auf – Sie können leicht in verschiedene komplexe Formen verformt werden. Metalle bestehen in der Regel aus einer Vielzahl einzelner Körner oder Kristalle., d.h. sie sind polykristallin. Typisches Aluminiumkorn oder Kristall nach Warm- und Kaltumformung, und dann hat das Glühen einen Durchmesser, sagen wir, 40 Mikron, und die Einheitszelle des atomaren Kristallgitters ist nur etwa 0,4 nm = 0,0004 Mikron. Jedes Korn enthält also viele Millionen solcher Elementarzellen - der Ordnung 1015 Stücke.

Versetzungen in Aluminium

Beim Gießen von Aluminiumblöcken wachsen Primärkristalle aus der flüssigen Phase und das Gussgefüge ist meist sehr rau. Wenn Aluminium plastisch verformt wird, Jedes Korn wird durch die Bewegung von linearen Defekten in seinem Kristallgitter deformiert. Die Verformung tritt aufgrund von auf Schlupf durch Gleitflugzeuge entlang Scherrichtungen. Diese Defekte werden genannt Verrenkungen (Bild 1). Versetzungen bewegen sich entlang bestimmter kristallographischer Ebenen im Kristall – den sogenannten „dicht gepackten Ebenen“, die als Gleitflächen bekannt sind. Die Bewegung einer einzelnen Versetzung erzeugt eine einzelne Scherspannung, und die kombinierte Bewegung von Hunderttausenden von Versetzungen – vollständige Verformung. deformacia-putyom-skolzeniya-dislokacyi

Bild 1

Während der Verformung bei Raumtemperatur nimmt die Zahl der Versetzungen zu und es wird ihnen schwer, sich durch das Atomgitter zu bewegen. In diesem Fall sagen sie, dass Aluminium "hart gearbeitet" hat, "bekam kaltverfestigt" oder gar "genietet", und ein solches Aluminium oder eine solche Aluminiumlegierung wird als hartbearbeitet bezeichnet. Das heisst, dass immer mehr Kraftaufwand erforderlich ist, um die Verformung fortzusetzen, und Aluminium verliert allmählich seine Duktilität, Was, schließlich, zur Rissbildung und Zerstörung führen.

Zu diesem Zeitpunkt geschieht auf atomarer Ebene Folgendes:. Während der Deformation ist der Versetzungsschlupf sehr aktiv und sich bewegende Versetzungen verschiedener Gleitebenen beginnen miteinander zu interagieren., verschränken sich miteinander und bilden den sogenannten „Wald“ aus Versetzungen. Mit zunehmender Versetzungsdichte steigt die Streckgrenze des Materials – irgendwo direkt proportional zur Quadratwurzel der Versetzungsdichte.

Rückgewinnung und Rekristallisation von verformtem Aluminium

Standorte, die beim Härten von Aluminium entstanden sind, kann durch Erhitzen von hartbearbeitetem Metall auf eine mäßig hohe Temperatur entfernt werden, z.B, 345 ° C. Dadurch wird das Aluminium wieder weich und erhält seine Duktilität zurück.. Diese Heizung heißt Glühen. Mikrostrukturelle Veränderungen, die beim Glühen entstehen, namens Rückkehr und Rekristallisation. Im Zuge der Verformung bei erhöhten Temperaturen treten in der Regel Erholungsvorgänge auf.. Sie heißen dynamische Rückkehr und dynamische Rekristallisation.

Dank dieser Prozesse härtet Aluminium nicht so stark aus wie bei Raumtemperatur und erfordert viel geringere Verformungsbelastungen.. Schon auf Temperatur 200 ºС Reines Aluminium verliert fast vollständig seine Fähigkeit zur Kaltverfestigung. Bei mäßigen plastischen Verformungen von Aluminiumlegierungen sind Versetzungen in ihnen inhomogen verteilt, aber sie bilden Zellen mit Wänden aus verschränkten Versetzungen und einer geringen Versetzungsdichte innerhalb der Zellen. Typischerweise haben diese Zellen einen Durchmesser in der Größenordnung 1 Mikrometer. Wann ist die rückkehr, Zellwände werden die Grenzen der sogenannten subzeren. Beim Glühen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen nach einem großen Volumen kaltplastischer Verformung findet ein Rekristallisationsprozess mit der Bildung neuer Körner statt (Abb 2). Die treibende Kraft hinter der Rekristallisation ist die gespeicherte innere Energie, die bei der Bildung von Versetzungen entsteht.

nagartovka-vozvrat-rekristallizaciyaBild 2

Die Dichte von Versetzungen kann als ihre Gesamtlänge pro Volumeneinheit des Materials ausgedrückt werden. Bei geglühtem Material kann dies etwa sein 1010 ich-2, und für stark kaltverformtes Aluminium reicht es 1015 ich-2.

Quelle: TALAT 1251