Aluminiumfestigkeit bei kryogenen Temperaturen

Konstruktionsmaterial für niedrige Temperaturen

Aluminiumlegierungen sind eine sehr wichtige Klasse von Konstruktionsmetallen zur Verwendung bei negativen und gleichmäßigen kryogene Temperaturen. Sie werden teilweise für den Betrieb bei so niedrigen Temperaturen wie -270 ° C verwendet. Bei negativen Temperaturen zeigen die meisten Aluminiumlegierungen nur geringfügige Änderungen ihrer Festigkeitseigenschaften..

Mechanische Eigenschaften der Legierung ((vorübergehender Widerstand) und Streckgrenze Aluminiumlegierungen mit abnehmender Temperatur nur geringfügig abnehmen können, und die Schlagfestigkeit bleibt annähernd konstant. deshalb Aluminium ist ein nützliches Material für viele Niedertemperaturanwendungen [1, 2, 3].

Aluminium oder Edelstahl?

Der Hauptbegrenzungsfaktor bei der weit verbreiteten Verwendung von Aluminiumlegierungen in der Tieftemperaturtechnik ist ihre relativ geringe relative Dehnung im Vergleich zu einigen austenitisch-ferritischen Stählen.. Daher in kritischen Anwendungen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen, Verwenden Sie immer noch diese rostfreien Stähle.

gutes Beispiel Anwendungen von Aluminiumlegierungen bei niedrigen Temperaturen ist ein Hersteller von Druckbehältern, die in dem Temperaturbereich von arbeiten -195 zu 65 ° C. Hier kommen Aluminiumlegierungen zum Einsatz 5083 und 5456. Bei diesen Legierungen steigt im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis –195 °C die Zugfestigkeit um 30-40 %, Streckgrenze - an 5-10 % und Dehnung - durch 60-100 %.

je nach erreichtem Grad der Kaltverformung [2]

Aluminium und seine Legierungen, Für Aluminium und seine Legierungen sind diese Prüfungen jedoch im Allgemeinen nicht geeignet., haben keine Kältesprödigkeitsschwelle. Gegen, ihre Festigkeit nimmt mit sinkender Temperatur zu. Langes Aussetzen bei niedrigen Temperaturen beeinflusst das Niveau der Festigkeitseigenschaften von stabilen wärmegehärteten Aluminiumlegierungen nicht so direkt wie bei diesen niedrigen Temperaturen, und bei Rückkehr auf Raumtemperatur.

Frisch abgeschreckte wärmehärtbare Legierungen können lange Zeit in diesem Zustand gehalten werden., wenn es bei niedriger Temperatur gelagert wird, um den Alterungsprozess zu verzögern. Flugzeugniete aus AlCuMgSi (Duralumin)-Legierungen werden zum Härten bei erhitzt 495 °С während von 5 zu 60 Minuten je nach Größe und Anzahl der Nieten, Danach werden sie in kaltem Wasser abgeschreckt. Nieten bleiben bei Raumtemperatur bis zu zwei Stunden plastisch., bei –5 °C bleibt dieser Zustand erhalten 45 Std, und bei -15°C - 150 Std!

Beispiele für den Festigkeitsverlauf von Aluminium und Aluminiumlegierungen bei abnehmender Temperatur sind in Abb.. 1-3.

Bild 1 – Mechanische Eigenschaften von Aluminium mit unterschiedlichem Reinheitsgrad bei verschiedenen Temperaturen:
(1) Reinheit 99,5%; (2) Reinheit 99,99%; (3) Reinheit 99,997% [3]

Bild 2 – Zugeigenschaften von 6061 Legierung wärmebehandelt, Künstlich gealtert [1]

Bild 3 – Tieftemperatureigenschaften von Legierungen 2090 und 2219 [1]

Relative Ausdehnung

Relative Ausdehnung Die meisten Aluminiumlegierungen nehmen auch mit abnehmender Temperatur bis auf -196 °C zu. Bei einigen Al-Mg-Legierungen mit einem Magnesiumgehalt von mehr 4,5 % mit abnehmender Temperatur nimmt die relative Dehnung zunächst zu, und geht dann wieder runter, aber immer noch höher, als bei Zimmertemperatur.

geschmiedete Aluminiumlegierungen, die am häufigsten für Arbeiten bei niedrigen Temperaturen verwendet werden, sind Legierungen 1100, 2014, 2024, 2090, 2219, 3003, 5083, 5456, 6061, 7005, 7039 und 7075 [1].

Quellen:
1. Aluminium und Aluminiumlegierungen, AMS International, 1993.
2. TALAT 1501.
3. Eigenschaften von Reinaluminium /A. Swerdlin // Handbuch für Aluminium – Volumen 1. Physikalische Metallurgie und Prozesse – Hrsg. G.E. Totte und D. S. MacKenzie – 2003