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Fahrradrahmen aus Aluminium 6061

Fahrradrahmen Aluminiumlegierungen

Zur Herstellung von Fahrradrahmen werden verschiedene Aluminiumlegierungen verwendet.. Die gängigsten Legierungen sind:

  • 6061
  • 7005,

а также сплавы:

  • 6066, 6069 und 6013
  • 2014 und 7075.

Встречается в Сети и такая реклама: «трубы велосипедные из алюминиевого сплава 6063-Т5».

Aluminiumlegierung 6061

Aluminiumlegierung 6061 ist eine Standard-Strukturlegierung, eine der beliebtesten Legierungen der 6xxx-Serie, nach Legierungen 6060 und 6063, sicher. Es wird wegen seiner ziemlich hohen Festigkeitseigenschaften geschätzt., hohe Viskositätseigenschaften und gute Schweißbarkeit.

Tisch 1 – Die chemische Zusammensetzung von 6061 aluminium alloy (EN 573-3)

Tisch 2 – Die mechanischen Eigenschaftsgrenzen von 6061 aluminium alloy (EN 755-2)

Wie Fahrradrahmen hergestellt werden

Werfen wir einen genaueren Blick auf die Herstellungstechnologie von Fahrradrahmen aus Aluminiumlegierung. 6061. Es umfasst fünf technologische Hauptstufen:

  • Pressen und Schneiden auf die Größe von Knüppelrohren;
  • Formteil;
  • Pfeifen "am Schnurrbart" schneiden;
  • Argon-Lichtbogenschweißen von Rohren in den Rahmen;
  • Wärmebehandlung des Rahmens auf T6-Zustand.

Tube extrusion: seamless and porthole

Rohre für Fahrradrahmen werden durch Extrusion hergestellt. Extrudierte Rohre können nahtlos und Bullauge sein. Da keiner der Hersteller den Typ seiner Rohre angibt, daß sie, sicher, nämlich "Bullauge".

Nahtlose Rohre werden auf speziellen Strangpressen hergestellt.. Diese Rohre sind wirklich "seamless", так как не имеют никаких скрытых продольных эксрузионных швов (Fig. 1).

Трубы портхол изготавливают из сплошной заготовки на специальных матрицах типа porthole. Bei dieser Düse wird der Metallstrom auf dem Innendorn in vier Ströme aufgeteilt, которые затем перед выходом из матрицы соединяются с образованием четырех продольных экструзионных сварных швов (Fig. 2).


Feige. 1 – Principle of seamless tube extrusion [3]


Feige. 2 – Schematic of welding chamber (porthole) die hollow extrusion.
(a) Cross section showing metal flow into port streams and around the mandrel. |
(b) Billet entrance face of the die set [3]

Formen von Aluminiumrohren

Nach dem Formvorgang erhalten die zunächst runden Rohre eine komplexere und „kräftigere“ geometrische Form: Querschnittsovalität, variable Wandstärken von Rohren und dergleichen.

Hydroforming

Овальную форму обычно получают технологией гидроформинга: помещением трубы в специальную матрицу и закачкой внутрь ее под высоким давлением воды или масла (Fig. 3).

 


Feige. 3 – Schematic representations of tube hydroforming processes [4]

Stoßen

  • Normalerweise haben Rohre die gleiche Dicke, das über seine Länge die gleichen Festigkeitseigenschaften bietet.
  • Pfeifen mit Single, Double und Triple Butted haben unterschiedliche Dicken, wodurch der Rahmen hohen Belastungen an den Rohrenden standhalten kann.
  • Einfach konifizierte Rohre sind an einem Ende dicker, wo Kraft nur an einer bestimmten Stelle benötigt wird.
  • Doppelt konifizierte Rohre sind an beiden Enden dicker.
  • Dreifach konifizierte Pfeifen erfüllen den gleichen Zweck., als konifizierte Pfeifen, но дополнительно уменьшают вес cередины трубы (Fig. 4).


Feige. 4 – Tube butting [5]

Tube mittering

Um Rohre einfach und zuverlässig in den Rahmen einzuschweißen, müssen diese „schlau“ und präzise geschnitten werden.. Nach einem solchen Trimmen werden die beiden Rohre lückenlos miteinander verbunden.. Dies geschieht auf speziellen Maschinen., die für einen sauberen und präzisen Schnitt sorgen.


Feige. 5 – Byke tube mittering [2]

Schweißen von Aluminiumrohren

Schweißtechnik

Schweißen wird am häufigsten verwendet, um geschnittene Rohre zu einer einzigen Struktur zu verbinden., für Rohre aus Aluminiumlegierungen 6061 – Argonbogen. Beim Argon-Lichtbogenschweißen wird die notwendige Wärme zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem zu schweißenden Werkstück gewonnen.. Inertgas wird verwendet, um eine Oxidation der Schweißzone zu verhindern, Argon. Das WIG-Schweißen eignet sich gut zum Schweißen von dünnwandigen Rohren u, Außerdem, es gibt saubere Schweißnähte. Für Legierungsschweißen 6061 am häufigsten verwendeter Legierungsdraht 4043 (in internationaler Bezeichnung) mit einem Siliziumgehalt von ca 5 %.

Schweißwärmeeinflusszone

Die Hauptfolge des Schweißens ist eine Änderung der physikalischen Eigenschaften des Grundmetalls und der Schweißnaht aufgrund der Erwärmung in der Schweißzone.. In diesem kleinen Bereich in der Nähe der Schweißnaht, die als Wärmeeinflusszone bezeichnet wird, die größte Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften tritt auf, insbesondere, Ermüdungsfestigkeit.

Starkes Erhitzen führt zu einer Veränderung der Struktur der Aluminiumlegierung - einer Zunahme der Ausscheidung von Sekundärphasen. Diese Vergröberung der Ausscheidungen verringert die Festigkeitseigenschaften des Materials., wie Zugfestigkeit, An 30-35 %. beispielsweise, wenn die Zugfestigkeit der Legierung 6061 vor dem Schweißen war ca. 310 MPa, dann nach dem Schweißen nimmt es ab 185 MPa. Siehe auch Hier.


Feige. 6 – Die Zonen einer WIG-Schweißnaht, die das Grundmaterial zeigen, HAZ, and filler material [2]

Wärmebehandlung

Danach, wie rama gekocht hat, es wird einer Wärmebehandlung unterzogen, um die mechanischen Eigenschaften der wärmegehärteten Legierung wiederherzustellen 6061, die beim Schweißen verloren gegangen sind. Üblicherweise ist dies eine Wärmebehandlung für den Zustand T6. Es besteht aus drei Stufen:

  • Aufheizen zum Härten: Aufheizen auf 530 °C bei einer Haltezeit von ca. 1 Stunden, um eine feste Lösung aller Legierungselemente in Aluminium zu erhalten, im Falle einer Aluminiumlegierung 6061 – Magnesium und Silizium;
  • Härten: schnelles Abkühlen auf Raumtemperatur, um Legierungselemente in fester Lösung zu halten;
  • künstliche Alterung: Aufheizen auf 175 °С mit Belichtung für 8 Stunden, um feindisperse Ausscheidungen der Härtungsphase zu isolieren.

Nach einer solchen Wärmebehandlung erhält die Legierung den T6-Zustand und die vollständige Bezeichnung der Aluminiumlegierung 6061 hat die Form: 6061-T6.

Quellen:

  1. What aluminium alloys are best for bicycle frames? – shapebyhydro.com/
  2. Material- und Designoptimierung für einen Aluminium-Fahrradrahmen /F. Dwyer, EIN. Schau, R. Tombarelli – WORCESTER POLYTECHNIC INSTITUT – 2012
  3. Aluminium-Extrusionstechnologie / P. Saha
  4. Ein Überblick über den Stand der Technik der Hydroforming-Technologie / C. Glocke & J. Corney1 & n. Zuelli & D. Ersparnisse – Int. J. of Material Forming (2020) 13:789–828
  5. https://www.bikeexchange.com.au/blog/bike-frame-materials-explained