Door de groeiende populariteit van aluminium in de lasindustrie en de acceptatie ervan als een uitstekend alternatief voor staal in veel toepassingen, neemt de behoefte toe voor iedereen die betrokken is bij de ontwikkeling van aluminiumprojecten om meer vertrouwd te raken met deze materiaalgroep. Om aluminium volledig te begrijpen, is het raadzaam om te beginnen met het leren kennen van het identificatie-/aanduidingssysteem voor aluminium, de vele beschikbare aluminiumlegeringen en hun eigenschappen.

Het systeem voor het harden en classificeren van aluminiumlegeringenIn Noord-Amerika is The Aluminum Association Inc. verantwoordelijk voor de toewijzing en registratie van aluminiumlegeringen. Momenteel zijn er meer dan 400 gesmede aluminiumlegeringen en meer dan 200 aluminiumlegeringen in de vorm van gietstukken en blokken geregistreerd bij de Aluminum Association. De limieten voor de chemische samenstelling van al deze geregistreerde legeringen zijn opgenomen in de richtlijnen van de Aluminum Association.Turquoise boekgetiteld “Internationale legeringsaanduidingen en chemische samenstellingslimieten voor gesmeed aluminium en gesmede aluminiumlegeringen” en in hunRoze Boekgetiteld "Aanduidingen en chemische samenstellingslimieten voor aluminiumlegeringen in de vorm van gietstukken en blokken". Deze publicaties kunnen zeer nuttig zijn voor de lasingenieur bij het ontwikkelen van lasprocedures, met name wanneer de chemische samenstelling en de relatie daarvan met scheurgevoeligheid van belang zijn.

Aluminiumlegeringen kunnen worden ingedeeld in verschillende groepen op basis van specifieke materiaaleigenschappen, zoals het vermogen om thermische en mechanische behandelingen te ondergaan en het belangrijkste legeringselement dat aan de aluminiumlegering wordt toegevoegd. De bovengenoemde eigenschappen worden weerspiegeld in het nummerings-/identificatiesysteem dat voor aluminiumlegeringen wordt gebruikt. Gesmeed en gegoten aluminium hebben verschillende identificatiesystemen. Het systeem voor gesmeed aluminium bestaat uit vier cijfers, terwijl dat voor gegoten aluminium drie cijfers met één decimaal gebruikt.

Aanduidingssysteem voor gesmede legeringen- We zullen eerst het 4-cijferige identificatiesysteem voor gesmede aluminiumlegeringen bekijken. Het eerste cijfer (Xxxx) geeft het belangrijkste legeringselement aan dat aan de aluminiumlegering is toegevoegd en wordt vaak gebruikt om de aluminiumlegeringsreeks te beschrijven, bijvoorbeeld de 1000-serie, 2000-serie, 3000-serie, tot en met de 8000-serie (zie tabel 1).

Het tweede cijfer (x)Xxx), indien verschillend van 0, duidt op een modificatie van de specifieke legering, en de derde en vierde cijfers (xxXX) zijn willekeurige getallen die worden toegekend om een ​​specifieke legering in de reeks te identificeren. Bijvoorbeeld: In legering 5183 geeft het getal 5 aan dat het tot de magnesiumlegeringenreeks behoort, en de 1 geeft aan dat het de 1e legering is.^stEen aanpassing aan de originele legering 5083, waarbij de 83 aangeeft dat deze tot de 5xxx-serie behoort.

De enige uitzondering op dit legeringsnummeringssysteem zijn de aluminiumlegeringen uit de 1xxx-serie (zuiver aluminium). In dat geval geven de laatste twee cijfers het minimale aluminiumpercentage boven de 99% aan, bijvoorbeeld legering 13.(50)(Minimaal 99,50% aluminium).

INDIENINGSSYSTEEM VOOR GESMEEDE ALUMINIUMLEGERINGEN

Tabel 1

Aanduiding van gegoten legering- Het aanduidingssysteem voor gegoten legeringen is gebaseerd op een decimale aanduiding met drie cijfers plus xxx.x (bijv. 356.0). Het eerste cijfer (Xxx.x) geeft het belangrijkste legeringselement aan dat aan de aluminiumlegering is toegevoegd (zie tabel 2).

AANDUIDINGSYSTEEM VOOR GEGOTEN ALUMINIUMLEGERINGEN

Tabel 2

De tweede en derde cijfers (x)XX.x) zijn willekeurige getallen die worden gebruikt om een ​​specifieke legering in de reeks te identificeren. Het getal achter de komma geeft aan of de legering een gietstuk (.0) of een blok (.1 of .2) is. Een hoofdletter als voorvoegsel geeft een modificatie van een specifieke legering aan.
Voorbeeld: Legering – A356.0 de hoofdletter A (Axxx.x) duidt op een modificatie van legering 356.0. Het getal 3 (A)3xx.x) geeft aan dat het tot de silicium-plus-koper- en/of magnesiumreeks behoort. De 56 in (Ax56.0) identificeert de legering binnen de 3xx.x-reeks, en de .0 (Axxx.0) geeft aan dat het om een ​​gietstuk in de uiteindelijke vorm gaat en niet om een ​​blok.

Het systeem voor het aangeven van de hardheid van aluminium -Als we de verschillende series aluminiumlegeringen bekijken, zien we dat er aanzienlijke verschillen zijn in hun eigenschappen en de daaruit voortvloeiende toepassingen. Het eerste punt om te erkennen, na het begrijpen van het identificatiesysteem, is dat er binnen de bovengenoemde series twee duidelijk verschillende soorten aluminium bestaan. Dit zijn de warmtebehandelbare aluminiumlegeringen (die door toevoeging van warmte sterker kunnen worden) en de niet-warmtebehandelbare aluminiumlegeringen. Dit onderscheid is met name belangrijk bij het overwegen van de effecten van booglassen op deze twee soorten materialen.

De gesmede aluminiumlegeringen uit de series 1xxx, 3xxx en 5xxx zijn niet warmtebehandelbaar en kunnen alleen koudvervormd worden. De gesmede aluminiumlegeringen uit de series 2xxx, 6xxx en 7xxx zijn wel warmtebehandelbaar en de serie 4xxx omvat zowel warmtebehandelbare als niet-warmtebehandelbare legeringen. De gegoten legeringen uit de series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x en 7xx.x zijn warmtebehandelbaar. Koudvervorming wordt over het algemeen niet toegepast op gietstukken.

Warmtebehandelbare legeringen verkrijgen hun optimale mechanische eigenschappen door middel van een warmtebehandeling. De meest voorkomende warmtebehandelingen zijn oplossingswarmtebehandeling en kunstmatige veroudering. Oplossingswarmtebehandeling is het proces waarbij de legering tot een verhoogde temperatuur (ongeveer 520 °C) wordt verhit om de legeringselementen of -verbindingen in oplossing te brengen. Dit wordt gevolgd door afkoeling, meestal in water, om een ​​oververzadigde oplossing bij kamertemperatuur te verkrijgen. Oplossingswarmtebehandeling wordt meestal gevolgd door veroudering. Veroudering is het neerslaan van een deel van de elementen of verbindingen uit een oververzadigde oplossing om de gewenste eigenschappen te verkrijgen.

Niet-warmtebehandelbare legeringen verkrijgen hun optimale mechanische eigenschappen door middel van koudvervorming. Koudvervorming is de methode om de sterkte te verhogen door middel van koudbewerking. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DE BASISTEMPERATUURAANDUIDING

Tabel 3

Naast de basisaanduiding voor hardingsgraad zijn er twee onderverdelingscategorieën: de ene betreft de "H"-hardingsgraad (spanningsverharding) en de andere de "T"-hardingsgraad (thermisch behandeld).

Onderverdelingen van H-temper – Spanningsgehard

Het eerste cijfer na de H geeft een basisbewerking aan:
H1– Alleen geschikt voor koudvervorming.
H2– Koudverhard en gedeeltelijk gegloeid.
H3– Verstevigd en gestabiliseerd door middel van spanningsverharding.
H4– Door middel van spanningsverharding en vervolgens gelakt of geverfd.

Het tweede cijfer na de H geeft de mate van vervormingsharding aan:
HX2– Quarter Hard HX4– Half Hard HX6– Driekwart Hard
HX8– Volledige Hard HX9– Extra moeilijk

Onderverdelingen van T-Temper – Thermisch behandeld

T1- Natuurlijk gerijpt na afkoeling na een vormingsproces bij hoge temperatuur, zoals extruderen.
T2- Koud bewerkt na afkoeling vanuit een vormproces bij hoge temperatuur en vervolgens op natuurlijke wijze gerijpt.
T3- Oplossingswarmtebehandeld, koud bewerkt en op natuurlijke wijze gerijpt.
T4- Door middel van oplossingswarmtebehandeling en natuurlijke veroudering.
T5- Kunstmatig verouderd na afkoeling vanuit een vormproces bij hoge temperatuur.
T6- Door middel van oplossingswarmtebehandeling en kunstmatige veroudering.
T7- Oplossingswarmtebehandeld en gestabiliseerd (oververouderd).
T8- Oplossingswarmtebehandeld, koud bewerkt en kunstmatig verouderd.
T9- Oplossingswarmtebehandeld, kunstmatig verouderd en koudbewerkt.
T10- Koud bewerkt na afkoeling vanuit een vormproces bij hoge temperatuur en vervolgens kunstmatig verouderd.

Extra cijfers duiden op stressvermindering.
Voorbeelden:
TX51of TXX51– Stress wordt verlicht door te stretchen.
TX52of TXX52– Spanning verlicht door compressie.

Aluminiumlegeringen en hun eigenschappenAls we de zeven series gesmede aluminiumlegeringen bekijken, zullen we hun verschillen waarderen en hun toepassingen en eigenschappen begrijpen.

1xxx Serie Legeringen– (niet-warmtebehandelbaar – met een uiteindelijke treksterkte van 10 tot 27 ksi) Deze serie wordt vaak de zuivere aluminiumserie genoemd, omdat deze minimaal 99,0% aluminium moet bevatten. Ze zijn lasbaar. Vanwege hun smalle smelttraject vereisen ze echter bepaalde aandachtspunten om acceptabele lasprocedures te verkrijgen. Bij fabricage worden deze legeringen voornamelijk geselecteerd vanwege hun superieure corrosiebestendigheid, bijvoorbeeld in gespecialiseerde chemische tanks en leidingen, of vanwege hun uitstekende elektrische geleidbaarheid, zoals in stroomrailtoepassingen. Deze legeringen hebben relatief slechte mechanische eigenschappen en worden zelden overwogen voor algemene constructietoepassingen. Deze basislegeringen worden vaak gelast met passend vulmateriaal of met 4xxx-vullegeringen, afhankelijk van de toepassing en de prestatie-eisen.

2xxx Serie Legeringen– (warmtebehandelbaar – met een uiteindelijke treksterkte van 27 tot 62 ksi) Dit zijn aluminium/koperlegeringen (kopertoevoegingen variërend van 0,7 tot 6,8%), en het zijn zeer sterke, hoogwaardige legeringen die vaak worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart. Ze hebben een uitstekende sterkte over een breed temperatuurbereik. Sommige van deze legeringen worden als niet-lasbaar beschouwd voor booglassen vanwege hun gevoeligheid voor warmscheuren en spanningscorrosie; andere kunnen echter zeer succesvol worden gelast met de juiste lasprocedures. Deze basismaterialen worden vaak gelast met zeer sterke 2xxx-serie vullegeringen die zijn ontworpen om aan hun prestaties te voldoen, maar kunnen soms ook worden gelast met 4xxx-serie vullegeringen die silicium of silicium en koper bevatten, afhankelijk van de toepassing en de gebruikseisen.

3xxx Serie Legeringen– (niet warmtebehandelbaar – met een uiteindelijke treksterkte van 16 tot 41 ksi) Dit zijn aluminium/mangaanlegeringen (mangaantoevoegingen variërend van 0,05 tot 1,8%). Ze hebben een gemiddelde sterkte, een goede corrosiebestendigheid, goede vervormbaarheid en zijn geschikt voor gebruik bij hoge temperaturen. Een van hun eerste toepassingen was voor potten en pannen, en tegenwoordig vormen ze een belangrijk onderdeel van warmtewisselaars in voertuigen en energiecentrales. Hun gemiddelde sterkte maakt ze echter vaak ongeschikt voor structurele toepassingen. Deze basislegeringen worden gelast met vullegeringen uit de 1xxx-, 4xxx- en 5xxx-serie, afhankelijk van hun specifieke chemische samenstelling en de specifieke toepassings- en gebruikseisen.

4xxx-serie legeringen– (warmtebehandelbaar en niet-warmtebehandelbaar – met een uiteindelijke treksterkte van 25 tot 55 ksi) Dit zijn de aluminium/siliciumlegeringen (siliciumtoevoegingen variërend van 0,6 tot 21,5%) en vormen de enige serie die zowel warmtebehandelbare als niet-warmtebehandelbare legeringen bevat. Silicium verlaagt, wanneer het aan aluminium wordt toegevoegd, het smeltpunt en verbetert de vloeibaarheid in gesmolten toestand. Deze eigenschappen zijn gewenst voor vulmaterialen die worden gebruikt voor zowel smeltlassen als solderen. Bijgevolg wordt deze serie legeringen voornamelijk als vulmateriaal gebruikt. Silicium is, op zichzelf in aluminium, niet warmtebehandelbaar; een aantal van deze siliciumlegeringen is echter ontworpen met toevoegingen van magnesium of koper, waardoor ze gunstig reageren op oplossingswarmtebehandeling. Deze warmtebehandelbare vullegeringen worden doorgaans alleen gebruikt wanneer een gelast onderdeel na het lassen thermisch moet worden behandeld.

5xxx Serie Legeringen– (niet-warmtebehandelbaar – met een uiteindelijke treksterkte van 18 tot 51 ksi) Dit zijn de aluminium/magnesiumlegeringen (magnesiumtoevoegingen variërend van 0,2 tot 6,2%) en hebben de hoogste sterkte van de niet-warmtebehandelbare legeringen. Bovendien is deze legeringsreeks gemakkelijk lasbaar en wordt daarom gebruikt voor een breed scala aan toepassingen, zoals scheepsbouw, transport, drukvaten, bruggen en gebouwen. De magnesiumlegeringen worden vaak gelast met vullegeringen, die worden geselecteerd op basis van het magnesiumgehalte van het basismateriaal en de toepassings- en gebruiksomstandigheden van het te lassen onderdeel. Legeringen in deze reeks met meer dan 3,0% magnesium worden niet aanbevolen voor gebruik bij hoge temperaturen boven 65 °C (150 °F) vanwege hun potentieel voor sensibilisatie en de daaropvolgende gevoeligheid voor spanningscorrosie. Basislegeringen met minder dan ongeveer 2,5% magnesium kunnen vaak met succes worden gelast met vullegeringen uit de 5xxx- of 4xxx-reeks. De basislegering 5052 wordt algemeen beschouwd als de basislegering met het hoogste magnesiumgehalte die gelast kan worden met een vulmetaal uit de 4xxx-serie. Vanwege problemen met eutectisch smelten en de daarmee gepaard gaande slechte mechanische eigenschappen van het gelaste materiaal, wordt het afgeraden om materiaal uit deze legeringsserie, dat een hoger magnesiumgehalte bevat, te lassen met vulmetalen uit de 4xxx-serie. Basismaterialen met een hoger magnesiumgehalte worden alleen gelast met vulmetalen uit de 5xxx-serie, die over het algemeen overeenkomen met de samenstelling van de basislegering.

6XXX-serie lichtmetalen– (warmtebehandelbaar – met een uiteindelijke treksterkte van 18 tot 58 ksi) Dit zijn aluminium/magnesium-siliciumlegeringen (met een magnesium- en siliciumtoevoeging van circa 1,0%) die veelvuldig worden gebruikt in de lasindustrie, voornamelijk in de vorm van extrusies en verwerkt in tal van constructieonderdelen. De toevoeging van magnesium en silicium aan aluminium produceert een magnesiumsilicideverbinding, waardoor dit materiaal geschikt is voor oplossingswarmtebehandeling voor een verbeterde sterkte. Deze legeringen zijn van nature gevoelig voor stollingsscheuren en mogen daarom niet autogeen (zonder toevoegmateriaal) worden gelast. Het toevoegen van voldoende toevoegmateriaal tijdens het booglasproces is essentieel om het basismateriaal te verdunnen en zo het probleem van warmscheuren te voorkomen. Ze worden gelast met zowel 4xxx als 5xxx toevoegmaterialen, afhankelijk van de toepassing en de gebruikseisen.

7XXX-serie lichtmetalen velgen– (warmtebehandelbaar – met een uiteindelijke treksterkte van 32 tot 88 ksi) Dit zijn aluminium/zinklegeringen (zinkaddities variërend van 0,8 tot 12,0%) en behoren tot de sterkste aluminiumlegeringen. Deze legeringen worden vaak gebruikt in hoogwaardige toepassingen zoals vliegtuigen, ruimtevaart en sportuitrusting voor wedstrijden. Net als de 2xxx-serie legeringen, omvat deze serie legeringen die als ongeschikt worden beschouwd voor booglassen, en andere die vaak met succes booggelast kunnen worden. De meest gelaste legeringen in deze serie, zoals 7005, worden voornamelijk gelast met de vullegeringen uit de 5xxx-serie.

Samenvatting- De aluminiumlegeringen van vandaag, samen met hun verschillende hardingsgraden, vormen een breed en veelzijdig scala aan productiematerialen. Voor een optimaal productontwerp en een succesvolle ontwikkeling van lasprocedures is het belangrijk om de verschillen tussen de vele beschikbare legeringen en hun uiteenlopende prestatie- en lasbaarheidseigenschappen te begrijpen. Bij het ontwikkelen van booglasprocedures voor deze verschillende legeringen moet rekening worden gehouden met de specifieke legering die wordt gelast. Er wordt vaak gezegd dat booglassen van aluminium niet moeilijk is, "het is gewoon anders". Ik ben van mening dat een belangrijk onderdeel van het begrijpen van deze verschillen is om vertrouwd te raken met de verschillende legeringen, hun eigenschappen en hun identificatiesysteem.