Met de groei van aluminium in de lasindustrie en de acceptatie ervan als een uitstekend alternatief voor staal voor vele toepassingen, worden de eisen voor degenen die betrokken zijn bij aluminiumprojecten steeds hoger om zich meer vertrouwd te maken met deze materiaalgroep. Om aluminium volledig te begrijpen, is het raadzaam om eerst kennis te maken met het identificatie-/aanduidingssysteem voor aluminium, de vele beschikbare aluminiumlegeringen en hun eigenschappen.

Het systeem voor het temperen en aanwijzen van aluminiumlegeringen- In Noord-Amerika is The Aluminum Association Inc. verantwoordelijk voor de toewijzing en registratie van aluminiumlegeringen. Momenteel zijn er meer dan 400 soorten gesmeed aluminium en gesmeed aluminiumlegeringen en meer dan 200 aluminiumlegeringen in de vorm van gietstukken en ingots geregistreerd bij de Aluminum Association. De grenswaarden voor de chemische samenstelling van al deze geregistreerde legeringen zijn opgenomen in de richtlijnen van de Aluminum Association.Teal Boekgetiteld “Internationale legeringsaanduidingen en chemische samenstellingslimieten voor gesmeed aluminium en gesmeed aluminiumlegeringen” en in hunRoze Boekgetiteld "Aanduidingen en chemische samenstellingsgrenzen voor aluminiumlegeringen in de vorm van gietstukken en ingots". Deze publicaties kunnen zeer nuttig zijn voor de lasingenieur bij het ontwikkelen van lasprocedures en wanneer de overweging van chemie en de relatie ervan met scheurgevoeligheid van belang is.

Aluminiumlegeringen kunnen worden onderverdeeld in een aantal groepen op basis van de specifieke eigenschappen van het materiaal, zoals de bestendigheid tegen thermische en mechanische behandeling en het primaire legeringselement dat aan de aluminiumlegering is toegevoegd. Wanneer we kijken naar het nummerings-/identificatiesysteem dat voor aluminiumlegeringen wordt gebruikt, worden de bovenstaande kenmerken geïdentificeerd. Gesmeed en gegoten aluminium hebben verschillende identificatiesystemen. Het gesmeed systeem is een 4-cijferig systeem en de gietstukken hebben een 3-cijferig en 1-decimaal systeem.

Systeem voor de aanduiding van 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 aluminiumlegeringserie te beschrijven, d.w.z. serie 1000, serie 2000, serie 3000 tot en met serie 8000 (zie tabel 1).

Het tweede enkele cijfer (xXxx) geeft, indien verschillend van 0, een wijziging van de specifieke legering aan, en het derde en vierde cijfer (xxXX) zijn willekeurige getallen die worden gegeven om een ​​specifieke legering in de serie te identificeren. Voorbeeld: In legering 5183 geeft het getal 5 aan dat het tot de magnesiumlegeringsserie behoort, de 1 geeft aan dat het de 1 is^stwijziging van de originele legering 5083, en het cijfer 83 identificeert het in de 5xxx-serie.

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

SYSTEEM VOOR DE AANWIJZING VAN EEN GESMEED ALUMINIUMLEGERING

Tabel 1

Benaming van gegoten legering- Het systeem voor de aanduiding van gegoten legeringen is gebaseerd op een aanduiding met 3 decimalen of meer, xxx.x (d.w.z. 356,0). Het eerste cijfer (Xxx.x) geeft het belangrijkste legeringselement aan dat aan de aluminiumlegering is toegevoegd (zie tabel 2).

SYSTEEM VOOR DE AANWIJZING VAN GEGOTEN ALUMINIUMLEGERINGEN

Tabel 2

Het tweede en derde cijfer (xXX.x) zijn willekeurige getallen die worden gegeven om een ​​specifieke legering in de reeks te identificeren. Het getal na de komma geeft aan of de legering een gietstuk (.0) of een staaf (.1 of .2) is. Een hoofdletter als voorvoegsel geeft een wijziging aan een specifieke legering aan.
Voorbeeld: Legering – A356.0 de hoofdletter A (Axxx.x) geeft een modificatie van legering 356.0 aan. Het getal 3 (A3xx.x) geeft aan dat het tot de silicium plus koper en/of magnesium reeks behoort. De 56 inch (Ax56.0) identificeert de legering binnen de 3xx.x-reeks en de .0 (Axxx.0) geeft aan dat het om een ​​definitieve vormgieting gaat en niet om een ​​staaf.

Het aluminium temper-aanduidingssysteem -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 dat we moeten onderkennen, na het begrijpen van het identificatiesysteem, is dat er binnen de bovengenoemde series twee duidelijk verschillende soorten aluminium zijn. Dit zijn de warmtebehandelbare aluminiumlegeringen (legeringen die sterker kunnen worden door warmtetoevoeging) 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 1xxx-, 3xxx- en 5xxx-serie kneedaluminiumlegeringen zijn niet warmtebehandelbaar en alleen thermisch gehard. De 2xxx-, 6xxx- en 7xxx-serie kneedaluminiumlegeringen zijn warmtebehandelbaar en de 4xxx-serie bestaat uit zowel warmtebehandelbare als niet-warmtebehandelbare legeringen. De 2xx.x-, 3xx.x-, 4xx.x- en 7xx.x-serie gietlegeringen zijn warmtebehandelbaar. Thermisch gehard wordt over het algemeen niet toegepast op gietstukken.

De warmtebehandelbare legeringen verkrijgen hun optimale mechanische eigenschappen door middel van thermische behandeling. De meest voorkomende thermische behandelingen zijn oplossingswarmtebehandeling en kunstmatige veroudering. Oplossingswarmtebehandeling is het proces waarbij de legering wordt verhit tot een verhoogde temperatuur (ongeveer 490 °C) om de legeringselementen of -verbindingen in oplossing te brengen. Dit wordt gevolgd door afschrikken, meestal in water, om een ​​oververzadigde oplossing bij kamertemperatuur te produceren. Oplossingswarmtebehandeling wordt meestal gevolgd door veroudering. Veroudering is het neerslaan van een deel van de elementen of verbindingen uit een oververzadigde oplossing om gewenste eigenschappen te verkrijgen.

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

DE BASISBENAMINGEN VAN HET TEMPER

Tabel 3

Naast de basisaanduiding van tempering zijn er twee onderverdelingscategorieën, waarvan de ene betrekking heeft op de "H"-tempering – spanningsverharding en de andere betrekking heeft op de "T"-tempering – thermisch behandelde aanduiding.

Onderverdelingen van H Temper – Strain Hardened

Het eerste cijfer na de H geeft een basisbewerking aan:
H1– Alleen spanningsgehard.
H2– Gehard en gedeeltelijk gegloeid.
H3– Verstevigd en gestabiliseerd.
H4– Gehard en gelakt of geverfd.

Het tweede cijfer na de H geeft de mate van vervormingsversteviging aan:
HX2– Kwart Hard HX4– Halfharde HX6– Driekwart hard
HX8– Volledige harde HX9– Extra moeilijk

Onderverdelingen van T Temper – Thermisch behandeld

T1- Op natuurlijke wijze verouderd na afkoeling door een vormgevingsproces bij verhoogde temperatuur, zoals extruderen.
T2- Koud bewerkt na afkoeling door een vormgevingsproces met verhoogde temperatuur en vervolgens op natuurlijke wijze verouderd.
T3- Oplossingsgegloeid, koudbewerkt en op natuurlijke wijze verouderd.
T4- Oplossinggegloeid en op natuurlijke wijze verouderd.
T5- Kunstmatig verouderd na afkoeling door een vormgevingsproces bij verhoogde temperatuur.
T6- Oplossingsgegloeid en kunstmatig verouderd.
T7- Oplossing warmtebehandeld en gestabiliseerd (oververouderd).
T8- Oplossingsgegloeid, koudbewerkt en kunstmatig verouderd.
T9- Oplossingsgegloeid, kunstmatig verouderd en koudbewerkt.
T10- Koud bewerkt na afkoeling door een vormgevingsproces met verhoogde temperatuur en vervolgens kunstmatig verouderd.

Extra cijfers geven stressverlichting aan.
Voorbeelden:
TX51of TXX51– Stressvermindering door stretchen.
TX52of TXX52– Spanningsvermindering door compressie.

Aluminiumlegeringen en hun kenmerken- Als we de zeven series van gesmede aluminiumlegeringen bekijken, zullen we hun verschillen waarderen en hun toepassingen en kenmerken begrijpen.

1xxx-serie legeringen– (niet warmtebehandelbaar – met een treksterkte van 10 tot 27 ksi) Deze serie wordt vaak de zuivere aluminiumserie genoemd, omdat er minimaal 99,0% aluminium vereist is. Ze zijn lasbaar. Vanwege hun smalle smeltbereik vereisen ze echter bepaalde overwegingen om acceptabele lasprocedures te produceren. Bij fabricage worden deze legeringen voornamelijk geselecteerd vanwege hun superieure corrosiebestendigheid, zoals in gespecialiseerde chemische tanks en leidingen, of vanwege hun uitstekende elektrische geleidbaarheid, zoals in busbartoepassingen. Deze legeringen hebben relatief slechte mechanische eigenschappen en worden zelden overwogen voor algemene structurele toepassingen. Deze basislegeringen worden vaak gelast met bijpassend toevoegmateriaal of met 4xxx-toevoeglegeringen, afhankelijk van de toepassing en prestatie-eisen.

2xxx-serie legeringen– (warmtebehandelbaar – met een treksterkte van 27 tot 62 ksi) dit zijn aluminium/koperlegeringen (kopertoevoegingen variërend van 0,7 tot 6,8%) en zijn hoogwaardige legeringen met hoge sterkte die vaak worden gebruikt voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart en vliegtuigen. Ze hebben een uitstekende sterkte over een breed temperatuurbereik. Sommige van deze legeringen worden beschouwd als niet-lasbaar door booglasprocessen vanwege hun gevoeligheid voor warmscheuren en spanningscorrosie; andere worden echter zeer succesvol booggelast met de juiste lasprocedures. Deze basismaterialen worden vaak gelast met hoogwaardige 2xxx-serie toevoeglegeringen die zijn ontworpen om hun prestaties te evenaren, maar kunnen soms worden gelast met de 4xxx-serie toevoeglegeringen die silicium of silicium en koper bevatten, afhankelijk van de toepassing en service-eisen.

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

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 zijn de enige series die zowel warmtebehandelbare als niet-warmtebehandelbare legeringen bevatten. Silicium, toegevoegd aan aluminium, verlaagt het smeltpunt en verbetert de vloeibaarheid in gesmolten toestand. Deze eigenschappen zijn wenselijk voor toevoegmaterialen die worden gebruikt voor zowel smeltlassen als solderen. Daarom wordt deze serie legeringen voornamelijk als toevoegmateriaal aangetroffen. Silicium, onafhankelijk van aluminium, is niet warmtebehandelbaar; een aantal van deze siliciumlegeringen zijn echter ontworpen met toevoegingen van magnesium of koper, waardoor ze gunstig reageren op oplossingswarmtebehandeling. Deze warmtebehandelbare toevoeglegeringen worden doorgaans alleen gebruikt wanneer een gelast onderdeel na het lassen aan thermische behandelingen wordt onderworpen.

5xxx-serie legeringen– (niet warmtebehandelbaar – met een 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 legeringsserie gemakkelijk lasbaar en om deze redenen worden ze gebruikt voor een breed scala aan toepassingen, zoals scheepsbouw, transport, drukvaten, bruggen en gebouwen. De magnesiumbasislegeringen worden vaak gelast met toevoeglegeringen, die worden geselecteerd na overweging van het magnesiumgehalte van het basismateriaal en de toepassings- en bedrijfsomstandigheden van het gelaste onderdeel. Legeringen in deze serie met meer dan 3,0% magnesium worden niet aanbevolen voor gebruik bij verhoogde temperaturen boven 150 °F vanwege hun potentieel voor sensibilisatie en daaropvolgende gevoeligheid voor spanningscorrosie. Basislegeringen met minder dan ongeveer 2,5% magnesium worden vaak succesvol gelast met de toevoeglegeringen uit de 5xxx- of 4xxx-serie. De basislegering 5052 wordt algemeen erkend als de basislegering met het hoogste magnesiumgehalte die kan worden gelast met een 4xxx-serie toevoeglegering. Vanwege problemen met eutectisch smelten en de daarmee gepaard gaande slechte mechanische eigenschappen tijdens het lassen, wordt het niet aanbevolen om materiaal uit deze legeringsserie te lassen, aangezien deze hogere magnesiumgehaltes bevat met de 4xxx-serie toevoeglegeringen. De basismaterialen met een hoger magnesiumgehalte worden alleen gelast met 5xxx toevoeglegeringen, die over het algemeen overeenkomen met de samenstelling van de basislegering.

6XXX-serie legeringen– (warmtebehandelbaar – met een uiteindelijke treksterkte van 18 tot 58 ksi) Dit zijn de aluminium/magnesium-siliciumlegeringen (magnesium- en siliciumtoevoegingen van ongeveer 1,0%) en worden veel gebruikt in de lasindustrie, voornamelijk gebruikt in de vorm van extrusie en verwerkt in veel structurele componenten. De toevoeging van magnesium en silicium aan aluminium produceert een magnesiumsilicideverbinding, waardoor dit materiaal oplossingsgegloeid kan worden voor verbeterde sterkte. Deze legeringen zijn van nature gevoelig voor stollingsscheuren en mogen daarom niet autogeen (zonder toevoegmateriaal) worden gelast. De toevoeging van voldoende toevoegmateriaal tijdens het booglasproces is essentieel om verdunning van het basismateriaal te bewerkstelligen en zo het probleem van warmscheuren te voorkomen. Ze worden gelast met zowel 4xxx- als 5xxx-toevoegmaterialen, afhankelijk van de toepassing en service-eisen.

7XXX-serie legeringen– (warmtebehandelbaar – met een treksterkte van 32 tot 88 ksi) Dit zijn de aluminium/zinklegeringen (zinktoevoegingen variërend van 0,8 tot 12,0%) en behoren tot de aluminiumlegeringen met de hoogste sterkte. Deze legeringen worden vaak gebruikt in hoogwaardige toepassingen zoals vliegtuigen, ruimtevaart en wedstrijdsportuitrusting. Net als de 2xxx-serie legeringen bevat deze serie legeringen die als ongeschikt worden beschouwd voor booglassen, en andere die vaak succesvol booggelast worden. De meest gelaste legeringen in deze serie, zoals 7005, worden voornamelijk gelast met de 5xxx-serie toevoeglegeringen.

Samenvatting- De huidige aluminiumlegeringen, samen met hun verschillende hardheden, vormen een breed en veelzijdig scala aan productiematerialen. Voor een optimaal productontwerp en 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 geloof dat een belangrijk onderdeel van het begrijpen van deze verschillen is om vertrouwd te raken met de verschillende legeringen, hun eigenschappen en hun identificatiesysteem.