Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus A l. Materialekendskab. Aluminium

Transkript

1 Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus A l Materialekendskab Aluminium Kursusmateriale udviklet under lov 271 om efteruddannelse i et samarbejde melle m Danmarks Ingeniørakademi, Dansk Teknologisk Institut, FORCE Institutterne, Forskningscenter Risø m.fl. 1991

2 Materialekendska b Aluminiu m 1. udgave, 2. oplag, Undervisningsministeriet lov 27 1 Grafisk design : Grethe Jensen og Inger Vedel, DTI/Grafi k Sats: Repro-Sats Nord, Skage n Tryk : R. Rødgaards Bogtryk Dansk Teknologisk Institut DTI Industri's Forla g ISBN Kopiering i uddrag tilladt med kildeangivelse

3 Aluminium Forord 7 1 Aluminium Aluminiums historie Generelt om anvendelsen af aluminium 1 4 Aluminiums korrosionsbestandighed 1 6 Styrke-vægt-forhold 1 6 Formgivning 1 7 Varmeledningsevne 1 7 Elektrisk ledningsevne Aluminium - fra malm til halvfabrikata Udgangsmaterialet er bauit Fra bauit til aluminium Udvinding af aluminiumoid ved Bayer-metoden Elektrolyse af aluminiumoid ved Hall-Heroult-processen Omsmeltning af aluminium (genanvendelse) Fremstilling af halvfabrikata Plader og bånd Profiler, stænger og rør Strengpresning af massive og halvåbne profiler Strengpresning af hule profiler og rør Tråd Støbning Sandstøbning Kokillestøbning Trykstøbning 31 4 Aluminiums metallurgi 32

4 4.1 Aluminiums krystalstruktur Kornstørrelsen Deformation Plastisk deformation Styrkeogende mekanismer Deformationshærdning Opløsningshærdning Kornforfining Modningshærdning Varmebehandlinger Udglødning Rekrystallisation Opløsningsglødning Modning Afspændingsglødning Fysiske og mekaniske egenskaber 55 Fysiske egenskaber 55 Mekaniske egenskaber 55 Legeringstyper 64 De væsentligste legeringselementer Inddeling og betegnelser Aluminium Association (AA) + Dansk Standard (DS) Leveringstilstand ifølge Aluminium Association (AA) Støbelegeringer ifølge Aluminium Association (AA) Klassifikation ifølge Deutsche Industrie Norm (DIN) Leveringstilstanden ifølge Deutsche Industrie Norm (DIN) Sammenligning af forskellige standarder 7 0 Prøvning 7 4 Faktorer der påvirker et provningsresultat 75 Mekaniske provningsmetoder 76 Ikke-destruktive provningsmetoder 8 3 Metallografiske provningsmetoder 8 3 Kemiske analysemetoder 86

5 Certifikater 88 Fordele, ulemper og forholdsregler ve d anvendelsen af aluminium 94 Aluminiums fordele 94 Aluminiums ulemper Aluminiums korrosionsbestandighed og korrosionsformer Det beskyttende oidlag Korrosionshastigheder i forskellige miljøer Aluminiums korrosionsformer De enkelte aluminiumlegeringers korrosionsbestandighed Overfladebehandling af aluminium Kemisk overfladebehandling Elektrokemisk overfladebehandling Maling-, lak- og plastbelægninger Emaljering og plasmasprøjtning Bearbejdning af aluminium Støbte emner Varmformgivning Koldbearbejdning Skærende bearbejdning Samlingsmetoder Svejsning Lodning Nitning Boltesamling Limning Leveringsformer Hvilke produkter i hvilke legeringer 11 1 Plader 11 1 Band 11 5 Folier 11 5 Profiler 11 5 Stænger 11 5 Ror 116

6 10.8 ifåd Prisforhold Aluminiumprisen sammenlignet med prisen på andre grundstoffer Grossisternes prisberegning Priseksempler 119 Profiler 120 Stikord 122

7 Forord Denne lærebog indgår i et omfattende, modulopbygget syste m af efteruddannelseskurser,»efteruddannelse i Materialeteknologi«, som har til formål at ruste dansk erhvervsliv til a t arbejde optimalt med såvel nye som kendte materialetyper. Systemet dækker således alle materialetyper fra støbejern, stål, rustfrit stål, aluminium og diverse metallegeringer over plast, fiberforstærket plast og sandwichmaterialer til keramiske og pulvermetallurgiske materialer. For hver materiale - type vil der være kurser i relevante emner som grundlæggende materialekendskab, materialevalg, forarbejdning o g konstruktion, nedbrydningsformer og tilstandskontro l m.m.m. Tanken med det modulopbyggede efteruddannelsessyste m er, at virksomheder - eller enkeltpersoner - har mulighe d for at sammensætte et kursusforløb som er tilpasset det aktuelle behov, hvad enten det drejer sig om at gå i dybde n med et materialeområde, eller man ønsker at udvide sin e kvalifikationer til flere materialetyper f.eks. inden for et emne som forarbejdningsprocesser. Det er naturligvis vores håb, at denne lærebog enten i forbindelse med det pågældende kursus - eller ved selvstudium - vil være et godt bi - drag til en sådan opgradering af kvalifikationerne hos de n enkelte. For at bogen kan tjene både som kursusmateriale, opslags - bog og kilde til supplerende viden, er den forsynet me d mange figurer, der underbygger teksten, samt margentekste r og inde, der letter opslag. Visse afsnit i teksten vil være forsynet med en tyk sort streg langs margin som indikation af, at det pågældende afsnit specielt henvender sig til læsere med ingeniørmæssig baggrund el.lign.. I forbindelse med kurser vil bogen blive ledsaget af en arbejdesmappe inde - holdende supplerende materialer, øvelsesvejledninger, op - gaver m.v. Kurserne er udviklet i et konsortium bestående af Danmark s Ingeniørakademi (maskinafdelingen), Dansk Teknologis k Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter RIS Ø samt en række danske virksomheder. I denne forbindelse 7

8 skal der lyde en tak til de mange rundt omkring i virksom - hederne, der har bidraget til udviklingsarbejdet i form af klarlægning af behov og løbende vurdering af materialet ve d deltagelse i følgegrupper m.v. (ingen nævnt - ingen glemt!). Udviklingsarbejdet er foretaget med støtte fra Undervisningsministeriet (Lov Lov om Efteruddannelse) og her - under har Indsatsgruppen for Materialeteknologi samt de tilknyttede referee's ligeledes ydet en god indsats med hen - blik på afstemning mellem erhvervslivets behov og materia - lets indhold. Taastrup, september 1991 På konsortiets vegne - Lorens P. Sibbesen (projektadministrator ) 8

9 Forord til Al Nærværende lærebog er grundlaget for undervisningsmodulet Al : Materialekendskab - Aluminium. Sammen med en arbejdsmappe udgør bogen det kursusmateriale, der anvendes i modulet Al. Al-modulet er en introduktion til aluminium. I overensstemmelse hermed gennemgår bogen den grundlæggende metallære, som danner basis for kendskab til aluminiu m som konstruktionsmateriale. Lærebogen er udarbejdet af Hans Peter Nielsen, Niels Kåre Bruun, J. Vagn Hansen, FORCE Institutterne, Kirsten Arv - dal Rotvel, Dansk Teknologisk Institut og Michael Nilsson, Gränges-Danmark. Brøndby, oktober 1991 Per B. Ludwigsen Civilingeniør Hans Peter Nielsen Civilingeniør 9

10

11 Aluminium 1 Aluminium er det mest benytte- de metal efter stå l Aluminium er et metallisk grundstof med mange fremragende egenskaber, hvilket gør aluminium til det mest benyttede metal efter jern (stål). Aluminium er : Le t Stærkt i legeret tilstand Korrosionsbestandig t En god leder for elektricitet og varme Letbearbejdeligt Økonomisk attraktivt til mange formål Det er bl.a. ovennævnte egenskaber, der vil blive gennemgået i de følgende kapitler. Desuden vil der blive fokuseret på aluminiums og aluminiumlegeringernes metallurgi, og koblingen mellem de metallurgiske forhold og de opnåelig e styrker vil blive fremhævet. Forbruget og anvendelsen af aluminium er inde i en rivend e udvikling, hvilket hænger sammen med, at aluminium er et relativt nyt metal. Den egentlige industrielle udnyttelse a f aluminium begrænser sig til dette århundrede. Aluminiums historie 1. 1 Efter sigende lykkedes det en romer under kejser Tiberius a t fremstille metallisk aluminium. Denne romer tilbød Tiberiu s at fremstille metallet udelukkende til kejserens skatkamre. Da Tiberius troede, at værdien af hans store skatte af guld o g sølv ville blive truet af dette nye metal, lod han manden halshugge. Først i 1807 hører vi næste gang om aluminium. Englænderen Sir Humphrey Davy forsøgte at udvinde metallisk aluminium af et lermineral, dog uden resultat. Han følte sig imidlertid så sikker på (og med rette), at lermineralet indeholdt et metal, at han gav det navnet aluminium. (Alun, der længe var blevet udvundet af lermineralet, hed - der på latin alumen og deraf navnet aluminium). 11

12 Det var først i 1825, at det lykkedes for H.C. Ørsted for første gang at fremstille metallisk aluminium, omend i meget sm å mængder. Den franske kemiker, H. Sainte-Claire Deville, udviklede i 1854 en kemisk metode til fremstilling af aluminium i større målestok, men metoden nåede aldrig at få industriel betydning. Aluminium er et»nyt«metal Det store gennembrud i udvindingen kom i 1886, da amerikaneren Charles M. Hall og franskmanden Paul T. Heroult, uafhængigt af hinanden, opfandt en proces til udvinding af aluminium. Ved processen udvindes aluminium ved hjælp af elektrolyse af alumniumoid opløst i smeltet kryolit. Hall - Heroult-processen benyttes den dag i dag til udvinding af aluminium. Figur 1.1 (Ref. 1) viser verdensproduktionen af primæraluminium fra århundredeskiftet og frem til Fig Verdensproduktionen af aluminium ecl. omsmeltning. Millioner ton s u u 1 L J l l l l

13 Samme udvikling kan ses af tabel 1.1 (Ref. 2), der tillige vi - ser prisudviklingen i samme periode. Det er hovedsageligt en effektivisering og optimalisering af Hall-Heroult-processen, der har ført til det reelle prisfald på aluminium. Tabel 1. 1 År Total produktio n 106 ton/år Pri s Inde 1979 US-$/kg ,006 5, ,27 2, ,78 2, ,50 1, ,53 1,42 17, ,58 1,31 16, ,25 1,35 15, ,70 1,18 14, ,23 1,36 14, ,3 Typis k energiforbrug DC kwh/kg Referencer 1. Gränges :»Aluminiumläran, B.J. Welch :»Aluminium Smelter Technology«, Aluminium - Verlag GmbH, Düsseldorf,

14 2 Anvendelse af aluminiu m Som det fremgår af figur 1.1 er produktionen af aluminium steget voldsomt i dette århundrede. I dette kapitel gives eksempler på anvendelsen af aluminium. Endvidere fokusere s på nogle af de egenskaber ved aluminium, der betinger den store og stadig stigende anvendelse. Tabel 2.1 (Ref. 1) viser en række landes procentuelle anven - delse af aluminium inden for forskellige brancher. Opgørel - sen er fra Tabel 2. 1 Sverige % Vesttysklan d To USA To Transport Mekaniske konstruktioner Elektro- og teleteknik Bygningskonstruktion Emballage Bolig- og kontorudrustning Andet Aluminium til mange formål Som det fremgår af tabel 2.1 anvendes aluminium primært indenfor bygnings-, konstruktions-, emballage- og transport - sektoren. Det er hovedsageligt aluminiums gode korrosionsegenskaber og høje styrke-/vægt-forhold sat i relation til attraktive formgivnings- og fremstillingsmetoder, der betinger anvendelsen af aluminium inden for ovenævnte brancher. Nedenfor er opstillet en liste med eksempler på anvendelse af aluminium. Listen er på ingen måde fuldstændig, men omfatter dog de væsentligste grupper : Emballage Folier Dåser (kaffe, øl, mælkepulver etc., etc.) Frysebakker Transportkasse r Tuber 14

15 Transport Beslag m.v. (fly + diverse) Dækplader, fly Strukturelementer, fly Pumpehuse (brændstof, kølevand ) Gearkasser Motorblokke Togvogn e Biler Skibsoverbygninge r Både (små skibe, joller ) Elforsyning & Belysning Bygningsmaterialer Konstruktioner & Diverse Værktøjer Tillegeringselement Kabler Ledninger + ledningsdæmpere Lampeskærm e Armaturer Facadebeklædnin g Gitterkonstruktione r Profile r Dør- og vinduesrammer Altaner Kogeka r Motore r Beslag Reflektorer (optik) Maste r Antenner Kabinetter Rammer Granatbundstykke r Borelærere Støbeforme til plas t Sprøjtepistole r Nikkel-superlegeringe r Aluminium-bronze r Magnesiumbaserede legeringe r Stål De mange anvendelser af aluminium er baseret på en eller kombinationer af flere af aluminiums mange attraktive egen - skaber. Det er vanskeligt at få et fuldstændigt overblik ove r 15

16 disse forhold, specielt hvis der også tages hensyn til de økonomiske aspekter. I dette kapitel ses derfor kun overordnet og isoleret på nogle af de væsentligste egenskaber, der betinger den store anvendelse af aluminium Aluminium har stor korrosionsbestandighed Aluminiums korrosionsbestandighed Et metal som angribes ved en uønsket reaktion med det om - givende medium siges at være udsat for korrosion. Materialernes evne til at modstå korrosive angreb kaldes korrosionsbestandighed. Aluminium har meget stor korrosionsbestandighed, selv o m aluminium er meget uædelt. Årsagen er, at aluminium i atmosfæren eller i vand meget hurtigt reagerer med ilt, hvorved overfladen overtrækkes med et oidlag. Oidlaget (iltholdig hinde) er meget tyndt, men stærkt og tæt, hvorfor laget beskytter mod yderligere angreb. Hvis oidlaget beskadiges, vil det hurtigt blive gendannet, hvis blot der er ilt til stede i det omgivende medium. Det er netop aluminiums korrosionsbestandighed, der er den primære årsag til, at aluminium benyttes i emballage - industrien. Det er ligeledes korrosionsbestandigheden de r betinger anvendelsen til skibe, både, facadebeklædninger, dør- og vinduesrammer. I levnedsmiddelindustrien benyttes aluminium til mange formål, der ligeledes er betinget af korrosionsbestandigheden. 2.2 Styrke-vægt-forhol d Ren aluminium er et blødt metal med en meget lav styrke sam - menlignet med stål. I konstruktioner, der udsættes for mekaniske belastninger, kan ren aluminium følgelig ikke anvendes. Aluminium kan legeres til stor Ved tillegering og efterfølgende hærdning (se kapitel 4) er de t styrke imidlertid muligt at opnå ganske betragtelige styrkeegenskaber. Aluminiums høj styrkelegeringer er sammenlignelige me d konstruktionsstål, hvad angår styrke. Da aluminiums massefylde er ca. 3 gange mindre end kulstofståls, må styrken pr. vægtenhed karakteriseres som høj. Denne egenskab bliver i høj grad udnyttet i fly-, automobil- og transportindustrien, hvor kravet til stor styrke og lav vægt er gældende. 16

17 Også i maskineri med bevægelige dele, hvor det som oftes t gælder om at reducere massekræfterne, kan højstyrkealuminiumlegeringer anvendes (stempler, plejlstænger o.s.v.). Aluminiumlegeringernes gode styrkeegenskaber aftage r med stigende temperatur. Dette forhold sætter en begrænsning i anvendelserne af aluminium og dets legeringer. De i forrige afsnit omtalte gode korrosionsegenskaber fo r aluminium vil normalt reduceres ved tillegering. Som en håndregel kan det siges, at jo højere styrke, des lavere korro - sionsbestandighed. Disse forhold vil blive belyst i kapitel 9. Formgivning 2. 3 Ren aluminium er meget blødt og duktilt, hvilket betyder, at det kan undergå store deformationer ved relativt små pålag - te kræfter. Duktiliteten øges med stigende temperatur. Aluminiums og en række aluminiumlegeringers store duktilite t medfører, at processer som valsning, ekstrudering, smedning og dybtrækning bliver særdeles attraktive ved konstruktioner udført i aluminium. Her kan specielt nævnes ekstrudering af aluminium. Ved denne proces kan der fremstilles åbne eller lukkede profile r med meget komplicerede tværsnitsudformninger. Profiler, der fremstilles ved strengpresning, kan udformes, så de passer eksakt til den eller de tiltænkte funktioner. F.eks. kan profiler til bygningskonstruktioner udformes såle - des, at det meste materiale placeres der, hvor det ud fra styrkemæssige hensyn gør mest gavn. Profiler til mange formå l Da der er næsten ubegrænsede muligheder i profildesignet, kan flere funktionskrav»indbygges«i et og samme profil. Dette giver mange fordele, da eksempelvis pladskrav, total - vægt og udgifter til sammenføjning kan reduceres. Formgivningsprocesserne vil blive nærmere omtalt i kapite l 3. Varmeledningsevne Aluminiums varmeledningsevne er fire gange større end ståls

18 Den store varmeledningsevne kombineret med god korrosionsbestandighed gør det attraktivt at anvende aluminiu m til varmevekslere. Specielt til luftkølere gøres der stor brug af aluminium. 2.5 Elektrisk ledningsevn e Aluminium har en god elektrisk ledningsevne, specielt hvi s denne udregnes pr. masseenhed. Eksempelvis kan et aluminiumkabel på 1 kg overføre dobbelt så meget strøm som et kobberkabel på 1 kg og med samme længde. Ledninger a f aluminium bruges derfor i stor udstrækning i flyindustrie n for at spare vægt. Også til faste installationer benyttes elektriske ledere af aluminium. Til luftledninger har egenvægten af kablet kombineret me d styrken betydning for afstanden imellem, og dermed antal - let af, master. Der findes andre end de ovenfor omtalte egenskaber ved aluminium, der betinger anvendelsen til specifikke formål. Det vil imidlertid føre for vidt at komme nærmere ind på alle disse forhold her. Enkelte vil blive omtalt i senere kapit - ler, men for en rimelig fyldestgørende behandling af emne t må der henvises til efterfølgende kursus S 6 -»Materialevalg«. Reference r 1. Gränges:»Aluminiumlära«,

19 Aluminium - fra malm til halvfabrikata 3 Udgangsmateria let er bauit 3. 1 Aluminium fremstilles hovedsageligt af bauit, som dannes, når visse aluminiumholdige bjergarter forvitrer under tropiske forhold. Jordskorpens indhold af aluminium er ca. 8%. Brydeværdigt bauit indeholder almindeligvis 50-60% aluminiumoid, svarende til 20-30% ren aluminium. Bauit forekommer almindeligvis som en porøs og letbrydelig jordart, men kan også optræde som en fast bjergart. Far - ven er ofte rødlig på grund af indholdet af jernoid. De vigtigste bauitforekomster findes i tropiske eller subtropisk e områder i Latinamerika, Vest- og Centralafrika samt i Australien. Verdens kendte forekomster af brydbar bauit er ca. 25 mia. tons, og der er sandsynligvis yderligere reserver, så der e r ikke risiko for mangel på råvarer. Industrilandene, som er de største forbrugere af aluminium, har ikke selv adgang til bauit. Dette har medført, at man i disse lande er begyndt at interessere sig for andre råvare r end bauit, f.eks. aluminiumrige bjerg- og lerarter, som fin - des i store mængder. Aluminiumindholdet i disse råvarer kan dog ikke udvindes ved samme proces, som anvende s for bauit. Fra bauit til aluminiu m 3. 2 Det rene aluminium udvindes af bauit i to trin : 1. Fra mineralet bauit udvindes først aluminiumoid (AI 2 O 3). 2. Af aluminiumoidet fremstilles det metalliske aluminium ved e n elektrolyseproces. 19

20 3.2.1 Udvinding af aluminiumoid ved Bayer-metode n Figur 3.1 viser de enkelte procestrin. 1. Bauit 2. Tørreovn 3. Kværn 4. Blander 5. Autoklave 6. Fortyndertan k 7. Fortykkelses- 8. Udfældnings - tank tank 9. Filter 10. Tørreovn Aluminiumoyd Fig Udvinding af aluminiumoid fra bauit (Bayer-metoden). 1.Bauitmalmen knuses i en kværn. 2. Den knuste malm tørres i en ovn, hvorved fugt, kemisk bundet vand og visse organiske bestanddele fjernes. 3. Den knuste og tørrede malm formales til et fint pulver. Herve d opnås en større reaktionsoverflade for de følgende kemiske processer. 4. Pulveret tilsættes en 25% NaOH- opløsning. 5. Opløsningen af aluminiumoid i natriumhydroid sker i en auto - klave under tryk ved C. Ved reaktionen dannes aluminationer, AI(OH)4. 6. Opløsningen fra autoklaven overføres til en fortyndertank, hvo r det spædes med vand fra den efterfølgende filtreringsproces. 7. I en fortykkelsestank udskilles uopløselige forbindelser som e t værdiløst slam, rødslam. 20

21 8. Aluminiumluden filtreres, køles og pumpes over i en omrørings - og udfældningstank. Der podes med partikler af aluminium - hydroid (AI(OH) 3) for at accelerere udfældningen. 9. Den udfældede aluminiumhydroid vaskes med varmt vand i et tromlefilter. 10. Det vaskede aluminiumhydroid opvarmes til C, hvorved det omdannes til aluminiumoid, AI 2 O Aluminiumoiden er nu færdig til den videre forarbejdning i et elektrolyseværk. Af 2 ton bauitmalm fås ca. 1 ton aluminium - oid. Elektrolyse af aluminiumoid ved Hall-Heroult-processen Figur 3.2 viser opbygningen af en elektrolysecelle til fremstilling a f ren aluminium fra aluminiumoid. Strømskinne Anodestang Kappel Aluminiumoy d (+ ) Udsugnin g Anodeblo k Luge Størknet smelte Katodejer n (-) 2 ~ ~ ////////i////// %// ////%//// //////////// / / / // / / / // / / / / / / / Gul v Grafitforin g 3. Elektrolyt 5. Smeltet aluminium 1. Teglisolerin g Fig Udvinding af aluminium ved Hall-Heroult-processen. 1. Elektrolysecellen eller ovnen er bygget op af et ståltrug, der indvendigt er foret med grafit. I foringen ligger nogle stålskinner, som kaldes katodejern. Katodejernene forbindes til jævnspæn - 21

22 dingskildens negative pol, hvorved grafitforingen kommer til at virke som katode under elektrolyseprocessen. 2. Den positive elektrode (anoden) består af et antal grafitblokke, der via anodestænger og strømskinner forbindes til spændings - kilden. Spændingen mellem anode og katode er ca. 5 V. Strømstyrke n er derimod høj, fra til ampere pr. ovn. 3. Elektrolytten består af kryolit (Na 3AIF6) og aluminiumfluori d (AIF 3). Denne smelte virker som opløsningsmiddel for aluminiumoiden, der spaltes til AI+++- og 0---ioner. Temperaturen i ovnen holdes på ca. 960 C. 4. Aluminiumoid tilsættes smelten med jævne mellemrum, såle - des at koncentrationen i smelten holdes på 3-8% under processen. 5. Ved elektrolysen vandrer de positive aluminiumioner til katoden, hvor de reduceres til metallisk aluminium. Aluminiumsmelte n har højere vægtfylde end elektrolytten og samler sig følgelig p å bunden. Ved hjælp af vacuum suges det flydende metal op fra bunde n og samles i store holdeovne, inden det udstøbes i blokke af varierende form og størrelse. Det aluminium, der fremstilles ved elektrolyse, kaldes primæraluminium. Det produceres normalt i to renhedsgrader, der in - deholder 99,5 og 99,7% aluminium. I holdeovnene kan der tilsættes legeringselementer, således at den tilsigtede legering opnås inden udstøbningen i blokke. Stort energiforbrug Energiforbruget i Hall-Heroult-processen er stort. Der medgå r mellem 13 og 17,5 kwh pr. kg aluminium. 3.3 Omsmeltning af aluminiu m Det store energiforbrug til fremstilling af primæraluminium har medført, at en væsentlig del af aluminiumproduktionen i dag baserer sig på indsamling og omsmeltning af aluminiumskrot. Det således fremstillede aluminium kaldes sekundæraluminium. Omsmeltning Omsmeltningen kræver kun 5% af den energi, der medgår til fremstillingen af primæraluminium. 22

23 Det meste sekundæraluminium benyttes på støberier. Den ønskede legeringssammensætning justeres inden udstøbningen. Fremstilling af halvfabrikat (valse-, presse- og trådblokke ) 3. 4 Halvfabrikata fremstilles af blokke, som produceres i forskellige former og dimensioner. Til halvfabrikata, der skal fremstilles ved valsning, benytte s valseblokke med rektangulære tværsnit eller kontinuert støbte bånd. Hvis produktet skal fremstilles ved strengpresning, udgå r man fra presseblokke med cirkulære tværsnit. Blokk e Trådblokke anvendes som udgangsmateriale, når man frem - stiller aluminiumtråd ved varmvalsning. Trådblokken har kvadratisk tværsnit. Fig Valseblok, Presseblok, Trådblo k Valseblok Presseblok Trådblo k Udgangsmaterialet (blokken) behandles på forskellige måder, afhængig af de efterfølgende fremstillingsprocesser o g funktionskrav. F.eks. kan det være nødvendigt at fjerne støbehuden fra blokkene for at opnå tilfredsstillende overflade - egenskaber på slutprodukterne. I andre tilfælde gives blokkene en homogeniseringsglødnin g inden den videre bearbejdning. Homogeniseringen har til formål at fjerne effekten af sejringer, således at bedst muli g Støbehuden fjernes Homogeniseringe n 23

24 styrke og formbarhed opnås i slutproduktet. Sejringer er uensartede fordelinger i den kemiske sammensætning op - stået under størkningen af blokkene Plader og bånd Varmvalsningen Plader og bånd fremstilles ved varmvalsning og efterfølgen - de koldvalsning. Udgangsmaterialet er valseblokke elle r kontinuert støbte bånd. Ved varmvalsningen fås en kraftig reduktion af tykkelsen. Samtidig nedbrydes den oprindelige støbestruktur med forbedrede mekaniske egenskaber til følge. Koldvalsning Efter varmvalsningen følger sædvanligvis en koldvalsning. Denne giver reduktion af tykkelsen, forbedrede overflade - egenskaber, dimensionsnøjagtighed og den ønskede styrke. Hvis man ønsker et meget tyndt materiale, kan det vær e nødvendigt at indskyde en mellemglødning af materialet før yderligere koldvalsning. Herved undgås revner i pladen eller båndet. Blødglødning og afspændingsglødning udføres på materiale, som skal leveres i blødglødet henholdsvis delhård tilstand. Kontinuert støbte bånd I stedet for at benytte valseblokke kan kontinuert støbt e bånd benyttes som udgangsmateriale. Valseprocesserne er vist skematisk i figur 3.4. Man udgår fra smeltet materiale, som kontinuerligt presses op i spalte n mellem to vandkølede valser. Det støbte bånd har sædvanligvis en tykkelse på ca. 7 mm. Pladeprodukter leveres i forskellig hårdhedstilstand. Det e r graden af koldvalsning, der er afgørende for styrken af plader fremstillet af ren aluminium eller ikke-hærdbare legeringer. Hårdhedstilstanden kan også styres ved en kraftig kold - valsning efterfulgt af en afspændingsglødning. Hårdhedstilstanden Hvis koldvalsningen sker med en reduktion på ca. 15% får man et materiale i 114-hård tilstand. Ved en reduktion p å 30% fås et materiale i 1/2-hård tilstand. For en nærmere be - skrivelse af leveringstilstandene henvises til kapitel 6. De koldvalsede plader og bånd kan efterbehandles på for - skellig måde. 24

25 Fig. 3.4 Plader og bånd fremstilles af valseblokke ved varmvalsning sam t efterfølgende koldvalsning. Plader og bånd kan alternativt fremstilles ved kontinuerlig støbning og koldvalsning. Et eksempel er fremstillingen af rulleformede profiler, som fremstilles af plade eller bånd. Figur 3.5 viser processen. I mange tilfælde lakeres pladerne inden rulleformningen. Folier fremstilles på specielle valseværk. Udgangsmaterialet er bånd med en tykkelse på 0,25-0,75 mm. Der benytte s ulegeret aluminium med en renhedsgrad på 99,0%. Rulleformede profile r Folie r I et folievalseværk benyttes valser med varierende diametre. Jo tyndere folie, der ønskes, des mindre må diameteren p å de benyttede valser være. Ofte valses to folier samtidigt fo r at kunne opnå de mindste tykkelser. 25

26 Fig Lakering og rulleformning af bånd. Tykkelsen på den færdige folie ligger oftest på 0,009 mm ( 9 µm). Efter valsningen er folien hård og sprød samt dækket af en tynd oliefilm (valseolie). Almindeligvis gennemgår folierullerne en glødning ve d C under gasbeskyttelse (kvælstof). Derved bliver folien blød og oliefri, hvilket gør den bedre egnet til videre bearbejdning og anvendelse. Aluminiumfolie er så godt som uigennemtrængelig fo r vand, damp, gasser, lys, aromastoffer, fedt, olier og væsker, hvilket betinger den udbredte anvendelse til emballage. Den ubehandlede aluminiumfolie anvendes til kabelisolering, dampspærre i bygninger og opbevaring af levnedsmidler i køle-fryserum. Lakerin g Lakering med forskellige laktyper forbedrer korrosionsbestandigheden og giver mulighed for at trykke tekst på folien. Kravene til de enkelte laktyper er baseret på ønsker om lys-, varme- eller fedtbestandighed. Ved laminering kan man forandre aluminiumfoliens egenskaber. Vokslaminering Ved vokslaminering belægges f.eks. en papirbane med smeltet voks, hvorefter folien presses fast mod voksen. Ved afkølingen stivner voksen, og man får et blødt og smidigt laminat. Dette anvendes bl.a. som emballage til smør og margarine. 26

27 Ved limlaminering lægges limen på folien og klemmes sammen med karton eller papir. Produktet kendes fra cigaretpakninger og lignende. Limlaminerin g Laminering kan også ske med plastfilm på aluminiumfolien s ene eller begge sider. En almindelig laminering er f.eks. polyester + aluminiumfolie + polyethen (polyethylen). Polyesteren giver sejhed og styrke, og polyethenen (polyethylen ) giver svejsbarhed. Med dette laminat kan man fremstille e n stærk emballage som kan varmforsegles, f.eks. vacuumpakket kaffe. Profiler, stænger og rør Profiler, stænger og rør fremstilles ved strengpresning (ekstrudering) med eller uden efterfølgende koldtrækning. Ved koldtrækning trækkes eksempelvis en tråd gennem en ma - trice. Strengpresningsteknikken er yderst velegnet til aluminium og har bidraget til, at aluminium har fået så stor betyd - ning som konstruktionsmateriale. Strengpresning Figur 3.6 viser princippet for strengpresning. Det forvarme - de presseemne trykkes med stor kraft igennem et værktø j (matricen). Matricen indeholder et hul, der har form som tværsnittet af det ønskede profil. Presseemne Fig Princippet for strengpresnin g 27

28 Man inddeler normalt profilerne i tre hovedgrupper, afhængig af kompleksiteten ved fremstillingen. Figur 3.7 viser eksempler på de 3 hovedgrupper. Fig De tre profiltyper. Massivt profil Halvåbent profil Hult profi l Strengpresning af massive og halvåbne profiler Man placerer det varme emne (rundblok) i en container og presser ved hjælp af et stempel materialet ud gennem matricen (se figur 3.8). Ved presningen vil der altid blive et reststykke, som skal fjer - nes, inden næste emne presses. Fig Strengpresning af massive og halvåbne profiler. 28

29 Strengpresning af hule profiler Her anvender man en matrice med en dorn. Dornen, som går ind i matricens åbning, sidder på en dornholder (bro). Ved presningen tvinges det massive presseemne til at dele sig. Aluminiumet flyder derefter sammen i den spalte, som dannes mellem de to værktøjsdele (se figur 3.9). Fig Værktøjsopbygning ved presning af hule profiler. Temperaturen af metallet under ekstruderingen e r C, og når materialet mødes efter dornholderen, ske r der en sammensmedning af materialet. Ved strengpresning af rør undgår man problemet med dornholderen ved at anbringe en lang dorn på stemplet, som vis t på figur Rø r Tråd Den mest anvendte metode til trådfremstilling er kontinuer - lig støbning/valsning med efterfølgende separat trækning. Metoden er mest velegnet til ulegeret aluminium. Tråd af legeret materiale produceres sædvanligvis ved varmvalsning med efterfølgende trækning i særlige trådvalseværker. 29