Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus A l. Materialekendskab. Aluminium

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

Materialekendska b Aluminiu m 1. udgave, 2. oplag, 199 7 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 87-7756-148-1 Kopiering i uddrag tilladt med kildeangivelse

Aluminium Forord 7 1 Aluminium 1 1 1.1 Aluminiums historie 1 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Generelt om anvendelsen af aluminium 1 4 Aluminiums korrosionsbestandighed 1 6 Styrke-vægt-forhold 1 6 Formgivning 1 7 Varmeledningsevne 1 7 Elektrisk ledningsevne 1 8 3 Aluminium - fra malm til halvfabrikata 1 9 3.1 Udgangsmaterialet er bauit 19 3.2 Fra bauit til aluminium 19 3.2.1 Udvinding af aluminiumoid ved Bayer-metoden 20 3.2.2 Elektrolyse af aluminiumoid ved Hall-Heroult-processen 2 1 3.3 Omsmeltning af aluminium (genanvendelse) 22 3.4 Fremstilling af halvfabrikata 23 3.4.1 Plader og bånd 24 3.4.2 Profiler, stænger og rør 27 3.4.3 Strengpresning af massive og halvåbne profiler 28 3.4.4 Strengpresning af hule profiler og rør 29 3.4.5 Tråd 29 3.5 Støbning 30 3.5.1 Sandstøbning 30 3.5.2 Kokillestøbning 31 3.5.3 Trykstøbning 31 4 Aluminiums metallurgi 32

4.1 Aluminiums krystalstruktur 3 2 4.1.1 Kornstørrelsen 34 4.2 Deformation 3 5 4.2.1 Plastisk deformation 3 7 4.3 Styrkeogende mekanismer 4 2 4.3.1 Deformationshærdning 4 2 4.3.2 Opløsningshærdning 4 2 4.3.3 Kornforfining 4 3 4.3.4 Modningshærdning 44 4.4 Varmebehandlinger 47 4.4.1 Udglødning 48 4.4.2 Rekrystallisation 49 4.4.3 Opløsningsglødning 50 4.4.4 Modning 53 4.4.5 Afspændingsglødning 54 5 5.1 5.2 6 6.1 Fysiske og mekaniske egenskaber 55 Fysiske egenskaber 55 Mekaniske egenskaber 55 Legeringstyper 64 De væsentligste legeringselementer 64 6.2 Inddeling og betegnelser 65 6.2.1 Aluminium Association (AA) + Dansk Standard (DS) 65 6.2.2 Leveringstilstand ifølge Aluminium Association (AA) 6 6 6.2.3 Støbelegeringer ifølge Aluminium Association (AA) 6 8 6.2.4 Klassifikation ifølge Deutsche Industrie Norm (DIN) 6 9 6.2.5 Leveringstilstanden ifølge Deutsche Industrie Norm (DIN) 7 0 6.3 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 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

8 9 9.1 9.2 Certifikater 88 Fordele, ulemper og forholdsregler ve d anvendelsen af aluminium 94 Aluminiums fordele 94 Aluminiums ulemper 94 9.3 Aluminiums korrosionsbestandighed og korrosionsformer 95 9.3.1 Det beskyttende oidlag 95 9.3.2 Korrosionshastigheder i forskellige miljøer 97 9.3.3 Aluminiums korrosionsformer 98 9.3.4 De enkelte aluminiumlegeringers korrosionsbestandighed 100 9.4 Overfladebehandling af aluminium 102 9.4.1 Kemisk overfladebehandling 103 9.4.2 Elektrokemisk overfladebehandling 103 9.4.3 Maling-, lak- og plastbelægninger 104 9.4.4 Emaljering og plasmasprøjtning 104 9.5 Bearbejdning af aluminium 104 9.5.1 Støbte emner 105 9.5.2 Varmformgivning 105 9.5.3 Koldbearbejdning 106 9.5.4 Skærende bearbejdning 106 9.6 Samlingsmetoder 106 9.6.1 Svejsning 107 9.6.2 Lodning 108 9.6.3 Nitning 108 9.6.4 Boltesamling 10 8 9.6.5 Limning 10 8 10. Leveringsformer 11 1 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 Hvilke produkter i hvilke legeringer 11 1 Plader 11 1 Band 11 5 Folier 11 5 Profiler 11 5 Stænger 11 5 Ror 116

10.8 ifåd 11 6 11 Prisforhold 11 7 11.1 Aluminiumprisen sammenlignet med prisen på andre grundstoffer 11 7 11.2 Grossisternes prisberegning 11 8 11.3 11.4 Priseksempler 119 Profiler 120 Stikord 122

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

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 271 - 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

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

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

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 1980. Fig. 1. 1 Verdensproduktionen af aluminium ecl. omsmeltning. Millioner ton s 18-1 6 1 4 1 2 10 8 6 4 2 ---------------------- - u u 1 L J l l 0 190 0 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 l l 1980 199 0 12

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 1900 0,006 5,86 28 1930 0,27 2,59 25 1940 0,78 2,39 24 1950 1,50 1,12 20 1960 4,53 1,42 17, 6 1965 6,58 1,31 16, 5 1970 10,25 1,35 15, 5 1975 12,70 1,18 14, 5 1979 15,23 1,36 14, 5 1980 16,3 Typis k energiforbrug DC kwh/kg Referencer 1. Gränges :»Aluminiumläran, 1990. 2. B.J. Welch :»Aluminium Smelter Technology«, Aluminium - Verlag GmbH, Düsseldorf, 1980. 13

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 1988. Tabel 2. 1 Sverige % Vesttysklan d To USA To Transport 22 35 23 Mekaniske konstruktioner 14 9 6 Elektro- og teleteknik 16 5 1 0 Bygningskonstruktion 15 17 1 9 Emballage 18 9 29 Bolig- og kontorudrustning 7 6 9 Andet 8 19 4 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

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

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. 2. 1 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

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. 2.4 17

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«, 1990. 18

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

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. 3. 1 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 200-240 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

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 1200-1300 C, hvorved det omdannes til aluminiumoid, AI 2 O3. 11. 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 3.2.2 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. 3. 2 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

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 30.000 til 300.000 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

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. 3. 3 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

styrke og formbarhed opnås i slutproduktet. Sejringer er uensartede fordelinger i den kemiske sammensætning op - stået under størkningen af blokkene. 3.4.1 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

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

Fig. 3. 5 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 300-350 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

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 3.4. 2 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. 3. 6 Princippet for strengpresnin g 27

Man inddeler normalt profilerne i tre hovedgrupper, afhængig af kompleksiteten ved fremstillingen. Figur 3.7 viser eksempler på de 3 hovedgrupper. Fig. 3. 7 De tre profiltyper. Massivt profil Halvåbent profil Hult profi l 3.4.3 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. 3. 8 Strengpresning af massive og halvåbne profiler. 28

Strengpresning af hule profiler 3.4. 4 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. 3. 9 Værktøjsopbygning ved presning af hule profiler. Temperaturen af metallet under ekstruderingen e r 500-510 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 3.10. Rø r Tråd 3.4. 5 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

Matrice Presseemne Pressestempe l 0 0~ Dor n ~ Dorn Matrice Presseemne Pressestempel Hydrauliktry k Figur 3.1 0 Strengpresning af rør. 3. 5 Støbning De mest almindelige støbemetoder for aluminium er : Sandstøbning Kokillestøbning Trykstøbnin g 3.5.1 Sandstøbnin g Ved sandstøbning fremstilles en støbeform for hver støbning. Omkostningen pr. emne bliver ofte høj, trods det, at formomkostningen er lavere end ved andre støbemetoder. Sandstøbning er en velegnet metode, når emnestørrelsen er stor eller stykantallet er lille. Hvis formsandet erstattes med gips fås en glattere overflade. Herved opnås støbegods som kombinerer sandstøbningen s fordele ved små serier med trykstøbegodsets fine overflader. 30

Kokillestøbning 3.5.2 Ved kokillestøbning anvendes forme (kokiller), der kan an - vendes flere gange. Denne metode giver højere formomkostninger sammenlignet med sandstøbning, men dette kompenseres dog ved lavere omkostning/emne ved serieproduktion. En variant af kokillestøbning er lavtryksstøbning, som blive r mere og mere almindelig. Det smeltede materiale presses, ved hjælp af et lille overtryk af gas, op i kokillen, som er pla - ceret over ovnen. Dette giver en rolig fyldning af formen, hvorved man undgår, at slagger og formmateriale skylle s med ind i formen. Trykstøbning 3.5. 3 Ved trykstøbning presses det smeltede metal via et stempel - system under højt tryk (ca. 1000 atm.) meget hurtigt ind i e t formværktøj. Trykstøbning udføres i specielle støbemaskiner, som karak - teriseres ved det pressetryk, som holder værktøjspartern e sammen. Metoden egner sig til støbegods af begrænset størrelse, sam t hvor målnøjagtighed og gode overflader et et krav. Værktøjs - omkostningerne er høje, så metoden er økonomisk set beds t ved store serier. Referencer 1. Gränges :»Aluminiumläa«, 1990. 31

4 Aluminiums metallurg i 4.1 Aluminiums krystalstruktu r Aluminium kan optræde i 3 forskellige tilstande, afhængig af tryk og temperatur. De 3 tilstande er : Gasform Flydende form Fast form Kogepunkt : 2327 C Smeltepunkt : 660 C I den gasformige tilstand svæver de enkelte aluminiumatomer frit i hele det hulrum, hvori de befinder sig. Der er in - gen indbyrdes sammenhæng mellem atomerne. I flydende tilstand berører de enkelte aluminiumatomer hinanden, men der er ikke nogen systematisk og regelbundet ordning af de enkelte atomer. I fast tilstand derimod sidder atomerne i bestemte positione r i forhold til hinanden, hvorved de danner det, vi kalder krystalstrukturen. Figur 4.1 viser, hvorledes de enkelte atomer sidder i forhol d til hinanden. De 14 atomer, der er vist på figur 4.1, er det mindste antal atomer, som kan vise, hvordan krystalstrukturen er bygget op. De 14 atomer danner tilsammen det, der kaldes enhedscellen. Krystalstrukturen opbygges ved at repetere enhedscellen i de 3 dimensioner. Enhedscellens kant - længde er for aluminium 4,05 Å = 0,000000405 mm. Aluminium siges at have en kubisk fladecentreret krystal- struktur. Kubisk, fordi enhedscellen er en kubus (terning) med et atom i hvert hjørne, og fladecentreret, fordi der tillig e sidder et atom midt på hver kubusflade. Aluminium er kubisk fladecentreret Aluminium har den kubisk fladecentrerede krystalstruktur fra smeltepunktet og ned til det absolutte nulpunkt (-273 C). Den kubisk fladecentrerede krystalstruktur er ikke noget unikt for aluminium. Metallerne kobber, guld, sølv, nikkel, bly o g austentisk rustfrit stål er ligeledes kubisk fladecentrerede. 32

Fig. 4. 1 Den kubisk fladecentrerede enhedscelle. Andre metaller eller krystallinske materialer har en krystal - struktur, der er opbygget af andre enhedsceller end den, der er vist på figur 4.1. Der findes i naturen i alt kun 14 forskelli - ge typer af enhedsceller. Når aluminium overgår fra flydende til fast form, starter størkningen med, at der dannes et vist antal kim, der hver især har den korrekte krystalstruktur. Fra hvert kim vokse r der en krystal frem, efterhånden som størkningen skrider frem. Dette er anskueliggjort på figur 4.2. Størkningen starter fra ki m Når størkningen er overstået, består strukturen af et stort antal krystaller, også kaldet korn, der møder hinanden under vilkårlige og varierende vinkler. Grænsefladerne mellem d e enkelte korn kaldes korngrænser. Mange af metallernes egenskaber afhænger af størrelsen a f de korn, som strukturen er opbygget af. Det er følgelig vigtigt at have et mål for størrelsen af kornene. Kornstørrelse n defineres og angives på forskellige måder, men det alminde- 33

Fig. 4. 2 Størkningsforløbet vist principielt. ~ MID Ø Smelte V ~~~ W ~~ ligste er at måle den gennemsnitlige korndiameter eller at tælle antallet af korn pr. arealenhed. Begge metoder kræve r brug af et mikroskop, da de enkelte korn som oftest ikke kan ses med det blotte øje. 4.1.1 Kornstørrelsen En hyppigt benyttet måde at angive kornstørrelsen på, er at anfør e kornstørrelsesnummeret som standardiseret af ASTM (American Society for Testing and Materials). Kornstørrelsesnummeret n er defineret ved ligningen : N = 2 n-' hvor N er antallet af korn pr. kvadrattomme ved en lineær forstørrelse på 100 gange. 34

Nedenstående tabel viser sammenhængen mellem kornstørrelses - tallet, det gennemsnitlige antal korn pr. kvadrattomme ved 100 gan - ges forstørrelse og det tilsvarende interval. Tabel 4. 1 Kornstørrelses - nummer Kor n pr. kvadrattomme ved 100 X Gennemsni t Interva l n = 1 N = 1 2 2 1,5-3 3 4 3-6 4 8 6-1 2 5 16 12-24 6 32 24-4 8 7 64 48-9 6 8 128 96-19 2 9 256 192-384 10 512 384-768 Det bemærkes, at et højt kornstørrelsesnummer svarer til en lill e kornstørrelse. Deformation 4.2 Ethvert emne, der påvirkes af kræfter, vil ændre form. Man siger, at emnet deformeres. Jo større de ydre pålagte kræfte r er, des større bliver de ledsagende deformationer. Når kræfterne når en vis størrelse, begynder emnet at revne for til sidst at bryde helt sammen. For næsten enhver konstruktør er det nødvendigt at kende sammenhængen mellem kraftpåvirkninger og de tilsvarende deformationer. Ved mange konstruktioner er det krav om maksimalt tilladelige defor - mationer, der begrænser kraftpåvirkningerne, eller hvis disse er givet, så er bestemmende for designet. I andre tilfælde ønskes en given deformation, f.eks. ved en formgivningsproces, og de til deformationen nødvendige kræfter ønskes beregnet. Sammenhængen mellem kraft og deformation måles me d en trækprøve af det aktuelle materiale. En trækprøve er et aflangt emne, sædvanligvis med cirkulært eller rektangulært tværsnit, der er udformet således, at emnet kan trække s over i en trækprøvemaskine. 35

Inden trækprøven opspændes i trækprøvemaskinen, opmå - les prøvens tværsnitsareal. Under trækprøvningen måles sammenhørende værdier af kraft og forlængelse (deformation). Resultatet kan f.eks. præsenteres på kurveform, som vist i figur 4.3. Figur 4.3 viser en typisk trækkurve for aluminium. Kurven angiver sammenhængen mellem den ydre pålagte kraft o g den tilsvarende forlængelse af prøvelegemet. Fig. 4. 3 Typisk kraftforlængelseskurv e for aluminium. 0,2% Forlængelse I starten af kurven er der en lineær sammenhæng melle m kraft og forlængelse. Dette område kaldes det elastiske om - råde, fordi emnet antager sin oprindelige længde, hvis de n ydre kraft fjernes. Hvis trækkraften overstiger en vis værdi, kaldet proportional - eller elasticitetsgrænsen, vil man konstatere, at prøvestangen har fået en blivende forlængelse efter aflastning a f prøvestangen. Det kan i praksis være vanskeligt eksakt at afgøre, hvornår proportionalgrænsen nås, hvorfor man i stedet definerer e n flydegrænse, som den kraft, der giver anledning til 0,2 % permanent forlængelse efter aflastning. I mange tilfælde e r det uhensigtsmæssigt at operere med kræfter og forlængelser målt i mm. I stedet omregnes kræfterne til spændinger, og forlængelsen angives som den relative forlængelse målt i procent. 36

Spænding er defineret som kraften pr. arealenhed. Ved en trækprøvning er det tværsnitsarealet inden prøvningen, der lægges til grund for spændingsberegningen. Den spænding, der medfører 0,2% permanent forlængelse, kaldes i daglig tale nul-to-spændingen (R0, 2). Den del af trækkurven, der ligger ud over proportionalgrænsen, kaldes det plastiske område, og vi siger, at materialet deformeres plastisk. I det plastiske område når trækkurven et maksimum. Den spænding, der svarer til den maksimale trækkraft, benæves trækstyrken (R mt ). I det elastiske område opfører materialerne sig som en fjeder, idet de vender tilbage til den oprindelige form efter aflastning. Da der ikke er sket nogen formændring, er der heller ikk e sket nogen omstrukturering af atomerne i de enkelte korn. Anderledes forholder det sig under den plastiske deformation. Da et materiales styrke netop er et mål for materialet s evne til at modstå plastisk deformation, er det vigtigt at forstå de processer, der foregår under den plastiske deformation, inden de styrkeøgende mekanismer skal forklares. Plastisk deformatio n I metalliske materialer sker den plastiske deformation ve d en glidning mellem to atomplaner, som anskueliggjort på figur 4.4. Glidning sker trinvis, idet hvert trin svarer til e n atomafstand. Man siger også, at deformationen sker ved slip, da to naboatomplaner slipper hinanden. Glideplanern e kaldes følgelig også slipplaner. 4.2. 1 Sli p Slipplane r b)glidning V: atomafstan d Fig. 4. 4 Plastisk deformation i et perfekt gitter. Deformationen sker trinvi s ved relativ glidning mellem to atomplaner. 37

Slip sker lettest i de tættest pakkede planer og i de tættes t pakkede retninger, d.v.s. i de planer og retninger, hvor d e enkelte atomer rører hinanden. Slipsystem Kombinationen af en tæt pakket retning i et tæt pakket plan kaldes et slipsystem. For aluminium med kubisk fladecentreret gitterstruktur er der 4 tæt pakkede planer. I hvert plan er der 3 tæt pakkede retninger. Dette medfører, at der i alt er 4 3 = 12 slipsystemer i det kubisk fladecentrerede gitter, som anskueliggjort i figur 4.5. Fig. 4. 5 Slipsystemer i den kubisk flade - centrerede krystalstruktur. De r er 4 tætpakkede planer, hve r med 3 tætpakkede retninger. Som det ses af figur 4.4, er det forskydningskræfter eller forskydningsspændinger, der får slip til at finde sted. Det kan vises matematisk, at de største forskydningsspændinger forekommer i planer, der danner en vinkel på 45 med de ydre pålagte kræfter. 38

Slip sker i planer, der danner en vinkel på 45 med hovedspændingsretningen. P Betragt et emne med tværsnitsareal A påvirket til enakset træk P, som anskueliggjort på figuren. I det viste plan bliver normalkraften N og forskydningskraften T : N N = P cos 0 T=Psin 0 I planet bliver forskydningsspændingen følgelig : a = P cos Asin Ø T A Et maksimum (eller minimum) findes ved at sætte den første aflede - de lig nul : da T = P_ (cos' 0 - sin' 0) do A Fig. 4. 6 I et vilkårligt plan kan den ydre pålagte kraft opløses i en normalkraft N og en forskydningskraft T. p = P (1-2sin' Ø ) A 2 sin 0 = N/2 2 = A = 45 Ved at indsætte forskellige værdier for 0 ses det, at det er et maksi - mum, der optræder for Ø = 45. Slipplanerne er ikke jævnt fordelt i de enkelte korn, me n koncentrerer sig i sliplinier. Sliplinierne, som hver for si g indeholder mange slipplaner, kan iagttages på overflader, der er blevet poleret inden den plastiske deformation. Sliplinie r 39

Ud fra et kendskab til de kræfter, der virker mellem de enkelte atomer, kan materialernes teoretiske styrke beregnes. Det viser sig imidlertid, at metallernes virkelige styrke, f.eks. målt ved en trækkurve, som vist på figur 4.3, er flere tusinde gange lavere end den teoretiske styrke. Dislokatione r Forklaringen på denne afvigelse er, at metallerne aldrig e r opbygget af helt perfekte krystaller. I hvert enkelt korn findes et stort antal gitterfejl, som kaldes dislokationer. En dislokation er en liniedefekt i krystallen (se figur 4.7). Man kan forestille sig dannelsen af en dislokation ved at klemme et ekstra atomplan delvist ind i en ellers perfekt enkrystal. Fig. 4. 7 Skematisk tegning af en dislokation i et simpelt kubisk gitter. På figur 4.7 går udstrækningen af dislokationen vinkelret p å papirets plan. Dislokationer er omgivet af spændingszoner Tilstedeværelsen af dislokationer giver spændinger i krystal - len. Således er atomerne lige over dislokationerne udsat fo r trykspændingen, hvorimod atomerne under dislokationern e er udsat for trækspændingen. Under plastisk deformation deltager dislokationer i selve slipprocessen, som anskueliggjort i figur 4.8. Tænker vi os et udsnit af en enkrystal indeholdende en dislokation påvirket af forskydningsspændinger, kan følgende situation opstå. 40

a b c Fig. 4. 8 Plastisk deformation ved slipmekanismen foregår ved dislokationsbevægelse. Betragt rækken af atomer vinkelret på papirets plan marke - ret med en pil på figur 4.8a. Under indvirkning af forskydningsspændinger kan atombindingerne brydes mellem den - ne række atomer og rækken ovenfor til højre. Samtidig etableres bindingerne til atomerne i rækken ovenfor til venstre. Resultatet er en forskydning af dislokationen (figur 4.8b). Forskydningen kan fortsætte, indtil dislokationen når en fr i overflade eller en korngrænse (figur 4.8c). Tilstedeværelse n af dislokationen medfører, at forskydningen kan foregå ve d meget lavere spændinger end tilfældet ville have været i e n perfekt krystal. I en perfekt dislokationsfri krystal må samtli - ge atombindinger i hele forskydningsplanet brydes samtidig, hvis forskydning skal finde sted. Antallet af dislokationer i et metal er meget stort, og unde r deformationen dannes nye. I et udglødet materiale er dislokationsdensiteten 10 4-105 cm/cm3 hvorimod dislokationsden - siteten i et kraftigt kolddeformeret materiale kan være af størrelsesorden 10 11 cm/cm3 eller en million km pr. cm3 materiale. Der findes andre deformationsmekanismer end den fora n beskrevne slipmekanisme, men for aluminiums vedkommende er slipmekanismen den absolut vigtigste. 41

4. 3 Styrkeogende mekanismer Det blev indledningsvis nævnt, at et materiales styrke netop er et mål for materialets evne til at modstå plastisk deformation. Det kan nu forstås, at hvis man ønsker at styrke et materiale, må man søge at hindre, at der sker slip. Som forklaret tidligere, sker slip ved dislokationsbevægelse, så en styrke - øgning kan opnås ved at»låse«dislokationerne fast. De 4 vigtigste metoder til forbedring af aluminiums styrke e r deformationshærdning, opløsningshærdning, kornforfining og modningshærdning. Disse metoder vil blive beskrevet i det følgende. 4.3. 1 Deformationshærdn i n g I forrige afsnit blev det nævnt, at der blev dannet dislokationer under deformationen. Det blev ligeledes nævnt, at dislo - kationer ledsages af træk- og trykspændingszoner. Efterhånden som flere dislokationer dannes, vekselvirke r dislokationernes spændingszoner med hinanden, hvorve d den enkelte dislokations mobilitet hæmmes. Populært kan det siges, at dislokationer filtrer sammen. Resultatet er, at større ydre kræfter må pålægges, for at deformationen ka n fortsætte. Vi siger, at materialet deformationshærder. Det er netop deformationshærdningen der bevirker, at trækkurven i det plastiske område i figur 4.3 har den form, som den har. 4.3.2 Substitutionsatomer Indskudsatomer Opløsningshærdnin g Ved tillegering med andre stoffer kan disse stoffers atomer indgå i krystalgitteret på to forskellige måder. Enten so m substitutionsatomer (figur 4.9a) eller som indskudsatome r (figur 4.9b). Det er den relative størrelsesforskel mellem atomerne, der e r afgørende for, om legeringsatomerne indgår som substitutions- eller indskudsatomer. regeringsatomerne låser«dislokationern e Uanset, hvorledes legeringsatomerne indgår i gitteret, vil d e medføre spændinger. Både træk- og trykspændinger kan 42

000000 00000 0000 0 00000 ööööö ööööö Fig. 4.9a. Substitutionsatomer Fig. 4.9b. Indskudsatomer. forekomme. Disse spændinger vil vekselvirke med spændingszonerne omkring dislokationerne og derved hindre de - res bevægelse. Små indskudsatomer, for eksempel, har e n tendens til at anbringe sig i trækzonerne under dislokationerne. Trykspændingerne omkring indskudsatomerne ud - balanceres helt eller delvist af trækspændingerne under dislokationerne. Der skal følgelig større kræfter til at løsrive en dislokation fra sådanne indskudsatomer, da de oprindelig e spændingsfelter skal retableres hver for sig. Ved legeringer er det altid de først tillegerede mængder, der pr. mængdeenhed har den største effekt på de mekaniske egenskaber. Figur 4.10 viser effekten af tillegering med magnesium p å styrkeegenskaberne af udglødet aluminium. 2 4 6 8 %M g Fig. 4.1 0 Trækstyrke, 0,2-spænding og forlængelse for Al-Mg-legeringer. Kornforfinin g Korngrænserne er lokale fejlsteder i krystallerne, hvor de n ellers regelmæssige gitterstruktur er brudt (se figur 4.2). Slip ved hjælp af dislokationer har derfor vanskeligt ved at krydse en korngrænse. Vinkeldrejningen mellem de tæt pakkede planer betyder, a t slipplanerne i nabokornene ligger mindre gunstigt orientere t i forhold til de ydre pålagte kræfter. 4.3. 3 10 mindre kornstørrelse, de s højere styrke Korngrænserne virker som en barriere for dislokationerne s bevægelse. Det vil sige, at jo flere korngrænser, der er i materialet, des vanskeligere er det for dislokationerne at bevæge sig. 43

Et finkornet materiale har følgelig højere styrke end et mindre finkornet materiale, alt andet lige. Sammenhængen er matematisk udtrykt i Hall-Petch-ligningen : Ro,2 = Ri + konstan t -Jd hvor Ro,2 er flydespændingen, R i kaldes friktionsspændin - gen, og d er den gennemsnitlige korndiameter. Figur 4.11 viser effekten af kornstørrelsen på elasticitetsgrænsen for ren aluminium. Fig. 4.1 1 Elasticitetsgrænsen for ren aluminium som funktion af kornstørrelsen. 0.4 _ 0.3 _ 0.2 _ 99.99%Al 20 C 0. 1 I. 0 10 N, antal korn/mm = 20 30 40 50 6 0 I aluminium og aluminiumlegeringer er det muligt at ændr e på kornstørrelsen ved en styret deformations- og varmebehandlingsproces, også kaldet rekrystallisation. 4.3.4 (pløseligheds- I X % rænse Koncentratio n Fig. 4.1 2 Kurven angiver opløselighedsgrænsen som funktion af temperaturen. Modningshærdning (Udskillelseshærdning ) Traditionelt inddeles aluminiumlegeringerne i de hærdbar e og de ikke-hærdbare typer. Med hærdbare menes her aluminiumlegeringer, der kan modningshærdes. En nødvendig betingelse for, at en legering kan modnings - hærdes er, at opløseligheden af tillegeringselementerne aftager med faldende temperatur, som vist på figur 4.12. Ved koncentrationer lavere end angivet i kurven, d.v.s. området til venstre for kurven, er der fuld opløselighed. Ful d opløselighed betyder, at alle tillegeringsatomerne er jævnt 44

fordelt som enkeltatomer i aluminiummatrien. Når opløse - lighedsgrænsen overskrides (området til højre for kurven), begynder legeringsatomerne at udskilles som partikler bestående enten af legeringsstoffet selv eller som kemiske forbindelse mellem legeringsstofferne og aluminium. I en modningshærdelig legering skal mængden af legeringselement være større end opløseligheden ved stuetempera - tur, men mindre end den maksimale opløselighed ved høj temperatur. Denne betingelse er opfyldt for legeringen med X% legeringselement i figur 4.12. Selve modningshærdningen udføres på følgende måde (figur 4.13) : T T1 Fig. 4.1 3 Princippet i en modningshærdning. T2 X% Konc. Ti d Princippet i en modningshærdning. Legeringen opvarmes til T i og holdes på temperaturen, så længe at alle tillegeringsatomerne er bragt i opløsning. Var - mebehandlingen kaldes følgelig en opløsningsglødning. Strukturen er nu homogen (kubisk fladecentreret) med all e legeringsatomerne jævnt fordelt blandt aluminiumatomer - ne. Opløsningsglødnin g Legeringen afkøles nu meget hurtigt til stuetemperatur, f.eks. ved bratkøling i vand. Strukturen efter afkøling er sta - dig homogen, men legeringen er nu overmættet med legeringsatomer, fordi opløselighedsgrænsen er overskredet. Efter bratkølingen opvarmes legeringen til temperaturen T 2, der er valgt så høj, at atomerne kan bevæge sig (diffundere) i krystalgitteret med rimelig hastighed. Modnin g Da legeringen stadig er overmættet ved temperaturen T2, vil den overskydende mængde legeringsatomer begynde at ud- 45

skille sig som nogle meget fine, jævnt fordelte partikler i strukturen. Partiklerne kan, afhængig af legeringssammensætningen, enten bestå af legeringsatomer alene eller af kemiske forbindelser mellem legeringsatomerne og aluminiumatomerne. Uanset, hvordan partiklernes kemiske sammensætning er, så vil partiklerne altid have en anden krystalstruktur end aluminiummatrien. Efter modningen (varmebehandlingen ved T2) er strukturen ikke længere homogen, men består af mindst 2 forskellige faser. De små fine partikler af en fremmed fase, der ligger jævn t fordelt i aluminiummatrien medfører, at styrken stiger, for - di partiklerne hindrer dislokationernes bevægelse. En dislokation, der møder en partikel, kan ikke bevæge si g gennem partiklen, da den regelmæssige krystalstruktur»ødelægges«ved tilstedeværelsen af partiklen. Dislokationen må følgelig»kravle«uden om partiklen, hvilket kræver større mekaniske spændinger, da andre, mindre gunstig t orienterede slipplaner, må aktiveres. Jo kortere afstand der er mellem de udskilte partikler, de s mere hindres dislokationernes bevægelse, og tilsvarend e højere styrke opnås. Størrelsen, og dermed afstanden mellem partiklerne, af - hænger af både modningstemperaturen og tiden. For modningshærdelige legeringer gælder det generelt : Overmodning 1) Styrken når et maksimum efter en given tid. Varmebehandles (modnes) legeringen i længere tid, vil styrken falde. Man siger, at der sker en overmodning. 2) Den maksimale styrke indtræder hurtigere, jo højer e modningstemperaturen er. 3) Den maksimalt opnåelige styrke aftager med stigende modningstemperatur. Der findes flere typer eller grupper af modningshærdelig e aluminiumlegeringer. De vigtigste er baseret på følgende legeringselementer : 46

Cu Mg + Si Zn + M g Zn + Mg + Cu Det skal afslutningsvis nævnes, at AlZnMg-legeringern e modner ved stuetemperatur. Man siger, at der i dette tilfæl - de sker en naturlig modning. Dette giver visse fordele, f.eks. ved svejsning. Naturlig modnin g Diffusio n Ordet diffusion betyder spredning. 1 metallurgien benyttes ordet diffusion om transport af stof i fast fase. Ved alle temperaturer over det absolutte nulpunkt svinger atomerne omkring deres ligevægtspositio - ner i gitteret. Fra tid til anden sker det, at to eller flere atomer bytte r plads eller et atom»hopper«til en tom plads i gitteret (en vakance). Indskudsatomer»hopper«mellem de øvrige atomer til nye positioner. Er der en koncentrationsgradient til stede, vil der ske en nettostof - transport med en flu J, der er proportional med koncentrationsgra - dienten : J = -D d C d D kaldes diffusionskoefficienten og kan udtrykkes : D = D o e Q RT hvor Q er aktiveringsenergie n R er gaskonstante n T er temperaturen i Kelvi n Af ovenstående udtryk ses det, at diffusionshastigheden stiger vold - somt med temperaturen. Da udskillelsen af partikler under en modningshærdning er diffu - sionsstyret, er det foreståeligt, at den maksimale hærdeeffekt ind - træder efter kortere tid ved højere modningstemperaturer. Varmebehandlinger 4.4 Varmebehandling af aluminium har til formål at ændre metallets egenskaber til større styrke, til øget duktilitet/sejhed eller for at lette forarbejdningen. 47

Varmebehandling foretages i reglen i konvektionsovne. Ovnatmosfæren er oftest luft, som bør være ren og tør. Spe - cielt bør svovlforurening undgås. Opvarmning med olie og acetylenbrændere bør ikke anvendes. Hvis der ønskes en metalblank overflade efter varmebehandlingen benyttes beskyttelsesgas (kvælstof) eller vacuum under varmebehandlingen. Opvarmning bør ske hurtigst muligt, hvilket bedst sikre s ved at stille emnerne i varm ovn og ved at undgå for tæ t stabling/pakning. (Ref. 1). Følgende varmebehandlinger er aktuelle for aluminium : 4.4.1 Udglødnin g 4.4.2 Rekrystallisatio n 4.4.3 Opløsningsglødnin g 4.4.4 Modning - kunstig - naturlig 4.4.5 Afspændingsglødnin g 4.4.1 Høj duktilitet 2/3 af smeltetemperaturen Mindske risikoen for kornvækst Udglødning (blødglødning) Udglødning udføres for at få metallet på en form, hvor duk - tiliteten er høj, og hvor forarbejdning kræver mindst ma - skinkraft. Generelt udføres varmebehandlingen ved 2/3 af smeltetemperaturen. Specifikke anvisninger er vist i tabel 4.2. For hærdbare legeringer er det nødvendigt at køle lang - somt ned til ca. 250 C. Den efterfølgende afkølingshastighe d er uden betydning. (Ref. 1, 2). Ikke hærdbare legeringer bør være kolddeformeret min. 25% og gerne mere end 50% for at mindske risikoen for korn - vækst. (Ref. 1). De viste data er typiske værdier og vil ikke nødvendigvis be - skrive den optimale behandling for specifikke emnestørrelser og fremstillingsmetoder. 48

Tabel 4.2 Typiske udglødningsdata for aluminiumprodukter. Legering Metaltemperatur Tid på temperatur Tilstandsbetegnels e C h 1060 345 0 1100 345 0 2014 415' 2-3 0 3003 415 0 3004 345 0 5005 345 0 6005 415' 2-3 0 7001 415 3 2-3 0 7072 345 0 7075 415 3 2-3 0 1. Tid i ovnen behøver kun at sikre alle emner på fuld temperatur. Afkølingshastighed uden betydning. 2. Denne varmebehandling er fastlagt med henblik på at fjerne effekten af en opløsningsglødning og kræver afkøling med ma. 10 C pr. time ned til ca. 250 C, resterend e afkølingsforhold uden betydning. Glødning ved ca. 350 C efterfulgt af fri køling kan anvendes til at fjerne effekt a f kolddeformation eller delvis fjerne effekt af varmebehandling. 3. Denne varmebehandling er fastlagt med henblik på at fjerne effekten af opløsningsglødning og omfatter fri afkøling til ca. 200 C eller derunder efterfulgt af genopvarmning til 230 C i 4 timer. Glødning ved 350 C efterfulgt a f fri afkøling kan anvendes til at fjerne effekten af kolddeformation eller anden forudgående varmebehandling. Rekrystallisation Rekrystallisation er en proces, hvor kimdannelse og vækst a f nye korn medfører en omkrystallisering. Materialet har efter rekrystallisationen en struktur af udeformerede, spændings - fri korn, med lav dislokationstæthed. Forløbet er illustreret i figur 4.14. Kimdannelse af nye korn kræver en plastisk deformation. Der skal til aluminium tilføres såvel deformationsenergi som varmeenergi for at overvinde en tærskel o g sætte processen i gang. Bly f.eks. vil rekrystallisere spontan t ved stuetemperatur alene på deformationsenergien. Heri ligger begrundelsen for at kræve en minimum kolddeforma - 4.4.2. Omkrystalliserin g Kræver en plastisk deformatio n 4 9

Kornvækst tion på 25%, som det er nævnt i afsnit 4.4.1. Under disse 25% vil der ikke være tilstrækkelig energi til at kimdann e nye korn, og resultatet vil blive kornvækst. 0,45 smeltetemperature n Fig. 4.1 4 Kimdannelse og kornvækst under rekrystallisation, skematisk. a-d er fire på hinanden følgend e øjebliksbilleder ved konstan t temperatur. (a). Tre rekrystallisationskim er dannet i den kolddeformerede struktur (kort efter at rekrystallisationstemperaturen er opnået). (b) Flere kim er dan - net, og de første er vokset. (c ) Kimene er vokset yderligere, et par af kornene har dannet fælles korngrænse, og yderligere vækst er derved hæmmet. (d ) Rekrystallisationen er forløbet ti l ende. En ny rekrystalliseret struktur er vokset ud af de kold - deformerede korn. (Ref. 3). a b givelse for rekrystallisationstemperaturen. (K = C + 273). (Ref. 4). Følgende håndregler kan opstilles for rekrystallisationsforløbet, (ref. 4) : 1. Rekrystallisationstemperatur og tid reduceres : a. Med større forudgående kolddeformation b. Med mindre forudgående kornstørrelse c. Med renere meta l c Rekrystallisationstemperatur og -tid defineres ofte, som den temperatur - tidskombination som medfører, at 95% af materialet består af rekrystalliserede korn. For aluminium ka n 0,45 smeltetemperaturen regnet i K anvendes som ca. and 2. Rekrystallisation kan gennemføres ved lavere tempera - tur, såfremt glødetiden forlænges. 3. Kornstørrelsen efter rekrystallisation vil blive mindre : a. Ved lavere temperatur (over minimum for at udløse rekrystallisation) b. Med kortere tid på temperatu r c. Med hurtigere opvarmning (forøget kimdannelse ) d. Med større forudgående deformatio n e. Med flere uopløste og fint fordelte partikler Rekrystallisation medfører fald i styrke og øget duktilitet Rekrystallisation medfører fald i styrke og øget duktilitet se t i forhold til den kolddeformerede tilstand, se figur 4.15. I forhold til tilstanden før kolddeformation og rekrystallisation vil et korrekt udført forløb medføre øget styrke og stort set uændret eller kun lidt lavere duktilitet. 50

a) 200 Rekrystallisationstid, timer Fig. 4.15 a og b Trækstyrke og brudforlængels e som funktion af glødetid o g temperatur. Udgangsmaterialer : Hårdvalset kommercielt rent aluminium i pladeform. (a) Af figuren ses, at rekrystallisation målt som et fald på 95% af det total e fald i trækstyrke er nået efter f å timer. (b) Holdetiden ved den b) 40 0 30 0 20 0 100 0 Trækstyrke Restitutions - område \\I grænse I I ~ Rekrystallisations- Rekrystallisation 40 2 0 10 ~ \ 0 L 100 200 300 400 50 0 Temperatur, C Forlængelse 30 givne temperatur er fem minutter. På grund af, at holdetiden e r relativ kort sker der ikke mege n restitution. Rekrystallisations - grænsen er defineret, og ligge r ved 250 C. Temperaturer ove r ca. 400 C vil medføre fuldstændig rekrystallisation efter 5 mi - nutter. (Ref. 3). \ Cs lö Opløsningsglødnin g En opløsningsglødning er første trin i en modningshærdning. Opløsningsglødning i form af en opvarmning og e n bratkøling gennemføres med det formål at få alle partikle r som er sammensatte af legeringselementer og basismetal (intermetalliske partikler) opløst og samtidig opnå en jævn for - deling af fremmed atomer i krystalgitteret. Herved opnås et homogent materiale med ensartede mekaniske og korrosionsmæssige egenskaber i alle retninger. Styrkeniveauet, der afhænger af legeringsindholdet, er lavt i den opløsningsglødede tilstand. Materialet er i kraft af den jævne atomfordeling bragt i optimal udgangstilstand for en hærdning i form af udskillelseshærdning også kaldet modnings - hærdning. Ved denne proces er det jo netop de mang e spredte meget små partikler eller zoner, som giver størs t styrkeøgning. 4.4.3 Opvarmning og en bratkølin g Alle partikler opløs t Optimal udgangstilstand for e n hærdning i form af modningshærdnin g Et typisk temperaturforløb ved opløsningsglødning og modning er vist i figur 4.13. Typiske temperaturer for opløsningsglødning er vist i tabe l 4.3. Opvarmningen bør ske hurtigst muligt, og det bør sikres, at alle emner i en ovn får samme opvarmning. Forholdsregler bør tages overfor formændring ved høj temperatur. For la v temperatur ved opløsningsglødningen medfører for dårlig 51

opløsning og dermed lavere styrke ved den efterfølgende modning. For høj temperatur medfører risiko for misfarvning, blæredannelse eller begyndende smeltning. I regle n holdes emnerne på temperaturen i 15-60 min. Der bratkøles i vand eller for visse legeringer med forceret luftkøling. Tykvægget gods kan eventuelt køles i varmt eller kogende van d for at mindske risiko for revnedannelse. Tiden, fra emnerne tages ud af ovnen til køling starter, skal være meget lav, fo r tyndt gods ma. 10 sekunder. (Ref. 1). Tabel 4.3 Typiske varmebehandlingsdata for valset eller ekstruderet hærdbar aluminium, betegnelser efter AA. Legering Produktform Opløsnings - Modning glødning Metaltemp. Betegnelse Metaltemp. Ca. tid på Tilstands- C temp.h betegnelse 2011 Valset eller T31 kolddef. T4 tråd o g stang 525 T451 2 160 14 T8 1 2014 Valset eller kolddef. tråd o g stang 500 T4 160 18 T6 2024 Valset eller 495 T3512 190 12 T851 2 kolddef. tråd og stang T42 190 16 T6 2 4032 Sænk - smedet 510 T43 170 10 T6 6061 Valset eller kolddef. tråd og stang 530 T4 1604 18 T6 6262 Valset eller 540 T43 170 8 T6 kolddef. T43 170 12 T96 tråd og T451 23 170 8 T651 2 stang T42 170 8 T62 52

7050 Valset eller kolddef. tråd og stang 7075 Valset eller kolddef. tråd o g stang 7178 Valset eller kolddef. tråd o g stang 480 W 5 490 W 120 24 T6 465 W 120 24 T6 ' T7 1. Kolddeformation før varmebehandling nødvendig for at opnå specificerede mekaniske egenskaber. 2. Afspændingsbehandling ved strækning, for at give e n specificeret sætning, før opløsningsglødning. 3. Pr. definition angiver denne betegnelse naturlig modning, selvom mekaniske egenskaber for produktet ikke er registreret. 4. Alternativt kan anvendes 8 timer ved 170 C. 5. En to-trinsbehandling, 4 timer ved 120 C herefter 6-10 timer ved 180 C. Herved opnås optimal styrke. 6. Kolddeformation nødvendig før varmebehandling for at opnå de specificerede værdier. (Ref. 2 ) Modning (-shærdning) 4.4.4 Udskillelse af partikler eller zoner som øger metallets styrk e kan enten ske ved omgivelsestemperatur - naturlig modning Naturlig modnin g - eller ved forhøjet temperatur - kunstig eller varm mod- Kunstig eller varm modnin g ving. Forskellige legeringer har forskellig evne til naturlig modning. AlZnMg bliver f.eks. betydelig hårdere end AIMgSi. Opbevaring ved temperaturer under -15 C kan næ - sten helt forhindre modning indenfor 5 døgn. (Ref. 1). Den højeste styrke opnås ved kunstig modning. Visse legeringer bør først varmebehandles efter nogle døgns naturlig modning. Andre legeringer tåler kun kort tids lagring før kunsti g 53

modning, såfremt maksimal styrke skal kunne opnås. Tabel 4.3 viser typiske modningstemperaturer og holdetider. Så- For høj temperatur giver over- fremt der varmebehandles ved for høj temperatur eller fo r modning længe, sker en overmodning som medfører et fald i styrke. 4.4.5 Eliminere restspændinger Omordning af dislokationer Afspændingsglødning er kendetegnet ved en vis omordning af dislokationer, således at spændinger mindskes. Der er dog fortsat stort set samme antal dislokationer, hvorfor hårdhed og styrke kun ændres i mindre omfang. Der er ingen struk- turforandring forbundet med afspændingsglødning. Processen foregår ved en temperatur under rekrystallisationstemperaturen, og ved de højeste temperaturer svarer afspændingsglødning til restitution. Hårdhed og styrke ændres i mindre omfang Modningshærdbare legeringe r bør normalt ikke afspændingsglødes Afspændingsglødning Afspændingsglødning udføres for at eliminere restspændinger opstået under udstøbning, i forbindelse med svejsning eller under formgivnings- og bearbejdningsprocesser. Rest - spændinger vil eventuelt kunne bidrage til overbelastning, til deformation ved bearbejdning eller til spændingskorrosion. De modningshærdbare legeringer bør normalt ikke afspændingsglødes som følge af risiko for overmodning og samtidig øgede risiko for korrosion (specielt interkrystallinsk korrosion) som f.eks. i AlMg med mere end 4% Mg. Referencer 1. MNC handbook nr. 12. Aluminium, Konstruktions- och materiallära, utgåva 2, MNC -SIS, Dec. 1989. 2. Aluminium Association. Aluminium Standards and data. AA 1984. 3. Altenpohl, D. Aluminium viewed from Within, 1st Edition, Aluminium Verlag, Düsseldorf 1982, ISBN 3-87017-138-3. 4. Brick, R.M.; Pense, A W.; Gordon, R.B. Structure an d properties of engineering Materials, 4th edition. McGraw - Hill Kogakusha Ltd. 1977. 54

Fysiske og mekaniske egenskaber 5 Fysiske egenskaber Aluminiums vigtigste fysiske egenskaber er dets lave vægt - fylde, høje termiske ledningsevne, relativt høje elektrisk e ledningsevne og gode korrosionsegenskaber under neutral e korrosionsforhold. Den sidste egenskab behandles i kapitel 9. Aluminium har i ren form vægtfylden 2.71 g/cm3 hvilket er nær en trediedel af stål. Den termiske ledningsevne er ca. halvdelen (55%) af ren kobber. Til sammenligning kan nævnes, at aluminiums termiske ledningsevne er 4 gange højere end jerns. 5. 1 Lav vægtfylde, høj termis k ledningsevne, høj elektris k ledningsevn e vægtfylden 2.71 g/cm3 Aluminiums elektriske ledningsevne er ca. 65 procent af ren kobber, men den lave vægtfylde kan opveje dette, f.eks. ved brug til luftkabler. De detaljerede egenskaber for aluminium - legeringerne er vist i tabel 5.1. Forskellige legeringstyper har stort set samme smelteinterval smelteinterval ca. 600-650 C ca. 600-650 C. Vægtfylden varierer indenfor ± 1,5% omkrin g 2,7 glcm3 for aluminiumlegeringer. Varmeledningsevnen va - rierer ca. ± 27% omkring 176 kw/m K, dette dækker, at ren varmeledningsevnen ca. 17 6 aluminium ligger omkring 230 og visse magnesiumlegerede kw/1m K legeringer kommer ned på ca. 120-130 kw/m K. Den elektriske ledningsevne kan variere med en faktor 2. Legeringer, som anvendes til elektriske formål, vil dog som oftest variere indenfor ± 20% (ref. 1). Variationerne er en følge af deformationstilstanden, krystalgitterets ensartethed (opløste atomer, vakancer m.m.) og mikrostruktur. Mekaniske egenskaber Aluminiumlegeringernes mekaniske egenskaber er generel t lavere end f.eks. ståls. De stærkeste aluminiumlegeringer har dog trækstyrker, som er sammenlignelige med konstruktionsstål, se figur 5.1. Figuren illustrerer samtidig, at legeringerne kan have et ret bredt styrkeinterval afhængig af varmebehandling eller kolddeformation, (ref. 2). Udnyttelsen af højstyrkelegeringerne begrænses i nogen grad af disse lege - ringers dårligere korrosionsegenskaber, se kapitlerne 2 og 9. 5. 2 Bredt styrkeinterval afhængig a f varmebehandling eller kolddeformation 55

Tabel 5.1 Fysiske egenskaber ved 20 C. Typiske værdier. AA-nr Til- Smelte- Densitet Varme- Specifik Længde- Elektrisk stand interval') lednings- varme- udvidelses- resistivite t solidus/ evne kapacitet koefficient liquidus ( C) (g/cm3 ) kw/mk) J/kgK) 106K') n Slm ) Ikke hærdbare legeringer 1070 A 645- -658 2,70 230 901 23,5 28 1050 A 645- -658 2,70 229 901 23,5 2 8 1350 A 645- -658 2,70 901 23, 5-02 234 2 7-18 230 2 8 1200 645- -657 2,72 223 900 23,4 02 2 9-18 3 0 3003 640- -655 2,73 895 23, 1-02 190 3 4-18 158 431) 3103 640- -655 2,73 895 23, 1-02 190 34-18 158 431) 3004 630- -655 2,72 163 901 23,3-02 39-18 48 5005 630- -655 2,70 201 901 23,5 33 5049 615- -650 2,70 901 23, 5-02 180 40 5052 605- -650 2,68 138 903 23,7 50 5754 595- -645 2,68 132 903 23,7 53 5083 580- -640 2,66 117 903 23,8 60 56

AA-nr Til- Smelte- Densitet Varme- Specifik Længde- Elektrisk stand interval') lednings- varme- udvidelses- resistivitet solidus/ evne kapacitet koefficien t liquidus ( C ) (g/cm3) kw/mk) J/kgK) 10-6 K-') n Stm) Hærdbare legeringer 6101 B 590- -650 2,70 901 23, 5-06 218 3 0 6060 610- -655 2,70 901 23, 4-06 200 3 2 6063 615- -655 2,70 901 23, 5-06 201 3 5 6005 605- -655 2,70 898 23, 4-06 189 3 5 6005 A 605- -655 2,71 898 23, 3-06 176 36 6061 580- -650 2,70 899 23, 3-04 155 43-06 166 40 6082 575- -650 2,71 897 23, 1-02 185 31-04 150 41-06 172 39 6351 585- -650 2,71 897 23, 1-04 41-06 176 39 6012 595- -650 2,75 23, 1-06 180 39 2014 505- -640 2,80 870 22, 7-04 134 5 1-06 155 4 3 2024 500- -640 2,79 877 23, 1-04 121 5 7-06 151 4 5 2011 540- -645 2,84 865 23,0-03 152 44-08 172 38 7020-04 605- -645 2,78 134 877 23,3 49-06 136 49 7075 475- -635 2,81 866 23, 5-06 134 52 1) Strengstøbt materiale : 60 n S2m. 57

Fig. 5. 1 Trækstyrkeintervaller for aluminium som støbelegeringe r o g valselegeringer. Trækstyrkern e fordele r sig i intervallet i hen - hold til varmebehandlings- o g kolddeformationstilstand. (Ref. 2). 600 500 400 O O 30 0 CD 0) E 20 0 C z W~ 01 CU~ Y 10 0 «Y > RI 0 a0 rn _a N Q rn 1T J~ ~ O a _ O O O O v _ ö^ å å ~ Q å m f a 0 O rn2 2 N ':-'. _ C ~ v Q N U ~ ~ m ~ ` ~ V Q Q a,m H C O Y ~~, C Y Legerin g 600 400 300 O O O _ rin N w Ö1 NN Q ~ Z O 1 ~ ~ a l7 ~ a l7 c» 7 ) ~ p td vi vf in N N a a l7 ~ ~ V' O _ O rn ~ kb a å O rn ~ v a o a ü " å Legerin g En detaljeret oversigt over typiske styrkeværdier er vist i ta - bel 5.2. De mekaniske egenskaber i legeringernes forskellig e leveringstilstande er ligeledes vist i tabeller i ref. 3. Varierende belastninger Aluminiums udmattelsesegenskaber er ikke så gode so m ståls. Udmattelsesegenskaber for aluminium er imidlertid vigtige på grund af anvendelsen indenfor fly og køretøjer, eftersom komponenter i disse er udsat for varierende belastninger. Aluminium har generelt en relativ lav udmattelsesstyrke set i forhold til trækstyrke, se f.eks. figur 5.2. 58

Tabel 5. 2 AA-nr Til - stand Flyde - spændin g R,, Z (Nlmm2 ) Træk - styrk e (Nlmm2 ) Brud - forlængels e A 5 (%) Hårdhe d HV Udmattelse, Udmat - telses - grænse' (Nlmm2 ) Elasti - citets - modu l (GPa) For - skydnings - modu l (GPa ) Ikke hærdbare legeringer ; 1070 A -02 30 70 50 20 20 69 26-18 130 140 10 35 45 1050 A -02 30 75 45 20 30 69 26-14 110 125 16 40 35-24 115 125 18 4 0-18 150 165 10 50 50 1350 A -02 30 80 45 20 69 26-18 170 180 10 60 50-1200 -02 35 95 45 30 35 69 26-14 130 145 12 6 0 3003-02 45 110 45 30 50 70 26-14 140 160 10 45 6 0-18 190 205 10 65 7 0 3103-02 45 100 45 30 55 69 26-14 140 160 10 45 7 0-18 190 220 10 65 8 5 3004-02 70 180 25 50 95 69 26-18 250 280 5 90 11 0 5005-02 45 100 45 30 69 2 6-24 140 150 18 4 5-18 190 210 6 70 5049-02 85 210 25 50 70 2 6 5052-02 90 200 30 55 110 70 2 6-14 215 250 12 80 12 5-24 200 250 18 80-18 255 290 10 90 14 0 5754-02 100 225 30 60 100 70 2 6 5083-02 150 350 20 75 125 71 27 Tabel 5.2 fortsætte s 59

AA-nr Til- Flyde- Træk- Brud- Hårdhed Udmattelse, Elasti- Forstand spænding styrke forlængelse Udmat- citets- skyd - R0,2 R, t A5 HV telses- modul nings - grænse' modu l (N/mm2) (N/mmz) (%) (N/mmz) (GPa) (GPa) Hærdbare 6101 B -06 190 220 15 70 70 26 6060-06 160 200 12 65 70 69 2 6 6063-06 230 270 10 80 70 69 2 6 6005-06 250 280 12 95 95 70 2 6 6005 A -06 260 295 12 95 95 70 2 6 6061-04 145 245 25 70 95 70 2 6-06 275 310 15 110 95 6082-02 40 120 30 35 60 70 2 6-04 155 260 20 80 95-06 300 330 12 115 95 6351-04 150 250 16 70 95 70 2 6-06 270 300 10 110 95 6012-04 135 240 20 70 70 2 6-06 240 290 10 95 2014-02 95 200 18 60 90 73 2 7-04 265 440 24 115 140-06 420 470 12 145 125 2024-02 75 185 20 50 90 73 2 7-04 325 470 20 130 140 2011-03 300 380 15 105 125 73 27-08 310 410 10 110 125 7020-02 95 180 24 60-72 27-04 200 320 1 8-06 310 360 15 120 125 7075-06 505 570 11 180 160 72 27 1) Ved 5 10 8 cycler, roterende bøjning (R = -1). 60

N /mm z 500 - Fig. 5. 2 Udmattelsesgrænsen (ved 5 108 belastningscykler) ved roterende bøjning (R = -1) so m funktion af brudstyrken ve d trækprøvning for forskellige legeringer og tilstande. (Ref. 1). ) 400 AA5083-H321 AA6061 -T6 (S5144140-12) (55144212-06) AA 5052-H38 (55 1441 20-18 ) AA 3004-H 38 AA6061 -T4 AA 6063-T6 (55 14 42 12-04) (55 4104-06) 2001,,,,,,,,,,.~y~~A _Y.,~a_~ AA3003-H18 AA 5052-0 AA 6063-T5 AA 3004-0 AA 1100-H18 (55 14 40 54-18 ) (S5 14 41 20-02 ) (55 144103-06 ) (55 14 40 10-18 ) AA 1060-H18 (55144007-18 ) E AA 3003-0 AA 1100-0 AA 1060-0 (55 1440 54-02 ) (55 14 4010-02 ) (5514 40 07-02 ) 0 100 Udmattelsesgrænse, a p 20 0 1 300 1 I 111 1 N /mm z Aluminium udviser, som andre metaller med kubisk fladecentrere t krystalgitter, ingen udpræget udmattelsesgrænse d.v.s. udfladning af Wöhlerkurven. De ikke hærdbare legeringer udviser dog en vi s udfladning af kurven efter ca. 10 6 påvirkninger. De hærdbare udvi - ser en tilsvarende udfladning efter ca. 10 8 påvirkninger. Under korrosive forhold falder udmattelsesstyrken yderligere, idet den passive oidfilm kan brydes under hver belastning. Forøgelse af korrosionsbestandigheden ved anodisering eller cladding vil forbedre udmattelsesegenskaber under korrosive forhold men forringe egenskaberne under ikke-korrosive forhold (ref. 1). Påføring af trykspændinger i Under korrosive forhold falde r udmattelsesstyrke n 61

overfladen, f.eks. ved kolddeformation i form af valsning el - ler shot peening, kan øge udmattelsesstyrken væsentligt. Højere trækstyrke ved lav tern- Aluminium har ved lav temperatur højere trækstyrke end peratur ved stuetemperatur (ref. 1). Trækstyrken for kolddeformerede legeringer stiger kraftigt under ca. -50 C. Flydegrænsen er derimod stort set uændret. Brudforlængelsen stiger ligeledes væsentligt med faldende temperatur. Hærdede legeringer udviser en jævnt stigende trækstyrke fra 0 C og nedefter. Flydegrænsen for dette materiale ændrer sig stort set til - svarende, hvorimod brudforlængelsen først falder lidt, ne d til ca. -100 C, hvorefter den atter stiger (ref. 1). Ved forhøjet temperatur falde r aluminiums trækstyrke og flydegrænse, medens brudforlængelsen som oftest stige r Belastninger over længere ti d ved forhøjet temperatur medfø - rer krybning Ved forhøjet temperatur falder aluminiums trækstyrke og flydegrænse, medens brudforlængelsen som oftest stige r (ref. 1). Ren aluminium har ca. den halve trækstyrke ved 200 C sammenlignet med trækstyrken ved stuetemperatur. Legeringen AA 3004 som er en A1MgMn-legering (ikk e hærdbar) har stort set uændrede egenskaber til 100-120 C, herefter stiger brudforlængelsen. Fra ca. 150 C falder trækstyrke og flydespænding relativt brat for at være under 5 0 N/mmz ved 300 C. AA 2014 som er en A1CuMgSi-legerin g (hærdbar) udviser et fald i trækstyrken fra ca. 500 N/mm2 ved stuetemperatur til ca. 450 N/mmz ved 100 C, 350 N/mmz ved 200 C og kun ca. 100 N/mm2 ved 300 C. Flydespændingen udvikler sig tilsvarende. Brudforlængelsen begynder først at stige væsentligt over 200-220 C (ref. 1). Prøvning er her sket efter ca. 0,5 h på temperatur. Ved længere holdetider fås specielt for kolddeformerede- og modningshærded e legeringer lavere resultater. Det er afspænding henholdsvis overmodning, der betinger denne reduktion. Ved belastninger over længere tid ved forhøjet temperatur vil materialet udvise krybning. At et materiale kryber vi l sige, at det selv under konstant belastning vedbliver med a t forlænge sig. Et materiales mekaniske egenskaber ved højer e temperatur afprøves således ved at måle krybestyrken i e n langtidstest og varmtrækstyrken i en korttidstest. Krybedata angives i reglen, som den belastning som giver en fast - lagt forlængelse (tøjning) efter en vis tid, f.eks. 1% over 100 h (Qinoo) eller som medfører brud efter, f.eks. 100 h (QBnoo) ved de n aktuelle temperatur. F.eks. er 1 %-krybestyrken af ren Al over 1.000 h ca. 30-40 N/mm 2 ved 100 C. 62

AA 3004 AIMgMn har tilsvarende a, i, o00 lig ca. 220 N/mm z ved 100 C og AA 2014, som er en AICuMgSi-legering, har a 1 00 lig ca. 200 N/mm z ved 200 C. (Ref. 1). Elasticitetsmodulet for aluminiumlegeringer aftager væsentligt ved forhøjet temperatur. Eksempelvis vil E være ca. 7 104 N/mm 2 ved 0 C og for de enkel - te legeringer ligge mellem 5 og 6,1 104 ved 200 C og melle m ca. 3- og 4,5 104 N/mm z ved 300 C. (Ref. 1). Referencer 1. MNC handbook nr. 12. Aluminium, Konstruktions- oc h materiallära, utgåva 2, MNC -SIS, Dec. 1989. 2. Hufnagel, w. Aluminium Taschenbuch, 14. auflage. Aluminium Verlag, Düsseldorf, 1983. 3. Aluminium Association. Aluminium Standards and data. AA 1984. 63

6 Legeringstype r 6.1. De væsentligste legeringselemente r De væsentligste legeringselementer i aluminiumlegeringerne er : Mangan Silicium Magnesium Kobber Zink Nikkel Titan Litiu m Alle ovennævnte grundstoffer giver en opløsningshærdnin g omend af varierende styrke. Magnesium og mangan har størst effekt på opløsningshærdningen og tilsættes da ogs å primært med dette formål. De andre stoffer tilsættes med andre formål for øje som det vil fremgå af det følgende. Generelt kan det siges, at alle stofferne sænker smeltepunktet. En undtagelse er dog titan som hæver smeltepunktet gansk e betragteligt. Mangan : Foruden at give en opløsningshærdning tilsætte s mangan primært for at forbedre flydeegenskaberne. Silicium : Sænker smeltepunktet uden at give anledning ti l sprødhedsfænomener. Væsentligt legeringselement i støbelegeringer. Silicium benyttes også som legeringselement i til - satsmaterialer til svejsning og lodning. En meget kendt aluminium-silicium-legering går under navnet silumin. Den indeholder 11-13,5% silicium. Magnesium : Giver en meget effektiv opløsningshærdning. 0,8% Magnesium har samme effekt som 1,25% mangan. Sammen med silicium kan magnesium give en modnings - hærdning gennem udskillelse af Mg2 Si. Kobber: Al-Cu legeringerne hører til blandt de modnings - hærdelige legeringer. Styrker der er sammenlignelige me d konstruktionsståls kan opnås med disse legeringer. Legerin - gerne med kobber kan tillige naturlig modnes. Zink: Giver ligesom kobber modningshærdelige legeringer. De højeste styrker blandt aluminiumlegeringerne kan opnå s 64

med zink som det væsentligste legeringselement (ca. 6%). Nikkel: Tilsættes for at øge styrken specielt ved forhøjede temperaturer. Titan : Medfører kornforfining og dermed forbedrede mekaniske egenskaber. Litium : Relativt nyt legeringselement. og øger elastisitetsmodulet. Reducerer vægtfylde n Inddeling og betegnelse af aluminiumlegeringer Aluminiumlegeringerne inddeles i to hovedgrupper efte r deres anvendelse : 6.2. Valselegeringer og støbelegeringer. Valselegeringerne omfatter gruppen af legeringer som efte r udstøbning (kokille eller strengstøbning) valses, trækkes, ekstruderes, presses, smedes eller på anden måde undergå r plastisk deformation. I modsætning hertil står støbelegeringerne der benyttes til emner, der så vidt muligt gives den endelige form ved selv e udstøbningen. I begge grupper findes både hærdbare og ikke-hærdbare ty - per. Deformationshærdning er kun relevant for valselegeringerne. Inddeling efter Aluminium Association (AA) og Dansk Standard (DS ) Klassificeringen af de valsbare aluminiumlegeringer efte r Dansk Standard's system følger i det væsentligste det amerikanske system (AA). AA-systemer omfatter imidlertid flere legeringer, hvorfor dette system vil blive gennemgået her. Betegnelsessystemet er udarbejdet således, at legeringen s sammensætning beskrives ved et fircifret tal. 6.2.1. 65

Første ciffer angiver hovedlegeringselementet og har følgende betydning : Tabel 6.1. Viser Aluminium Associations opdeling af aluminiumvalselegeringer samt eksempler på anvendelsesområder. Serie Legeringselementer Anvendelsesområd e 1XXX <1% (teknisk ren) El- og varmeledere, claddin g 2XXX Kobber Højstyrke applikationer, flydel e 3XXX Mangan Dækplader, lette konstruktioner 4XXX Silicium Dækplader, El-leder e 5XXX Magnesium Konstruktioner, El-ledere, dækplade r 6XXX Magnesium, silicium Konstruktioner, ledere, dækplade r 7XXX Zink Højstyrke applikationer, flydel e 8XXX 9XXX Andre elementer Ubrugt serie Andet ciffer angiver grænserne for urenheder. Er dette 0 e r der ingen særlig kontrol med de enkelte urenheder, men s tallene 1 til g angiver, at der er kontrol med en eller flere ty - per urenheder. I serie 1XXX betegner de to sidste cifre den krævede aluminiumprocent. I serierne 2XXX til 8XXX har de to sidste cifre ingen speciel betydning, men skal blot identificere de enkel - te legeringer indenfor gruppen. 6.2.2. Leveringstilstanden ifølge Aluminium Association (AA ) Med leveringstilstanden menes graden af kolddeformatio n eller den varmebehandling som produktet har fået inden leveringen. I henhold til Aluminium Association angives leveringstil - 66

standen med et bogstav efter den firecifrede typebetegnelse. Bogstavernes betydning fremgår af tabel 6.2. Tabel 6.2. Leveringstilstande for aluminium ifølge Aluminiu m Association. F Som emnet er produceret. Produktets kolddeformatio n eller varmebehandling er ikke kontrolleret. 0 Emner blødglødet til lavest mulig styrke. H Deformationshærdning evt. efterfulgt af blødglødning eller rekrystallisationsglødning. Tallet efter bogstave t angiver den aktuelle behandling. W Opløsningsglødet og bratkølet emne. Dette er en ustabil tilstand, som anvendes på emner, der skal formgives inden senere modning. T Varmebehandlet således at emnet har opnået en stabi l tilstand. Tallet efter bogstavet angiver den aktuelle be - handling. Leveringstilstanden kan yderligere specificeres med et nummer der angiver graden af kolddeformation eller en nærmere angivelse af den forudgående varmebehandling. De vigtigste nummerbetegnelser er anført i tabel 6.3. 67

Tabel 6.3. Leveringstilstand for aluminium ifølge Aluminiu m Association. Varmdeformeret 00 Blødglødet 02 Kolddeformeret, 114 hård 1 2 1/2 hård 1 4 314 hård 1 6 hård 1 8 Kolddeformeret og afspændingsglødet 1/4 hård 2 2 112 hård 2 4 3/4 hård 2 6 Specialtilstand, blødglødet for dybtrækning 4 0 1/4 hård 4 2 112 hård 4 4 Naturlig modnet 04 Varmmodnet 0 6 Kolddeformeret og varmmodnet 0 8 6.2.3 Støbelegeringer (Aluminium Association systemet) Analogt til valselegeringerne klassificeres støbelegeringerne efter et lignende system som valselegeringerne. Det skal nævnes, at Dansk Standard ikke klassificerer støbe - legeringerne efter samme logiske system som Aluminiu m Association. 6 8

Tabel 6.4 Aluminium Associations opdeling af aluminium- støbelegeringer samt eksempler på anvendelsesområde. Serie Legeringselementer Anvendelsesområd e 1XX.X >99% Al El-ledere, lette konstruk - tione r 2XX.X Kobber Højtemperaturstyrke. Trykbelastede motordele. 3XX.X Silicium og kobber Krav til tæthed ved modera t temperatur. Motorer. 4XX.X Silicium Fødevareproduktio n 5XX.X Magnesium Marine miljøe r 6XX.X Ubrugt seri e 7XX.X Zink Krav til høj styrke uden for - udgående varmebehandling 8XX.X Tin Leje r 9XX.X Andre elementer Første ciffer betegner det vægtmæssigt betydeligste element. De næste to cifre er enten angivelse af indholdet af aluminium (1XX.X) eller legeringens identifikationsnumme r (2XX.X-9XX.X). Sidste ciffer indikerer, hvorvidt legeringe n forekommer som metalbarre eller støbegods. Klassifikation ifølge DIN 1700 7 I den tyske indrustrinorm (DIN) skelnes ikke mellem støbe - og valselegeringer. 6.2.4 Tabel 6.5. Opdelingen af aluminiumlegeringer i henhold ti l DIN 17007. Werkstofnummer Werkstofgrupp e 3.0000-3.0999 Teknisk rene legeringer 3.1000-3.1999 Kobber 3.2000-3.2999 Siliciu m 3.3000-3.3999 Magnesium 3.4000-3.4999 Zink 69

6.2.5 Leveringstilstan d Leveringstilstanden anføres efter DIN 17007 med to tal, de r efterfølger legeringsnummeret, som vist i tabel 6.6. Tabel 6.6 Leveringstilstande for aluminium DIN 17007. Dekade 3.XXXX.00-3.XXXX.09 3.XXXX.10-3.XXXX.1 9 3.XXXX.20-3.XXXX.29 3.XXXX.30-3.XXXX.39 3.XXXX.40-3.XXXX.49 3.XXXX.50-3.XXXX.5 9 3.XXXX.60-3.XXXX.6 9 3.XXXX.70-3.XXXX.7 9 3.XXXX.80-3.XXXX.8 9 3.XXXX.90-3.XXXX.99 Tilstan d Ubehandle t Blødglødede emne r Koldbearbejdet (mellem hård ) Koldbearbejde t Opløsningsglødet. Opløsningsglødet og koldbearbejde t Varmebehandlet og uden koldbearbejdning Varmebehandlet og koldbearbejdet Afspændingsglødet Specialbehandlinge r 6.3 Sammenligning af forskellige standarde r Tabel 6.7. og 6.8. sammenligner forskellige nationale standarder for henholdsvis valse- og støbelegeringer. Det skal understreges, at der er tale om sammenligninger. Der må ikke sættes lighedstegn mellem legeringerne i de forskellig e standarder, da den kemiske sammensætning kan variere fra standard til standard. Af praktiske grunde er det imidlertid hensigtsmæssigt at kunne drage visse paralleller mellem de forskellige standar - der. 70

Tabel 6.7. Eksempler på valselegeringernes betegnelser i henhold ti l andre standarder i Skandinavien (Ref. 1, p. 220). Valselegeringer Alu- Sweden Gränges Norway ÅSV Nordisk Norsk Den- Alu- Fin- Fins k minium SIS Alu- NS Alu- Hydro mark minord land Kabe l Associa- 14... minium minium DS SF S Lion 3) 1080A 4004 5020 1001 2580 1070A 4005 5030 17015 1026 NA-99.7 104 1070 2581 (15003) 1050A 4007 5050 17010 1024 NA-1S 1050 (15002) 2582 A99. 5 1445, 1350 4008 5051. 17011 1027EC C1S 2583 1700 5 1200 4010 5090 17001 1008 NA-2S 1200 2S 2584 5110 (15001 ) 1100 5110 1050 NA-D2S 2011 4355 6255 2590 2014 4338 6305 17105 2595 2024 631 5 2030 4335 171.10 3103 4054 5578 17405 2029 NA-3S (15301) 2585 2025') NA -C3 S 3003 2030 NA-D3S 3003 3004 6511 203 5 4043 2590 5005 4106 5583 2084 5005 2586 5050A 651 5 5051 5052 5251 17205 2023 NA-M57S 5052 4120 6526 17210 2041 NA-5052 M57S 2587 (5052) (4120) (6526) (17210) 2026 NA-57S 5754 4130 6533 2014 NA-5754 508 2588 5154 2087 NA -54 S 5454 2078 N A-5454 5454 5554 NA -B53 S 5154A 4133 2087 NA-54S (15202) 5083 4140 17215 2027 NA-D54S 5083 5056 4146 17220 (15203) 2589 5086 2028 NA -B54S 6060 4103 6504 2080 604 G50S 2591 APM046 6063 4104 6506 173190 2055 601. 6063 C50S 650 7 6061 2079 D65 S 6201A 4102 6505 612 D50S 2592 APM1056 4105'-) 7 1 Tabel 6.7 fortsætte s

Valselegeringer Alu- Sweden Gränges Norway ÅSV Nordisk Norsk Den- Alu- Fin- Finsk minium SIS Alu- NS Alu- Hydro mark minord land Kabel Associa- 14... minium minium DS SFS tion 3) 6463 6503 2062 NA-050S 6181 2077 NA-B51S 6082 4212 6508 2005 NA-6082 611 (15251) APM165 6509 6351 6510 17305 2018 6351 B51S 2593 (15251 ) E50 S 6943 7005 7005 7011 6952 2046 74S 7020 4425 6950 17410 2596 695 6 7075 208 2 8079 5520 1) Type AlMnO.6SiO.3 5 2) Type AlMgO.8 for lufttransmissionskabler 3) Betegnelser i parentes udgør tidligere betegnelse 72

Tabel 6.8. Eksempler på støbelegeringernes betegnesler i henhold ti l andre standarder i Skandinavien (Ref.1, tabel p. 220). Støbelegeringer Alu- Sweden SAKO Norway ÅSV Fundo Norsk Den- Finland Typ e minium SIS NS Hydro mark SFS Associa - tion 14... DS3002 4163 786 17550 4163 2572 AIMgSS i 4230 867 3042 FA 31 AISi6Cu4 4231 864 257 0 3028 FA 24 AISi7Mg0. r 356 4244 883 17525 3022138 FA 4244 4244 2569 AISi7Mg 4247 885 4251 868 424 1 A 380 4252 870 17530 2568 AISi8Cu 3 A 360 4253 887 17520 3030139 FA 4253 901 4253 2567 AISi10Mg 380 4254 872 17532 4254 AISi9Cu3Z r 4255 855 3017 FA 4255 AISi1 0 A 413 4260 857 17512 4260 2565 AISi12(Cu ) C 443 4261 856 17510 3020 FA 4261 902 4261 2566 AISi1 2 D 712 4438 955 17570 3012 4438 2573 AIZnSM g 328 17535 AISi7Cu2Z r 17550 4162 2572 AIMg5S i 17552 AIMg5 535 3036 FA 40 AIMg 6 2564 (4130) 3009 2571 AICu4Ti Reference r 1. Hufnagel, W. :»Key to Aluminium Alloys«, Aluminium - Verlag, Düsseldorf, 1982, 1. udg. 73

7 Prøvning I et eller andet omfang udføres der i de fleste virksomheder prøvning af : Indkøbte materiale r Halvfabrikata (f.eks. overfladebehandlede emner) Færdige produkter (f.eks. underleverancer ) Egne produkter Behov for kvalitetskontrol e r individuelt Mange ord for prøvning Dette kapitel er et sammendrag fra ovennævnte kompen- Mest kendt i tilknytning til produktionen Der kan ikke siges noget generelt om behovet for kvalitets - kontrol og omfanget heraf. For den enkelte virksomhed vil det nemlig være bestemt af, hvordan man praktisk og rentabelt sikrer at produktets standard er tilfredstillende. Prøvning, som i daglig tale også benævnes kontrol, verifikation, dokumentation eller test, er relevant på flere niveauer i virksomheden. F.eks. i konstruktion og udvikling når et ny t produkts egenskaber eller ydeevne ønskes dokumenteret. Prøvning er dog mest kendt i tilknytning til produktionen. F.eks. ved kontrol af underleverancer, hvor prøvning f.eks. udføres : som rutinekontrol, når underleverandøren er ny, når underleverandøren ikke har et certificeret kvalitetsstyringssystem. Prøvning kendes også i produktionen som kontrol af egne produkter for at sikre at produktspecifikationerne er overholdt. I kompendiet»materialekendskab - generelt«(modul S1/A ) gennemgås de mest almindelige : Mekaniske prøvningsmetode r Ikke-destruktive prøvningsmetode r Metallografiske prøvningsmetoder Kemiske analysemetoder. Der henvises til dette kompendium for detaljeret beskrivels e af de enkelte metoder. 74

dium, hvor prøvningerne sammenfattes i relation til aluminium. Faktorer der påvirker et provningsresultat Det er vigtigt, at alle, der har brug for at dokumentere egen - skaber, kvalitet, sikkerhed og anvendelighed af et produkt eller et materiale, benytter kvalificerede prøvningsfaciliteter. 7. 1 Kravet til prøvningsresultaternes nøjagtighed er f.eks. afhængig af det valgte kvalitetsniveau og i et vist omfang a f konkurrencepolitikken. En af forudsætningerne for sammenlignelige prøvningsresultater mellem forskellige laboratorier er sporbare kalibreringer. D.v.s at man kan spore et instruments kalibrering ti l en normal med en foreskreven nøjagtighed. Hertil kommer en række andre faktorer, som påvirker prøvningsresultatet, som illustreret i fig 7.1. Det er måleudstyr, måleobjekt, personen, målemiljøet og målemetoden. Mange faktorer påvirke r prøvningsresultatet Det er vigtigt at være opmærksom på alle disse forhold, nå r der ønskes troværdighed til prøvningsresultaterne, hvilket Troværdighed 75

f.eks. kan være af afgørende betydning overfor myndighederne, i kontraktforhold, ved eksport, i tilfælde af tvistigheder etc. Dette betyder ikke, at nøjagtigheden altid skal være stor, men at nøjagtigheden skal kendes, uanset om prøvninge n udføres i virksomheden eller hos et prøvningslaboratorium. Akkrediteret prøvning Når prøvning udføres på et eksternt prøvningslaboratorium, er det væsentlig at være opmærksom på at Industri- og Handelsstyrelsen under Industriministeriet har opbygget e n akkrediteringsordning (DAO - Dansk Akkrediterings Ordning) for prøvningslaboratorier i Danmark. Heri indgår laboratorier, hvis kvalifikationer, uvildighed og ressourcer e r godkendt inden for de områder som akkrediteringen omfat - ter. Akkretiteringen baseres på kvalitetsstyringsstandarden EN Kvalitetsstyrings standard for 45001:1989»Generelle kriterier for prøvningslaboratoriers urprøvning bejde«, og vil i fremtiden være forudsætningen for, at resul - tater fra et prøvningslaboratorium vil blive alment og inter - nationalt anerkendt. Akkrediteringen administreres af DFM (Dansk Institut for Fundamental Metrologi), og afløser de n tidligere autorisationsordning under Statens Tekniske Prøve - nævn. I fremtiden vil en virksomheds vurdering af et prøvningslaboratorium derfor ske på samme måde som vurdering af e n hvilken som helst anden underleverandør nemlig ved vurdering af kvalitetsstyringssystemet. 7.2 Mekaniske prøvningsmetode r Ved mekanisk prøvning tilvejebringes resultater, der beskriver materialets egenskaber (reaktion) ved statiske -, dynamiske eller slagagtige belastninger. Fleste metoder er destruktive De mekaniske prøvningsmetoder er for de fleste metoders vedkommende destruktive prøvningsmetoder, hvor der udtages en materialeprøve og tildannes et prøveemne i overensstemmelse med en prøvningsforskrift f.eks. en standard. Tabel 7.1 giver en summarisk oversigt over nogle udvalgte mekaniske prøvningmetoder. 76

Tabel 7.1 Oversigt over udvalgte mekaniske prøvningsmetoder. Egenskab Prøvningsmetode Prøveemne Supplerende bem./anvendels e Brud- Trækprøvestang trækkes til brud. Krafstyrke ten hertil måles. R,, Størrelsen varierer. Al- Brudstyrken udregnes som forholdet mellem de n mindeligvis er prøveem- maksimale kraft (F mt), som skal til at bryde prøven net en stang med rundt i forhold til det oprindelige tværsnitsareal (So). eller retangulært tvær- Fmt snit. Rmt = So 0,2- Trækprøvestangen belastes indtil plastis k spændingen deformation. Sammenhængen mellem R0, 2 spændingen og tøjningen tegnes op. Fr a 0,2% forlængelse på tøjningsaksen trækkes en linie parallelt med den elastisk e del på kurven. Den spænding, hvor linien skærer spændings-tøjningskurven e r 0,2-spændingen. Brudfor- Trækprøvestangen trækkes til brud. De længelse to bruddele bringes sammen, og måle- A længdens (Lo) blivende forlængelse ( L u) måles. Ind- Trækprøvestangen trækkes til brud. De snøring to bruddele lægges sammen, dimensio- (kontrak- nerne på det snævreste tværsnit måle s tion) (S u ) og ændringen i % af de oprindelige Z areal (So)udregnes. Samme som for trækstyr- 0,2-spændingen aflæses som den spænding, de r ke. Prøvningen udføres giver materialet en blivende forlængelse på 0,2%. almindeligvis samtidig Udnyttes f.eks. når en konstruktionsdels udformhermed. ving er kritisk for dens anvendelse. Samme som trækstyrke. Indikerer hvor meget et materiale forlænges fø r Prøvningen udføres al- brud. Indgår i vurdering af et materiales duktilitet. mindeligvis samtidig hermed. L - Lo = LO % A10 og A 5 er hhv. målt på stænger med LO = 10 d og Lo = 5 d, d = diameter. Samme som brudstyrke. Indikerer hvor meget et materiale kontraherer før Prøvningen udføres al- brud. Indgår i vurdering af et materiales duktilitet. mindeligvis samtidig So - S u hermed. Z = So Tabel 7.1 fortsættes

Egenskab Prøvningsmetode Prøveemne Supplerende bem./anvendelse Elasticitets- Trækprøvestangen trækkes. Sammen- Størrelsen kan variere. Repræsenterer materialets fjederkonstant ved elamodulet hængen mellem spændingen og tøjnin- Typisk større end almin- stisk deformation. Er et mål for hvor meget, et ma - E gen tegnes op. Elasticitetsmodulet er delige trækprøvestænger. teriale forlænges under belastning. kurvens hældning i det elastiske område. Charpy Kærvede prøveemner slås over af en Firkantet stang med V/U Den energi der medgår til bruddet udregnes på ba - slag- pendulhammer. eller»keyhole«kærv i sis af den højde som pendulet når, efter at prøve n sejheds- midten af stangen. er slået over. Resultatet er mere korrelateret til ma - prøvning terialets kærvfølsomhed end til skørheden. Rockwell Kugle eller diamant deformerer prøvens Ubegrænset størrelse Kan f.eks. anvendes som dokumentation for kor - hårdhed overflade. Indtrykkets dybde efter af- med tilstrækkelig tykkel- rekt varmebehandling. Kan korreleres med træk- HR lastning af den største kraft bestemmer se. (minimum tykkelsen styrken. hårdheden. afhænger af hårdheden). Brinell Kraften overføres via en stålkugle, som Ubegrænset størrelse Kan f.eks. anvendes som dokumentation for kor - hårdhed deformerer materialets overflade. Ind- med tykkelse som min. rekt varmebehandling. Kan korreleres med træk- HB trykket diameter lægges til grund for er 10 indtrykkets dyb- styrken. udregning af hårdheden. de. Overflade-finishe n skal være så fin, at indtrykkets kant tydeligt kan ses.

Vickers Kraften overføres via en diamantpyra - hårdhed mide, som deformerer materialets over - HV flade. Indtrykkets diagonaler måles o g lægges til grund for udregning af hårdheden. Udmattelses- En belastning påføres gentagne gang e styrke indtil prøveemnet går i stykker eller e t bestemt antal gange. Testen kan omfatte træk-, tryk- eller bøjningsbelastninger. Slidstyrke Prøveblokken presses med en speciere t (Block-on- kraft mod en roterende ring. Volumen Ring Test) tabet fra blok og ring måles efter et givent antal omdrejninger med en give n hastighed. Slidstyrke Pin med defineret geometri presses mo d Pin-on-disk roterende skive i kammer med lukket miljø. Belastningen og rotationshastigheden defineres. Afslidning af pin måles/vejes efter defineret sliddistance. Slidspor på skive måles. Ubegrænset størrelse Som de øvrige hårdhedsmetoder. Meget små del e med en tykkelse der er og/eller veldefinerede områder kan testes. Kan kor - større end 1,5 diagona- releres med trækstyrke n lens længde. Overflade - ruheden skal være så fin, at indtrykkets kant le t kan ses. Varierende størrelse og Udmattelsesstyrken er den maksimale spænding, belastningsmetode, al- som kan påføres for et specificeret antal belast - mindeligvis valgt for at ningscykler. Udmattelseslevetiden, antallet af be - simulere praktisk fore- lastningscykler før brud for en specificeret belast - kommende driftbelast- niug eller tøjning. vinger. 0,620 0,400 0,250 in. Udtrykker slidbestandigheden for en valgt mateblock/1,377 in. dia. ring. rialekombination. Driftbetingelser kan simulere s 1 in = 25,4 mm. ved anvendelse af smøremidler eller forureninger. Skive (ring) min. Ø 25mm./ma. Ø 110 mm./pin geometri eks. kugle ma. Ø 10 mm./cylinder ma. Ø 20 Udtrykker slidbestandigheden for en valgt materialekombination. Driftsbetingelser kan simulere s ved anvendelse af smøremidler eller forureninger.

Trækprøvnin g Trækstyrke, 0,2-spænding, brudforlængelse og kontraktion Trækprøvning er en meget anvendt prøvningsmetode til te- stemmelse af trækstyrke, 0,2-spænding, brudforlængelse o g kontraktion (indsnøring). Prøvningen anvendes fortrinsvist til : 1. Bestemmelse af en aluminium materialekvalitet, idet d e forskellige aluminium-kvaliteter er kendetegnet ved krav til den kemiske sammensætning og til de mekaniske egenskaber. 2. Bestemmelse af varmebehandlede emners mekanisk e egenskaber. Fig. 7.2 viser to runde trækprøvestænger, so m er udført i samme materiale, men varmebehandlet for - skelligt. Fig. 7. 2 Runde trækprøvestænger. 3. Dokumentation af svejningers kvalitet. Fig. 7.3 viser en kærvet og en ukærvet trækprøvestang, som er udtaget a f en svejseprøve. Kærven er placeret i svejsemetallet for at fremprovokere brud i svejsemetallet. Trækstyrken bestem - mes og brudfladen i svejsmetallet undersøges for porøsiteter, slagger m.v.. Slagsejhedsprøvnin g Slagsejhedsprøvning har ikke nogen praktisk betydning for aluminium legeringer, da materialet ikke har en omslagstemperatur som stål. D.v.s at den energi, der medgår til at 80

Fig. 7. 3 Kærvet og ukærvet trækprøvestang. skabe et brud ved slagsejhedsprøvning, er uafhængig af temperaturen. Hårdhedsmålin g Der findes mange forskellige skalaer for hårdhedsmåling efter Rockwell. Til aluminium anbefaler ASTM-standarde n HRE og HRK. Det almindeligste er hårdhedsmåling efter Brinell og Vickers. Hårdhedsmåling efter Brinell foretages med belastningsgraden 5 eller 10 d.v.s. følgende forhold mellem den anvendt e kraft (N) og kuglediameteren D (mm) : Belastningsgrad = F D z Udmattelsesprøvnin g Aluminium og aluminiumlegeringer har ikke en udmattelsesgrænse ligesom stål. D.v.s. en grænseværdi for spændingen under hvilken materialet vil holde i ubegrænset tid. Kendskab til aluminiumlegeringers udmattelsesegenskabe r f.eks. gennem Wöhler-kurver er derfor vigtige som grundlag for levetidsvurdering. Udmattelseprøvnings primære formå l er således fremskaffelse af materialedata for beskrivelse af materialernes udmattelsesegenskaber. Aluminiumlegeringer har ikk e en udmattelsesgrænse Fremskaffelse af materialedata 81

Anvendelse af udmattelsesprøvning til kvalitetskontrol er yderst begrænset. Slidprøvnin g Slid- og friktionsforhold Slidprøvning anvendes f.eks. til undersøgelse af slid- o g friktionsforholdene for forskellige kombinationer af aluminiumlegeringer og overfladebelægninger. Slidprøvning af aluminium er især relevant ved konstruktion og udvikling af værktøjer f.eks. værktøjer til sprøjtestøbemaskiner. Slidprøvningsresultaterne benyttes som grundlag for materialevalg eller til specifikation af en eventuel overfladebehandling. Andre mekaniske prøvninge r Belastningsprøvning Belastningsprøvning af aluminiumprofiler er en hyppigt an - vendt metode til bestemmelse af sammenhængen melle m påført belastning og profilets udbøjning/vridning. Belastningsprøvningen udføres i en trækprøvemaskine. Pro - filet påføres en belastning, og med måleure registreres de - formationerne. Belastningens størrelse og angrebspunkt afpasses således at de modsvarer den eller de belastninger, som profilet vil blive udsat for i praksis. Fig. 7.4 viser opstillingen til en belastningsprøvning. Ved prøvningen bestemmes sammenhængen mellem belastning og udbøjning og belastningen til blivende deformation. Fig. 7. 4 Belastningsprøvning, aluminiumprofil. 82

Ikke-destruktive provningsmetoder Tabel 7.2 giver en oversigt over de almindeligste ikke-destruktive prøvningsmetoder til identifikation af revner o g fremstillings- eller driftsbetingede fejl. I litteraturen og i daglig tale kaldes prøvningsmetodern e NDT- prøvning eller NDE- prøvning for henholdsvis»no n Destructive Testing«og»Non Destructive Eamination«. 7. 3 Identifikation af revner o g fremstillings- eller driftsbetingede fej l Metallografiske provningsmetoder Ved metallografiske prøvningsmetoder forstås prøvninger, der giver informationer om metallets metallurgiske tilstand, f.eks. om : Metallets kornstruktur (kornstørrelse, krystalorientering ) Mikrostruktur (art, størrelse, form, fordeling ) Slaggeindeslutninger (art, størrelse, form, fordeling ) Eventuel overfladebelægning (lagtykkelse, karakterisering). Metallografiske prøvninger baserer sig enten på undersøgelse af et metallografisk prøveemne eller på ioniserende strå - ling (primært røntgen-stråling). 7.4 Informationer om metallets metallurgiske tilstan d De hyppigst anvendte metallografiske prøvningsmetoder e r undersøgelse af et metallografisk prøveemne i mikroskop. Et metallografisk prøveemne (slib) fremstilles ved slibning og polering af det materialetværsnit som ønskes undersøgt. Efter den sidste polering ætses prøven for at fremkalde me - tallets mikrostruktur. Fremstilling af sli b Af speciel relevans for aluminium skal der her peges på følgende prøvninger, som alle er standardiserede i henhold til DSIISO, ISO, DIN eller ASTM. Kornstørrels e Bestemmelse af den gennemsnitlige kornstørrelse f.eks. efter ASTM E 112-88. (Se tabel 4.1). Lagtykkelsesmålin g Bestemmelse af belægningers lagtykkelse ved måling på e t tværsnit i mikroskop. Nøjagtighed +I- 0,8 my. Metoden an - 83

Tabel 7.2 Oversigt over nogle udvalgte ikke destruktive prøvningsmetoder. Metode Princip Anvendelse Fordele Begrænsninge r Kapillar - væske Kapillarvæske trække s ind i overfladedefekte r ved hårrørsvirkningen. Synlig eller flourescent farve fremkalder fejlene. Ultralyd Fejl reflekterer lydbølger, som sendes ind i materialet. Den medgåede tid før ekkoet registreres ud - nyttes til at lokalisere fej - len. Overfladerevner, porøsiteter, laminering etc. som ligger i over - fladen Revner, laminering, bindefejl og lign. med det primære plan vin - kelret på lydkilden. Billig, transportabel. Mege t følsom. Uafhængig af materialets magnetiske og elekt - riske egenskaber. Viser fejlens dybde i materialet. Inspektion fra en side. Ingen stråling. Øjeblikkelige resultater. Udstyr hvortil der er knyttet en computer ka n producere billeder af fejle n (C-skan). Defekterne skal ligge i overfladen. Ikke velegnet til porøse og ru over - flader. Væsken skal væde overfladen Kan kun udføres af uddannet personale. Fejl som ligger parallelt med lydkilden kan ikke detekteres. Det er nødvendigt med referencestandarter. Radiografi Hvirvelstrøm Metallet absorberer røntgenstråling og gamma - stråling. Fejl og tynde tværsnit absorberer mindre, hvorfor mere stråling optages på filmen. Fejl ses som mørke skygger. En spole introducerer strøm i metallet. Samme spole detekterer strømm e som er bestemt af materialets/konstruktionen s elektriske egenskaber. Støbte materialer, komponenter o g svejsninger med stor e fejl og revner med det primære plan parallel t med strålingen. Permanente optagelser so m dokumenterer korrekt fremgangsmåde. Påviser fejl i al - le dybder. Ledende materiale r Meget følsom. Ingen kon - med konstant tværsnitsareal. Eeks. ved del. Hurtig nok til kontinu- takt med den undersøgte rørinspektion. Kan på- ert on-line inspektion. Mevise variationer i me- tallet behøver ikke nødven - taltype, mikrostruktur digvis at være ferromagnesamt andre typer fejl tisk. Forudsætter uddannede teknikere i prøvningsmetoden og i radioaktiv stråling. De tilstødende områder skal afskærmes mod stråling. Tykkelsen er bestemt af den radioaktive kildes styrke. Kostbart udstyr og gennemførelse. Revner vinkelret på strålingen kan være umulige at påvise. Giver respons på alle ændringer i relation til elektrisk og magnetiske egenskaber. Fejlindikation kan drukne i disse.

Akustisk Materialer udsender aku - emission stisk energi ved revne - vækst og plastisk deformation. Sensorer registrerer lydene under belastning. Replica Metallografisk metode. Der tages et aftryk af materialets overfladestruktur. Endoskopi Visuel inspektion af indre flader ved hjælp af op - tisk instrument som ka n være stift eller fleksibelt. Trykbeholdere. Fly- Prøvningen udføres under Plastisk deformation opstået ve d konstruktioner. Svejs- drift. Fejl opdages før hava- prøvning er ireversibel, prøven ka n ninger. ri. Alle belastede arealer te- derfor ikke gentages. Lydkilden ka n stes uafhængigt af sensorer- ikke lokaliseres præcist. nes placering. Materialemikrostruktur Undersøgelser muliggøres Kan kun anvendes på ydre overfla - i overflade, revnetype- på vanskelig tilgængelige der. Fortolkning af replica kræve r bestemmelse. Doku- steder. Mikrostrukturen do- erfaring. mentation af slidspor, kumenteres. topografi, overvals - ning, bindingsfejl m.v. Bestemmelse af revne- Inspektionen foretages uden Følsomt udstyr. Tåler ikke høje tern - dannelse, korrosion- ressourcekrævende adskil- peraturer og kraftige mekaniske på - sangreb, forureninger, leise. Kan foretages under virkninger. mekaniske beskadigel- vand. Enkel at anvende. ser, læsegenstande etc. i afstande op til 30 m. fra inspektionshullet.

vendes især på små eller geometrisk komplicerede emner o g er f.eks. beskrevet i DS/ISO 1463 (11.83). 7.5 Spektralanalys e Kemiske analysemetode r Spektralanalyse er en god og billig metode til bestemmelse af aluminiums kemiske sammensætning, idet analysen giver indholdet (vægtprocent) af alle væsentlige legeringselementer. Spektralanalysen udføres på en plan materialeprøve med en min. diameter på ca. 20 mm. Da der er tale om en overfladeanalyse, er det væsentligt at oplyse om materialet er overfladebehandlet. EDXRF EDXRF er en anden hyppig anvendt metode. Fig. 7.5 viser et eksempel på et analyseresultat. 86

Provningsrapport Ropporr nr. Side 1 of 2 modtaget 12 okt 8 8 Sagsny 6200-56091- 2 Antal bila g Do m 13 okt 88 Opgavenr. 9460 Sign. VNI Provens art Aluminium type 60 60/50 s? Provens mærke Nr. 1 KOMPONENT FUNDET RESULTAT KRAV METODE Mg 0,58% EDAX quant 9100 1,4 A Si 0,38% EDAX quant 9100 1,4 A Ti 0,03% EDAX quant 9100 1,4 A Mn 0,06% EDAX quant 9100 1,4 A Fe 0,35% EDAX quant 9100 1,4 A Ni 0,01% EDAX quant 9100 1,4 A Cu 0,07% EDAX quant 9100 1,4 A Zn 0,05% EDAX quant 9100 1,4 A Al Rem. Rem. EDAX quant 9100 1,4 A Fig. 7. 5 Analyseresultat EDXRF, legering AA 6060. 87

8 Certifikater Et certifikat er et dokument over udført kontrol på et part i materiale. Når en køber og en sælger har indgået aftale om levering a f f.eks. et parti aluminium med specificerede egenskaber, skal sælgeren levere i henhold til specifikationen, og købere n kan herefter godkende eller afvise de leverede varer. Enklere at gennemføre kontro l hos producenten Flere muligheder for kontrol Denne kontrol kan køberen udføre ved leveringens modtagelse, men det er enklere at gennemføre kontrollen hos materialeproducenten (aluminiumsværket) i tilfælde af, at han p.g.a. afvigelser fra specifikationen ønsker at reklamere. Køberen kan da vælge mellem at lade kontrollen udføre hos producenten gennem sin egen kontrollant eller lade kontrolinstansen hos producenten udføre og rapportere resultatet til køberen. Den fremgangsmåde køberen vælger, afhænger af : Hvilken dokumentation han har brug for (antal dokumenterede egenskaber ) Hvilken sikkerhed han ønsker for, at de oplyste materiale - egenskaber er korrekte Eventuelle krav fra myndighederne Krav til køberen Ved indkøbet skal køberen oplyse, hvilken type certifikat der ønskes. Endvidere skal køberen definere : Hvilke egenskaber, der skal kontrolleres. Antallet af prøvninger. Hvilke bestemmelser, der skal gælde for prøvningsudstyret. Hvilke prøvningsmetoder, der skal anvendes. Regler for omprøvning. Hvornår og af hvem kontrollen skal udføres. Som udgangspunkt for ovennævnte specifikationer kan køberen med fordel anvende tilgængelige standarder for al - mindelige tekniske leveringsbetingelser, som giver vejled - 88

ving for ovennævnte forhold. Som eksempler kan nævnes : DIN 1745 (02.83) I)IN 1746 (02.83), DIN 1747 (02.83), DIN 174 8 (02.83), DIN 1749 (11.73) DIN 1790 (05.77), DIN 17606 (11.73) m.fl. som omhandler tekniske leveringsbetingelser for diverse aluminium produkter som ekstruderede profiler, rør, plader m.v. Køberen skal være opmærksom på, at standarderne ikk e nødvendigvis omfatter alle de egenskaber, som er interessante for ham, hvorfor det kan være tilrådeligt at foreskriv e supplerende krav. Standarder foreskriver ikke kra v til alle materialeegenskabe r Dette kan f.eks. være aktuelt, hvis der i virksomhedens produktion indgår automatiserede processer, idet sådanne processer typisk vil være følsomme overfor variationer i de ind - købte materialers egenskaber. I sådanne tilfælde bør købere n overveje at supplere standardens minimum- eller maksi - mumkrav til f.eks. de mekaniske egenskaber med specifikke tolerancer for de pågældende egenskaber. F.eks. foreskrive a t materialets trækstyrke skal være 150-180 N/mm 2. De forskellige former for certifikater findes beskrevet i standarderne SIS 11011 (11.85), DIN 50049 (07.82), DS/IS O 404-1983 og euronorm 21-78. I 1989 er der endvidere udgive t et forslag til fælleseuropæisk standard PrEN 10204 (07.89). Standarder om certifikate r SIS 11011 er tilpasset ISO 404 og angiver i lighed hermed 4 certifikattyper. Euronormen og DIN-standarden angiver 5 certifikattyper. Tabel 8.1 giver en sammenlignende oversig t over certifikattyperne i tre af de nævnte standarder. 89

Tabel 8.1 Modsvarende certifikattyper i DS/ISO 404-1983, SIS 1101 1 (11.85) og DIN 50049 (02.82) DS/ISO 404 DIN 50049 SS 110001 5.3.1.2.1 2. 1 Værkserklæring Werkbescheinigung 5.3.1.2. 2 Værksattest 2.2 Werkszeugnis 1 Identitetsintyg 2 Kvalitetsintyg 3.1 A Abnahmeprüfzeugnis A 5.3.2.3. 1 Inspektionserklæring A Inspektionserklæring B 3.1 B 3B Abnahmeprüfzeugnis B Provningsintyg B 3.1 C 3C Abnahmeprüfzeugnis C Provningsintyg C 3.2 B Abnahmeprüfprotokoll B 5.3.2.3.2 3.2 C 4 Inspektions- Abnahmeprüfprotokoll CAcceptansintyg attes t Certifikattyperne i det fælles europæiske standardforslag er kort præsenteret i tabel 8.2, som er et oversat uddrag af e n tilsvarende oversigt i standardforslaget. Vi skal her begrænse os til at kommentere certifikaterne i DIN 50049 (07.82), som er den standard, der hyppigst anvendes i Danmark. Certifikater ifølge DIN 50049 I DIN 50049 (02.82) skelnes der mellem 7 certifikattyper, hvor 2.1-certifikatet er det enkleste og billigste. 2.1 certifikatet indeholder ikke nogen kontrolresultater og er i virkeligheden kun en skriftlig ordrebekræftelse fra leverandøren. 2.2-certifikatet indeholder kontrolresultater, men ikke nødvendigvis repræsenterende data fra det leverede parti. De værdier der angives på certifikatet er gennemsnitsværdier for materialekvaliteten og hidrører enten fra den løbend e kvalitetskontrol eller fra kontrol af andre varer produceret 90

Tabel 8.2 Certifikattyper i PrEn 10204 (07.89 ) Standard Dokument Kontrol- Dokumentindhold Leveringsbetingelser Dokumentunderskriver betegnelse typ e 2.1 Værks - erklæring Ikke specifik Uden angivelse af prøvningsresultater 2.2 Prøvnings - rapport Ikke specifik Med angivelse af resultater af prøvninger, der ikke nød - vendigvis er udført på de faktisk leverede produkter, men på produkter, der e r fremstillet med samme pro - duktionsmetode I overensstemmelse med betingel serne i ordren, og hvis dette er et krav, også i overensstemmels e med officielle bestemmelser og de tilsvarende tenikske regler Producen t 2.3 Specifik prøvningsrapport 3.1.A Inspektions- I overensstemmelse med officielle Den inspektør, der er udpege t attest 3.1.A bestemmelser og de tilsvarend e i de officielle bestemmelser Hvori nævnes resultaterne tekniske regler 3.1.B Inspektions- af prøvninger, der er udført I overensstemmelse med specifi - attest 3.1.B på de faktisk leverede produkter kationerne i ordren, og hvis dett e Producentens bemyndigede Specifik eller på produkter fr a kræves, også i overensstemmels e repræsentant den inspektionsenhed, hvoraf det overdragede er med officielle bestemmelser og de tilsvarende tekniske regler 3.1.0 Inspektionsen del I overensstemmelse med specifi- Købers bemyndigede repræ - attest 3.1.0 kationerne i ordren sentant 3.2 Inspektions- Producentens bemyndigede erklæring 3.2 repræsentant og købers bemyndigede repræsentant

ved samme metode. For standardmaterialer er det som ho - vedregel styrkeegenskaberne og den kemiske sammensætning, der kontrolleres løbende. Som hovedregel udstede s 2.2-certifikater derfor kun for disse egenskaber. 2.2-certifikater kan hurtigt laves og til lave omkostninger. 3.1.A, 3.1.B og 3.1.C-certifikater indeholder resultatet af af - talte prøvninger, som er udført på prøveemner udtaget fra det leverede parti. Forskellen på de 3 certifikater er den underskriftsberettigede. Det siger sig selv, at disse typer certifikater er mere tidskrævende at fremstille og derfor dyrere. 3.1.B og 3.1.0 certifikaterne er almindelige for plade- og rør - materialer. 3.2.-certifikater er dokumenter, der underskrives af både en repræsentant for køberen og sælgeren. Bortset herfra er ind - holdet i certifikaterne det samme som for 3.1.A - 3.1.C. Selve udformningen af certifikatet er ikke standardiseret, men i tillægsblade til både ISO, DIN og SS findes vejlednin g for hvordan de hensigtsmæssigt kan stilles op. 92

BESCHEINIGUNG CERTIFICAT DE CONFORMITE AWSUSSE CERTIFICATE OF CONFORMITY Ur Auttraa/Votre Ordre/Your orde. r;~ Ø DIN 50049 ; No 15775 2 _ 7 sene/pap e 1 BESTELLUNG 225E38/BO ANDERSEN 4. : r 91 MI(T METALGAACtDE v NK T METALGAARDEN A/S A/5 M.V. LUDVIGSE'v RS/MØ. --- TEMPOVEJ a 7 MO QTAGE: ` 49235/4181 14MA.11991 DK 2750 BALLERU P ~.McT,lliAåRD :,N ; CAi.IERI P,DAENEMAR K WNk slol f /Mat Ore/ M eteria l PLATTEN AUS ALMGSTI F70 ESTIGKEITSEIGENSCHAFTEN LNlereeMi n Avls d 'esoedition No ell 01 delivary Pos. Item Netto Kg CARACTERI$TIOVES MECANIOUES 1.5375 2 Profil Nr. OlmenslonOn NO de orolile Ømenslpns mm Section No Dimensions Vorea$ohriebene Wert* valaura reamse s SOeutled values DI F Los LOt MECHANICAL, PROPERTIES 6110/ 6 1/GT-- _..._.~_._..,t Rm R0 0.7 A 5 % HB Mp e Mo e Prob e Essei Sam D I N0 245 PrOwerte Resultats 'IHOAre s Measured values 240 OS 1023 50.000 X1250.0 X 3000. 0 3 5 31 7 t ZUSAMMENSETZUNG % COMPOSITION CHIMIOU E Cher p ~LO s NOt O L Si K e Cu Mn 1 1081 2781.9 7 3 3.02 8.6 9 CHEMICAL COMPOSITION % Mg C r Ni z,~ ü I I.7 4.01 0.003.005.011. _...~._ I I di A. Total B. Part, Bemerkun6M/Remaroma/Remark s C = Res11.OfBrung /Solde de is pdsitloalbal ap Oe delive r y CR 39 6 CHIPP1 6 DEN 2. MA I Gate. 1991 Werksabnahm e Oeoanement dlns00cbon inspection Department Fig. 8. 1 Eksempel på certifikat af typen DIN 50049-3.1.B. Certifikatet indeholder oplysninger om producenten, købsaftalen, leverancen, materiale - betegnelsen, de nominelle mål, kvantiteten, kontrolresultater og udstedelsesdato. Gengivet med tilladelse fra NKT Metalgaarden.._y ALUSUISSE WALLISER WERK E TOTRL S.01 93

9 Fordele, ulemper og forholdsregle r ved anvendelsen af aluminiu m Aluminium er et glimrende konstruktionsmateriale, der med fordel kan benyttes til mange formål. På den ande n side har aluminium også sine begrænsninger. I dette kapitel gennemgås først summarisk nogle fordele o g ulemper ved brugen af aluminium. I kapitlets senere afsnit gennemgås mere detaljeret nogle a f de tekniske forhold, der gør sig gældende ved anvendelse n af aluminium. En væsentlig del af kapitlet omhandler aluminiumlegeringernes korrosionsegenskaber. 9. 1 Aluminiums fordel e Aluminium rummer en lang række fordele, som gør det attraktivt som konstruktionsmateriale : 1) Aluminium er et letmetal, og styrke/vægt forholdet ka n ved tillegering og varmebehandling gøres højt. 2) Aluminiums el- og varmeledningsevne er hø j 3) Aluminium er let at formgive. Strengpresning af specielle profiler i aluminium tillader designmuligheder der ikke e r kendt fra andre konstruktionsmaterialer. 4) Der findes mange metoder til samling af aluminiumemner. 5) Aluminium og dets legeringer kan overfladebehandles p å mange måder afhængig af krav til funktion og/eller æsteti - ske hensyn. 6) Aluminium har generelt en god korrosionsbestandighed. 9.2 Aluminiums ulemper Anvendelsen af aluminium som konstruktionsmaterial e rummer begrænsninger, som bør iagttages i designfasen o g ved den senere vedligeholdelse. Følgende punkter er eksempler : 1) Styrken af aluminium og aluminiumlegeringer falder hurtigt med stigende temperatur. 94

2) Udmattelsesstyrken er lav, normalt mellem 0,3 og 0,5 gan - ge trækstyrken. 3) Abrasivt slid vil kunne resultere i uacceptable korte levetider. Hårdanodisering kan afhjælpe problemet. 4) Styrken af deformations- og modningshærdede legeringer vil blive reduceret af svejsning. 5) Visse aluminiumlegeringer, specielt de modningshærdelige højstyrkelegeringer, er følsomme for spændingskorrosion i eksempelvis kloridholdigt miljø. Aluminiums korrosionsbestandighed og korrosionsforme r 9.3 Det beskyttende oidlag 9.3. 1 Aluminium reagerer let med ilt og danner en tynd, meget Aluminium danner en beskyt - kompakt beskyttende oidhinde, der er uopløselig i vand og tende oidhind e resistent over for mange kemikalier. Med en reaktionsenthalpi på 1,676 M1/mol for oidation af aluminium til aluminiumoid, betegnes aluminium som et meget uædelt og oiderbart materiale. Oidhinden har en tykkelse på ca. 40 A og er amorf. Ved påtrykt an - odisk oidation kan tykkelsen af oidlaget dog blive 5-30 µm. Processen benævnes anodisering og vil blive omtalt i afsnit 9.4.2. Det ubehandlede aluminiums korrosionsbestandighed skyldes dan - nelsen af det beskyttende oidlag og evnen til at genskabe laget ve d beskadigelse. Aluminiums Pourbai-diagram (Ref. 6) angiver de kombinationer a f ph og potentiale, hvor aluminium korroderer, ikke korroderer eller e r passiveret. At aluminium er passivt vil sige, at oidhinden hurtig t genskabes tilfælde af beskadigelse, således at fortsat angreb forhindres. Med korrosionspotentiale menes potentialforskellen mel - lem en referenceelektrode og metallet i det givne miljø. 95

Fig. 9. 1 Aluminiums Pourbai-diagra m (Ref. 6) angiver de kombinationer af ph og potentiale, hvo r aluminium korroderer, ikke korroderer eller er passiveret. Me d korrosionspotentiale menes potentialforskellen mellem en referenceelektrode og metallet i de t givne miljø. E (V) Aluminium er f.eks. bestandig i (Ref. 11) : 1. Kold eller varm ammoniumhydroid. 2. Op til 99% kogende eddikesyre. 3. Vinsyre, citronsyre og malonsyre. 4. Fedtsyrer. 5. Salpetersyre ved moderate temperaturer, men kun nå r koncentrationen overstiger 80%. 6. Destilleret vand. 7. Miljøer med atmosfærisk eksponering. 8. Svovl og svovlbrinte. 9. Flourerede kulbrinter (vandfri kølemidler). 10. Hærdet beton 96

Aluminium er ikke bestandigt i : 1. Uorganiske syrer (incl. salpetersyre < 80% ) 2. Myresyre, oalsyre og klorerede opløsningsmidle r (f.eks.cc1 4 ). 3. Baser, herunder bl.a. frisk beton. 4. Kviksølv og kviksølvsalte. 5. Havvand og kloridopløsninger. 6. Vand med indhold af tungmetaller. 7. Fugtige træsorter samt træ imprægneret med kobberholdige salte. Korrosionshastigheder i forskellige miljøer 9.3. 2 Aluminiumlegeringerne er med undtagelse af de kobberholdige legeringer forholdsvis modstandsdygtige overfor atmosfærisk korrosion (Ref.7). I de første 6 måneder tilt år efter opsætning kan korrosionshastigheder op til 0,1 mm/år observeres, derefter 0,00 3 mm/år ved havområder og 0,0008 mmlår i landlige distrikter, uafhængigt af legeringens sammensætning (Ref.3). Den lave korrosionshastighed gør materialet anvendeligt ti l f.eks. tag- og facadebeklædning. I demineraliseret vand er korrosionsbestandigheden af aluminiumlegeringer god, og den samme med tiden aftagend e korrosionshastighed som ved atmosfæriske forhold kan iagttages (Ref.3). I drikkevand er korrosionsbestandighede n for renaluminium, mangan-, magnesium- eller magnesiumsiliciumholdige legeringer stor, såfremt kloridkoncentratio n er lav og ph er neutral (Ref.3). I havvand kan renaluminium samt de mangan- og/elle r magnesiumholdige legeringer anvendes. I dette miljø er grubetæring (se afsnit 9.3.3) den hyppigste korrosionsform, men med korrosionshastigheder på 0,003-0,006 mm det første år og 0,0008-0,0015 mm/år som gennemsnit over en tiårig periode kan lang levetid alligevel forventes (Ref.7). Den reducerede korrosionshastighed i løbet af de 10 år skyldes, at gruberne delvis repassiverer. Bestandig ved atmosfæris k eksponerin g God bestandighed i vand me d lavt kloridindhol d Begrænset bestandighed i havvan d I disse miljøer er det tilrådeligt at holde koncentrationern e af silicium, jern og kobber i aluminiumlegeringerne så lav e som muligt (Ref.6). 97

Legeringselementerne, Si, Fe og Cu fører til dannelsen af aktive lo - kalkatoder (Si/FeAl3,Cu/CuAI 2) med risiko for galvanisk korrosio n til følge. Tilsætning af mangan eller magnesium, som danne r mindre ædle faser med jern henholdvis silicium, kan forhindre dannelsen af lokalkatoderne. 9.3.3 Aluminiums korrosionsforme r Følgende korrosionsformer forekommer i aluminium og aluminiumlegeringer : Generel korrosio n Når oidfilmen bliver opløst på meget store flader, vil aluminium på grund af dets reaktive egenskaber blive opløst. Ved ph-værdier uden for intervallet 4-8,5 og ved bestemte potential-niveauer opløses oidfilmen. Galvanisk korrosio n Da aluminium og dets legeringer er uædle, opstår der let galvanisk korrosion ved kontakt til de fleste andre metaller, som er mere ædle. Der skal dog være tale om neddypning eller fugtfilm på samlingen før der er risiko for denne korrosionsform. Lokalkorrosio n De mest almindelige former for lokalkorrosion på aluminium Figur 9.2 viser de mest almindelige former for lokalkorrosio n på aluminium. Pitting (grubetæring) : Dette er et lokalt angreb på det oidbelagte metal, som hovedsagligt finder sted i kloridholdige miljøer i det neutrale ph-område (f.eks. i havvand), hvor aluminiumlegeringerne ellers må betegnes som passive. Effekten består i, at kloridionerne skaber defekter i det beskyttende oidlag og dermed medfører grubetæring. Spaltekorrosion : Dette er et angreb som opstår i konstruktionsmæssige spalter forårsaget af forskelle i iltkoncentrationen mellem overfladen af et emne og miljøet i dets spalte. Angrebet udvikles i spalten, heraf navnet. Interkrystallinsk korrosion : Udskillelse af faser i korngrænserne, der er mere uædle end matri, vil ved tilstedeværel - 98

Oidfilm eller ædelmeta l L 1 Fig. 9. 2 De mest almindelige korrosionsformer på aluminium (Ref. 6 p.77). Generel korrosion Grubetærin g =':' r',.ve' i#\i- ~ ~ 4 to1am~. _ ~ Interkrystallinsk korrosion Tryk Trykspændinger Spændingskorrosion Lagdelingskorrosio n rl r Korrosionsudmattels e 1111111 1 Spaltekorrosion Korrosion unde r tildækning sen af kloridholdigt vand eller fugt føre til korrosion i korn - grænserne. Denne korrosionsform undgås med korrekte varmebehandlinger, hvor fasen med legeringskomponenterne opløses og dermed fordeles jævnt i aluminiummatrien, således at en opkoncentrering i korngrænserne begrænses. Lagdelingskorrosion : Denne korrosionsform er en variation af den interkrystallinske korrosionsmekanisme. Her er de r tale om mindre ædle udskillelser i tynde lag i valsede lege - ringer. Selektiv opløsning medfører en lagdeling af emnet. 99

Spændingskorrosion : Spændingskorrosion er en revnemekanisme. Ved et passende samspil mellem trækspændinger, miljøets sammensætning og emnets metallurgi kan der op - stå spændingskorrosionsrevner. Et væsentligt træk ved spændingskorrosion er evnen til på kort tid at sætte en konstruktionsdel ud af funktion ved et meget lille materialetab. Revner, der fremkommer ved spændingskorrosion, kan båd e forløbe mellem kornene eller igennem kornene. Korrosions - betingelserne og spændingsniveauet afgør, hvilken af formerne, der udvikles. Overgangen mellem interkrystallins k spændingskorrosion og almindelig interkrystallinsk korrosion er jævn. Mekaniske spændinger vil kunne åbne interkrystallinske revner, hvorved interkrystallinsk korrosion normalt går hur - tigere. Dette kaldes spændingsaccellereret korrosion (Ref.9). I mange tilfælde stammer spændingerne fra indre spændinger snarere end fra ydre belastninger (Ref.9). Tillegering af krom kan reducere følsomheden for spændingskorrosion. 9.3.4 De enkelte aluminiumlegeringers korrosionsbestandighe d Generelt gælder det, at de ikke-hærdbare legeringer (herunder de magnesiumholdige) danner oidlag, der synes at være meget resistente over for opløsning. I gruppen af de hærdbare legeringer er de magnesium-siliciumholdige legeringer moderat resistente. De kobber- eller zinkholdige legeringer danner derimod meget lidt resistente oidlag. For de enkelte grupper kan følgende forhold anføre s Ref.(3,7,10) : Renaluminium : Partiklerne i disse legeringer, bestående af e n af de tilstedeværende urenheder og aluminium. F.eks. vil A13Fe være katodisk i forhold til ren aluminium. Disse partikler vil i legeringens overflade danne tyndere og mindre korrosionsbestandige oidlag end metallet generelt. Den generell e korrosion styres af arealforholdet mellem partikel og matri i overfladen. Jo større arealerne af de ædle områder er i for - hold til de mindre ædle, desto hurtigere vil korrosionen forløbe i de uædle områder. 100

Kobberholdige aluminiumlegeringer : Kobberindholdet gø r dannelsen af galvaniske celler mulig, hvor den sekundær e kobberholdige fase (CuAl2) er katodisk i forhold til aluminiummatrien. Ved opløsning af kobberioner kan disse udfældes som metallisk kobber på legeringens øvrige overflade r og forårsage yderligere korrosionsangreb. Interkrystallinsk korrosion og spændingskorrosion kan forekomme i disse legeringer, hvis den sekundære fase primært udskilles i korngrænserne. En korrekt modning forøger styrken og medfører samtidigt, at den sekundære kobberholdige fas e fordeles i mindre enheder og mere jævnt i aluminium - matrien, hvorved korrosionsbestandigheden bedres. Manganholdige aluminiumlegeringer : Disse legeringer e r meget bestandige, da de mangan-, silicium- og jernholdig e partikler (A 1 12(Mn,Fe ) 3Si) er ligeså ædle/uædle som alumi - niummatrien. Siliciumholdige aluminiumlegeringer : Silicium forekommer som rene Si-partikler i aluminiummatri. Korrosionsbestandigheden er generelt god for denne gruppe legeringer. Magnesiumholdige aluminiumlegeringer : Disse legeringer er mere bestandige i saltvand og svagt alkaliske miljøer en d kommercielt ren aluminium. Magnesiumindholdet forårsager denne resistens. Ved 3% Mg og derover udskilles dog en del af det opløst e magnesium som intermetalliske forbindelser (A18Mg5). Diss e gør legeringerne følsomme for lagdelings- og spændingskorrosion. Magnesium-siliciumholdige aluminiumlegeringer : Indholdet af Mg 2Si-fasen, der betinger denne gruppes modnings - hærdning, har ingen nævneværdig betydning for legeringernes korrosionsbestandighed trods den omstændighed, a t denne fase både er anodisk i forhold til aluminiummatri o g aktiv under sure forhold. Tilsætning af kobber er styrend e for korrosionsbestandigheden. Zinkholdige højstyrke aluminiumlegeringer : Zinkindholdet gør legeringerne anodiske i forhold til de øvrige aluminium legeringer. Følsomheden for spændingskorrosion ka n nedsættes ved korrekt varmebehandling, men ofte er ma n nødsaget til f.eks. at anodisere emnerne for at reducere risi - 101

koen for spændingskorrosion. Tillegering med kobber forbedrer styrkeegenskaberne, men formindsker korrosionsbestandigheden (visse legeringer i denne gruppe er af samme grund kobberfri). Alclad materialer : Alclad materialer består af en kerne af højstyrke aluminiumlegering, belagt med en mere korrosionsbestandig lavstyrke aluminiumlegering (clad-materia - let). Dette er et udbredt kompromis mellem styrke og bestandighed som anvendes i flyindustrien. 9.4 Overfladebehandling af aluminiu m Aluminum overfladebehandles af æstetiske hensyn og for a t tilføre overfladen bedre korrosionsbestandighed. I tabel 9.1 skitseres overfladebehandlingsmetoderne for aluminium. Tabel 9.1. Gængse metoder til overfladebehandling af aluminium og disse metoders effekt (Ref.5,8). Hovedgruppe Metode Overfladefinis h Mekanisk Slibning Striber i sliberetning. overfladebehandling Børstning Svag mathe d Kemis k overfladebehandling Polering Højglanspolering Slibestriber fjernes delvis t Spejlende glathe d Bejdsning Ren mat overflade (forbehandling ) Glinsning Kromatering/ Fosfatering Fin refleksionsevne Skaber porøst lag som giver god vedhæftning for maling/lakering Elektrokemisk Anodisering Beskyttende, hård, klar/farvet overfladebehandling oidhinde. Elektropolering Elektroplettering Glat overflade og høj refleksion Glat overflade og høj refleksion Maling-, lak og Lakering Beskyttende og dekorati v plastbelægninger Plastbeklægning Beskyttende og dekorativ 102

Kemisk overfladbehandling 9.4. 1 Bejdsning foregår ved neddypning i basiske opløsninger, sædvanligvis fortyndet natriumhydroid (NaOH). Glisning er en metode til at polere aluminiumemnet ve d neddypning i syreblandinger. Herved opnås overflader me d højglans. Ved kromatering neddyppes aluminium i kromholdige og sure opløsninger. Ved fosfatering behandles aluminium typisk i en blanding a f monozinkfosfat, flourider og fosforsyre. Både fosfatering og kromatering øger aluminiumoverfladernes korrosionsbestandighed og forbedrer vedhæftningen af lim, maling og lak på overfladerne. Begge metoder forudsætter bejdsning. Elektrokemisk overfladebehandling 9.4. 2 Aluminiums korrosions- og slidbestandighed kan forbedre s ved anodisering, hvor aluminiums naturlige oidlag fortykkes ved neddypning i fortyndet svovlsyre og påtrykt spæn - ding, evt. indfarves, efterfulgt af en imprægnering (sealing) i kogende vand. Før anodisering afrenses overfladen ve d bejdsning. Anodiseringen forøger kun bestandigheden tids - mæssigt, fordi det dannede oidlag nedbrydes af de samme faktorer som aluminiums naturlige oidlag. Rengøring a f anodiserede facadeplader på udendørs konstruktioner e r f.eks. nødvendigt for at undgå, at forureninger fra atmosfæren skal udvikle korrosive miljøer. Elektropolering er en metode til at polere aluminiumemnet ved elektrolytisk polering. Emnet påtrykkes en spændin g ved neddypning i syreblandingen. Ved elektroplettering pålægges zink på aluminiumoverfladerne ved en ionbytningsudfældning, hvorefter andre metaller kan udfældes på aluminiumemnet. Elektroplettering med kobber, krom, nikkel eller zink tjener både til at give overfladen et ønsket udseende og til at opn å visse fysiske egenskaber for overfladen som f.eks. bedre led - ningsevne eller mulighed for vedhæfning af gummidele p å overfladen. Elektropletterin g 103

9.4.3 Lakering/malin g Chromatering Fosfatering Maling-, lak og plastbelægninger Ved lakering/maling med alkyd-, akryl-, epoy- eller polyurethanbelægninger kan man opnå god korrosionsbeskyttelse. Disse belægninger kræver en forudgående chromatering eller fosfatering af aluminiumemnet for at sikre tilfredsstillende vedhæftning. 9.4.4 Emaljering og plasmasprojtnin g Aluminiumoverfladen kan belægges med metaloider for at øge slidbestandigheden eller for at isolere aluminiumemnet mod varmepåvirkning. 9.5 Bearbejdning af aluminiu m Figur 9.3 (Ref.1) viser mulige formgivningsprocesser fra smeltning af aluminium til fremstilling af halvfabrikata. De t fremgår, at aluminium rummer en lang række attraktive muligheder for formgivning. Udover de gængse formgivningsprocesser kendt fra stålbearbejdning er det muligt at ekstrudere eller formpresse aluminium i avancerede profiler. smeltnin g støbnin g valselegeringe r ulegeret Al støbelegeringer Metalbarrestøbning formstøbnin g varmvalsning koldvalsning anløbnin g ekstruderin g træknin g smednin g frismednin g sænkesmednin g sandstøbnin g kokillestøbning støbnin g sænkestøbnin g træknin g nivellering retning plade, tyndplade, folie, bånd sektioner, rør, wire, stang, bjælke smedede emner støbteemne r Fig. 9. 3 Formgivningsprocesser for aluminium (Ref.1, fig.13, p.24). 104

Støbte emner 9.5. 1 Formstøbte aluminiumemner finder i vid udstrækning anvendelse i transportsektoren (motorblokke, topstykker, bremser og hjul m.m. ) Sammenlignes aluminium med andre gængse konstruktionsmaterialer er det støbeteknisk en fordel at aluminium og aluminiumlegeringer har så lave smeltepunkter som tilfældet er. De almindeligste støbemetoder til støbning af aluminium - emner er beskrevet i kapitel 3. Der er fordele og ulemper ve d alle metoderne, og valget af den optimale støbemetode afhænger af mange parametre som det vil føre for vidt at komm e ind på her. Generelt kan følgende skema opstilles, hvori nogle af de vig - tigste parametre vægtes mod hinanden for sandstøbning, kokillestøbning og trykstøbning. Sand- Kokille- Trykstøbning støbning støbnin g Store emner 1 2 3 Lille godstykkelse 3 2 1 Målnøjagtighed 3 2-1 1 Overfladekvalitet 3-2 2-1 1 Kasserede emner 3 2 1 Efterbearbejdning 3 2 1 Styrke og tæthed 2 2-1 1 Håndteringsomkostninger 3 3-2 1 Model- og formomkostninger 1 2 3 1 = meget velegnet 2 = god 3 = mindre velegnet Varmformgivning Varmformgivning foregår ved temperaturer mellem 350 og 550 C og anvendes, fordi deformationsmodstanden aftager og duktiliteten stiger kraftigt med stigende temperatur. Valsning, ekstrudering, varmbøjning, varmpresning, præcisionsvarmpresning og smedning er processer, der anvende s til varmformgivning. 9.5. 2 varmformgivnin g 105

Superplastisk formgivning Yderligere skal nævnes en proces, som åbner nye muligheder for varmpresningen, nemlig superplastisk formgivning (Ref. 2). Med denne metode kan superplastiske aluminiumlegeringer deformeres op til 200% i alle retninger. Dette skyldes, at flydespændingen falder ved temperaturer over 400 C og ved lave tøjningshastigheder. Det vil sige, at man i dette område med beskedne kræfter f.eks. trykluft/vakuum kan foretage præcisionspresninger. I kraft af den lave deformationshastighed er processen relativ langsom, men giver mu - lighed for fremstilling af komplekse geometrier i et procestrin. 9.5.3 Koldbearbejdnin g Under koldbearbejdning deformeres aluminiumemnerne ti l de ønskede profiler ved presning eller valsning med relativ t lave arbejdstemperaturer. Resultatet af denne formgivning vil være en deformationshærdning. Ved en eventuel senere varmepåvirkning vil styrken aftage (se afsnit 4). Koldformgivning medfører en bedre overfladefinish end varmformgivning. 9.5. 4 Skærende bearbejdning Aluminium har meget god skærbarhed. Bearbejdningsprisen pr. emne er lav og produktionshastigheden høj. Skærekræfterne er lave og værktøjsslitagen lille. Bløde legeringer giver dog ofte problemer som f.eks. vedhæftning på værktøj, lange spåner og pakning af spånen mellem værktøj og emne. Dette medfører kraftig gratdannelse og problemer med at overholde tolerancer. Værktøjsgeometri og styring skal vær e veloptimerede for at kunne klare processen tilfredsstillende. 9.6 Samlingsmetode r Figur 9.4 er en oversigt over de gængse samlingsmetoder for aluminium. 106

Smeltesvejsning Svejsnin g Andre metoder Modstandssvejsnin g Fig. 9. 4 Metoder til samling af aluminiu - memner (Ref.3, fig.1, p.192). Gassvejsning Lysbu e Koldtrykssvejsnin g Eksplosionssvejsn Friktionssvejsnin g Brændstyk Pulver M G TI G Ultralyd Elektron - strå l e 1 Lase r ~Højfrekvensinduktio n Elektrogas Lodning, hårdlod Bad Gasbrænde r (hånd) flu Vakuum ov n (ingenf lu ) Lodning, blødlod Ovn (flu) Brænder (flu) Ovn luft (flu) Ultralyd (ingenflu) Klæbend e sammenføjnin g Tryk, stue - temperatur Svejsesamling Tryk, højtemperatu r Mekanis k befæstigelse Mekanis k låsning Nitter, varm og kold Søm Krampe r Skruer og bolt e Synin g Svejsning 9.6. 1 Aluminium bliver sædvanligvs svejst ved smeltesvejsnin g med beskyttelsesgas (argon/helium), hvor både TICS (wolframelektrode) og MIG (elektrode af tilsatsmateriale) anvendes. Begge metoder kan fuldautomatiseres. På trods af aluminiums lave smeltepunkt skal man ve d svejsning påregne en relativ høj varmetilførsel. Dette skyldes aluminiums store varmeledningsevne. Det er derfor e n fordel at anvende metoder med så høj en effektkoncentration som muligt herunder specielt plasma-, elektronstråle - og lasersvejsning. 107

Ved svejsning af deformations- eller modningshærdede emner vil der omkring svejsezonen forekomme rekrystallisatio n henholdsvis overmodning og som følge deraf en styrkereduktion (Ref.4). Kornvækst i den varmpåvirkede zone vil ligeledes kunne reducere styrken. 9.6. 2 Lodnin g Blød- eller hårdlodning (henholdsvis 200-500 C o g 550-610 C) bruges f.eks. ved samling af tynde emner, ved samling af aluminium mod andre metaller eller ved samlinger, hvor man ikke kan acceptere en opvarmning til smeltetemperaturen. (Ref.4). 9.6. 3 Nitning Nitning er næsten helt forsvundet fra stålkonstruktionerne, men er stadig aktuel for letmetalkonstruktioner både ved facadekonstruktioner og i flyindustrien. Denne samlingsmetode udføres primært med aluminium- eller stålnitter. Metoden egner sig bedst til at modstå forskydningsspændinge r og er uegnet ved trækspændinger (Ref.5). Metoden udmær - ker sig ved ikke at medføre metallurgiske forandringer. Dog kan nitter give trækspændinger i hulkanterne og derme d udgøre en potentiel mulighed for spændingskorrosion. Jvf. afsnit 9.3.3 kan en nittet samling med en fugtfilm medføre galvanisk korrosion, såfremt nitten og pladerne ikke begg e er af aluminium. 9.6. 4 Boltesamlin g Boltesamling anvendes ved samlinger udsat for både forskydnings- og trækspændinger. Bolte af aluminium, stål, høj styrkestål og rustfrit stål kan anvendes. Stålboltene skal i fugtige miljøer være galvaniseret eller malet for at undgå galvanisk korrosion på aluminiumemnet. Det er vigtigt, at boltene i en friktionssamling alle er spændt med det korrekte moment. Dette kontrolleres f.eks. med en momentnøgle. For løst spændte bolte vil i mange tilfæld e medføre udmattelsesbrud i boltene. 9.6.5 Limnin g Limning er et vigtigt alternativ til de mere konventionell e 108

samlingsmetoder og bruges i vid udstrækning i flyindustrien. Fordelene ved limning er : - Overførsel af relativt store kræfter på et lille område. Limningen har god stivhed og dynamisk holdbarhed. Lav vægt. Limfugerne er tætte. Man kan samenføje meget tynde emner (folier). Man kan sammenføje aluminium med ikke metalliske materialer. Giver ikke anledning til varmepåvirkning. Ulemper ved limning : Limningen er ikke varmebestandig. Det ydre miljø som f.eks. lys, varme, fugt, store termiske variationer og opløsningsmidler kan nedsætte limningen s holdbarhed. Limningen kan være kompliceret at udføre. Kontrol af limfugen er besværlig og dyr. Referencer 1. Altenpohl, D.»Aluminium Viewed from Within«, Verlag GMBH, Düsseldorf, 1982. 2. Pampillo, C.A.»Aluminium Transformation Technology and Applications«, American Society for Metals, Ohio, 1982. 3. Cubberly, W.H.»Metals Handbook, vol.2, Nonferrou s alloys and pure metals«, American Society for Metals, Ohio, USA, 1979, 9.udg. 4. Mazzolani, F.M.»Aluminium Alloy Structures«, Pitma n Advanced Publishing Program, Melbourne, 1985. 5. MNC»Aluminium : Konstruktions- och materiallära«, Metallnormcentralen, handbok 12, SIS, Stockholm, 1989. 6. Wranglen, G»Corrosion and Protection of Metals«, Chapman and Hall Ltd., New York, USA, 1985. 109

7. Schweitzer, P.A»Corrosion and corrosion protectio n handbook«, Vol 19, Mechanical Engineering, Marce l Dekker, New York (USA), 1983. 8. Skanaluminium»Aluminium«, Skanaluminium, Oslo, 1988. 9. Maahn,E.»Brud under korrosionspåvirkning«, Korrosionscentralen ATV, Brøndby, 1983. 10. King, F.»Aluminium and its alloys«, Ellis Horwood Limited, England, 1987. 11. Uhlig, Herbert H.»Corrosion and corrosion control«, John Wiley & Sons, New York, 1985. 110

Leveringsformer (halvfabrikata) 1 0 Det er ikke muligt at give en dækkende oversigt over, hvilk e produkter (plader, bånd, rør, stænger, tråd o.s.v.), der fremstilles i de forskellige legeringer og i hvilke dimensionsområder. Endvidere varierer det fra grossist til grossist, hvilk e produkter, der er lagervarer i givne dimensioner. Enkelte generelle retningslinier kan dog anføres. Disse retningslinier må selvfølgelig ikke tages som garanti for, at e t givet produkt nødvendigvis lagerføres hos alle grossister. Hvilke produkter i hvilke legeringer Standardprodukter kan normalt fås i flere forskellige legeringstyper. Med standardprodukter menes her bånd, plader, rør, stænger, tråd og udgangsemner til videre varmformgivning. Da antallet af legeringer er meget stort, og fordi ikk e alle legeringerne er lige velegnede til alle formål, er det naturligvis begrænset, i hvor mange forskellige legeringer d e enkelte produkter normalt leveres. 10. 1 DIN 1725 Teil i Tabel 2 giver en oversigt. Tabellen er gengivet nedenfor. I tabellen er det anført med et X i hvilke legeringe r de forskellige produkter normalt kan leveres. Ud over ovennævnte tabel giver DIN 1725 også oplysninge r om legeringssammensætninger, massefylder og til hvilk e formål, de enkelte legeringer er formålstjenlige. Plader Plader lagerføres normalt i størrelserne 1000 2000, 1250 2500 og 1500 3000 mm. Enkelte plader kan fås i bredder o p til 2000 mm. 10.2 De tykkelser, hvori de enkelte plader kan leveres, afhænge r af legeringstypen. De forskellige legeringstyper benyttes til forskellige anvendelser, og det bliver følgelig disse anvendelser, der sætter naturlige tykkelsesgrænser for de enkelte le - geringstyper. 111

Tabel 10.1 Halvfabrikat a Kommercielt tilgængelige halvfabrikata af aluminium er mærket med Materiale- Bånd og plader Rør Stænger Tråd Stang- Sænkbetegnelse med tykkelser presnings- smede- _ 0,35 mm > 0,35 mm profiler emner A1RMg0, 5 AlRMg1 A199,9Mg0, 5 A199,9Mgl A199,9MgSi A199,85Mg0, 5 A199,85Mg1 A199,85MgS i A199,8ZnMg AlFeS i A1Mn0,6 A1Mn 1 AlMnCu A1Mn0,5Mg0, 5 A1Mn1Mg0, 5 AlMniMg1 A1Mg1 A1Mg1, 5 A1Mg1, 8 AlMg2,5 DIN 1788 DIN 1745 T1 og T2 1 ) DIN 59 606 1 ) 1 ) 1 ) 1 ) 1 ) DIN 1746 T1 og T2 DIN 1747 T1 og T2 DIN 1790 T1 og T2 DIN 174 8 T1 og T2 DIN 1749 T1 og T2 Emner til fri - smedning DIN 17 606 T1 og T 2

Materiale- Bånd og plader Rør Stænger Tråd Stang- Sænk- Emner til betegnelse med tykkelser presnings- smede- fris 0,35 mm > 0,35 mm profiler emner smedning DIN 1788 DIN 1745 DIN 1746 DIN 1747 DIN 1790 DIN 1748 DIN 1749 DIN 17 60 6 Tl og T2 T1 og T2 Tl og T2 T1 og T2 Tl og T2 T1 og T2 T1 og T2 AlMg 3 A1Mg4, 5 A1Mg5 AIMg2MnO, 3 A1Mg2Mn0, 8 AlMg2,7M n AlMg4M n A1Mg4,5M n AlMg5Mn E-AlMgS i E-AlMgSiO, 5 AIMgSiO, 5 A1MgSi0, 7 AlMgSi l AlMg1SiCu AlMgSiPb AlCuBiPb AlCuMgPb ' ) DIN 59 60 6 DIN 59 606 DIN 40 50 1 Teil 2 DIN 40 501 Teil 3 DIN 48 200 Teil 6 DIN 40 501 Teil 3 2 ) Tabellen fortsættes

Materiale- Bånd og plader Rør Stænger Tråd Stang- Sænk- Emner til betegnelse med tykkelser presnings- smede- fri- _ 0,35 mm > 0,35 mm profiler emner smedning DIN 1788 DIN 1745 DIN 1746 DIN 1747 DIN 1790 DIN 1748 DIN 1749 DIN 17 606 Tl og T2 T1 og T2 T1 og T2 T1 og T2 T1 og T2 T1 og T2 Tl og T2 A1Cu2,5Mg0,5 AlCuMg1 AlCuMg2 AlCuSiMn A1Zn4,5Mg1 N kr= AlZnMgCuO,5 AlZnMgCul,5 1) Også for dåser og låg efter DIN 59 60 6 2) Også til præcisionsprofiler efter DIN 17 615 Teil 1, Teil 2 (p.t. udkast) og Teil 3

Pladetykkelserne ligger normalt mellem 0,5 og 140 mm me d det største udbud med tykkelser mindre end 10 mm. For nærmere information må der henvises til de enkelte grossister. Bånd Bånd er generelt ikke standardlagervarer. 10. 3 En undtagelse er dog bånd af 99,5% Al i halvhård tilstand. Ka n normalt fås som lagervarer i tykkelserne 0,5, 0,7 og 1,0 mm. Folier 10. 4 Bortset fra husholdningsfolie, folier til julepynt o.s.v. er alt, hvad der sælges af folie, kundespecificerede varer. Det vil sige, at værket fremstiller og leverer folien direkte til kunde n efter dennes ønske. Profiler 10. 5 Standardprofiler, det vil sige L-, T- og U-profiler, leveres ty - pisk i højder eller bredder op 61 130 mm. Godstykkelsern e varierer fra 1-10 mm. De største tykkelser er naturligt at fin - de hos de største profiler. Standardlængden er 6 m, men større længder kan leveres. Ikke-standard profiler eller profiler udformet efter kunden s ønske skal ikke behandles her. For disse produkter henvise s til grossisterne. Opmærksomheden skal dog henledes på, at det ikke nødvendigvis koster en formue at fremstille matricer til strengpresning af kundespecificerede profiler. Se eksempler i kapitel 11. Stænger 10. 6 Stænger med cirkulært, kvadratisk, rektangulært eller seks - kantet tværsnit er normalt lagervarer. Dimensionerne varierer fra 6-360 mm. Standardlængden er også her 6 m. 115

10.7 Rø r Rør lagerføres med cirkulære, kvadratiske og rektangulær e tværsnit. Rørene med cirkulære tværsnit fås i diameterområdet 6-15 0 mm og med godstykkelser fra 1-5 mm. Rør med kvadratisk tværsnit fås op til 70 70 mm med 3 mm som den maksimale tykkelse. De rektangulære rør lagerføres med dimensioner fra 18 12 1 op til 150 50 3. Enkelte dimensioner fås i godstykkelser op til 4 mm. For rørene gælder det, at standardlængden er 6 m. 10.8 Tråd Tråd lagerføres ikke, men er kundespecificerede varer. 116

Prisforhold 1 1 Der er mange forhold, der influerer på prisen på aluminiu m og aluminiumlegeringer. Selv om vii det væsentligste skal begrænse os til at se på priserne på halvfabrikata, kan de r ikke opstilles en prisliste baseret på en kilopris. Produktets form, legeringstypen, leveringstilstanden og mængderabatter er nogle af de forhold, der har betydning for prisen. I dette kapitel gives en sammenligning af prisen på råaluminium med prisen på andre vigtige grundstoffer. Endvidere forklares, hvorledes grossisterne beregner deres priser, o g der vil blive givet eksempler på prisen på enkelte konkret e produkter. Endelig vil prisen for fremstilling af specialmatricer til eks - trudering af profiler blive berørt. Aluminiumprisen sammenlignet med prisen på andre grundstoffe r Tabel 11.1 angiver kiloprisen for aluminium og nogle andre udvalgte metaller. Priserne er beregnet af V.F. Buchwald (Ref. 1) på baggrund af noteringer på børsen i London, New York eller Tokyo og omregnet efter dagskursen marts 1989. De anførte priser er ecl. moms. 11. 1 Tabel 11.1 Renhed, % Kroner pr. kg Al 99,7 18,2 0 Fe 99 5 Cr 99 57 Ni 99,5 128 Mo 99 Pulver 240 Cu Katoder 23 Zn Prime Western 13 Mg 99,8 34 Mn 99,95 26,40 Co 99,5 117 Tabel 11.1 fortsætte s 117

Renhed, % Kroner pr. kg Ti 99,3 Svamp 78 Sn 99,9 5 5 Li 99,9 400 Ag 99,9 1430 Au 99,99 92500 Pt 99,9 122000 Som det fremgår af tabellen, hører aluminium til i den billi - ge ende sammenlignet med andre metaller, der benyttes i legeringer til konstruktionsmaterialer. Ved sammenligning af priser bør man huske på, at aluminium er et letmetal. Med en massefylde på ca. 1/3 af ståls bø r man derfor til belastede konstruktionsdele se på prisen i relation til bæreevnen. 11.2 Grossisternes prisberegnin g Lad det med det samme blive nævnt, at grossisterne ikk e udsender prislister. Kunderne må i hvert tilfælde kontakt e grossister. Derfor gives der i næste afsnit nogle eksemple r på priser på konkrete produkter. Når grossisterne beregner priser, sker det efter følgende formel : Pris = (A + B + C) D hvor A er grundprisen fra aluminiumværket. Prisen svinger noget, men vil typisk være 18-24 kr./kg (april 1991). B er et legeringstillæg. Som det ses af tabel 11.1, er prise n for de fleste gængse legeringselementer højere end aluminiumprisen. Specielt for de relativt nye Al-Li-legeringer vil legeringstillægget være højt. C er et dimensionstillæg. Tillægget er størst for de mindste dimensioner, da de små dimensioner generelt kræver e n større deformationsgrad og dermed mere energi og værktøjsslitage. 118

D er en kvantitetsfaktor (mængderabat). Jo større partier, de r købes hjem, des lavere bliver kiloprisen. Faktoren vil typis k være 1 for meget store partier, og 3,5 for små partier. Til ovennævnte pris skal der tillægges et skæretillæg, så - fremt de ønskede produkter ønskes leveret i ikke standard - mål. I skæretillægget indregnes medgået tid, afskrivning a f maskiner, forbrug afklinger og materialespildet. Skæretillægget er typisk 0,4 øre/mm 2 (april 1991). Priseksempler 11. 3 De følgende priseksempler er indhentet fra Gränges Danmark A/S i april 1991. De anførte priser er pr. kilo. Tal i parentes er prisen for hel e plader eller længder å 6 m. Effekten af kvantite t 2 mm plade, 1000 2000 mm, 99,5% Al, halvhård. Ved køb af 1 stk. plade : 39,15 kr./kg (423 kr.) Ved køb af 10 stk. plader : 24,10 kr./kg (260 kr.) 2 mm plade, 1000 2000 mm, A1Mg3. Ved køb af 1 stk. plade : 43,10 kr./kg (465 kr.) Ved køb af 10 stk. plader : 26,50 kr./kg (286 kr.) U-profil, 40 50 40 4 mm, AlMgSiO,5, varmhærdet. 1 længde å 6 m : 60,45 kr./kg (559 kr.) 10 længder å 6 m : 32,65 kr./kg (302 kr.) Effekten af dimensionen Plader af AlMg3, 1000 2000 mm, ved køb af 1 stk. plade : 2 mm tykkelse : 43,10 kr. /kg (465 kr. ) 50 mm tykkelse : 30,70 kr./kg (8289 kr. ) 119

Ønskes et stykke af 50 mm pladen på 300 600 mm blive r prisen : 46,05 kr.lkg (1119 kr.) Skæring 180kr. Total 1299 kr. Som det fremgår af eksemplerne, bliver kiloprisen højere, j o mindre dimensionerne er. Effekten af legeringstillægget Sammenlignes eksemplet med 2 mm plade af ren aluminium (99,5%) og A1Mg3 ses det, at den legerede plade er ca. 10% dyrere. Dette gælder uanset, om der købes 1 eller 1 0 plader. Det vil altid gælde, at produkter af legeringer er dyrere en d samme produkt i ulegeret aluminium. Dette forhold gør sig også gældende, selv om de væsentligste legeringselemente r ligger på en lavere kilopris end aluminum (silicium og zink). 11.4 Profiler Det, at aluminium lader sig presse ud i komplicerede profiler, byder på mange fordele også af økonomisk art. Integre - rede funktioner, lavere bearbejdningsomkostninger, forenklede samlingsmetoder og reducerede eller helt eliminered e vedligeholdsudgifter er blot nogle eksempler. Mange viger sikkert tilbage for selv at udvikle og designe e t helt specielt profil ud fra en forestilling om meget høje værktøjsomkostninger. Fremstilling af matricen, som er en engangsudgift, kostede i året 1990 normalt mellem 4.800 og 30.000 kr. Nogle eksempler på værktøjsomkostninger for forskellige profiler er vist i figur 11.1. Set i relation til ovennævnte fordele kan sel v 30.000 kr. til matricen ikke være skræmmende. I værktøjsprisen indgår som oftest korrigering og indkøring. Vedligeholdelse af værktøjet afholdes normalt også af værktøjsfremstilleren og er indregnet i værktøjsprisen. 120

.. 100 21 1 1 I- 50 5 0 _. I-L, T T r- 50 150 _ Ø 13 0 4.800 kr. 8.500 kr. 10.800 kr. 18.800 kr. Fig. 11. 1 Eksempler på værktøjsprisen (1990) til forskellige profiler. Reference r 1. Vagn F. Buchwald :»Metaller - Produktion, Handel o g Priser - Før og Nu«, Instituttet for Metallære, DTH, april 1989. 121

Stikord Afkølingshastighed 48 Folier 25, 115 Kunstig eller varm Afspændingsglødning Forhøjet temperatur 62 modning 44,53 24, 48, 5 4 Formgivningsprocesser 104 Lagdelingskorrosion 99 Akkrediteringsordning 76 Fosfatering 103, 10 4 Lagtykkelse 8 3 Alclad materialer 102 Fysiske egenskaber 55 Lakering 26, 104 Aluminium Association Glisning 103 Lakering/maling 104 (AA) 65 Hall-Heroult-processe n Lav temperatur 6 2 Aluminiumfluorid 2 2 12, 2 1 Lavtryksstøbning 31 Aluminiumoid 19, 20, 2 1 Halvåbne profiler 2 8 Leveringstilstanden 6 6 Anodisering 102, 103 Havvand 97 Limlaminering 27 Bauit 1 9 Holdetider 53 Litium 6 5 Bayer-metoden 20 Hule profiler 29 Magnesium 64 Bejdsning 103 Hærdbare 44 Magnesium-siliciumholdige Blødglødning 24, 48 Hårdhedsmåling 8 1 aluminiumlegeringer 101 Bratkøling 45, 50 Hårdhedstilstand 24 Magnesiumholdig e Bånd 115 Ikke-hærdbare 44 aluminiumlegeringer 101 Certifikat 88 Interkrystallinsk Mangan 64 Certifikattyperne 90 korrosion 98 Manganholdige aluminium- Chromatering 103, 104 Kim 33 legeringer 101 Dansk Standard (DS) 65 Kimdannelse 49 Mekanisk prøvning 76 Deformationshærder 42 Kobber 64 Mekaniske egenskaber 5 5 Dislokationer 40, 54 Kobberholdige aluminium- Metallografiske prøvnings - Dokumentation 74 legeringer 66, 101 metoder 83 Drikkevand 97 Kokillestøbning 31 Modning - kunstig Duktilt 17 Koldbearbejdning 106 - naturlig 48,5 3 EDXRF 86 Kolddeformeret 50 Modningen 44, 46, 53 Ekstruderet hærdbar Koldvalsning 24 Naturlig modning 47, 53 aluminium 52 Kontinuert støbte bånd Nikkel 65 Ekstrudering 27 24, 25 Nitning 108 Elasticitetsmodulen 63 Kontrol 74 Opløsningsglødning Elasticitetsgrænsen 36 Korn 33 45 48, 5 0 Elastiske område 36 Kornstørrelse 34, 83 Overmodning 46, 53 Elektriske ledningsevne Kornvækst 49 Ovne 48 55, 56 Korrosion 16, 95 Oidhinde 95 Elektrolyse af Korrosionsbestandighed 16 Pitting 98 aluminiumoid 21 Korrosionshastigheder 97 Plader 111 Elektrolysecelle 21 Kromatering 103 Plasma-, elektronstråle- Elektroplettering 103 Krybning 62 og lasersvejsning 107 EN 45001 :1989 76 Kryolit 22 Plastiske område 37 Enhedscellen 32 Krystalstruktur 32 Plastiske deformation 37 122

Presseblokke 2 3 Primæraluminium 22 Profiler 115 Proportionalgrænsen 3 6 Prøvningslaboratorier 76 Rekrystallisationstemperatur 49 Rekrystallisation 49 Renaluminium 10 0 Rengøring 10 3 Restitution 54 Se afspændingsglødning Restspændinger 5 4 Rulleformede profiler 25 Rør 116 Sandstøbning 30 Sejringer 23, 2 4 Sekundæraluminiu m 22, 23 Shot peening 6 2 Silicium 64 Siliciumholdig e aluminiumlegeringer 10 1 Silumin 64 Slidbestandighed 10 3 Slip 37 Sliplinier 3 9 Slipplaner 37, 38 Slipsystem 3 8 Smelteinterval 5 5 Spaltekorrosion 98 Spektralanalyse 8 6 Spændingskorrosion 10 0 Strengpresning 27 Stænger 115 Støbelegeringer 65, 6 8 Superplastisk formgivning 106 Svejsezonen 10 8 Tekniske leveringsbetingelser 88 Termiske ledningsevn e 55, 56, 57 Test 74 Titan 65 Trykstøbning 31 Trækkurve 3 6 Tråd 11 6 Trådblokke 23 Typiske styrkeværdier 5 8 Udglødning 48 Udglødningsdata 48 Udmattelsesegenskabe r 58, 6 1 Udskillelseshærdning 4 4 Valseblokke 2 3 Valselegeringer 6 5 Valset 52 Varm modning 5 3 Varmebehandling 4 7 Varmebehandlingsdata 48, 5 2 Varmeledningsevne n 55, 56, 5 7 Varmformgivning 10 5 Varmvalsningen 2 4 Verifikation 74 Vokslaminering 26 Vægtfylde 5 5 Zink 64 Zinkholdige højstyrke aluminiumlegeringer 101 123