Materiaalkeuze &  aluminium aanduiding

Materiaalkeuze & aluminium aanduiding

De specificatie van een materiaal vergt kennis en inzicht. Kom jij wel eens tegen dat er op tekening als materiaalaanduiding ALUMINIUM wordt gehanteerd? En welke kwaliteit is er dan benodigd….?

Gelukkig komt het steeds minder vaak voor, maar het gebeurt nog wel, dat geen specificatie maar slechts ALUMINIUM op tekening wordt gezet. Zonder kennis van het materiaal is het ook lastig en natuurlijk kun je dat aan je leverancier overlaten. Maar zet wel, eventueel na overleg met de leverancier(s), de juiste aanduiding op tekening! Daarmee specificeer je het materiaal eenduidig en leg je het vast.
tekeningkader3
Hoe specificeer je een aluminium legering?
Een aanduiding van een aluminium legering is bijvoorbeeld EN AW-5083 O. In de norm EN 573 kun je precies terug vinden hoe de benaming van een aluminium kwaliteit wordt opgebouwd. Ook heeft het Aluminium Centrum een duidelijke beschrijving in hun informatiebladen opgenomen. (Kneedlegeringen & Gietlegeringen)

Welke aluminium legering kies je?
De keuze van een aluminium legering hangt af van heel veel factoren. Wordt het product door verspaning naar zijn vorm gebracht? of is extrusie of walsen de basis voor het product? Behalve de fabricage is ook de toepassing van belang voor zaken zoals verwerkbaarheid, lasbaarheid en corrosiebestendigheid.
In aluSelect kun je veel van dergelijke informatie snel raadplegen. Daar vind je een overzicht van de meest gebruikte legeringen en hun eigenschappen.
Hieronder wordt dit voor een tweetal type legeringen kort samen gevat.

tabel materiaalkeuze

Een goede keuze van het materiaal is belangrijk voor het goed slagen van het product. Het voordeel van aluminium is, dat het een hoge specifieke sterkte heeft, het is het meest voorkomende metaal op aarde en het is oneindig recyclebaar!
Het maken van het materiaal kost in eerste instantie veel energie, maar de voor de volgende levensfase is maar 5% van de energie benodigd. Dat is heel bijzonder voor een materiaal, bovendien blijft de kwaliteit behouden.

Heb je hulp nodig bij het specifiëren van de aluminium legering voor je toepassing, vraag de mensen met aluminium kennis in je netwerk om hulp. Stel je vraag in een reactie hieronder, meld je aan voor training of  BLOG updates en ik hou je op de hoogte.

Ellen Vaders

Vermoeiing van Aluminium

Vermoeiing van Aluminium

Geschreven in samenwerking met Paul Voerman. Dank je wel, Paul voor je inbreng!

Aluminium is een licht gewicht metaal dat sterk is in allerlei toepassingen. Maar hoe zit het met de vermoeiingseigenschappen van het materiaal?

Kun je aluminium toepassen in omstandigheden waar je wisselende belastingen hebt?

Het feit dat aluminium hét materiaal is in de vliegtuigbouw laat zien waar het materiaal toe in staat is. Als er ergens veel dynamische belastingen zijn is het daar wel. Maar hoe bepaal je tot hoe ver je mag gaan?

Om vermoeiing beter te begrijpen leggen we eerst uit wat verstaan wordt onder dynamische belastingen. Een dynamische of wisselende belasting is een belasting waarbij je vaak een vaste belasting hebt, bijvoorbeeld een gevelpaneel met een bepaald gewicht dat aan een constructie hangt. En daar bovenop een wisselende belasting bijvoorbeeld de wind. (En tijdens het schrijven van dit stuk, 15 januari is die behoorlijk!) De wind zorgt ervoor dat het paneel continu van de gevel afgetrokken wordt en er weer tegen aangedrukt wordt. Hieronder wordt dit in een grafiek weergegeven.

vermoeiing1

Wanneer praten we over vermoeiing?
Vermoeiing is het kapotgaan van een onderdeel door dynamische belasting bij een lagere belastingsituatie dan je op basis van de breukgrens verwacht. In de foto zie je een voorbeeld van een typische vermoeiingsbreuk.

Bij welke belasting gaat het dan stuk? Hiervoor kun je de Wöhler kromme of S-N curve kijken. ( S-N staat voor Spanning – N-wisselingen) Voor staal en ook aluminium zie je, dat bij wisselende belastingen het materiaal steeds minder hoog belast mag worden.
De heer Wöhler is grondlegger van onderzoek op gebied van vermoeiing en vandaar dat deze vermoeiingskrommes ook wel Wöhler krommes genoemd worden.

vermoeiing2s-nx

Na een miljoen keer heeft de heer A. Wöhler aangetoond dat er voor staal een soort ondergrens bereikt wordt. Bij aluminium zie je dat de curve langzaam blijft dalen. De sterkte blijft dus afnemen na meer en meer wisselingen.

Als eerste kijken we naar 2 materialen S275 (Staal-44), en de aluminium legering EN AW-6061T6. In dit geval beiden met een rekgrens van 275N/mm². Als extra hebben we ook de legering EN AW-7075 T6 toegevoegd, een legering die in luchtvaart toegepast wordt.

Als we kijken naar een dynamische belasting met één miljoen wisselingen, 1.000.000, zien we in de grafiek dat S275 tot 195 N/mm² mag hebben. Aluminium 6061-T6 tot 120N/mm². Dit geldt bij ideale omstandigheden.

Aluminium is echter 3x zo licht. (aluminium 2,7 kg/dm3 t.o.v. staal 7,8 kg/dm3)

Met andere woorden: als het aluminium product iets volumineuzer wordt uitgevoerd (met meer body) kan nog steeds lichter worden gebouwd met tenminste gelijke vermoeiings-eigenschappen!

Met aluminium heb je door de grote vormvrijheid de mogelijkheid het materiaal daar neer te leggen waar het nodig is, waarmee je de spanning kunt verlagen. Ook kun je door de grote vormvrijheid een optimale “gestroomlijnde” vorm realiseren waarmee de spanningspiek wordt beperkt.

Dit zorgt voor een verlengde levensduur.

Bij een ontwerp moet je goed definiëren/ weten hoeveel wisselingen je gedurende de levensduur mag verwachten. Als voorbeeld: een ladder ontwerpen voor 10milj. wisselingen is niet realistisch, dit is niet conform zijn daadwerkelijke belasting situatie.

Voor het bepalen of de vermoeiingsbelasting door de toepassing gedragen kan worden, zijn berekeningen benodigd om dit te voorspellen. Het maken van de juiste voorspelling gaat nogal eens fout doordat men onvoldoende achtergrond heeft van de optredende belastingen.

Figuur 1 mooi ontwerp van een Capo

Figuur 1 mooi ontwerp van een Capo

Om vermoeiing te voorkomen is het altijd zaak dat er zo min mogelijk scheurinitiaties in een ontwerp zitten. Als voorbeeld: scherpe overgangen vermijden. Bij vermoeiing altijd met zo groot mogelijke afgeronde binnen radii werken en vloeiende overgangen maken. Maar ook in geval van gelaste constructies een goede start en stop van de lasnaad zodat plakfouten en/of kratervorming bij de las voorkomen worden. Zelfs oppervlaktegesteldheid en ruwheid spelen een rol.
Dan laten we de impact van een las op het vermoeiingsgedrag van aluminium in dit stuk nog buitenbeschouwing, aangezien dit te veel omvattend is om hier mee te nemen.

Samenvattend/ concluderend:

  1. Aluminium heeft geen vermoeiingslimiet. Boven de 10.000.000 wisselingen levert dit consequenties op, anders dan met staal.
  2. Met aluminium kun je met een lager gewicht hetzelfde aantal wisselingen weerstaan als met staal.
  3. Optimaal vormgeven voor vermoeiing is vloeiende overgangen creëren en spanningspieken vermijden.

Met deze uiteenzetting hoop ik dat je een inkijkje hebt gekregen in de mogelijkheden met aluminium in dynamisch belaste omstandigheden.

Wil je diepgaander informatie van aluminium vermoeiing ontvangen? Laat hier hier je e-mail adres achter, of stel je vraag in je reactie hieronder.

Ellen Vadershttp://eepurl.com/YXkv5