door Ellen Vaders | okt 26, 2015 | alloy, aluminium, corrosion, legeringskeuze
Ontwerpers en constructeurs die nog niet zo bekend zijn met aluminium zouden het liefst allemaal beginnen met de 7000 kwaliteiten.
Wat zijn de voor- en nadelen van deze sterke aluminium legeringen?
• Hoge sterkte
• Goed bestand tegen vermoeiing
• Sommigen lasbaar, anderen niet
• Kleur variatie bij anodiseren, beperkt decoratief anodiseerbaar
• Corrosie bestendigheid.
Aluminium is sterk en licht. Voor optimale producteigenschappen moet de vorm ook optimaal worden ingezet. Indien men deze nog niet bedacht heeft wordt er vaak eerst naar sterkte gekeken en naar de sterkste aluminium kwaliteiten gegrepen. De 7000 kwaliteiten, hoe sterk zijn die eigenlijk?
De sterkte van de meest gangbare 7000 kwaliteiten hebben we hieronder voor je op een rijtje gezet.
Het grote voordeel van de 7000 kwaliteiten is, dat ten opzichte van de andere aluminium soorten, ze goed bestand zijn tegen vermoeiing. Dit in combinatie met sterkte zorgt ervoor dat ze onder andere bij vliegtuigen veelvuldig worden ingezet.
Afhankelijk van samenstelling zijn de 7000 legeringen wel of niet lasbaar.
Wanneer het koperpercentage boven de 0,2/0,3 % uitkomt is het gedaan met de lasbaarheid.
Als vuistregel kun je hanteren dat de lagere nummers; de 7001 t/m de 7020 lasbaar zijn, daarboven niet (b.v. 7022 of 7075). Voor specifieke legering altijd checken voor je deze daadwerkelijk gaat toepassen!
Bij de 7000 is het hoofd legeringselement Zink. Dit legeringselement heeft de neiging bij de warmte inbreng door het lassen te segregeren naar de kristalgrenzen. De gevoeligheid voor corrosie (zowel interkristalijne corrosie als spanningscorrosie) neemt hierdoor toe.
Door een 7000 kwaliteit na het lassen opnieuw warmte te behandelen kan dit hersteld worden.
De 7000 legeringen zijn over het algemeen niet makkelijk te anodiseren.
Technisch anodiseren gaat goed maar decoratief anodiseren is lastiger, afhankelijk van samenstelling, en uniformiteit van de samenstelling, er kunnen vlekken en kleurvariaties ontstaan.
bron foto: link
Corrosiebestendigheid is niet het sterkste punt van deze legering. Ook weer afhankelijk van de samenstelling zijn de verschillen groot, van voldoende/goed tot zeer matig/slecht.
Tesamen met de gevoeligheid voor corrosie zoals hierboven besproken vergt het werken met een 7000 legering extra zorg en aandacht die andere aluminium kwaliteiten niet nodig hebben.
Kortom een legering uit de 7000 reeks is hoog sterk, maar gebruik deze met kennis van zaken. Een meer gangbare legering kan een betere keus zijn.
Tegen welke kwestie ben jij aangelopen bij toepassing van een 7000 legering, en was dit achteraf de juiste keuze?
Heb je aanvullingen en/of andere relevante opmerkingen, deel hieronder.
Wil je op de hoogte gehouden worden van de Blogs van Aluminium Metal Knowledge schrijf je in
door Ellen Vaders | jun 29, 2015 | aluminium, aluminium advies, corrosie, development, engineering, legeringskeuze, optimaal ontwerp
Voorkom fouten met aluminium
Bij het werken met aluminium kunnen er zaken mis gaan. Dat is zonde en vaak niet nodig. Er is zoveel kennis over het materiaal maar helaas is dat niet altijd bij iedereen voor handen op het moment dat het nodig is. Hierbij een aantal punten om fouten te voorkomen en het optimale uit aluminium te kunnen gaan halen.
Ontwerp
Een veel gemaakte fout is een slecht aluminium ontwerp. Een goed aluminium ontwerp maakt gebruik van het geschikte proces om materiaal daar neer te leggen waar dit het meest effectief is.
Werken met standaard plaat en profiel is vaak niet de manier om een licht en optimaal ontwerp te realiseren. Voor een aluminium product ontwerp heb je kennis van de mogelijkheden én het materiaal nodig.
Legering
Met de keuze van de juiste legering krijg je niet alleen de beoogde sterkte maar ook de eigenschappen zoals corrosie bestendigheid en/ of verspaanbaarheid, lasbaarheid etc.
De keuze van de legering hangt ook af van de proceskeuze en eventueel beschikbaarheid. Kiezen van de juiste legering is dus het zoeken naar het beste compromis op alle vlakken.
Proceskeuze
Met aluminium ben je in staat door de juiste proces keuze bijvoorbeeld de eigenschappen nog verder te verbeteren, of klik-verbindingen eenvoudig in je ontwerp te integreren etc. Doordat aluminium zo goed vormbaar is, zijn er een legio aan processen die je kan toepassen en dus het ideale proces kan selecteren voor jouw toepassing. Maar eerst moet je kennis nemen van al deze mogelijkheden. Hoe kun je anders op het idee komen deze toe te passen?
Galvanische corrosie
Een veel voorkomende fout bij aluminium is galvanische corrosie. Doordat het materiaal relatief onedel is ontstaat er snel een oxide. Dit geeft aluminium ook zijn corrosie bestendigheid. Maar op het moment dat het in een vochtige omgeving met een “edeler” metaal een verbinding wordt gemaakt ontstaat er een opofferingsproces en kan het aluminium wegcorroderen. Dit is veelal eenvoudig te verhelpen door metalen onderling elektrisch te scheiden.
Oppervlakte behandeling
De meest gemaakte fout bij oppervlakte behandeling van aluminium is het aanbrengen van een verf/kleur zonder een goede voorbehandeling. Aluminium kun je in alle kleuren van de regenboog laten coaten, echter het proces vergt specifieke kennis en aanpak voor de voorbehandeling, anders bladdert de verf er zo vanaf.
Opslag
Last but not least: de opslag van aluminium. Doordat aluminium zo goed warmte weggeleidt, voelt het snel koud aan en krijgt vocht uit de omgeving, bij voldoende temperatuurverschil, kans om te condenseren op het aluminium. Deze condens zorgt bij onvoldoende beluchting tussen platen, profielen en/ of verpakking voor corrosie vlekken en dus beschadiging van het aluminium oppervlak. Dat is de reden waarom aluminium binnen bij een relatief constante temperatuur opgeslagen moet worden. Zo houd je het aluminium mooi.
Ben jij engineer en wil je fouten met aluminium voorkomen?
Geef antwoord op de vraag: Welke fout met aluminium ben jij ooit tegen aan gelopen?
Vermeld je antwoord op deze vraag in het commentaarveld hieronder en je ontvangt mijn e-book voor engineers door na het plaatsen van je commentaar hier te klikken. Ik wens je veel plezier met je volgende aluminium ontwerp!
P.s. Wil je meer kennis over aluminium legeringen check dit
Liever een aluminium in-company cursus? klik hier
door Ellen Vaders | apr 21, 2015 | aluminium, aluminium advies, development, engineering, gieten, legeringskeuze, optimaal ontwerp
Aluminium is een materiaal met een heel gunstig sterkte/gewicht verhouding en laat zich ook nog eens makkelijk vormen.
Een optimaal product is een product met zo min mogelijk materiaal die zijn functie gedurende zijn (voorspelde) levensduur vervult. Ten aanzien van duurzaamheid geldt dat het product na afloop ook goed te recyclen moet zijn.
Voor een product met zo min mogelijk gewicht is het de truc dat het materiaal op de juiste plek ligt.
Maar hoe bepaal je de juiste plek?
Hiervoor moet je de belasting van je product kennen! En dan is de volgende stap om de krachten gunstig door te leiden.
Als je nu kijkt naar onderstaande belasting en ideale vormgeving, dan kan je middels topologie optimalisatie software de ideale vorm opvragen.(simpel gezegd)
Als je het principe begrijpt dan kan je in dit geval met JBV (jan boeren verstand) heel ver komen, misschien zelfs sneller. De vorm uit de topologie optimalisatie software heeft immers de vertaalslag naar produceerbaar nog nodig. (Let wel dit is een relatief eenvoudige beugel.)
Echter het aantal variaties in ontwerp zijn legio…
Indien deze beugel van aluminium gemaakt wordt, heb je een aantal mogelijkheden ten aanzien van vervaardiging. Eén en ander is afhankelijk van aantal en benodigde materiaalkwaliteit. (Vormgeving wordt hier ondergeschikt gesteld aan functie en het vervaardigingsproces.)
Bij kleine aantallen kun je het product als voorbeeld middels verspaning maken, grote aantallen door middel van gieten en is de belasting extreem dan is bijvoorbeeld smeden de beste manier. Niet alleen qua eigenschappen maar ook qua prijs zitten hier behoorlijke verschillen tussen.
In de nabije toekomst zal ook aluminium printen voor enkele stuks een optie zijn. Nu zijn echter de kosten te hoog, kwaliteit onvoldoende en mogelijkheden gering.
Ieder proces heeft zo zijn eigenaardigheden. Tegenwoordig is het achter je bureau oplossen van problemen uit de tijd. Overleg en praten met anderen is essentieel.
Zit je al met een producent om de tafel beperk je je veelal al tot een oplossing, die mogelijk niet de optimale is.
Ook kun je gebruik maken van Crowdsourcing. Voor industrieel ontwerp? Ja zeker kijk maar eens op:
GrabCAD challenge
Zijn de BLOGs van Aluminium Metal Knowledge voor jouw waardevol? Vertel het anderen.
Heb je aanvullingen en/of andere relevante opmerkingen, deel hieronder.
Wil je meer kennis over aluminium? Vraag een aluminium-kennis-scan aan,
de eerste 3 ontvangen deze gratis. Hier aanmelden
door Ellen Vaders | mrt 20, 2015 | aluminium, aluminium advies, lassen, legeringskeuze
Voor het lassen van aluminium is de keuze van de lastoevoerdraad van belang voor de kwaliteit van de las. In dit schrijven worden de basisprincipes zo eenvoudig mogelijk uiteengezet zodat het kiezen van een lastoevoegmateriaal eenvoudig te beredeneren/bepalen is.
Over het algemeen kies je de lasdraad bij het aluminium die qua samenstelling zo dicht mogelijk overeenkomt met de kwaliteit van het te lassen materiaal.
De hoeveelheid Magnesium mag iets hoger liggen omdat dit tijdens het lassen deels verdwijnt/verbrandt. En voor de vloeibaarheid en het vloeien zijn Silicium en Mangaan weer van belang als legeringselement.
Hieronder zie je de keuze tabel voor de lastoevoerdraad. Hier mag je wel iets van afwijken maar alleen als je weet waarom, en dat dat geëigend is.
Behalve het proces is natuurlijk ook het eindresultaat en de beoogde prestatie die de applicatie moet gaan leveren van belang. Is het visuele aspect belangrijk en/of wordt het product bijvoorbeeld nog geanodiseerd óf is sterkte en/of vermoeiing het meest kritische voor de toepassing.
Er zijn voor het lassen van aluminium een aantal lastoevoegmaterialen te verkrijgen. (Per leverancier ongeveer 7 verschillende legeringen)
Hiermee zijn vele lasverbindingen goed te maken. De in de tabel gekleurde kwaliteiten worden vaak toegepast en zijn over het algemeen goed verkrijgbaar in de markt.
Er zijn vaak meerdere keuzes in combinatie met het uitgangsmateriaal, deze staan niet eens allemaal in de tabel vermeld.
Zo wordt in combinatie van de 6000 reeks met de 6000 reeks ook de Al 5183 ingezet. Deze geeft mooie visuele resultaten bij anodiseren en presteert sterkte technisch ook erg goed. Ter voorkoming van warmscheuren pakt men echter liever de Al 4043 kwaliteit, maar de mechanische sterkte is hier lager.
Hieronder een paar voorbeelden van type lasscheuren.
BRON afbeelding: VM83-Lassen van aluminium
Met dit BLOG is de keuze van het lastoevoegmateriaal inzichtelijk gemaakt. Ik hoop dat dit helpt voor het maken van de keuze.
Mocht je een aanvulling of een vraag hebben graag je reactie hieronder. Wil je je verder verdiepen en de gebruikte bronnen raadplegen laat hier je mail adres achter.
door Ellen Vaders | feb 18, 2015 | aluminium, aluminium advies, development, engineering, legeringskeuze
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.
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.
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
door Ellen Vaders | jan 20, 2015 | aluminium, aluminium advies, development, engineering, legeringskeuze, optimaal ontwerp, vermoeiing
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.
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.
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
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:
- Aluminium heeft geen vermoeiingslimiet. Boven de 10.000.000 wisselingen levert dit consequenties op, anders dan met staal.
- Met aluminium kun je met een lager gewicht hetzelfde aantal wisselingen weerstaan als met staal.
- 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
