De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Aluminium ut/default.asp?catid=&pageid=1 Er zijn er nog veel meer, maar deze zijn (deels)

Verwante presentaties


Presentatie over: "Aluminium ut/default.asp?catid=&pageid=1 Er zijn er nog veel meer, maar deze zijn (deels)"— Transcript van de presentatie:

1 Aluminium ut/default.asp?catid=&pageid=1 Er zijn er nog veel meer, maar deze zijn (deels) Nederlandstalig.

2 Programma Doelstelling Waarom Aluminium? Ontwerpen op stijfheid en sterkte Indeling van de legeringen Toepassingsvoorbeelden Mechanische eigenschappen Koudvervormen Geharde aluminium Kerf- en scheurgevoeligheid Lassen Samenvatting

3 Doelstelling college Inzicht geven in het verschil tussen ontwerpen op sterkte en stijfheid Kennismaken met de nomenclatuur (legeringnummer en kwaliteitsaanduiding) Voorbeelden geven van toepassingsgebieden Inzicht geven hoe de mechanische eigenschappen beïnvloed (kunnen) worden Inzicht geven in voor aluminium belangrijke constructieregels

4 Waarom Aluminium Lage dichtheid Goede geleider (stroom/warmte) Specifieke sterkte (sterkte/dichtheid) Specifieke stijfheid (elasticiteitsmodulus/dichtheid) Corrosiebestendigheid (geldt overigens niet voor elke aluminiumlegering) Lasbaarheid (geldt overigens niet voor elke aluminiumlegering) ook te solderen en goed te lijmen. Goed te verwerken (omvormen, verspanen, gieten etc.)

5 Nadelen Gevoeliger voor kerven Lagere vermoeiingssterkte Lassen/solderen alleen door vakmensen Verwerken moet absoluut in één keer goed.

6 Toelichting begrippenkader Ontwerpen op stijfheid Ontwerpen op sterkte

7 Space frame Audi R8

8 Ontwerpen op stijfheid Een ondersteunende balk mag niet te veel doorzakken. Een limonade blikje mag niet opbollen. De punt van een schroevendraaier mag niet verdraaien. In al deze gevallen mag er dus geen blijvende vervorming van het product optreden. NB. “Geen” vorm verandering!

9 Ontwerpen op stijfheid Buigstijfheid E. I Knikvastheid (E. I)/l 2 l = lengte lichaam niet te verwarren met oppervlaktetraagheidsmoment Torsiestijfheid G. I p

10 Effect materiaalkeuze Staal heeft een elasticiteitsmodulus die drie maal zo hoog is als aluminium. Dit kan eenvoudig worden gecompenseerd door het oppervlaktetraagheidsmoment I = 1/12 b h 3 h + 50% → I + 237,5% h + 100% → I %

11 Ontwerpen op sterkte Is er sprake van statische of dynamische belasting? Zijn er verschillende belastingtypen tegelijkertijd actief (superpositie etc.)? Antwoorden nodig voor het bepalen van de veiligheidsfactor.

12 Waarom een veiligheidsfactor De spanningen worden nooit heel netjes verdeeld in een constructie. Geometrieveranderingen (o.a. dikteovergangen) geven spanningsconcentraties etc. Met name bij dynamische belasting en hoge spanningen vraagt dit extra aandacht. Een bros materiaal zal bij een verhoging van de spanning dicht bij zijn bezwijkspanning zonder waarschuwing bezwijken. Een taai materiaal kan bij een verhoging van de spanning vervormen. Echter het wel of niet kunnen vervormen van een materiaal hangt sterk van de 3D spanningstoestand.

13 Lichtgewicht construeren Bij lichtgewicht construeren wil je de sterkte van het materiaal optimaal benutten. Door tevens je materiaal te verplaatsen naar de uiterste vezel krijg je de maximale stijfheid. Let op: je kunt niet onbeperkt doorgaan met profieldoorsnede te vergroten en wanddikte te verkleinen. σ = M b. e / I

14 Wordt een fietsframe alleen op buiging belast? Hoe wordt zo’n frame gemaakt? Kun je een aluminium of stalen buis van 0,8 mm dik nog lassen?

15 Aluminium Kneedlegeringen xxxx vb H12 Gietlegeringen xxx.x vb 355,0 T6 Eerste cijfers beschrijft de legering, de letter-cijfer combinatie de toestand. Ondanks de lage smelttemperatuur (ca. 665 °C) zijn zijn niet alle legeringen te gieten. Als een legering tijdens het stollen heel veel slinkt dan kunnen er scheuren (stolscheuren en warmscheuren) en porositeit ontstaan.

16 AA-systeem voor kneedlegeringen

17 AA-systeem voor gietlegeringen

18 DIN 1725 GK-AlZn4Mg2 GK = coquille gietwerk 4% Zn 2% Mg

19 Welke aluminium legering kies je nu?

20 Legering (EN AW)soort toepassing 1050A, 1200 tankbekledingen voor chemische en levensmiddelenindustrie, bijvoorbeeld voor zuivelbedrijven en bierbrouwerijen; verpakkingsindustrie; huishoudelijke artikelen, zoals keukengerei; elektrotechnische industrie: kabels, klemmen, verbindingsstukken, enz.; lasdraad 3103dakbedekking; golfplaten; sandwichpanelen; goten en afvoerpijpen voor gebouwen Bron: VM blad 111

21 Legering (EN AW)soort toepassing 5052, 5251 tanks; panelen en diverse andere constructies in contact met zeewater en zeelucht; rioolzuiveringsinstallaties 5083 scheepsbouw; tanks en leidingen voor transport en opslag van vloeibare gassen bij lage temperatuur; pantserplaat 5086scheepsbouw en carrosseriebouw 5454scheepsbouw; carrosseriebouw en transport; rioolzuiveringsinstallaties; lasdraad

22 Legering (EN AW)soort toepassing 6061 algemeen constructiemateriaal voor dynamisch belaste verbindingen; bruggen; wagonbouw; masten voor zeilschepen 6082 algemeen constructiemateriaal voor dynamisch belaste verbindingen; bruggen; wagonbouw; containerbouw 7020niet maritieme lasconstructies; voertuigbouw; pantserplaat

23 AluminiumStaal E-modulus [GPa]70210 Dichtheid [10 3 kg/m 3 ]2,717,83 Eigenschappen

24 Kostprijs Materiaalkosten (exl. Bewerkingskosten) ca. tweemaal zo duur als staal Makkelijker te verspanen Verbinden (lassen en solderen) duurder, montage in het algemeen moet met meer beleid. Gewichtbesparing zie je direct terug in de prijs. In bepaalde gevallen kun je factor 2,5 lichter construeren.

25 MateriaalR p [MPa]R m [MPa]Breukrek [%] 5454 H H T T T T T Constructie- staal S355N

26

27 Koudvervorming Opgelegde spanning hoger dan σ p maar lager dan σ B !! Vaak kan in meerdere stappen meer dan 100% vervorming worden gerealiseerd zonder tussentijds verwarmen (gloeien)

28 Draadtrekken in meerdere stappen

29 Zie effect van legeren en koudvervormen. NB. Onderstaande legeringen vertonen geen precipitatieharding of fasetransformatieharding

30 Oplosharding

31 Principe van versteviging bij draadtrekken Bij het belasten van het materiaal boven de vloeigrens treedt er versteviging op. Deze versteviging blijft aanwezig, ook als de belasting wordt weggenomen. Het materiaal veert dan gedeeltelijk elastisch terug. Na elke trekgang blijkt dat de rekgrens steeds hoger komt te liggen als gevolg van de vervorming (de breukrek neemt overigens per trekstap af). Op een zeker moment is het materiaal zo bros geworden dat het niet verder kan worden vervormd. Moet dit toch dan zul je moeten gloeien en overnieuw beginnen met koudvervormen.

32

33 Precipitatieharding (de warmtebehandeling om dit te realiseren wordt later toegelicht) Een bji hoge temperatuur in overmaat aan opgeloste legeringselementen zullen willen uitscheiden, en kleine nieuwe kristalletjes (precipitaten) vormen Deze precipitaten zijn harder dan het basismateriaal (het zijn intermetallische verbindingen) (wordt vervolgd)

34

35 Niet elke precipitaat is gewenst. Type (a) is slechts een roosterfout. Type (b) zet het metaalrooster onder druk en verhoogt zodoende de sterkte.

36 Welke materialen vertonen precipitatieharding? Aluminium (2xxx, 6xxx, 7xxx en 8xxx) Koper-Berylium Speciale RVS-PH kwaliteiten Titaniumlegeringen Nikkellegeringen

37 Toegepaste legering uit 6xxx groep? Goedkoop en goed te verwerken Behoorlijke mechanische eigenschappen Lasbaar (mits kopergehalte laag) Corrosievast (mits kopergehalte laag) Eenvoudig te verkrijgen omdat deze groep in heel veel toepassingen wordt gebruikt

38 Silicium Positieve invloed op giet- en lasbaarheid Geringe neiging tot warmscheuren Reductie uitzettingscoëfficiënt met stijgend %Si Bewerking (verspanen en omvormen) is moeilijker met toenemend gehalte Geeft zwarte kleur bij anodiseren

39 Silicium (6XXX) + … Cu of Mg toevoeging geeft precipitatieharding Ni toevoeging verhoogt gebruikstemperatuur Sterkte door mengkristalharding en precipitatieharding Redelijk corrosievast maar met name de koperhoudende soorten zijn niet goed bestand tegen chloorzouten

40 Mengkristalharding bij (c)

41 Warmtebehandelingen WOplosgloeien (instabiel) T4Oplosgloeien + natuurlijk verouderen (= bij kamertemperatuur harden) T3Oplosgloeien + koudvervormen + natuurlijk verouderen T6Oplosgloeien + kunstmatig verouderen (= bij verhoogde temperatuur harden) Etc. NB. De totale behandeling heet precipitatieharden

42 NB. Niet alle structuren bezitten gunstige eigenschappen. Dit betekent dus dat elke legering zijn eigen verouderingscondities (temperatuur + tijd) heeft. Zo worden de 2XXX legeringen nauwelijks in T4 toestand toegepast. GP-zones maken materiaal bros! Specificeer bij aluminiumlegeringen altijd R p en A 50 (breukrek) zodat de juiste combinatie van materiaal en conditie kan worden bepaald. Sterke aluminiumlegeringen zijn doorgaans ook relatief bros.

43 Effect op mechanische eigenschappen T4 T3 T6 Toename sterkte Toename taaiheid

44 Hoe kan je aluminium sterker maken? 1.Legeren: korrelverfijnen bij gieten en lassen 2.Koud vervormen + zachtgloeien (= herstel gloeien of rekristalliserend gloeien) 3.Legeren: oplosharden 4.Koud vervormen 5.Legeren (oplosharden) + koudvervormen 6.Legeren: precipitatieharden (dit kan op heel veel manieren en koudvervormen kan onderdeel zijn van de warmtebehandeling)

45 Ontwerpregels Aluminium is kerfgevoelig en geharde legeringen zijn scheurgevoelig Let op met spanningsconcentraties – Voorkom abrupte stijfheids overgangen – Gebruik waar mogelijk afrondingstralen – Gebruik geen open profielen bij torsiebelastingen – Geen gaten boren in zwaar belaste delen Vermijd lassen waar mogelijk, je verliest meestal sterkte en/of taaiheid

46 Spanningsconcentraties The mean value of stress called nominal stress σ=F/A has increased by a factor 1/0.8 2 =1.56 FEM calculation of the local stress raise relative to the nominal stress in the grooved section results in K t =2.04

47

48 Onderzijde van een tankwagen aluminium veel toegepast bij vervoer brandstoffen

49 Dubbelplaat en verstijving bij wielophanging, scheur bij de kerf

50 Temperatuursverdeling bij lassen

51 Krimp en vervorming

52 Krimp en spanningen

53 Lasbaarheid van Aluminium Aluminium heeft een grote warmtegeleiding en grote uitzettingscoëfficiënt waardoor grote krimpspanningen mogelijk zijn. Een gevreesd verschijnsel bij het lassen van Aluminium, is warmscheuren (bij substantiële toevoegingen van koper en zink). Legeringen met een groot stoltraject zijn gevoelig voor warmscheuren, zodat in dit geval gelast moet worden met andere toevoegingen.

54 Mechanische eigenschappen van de las zijn, bij legeringen die hun sterkte ontlenen aan oplosharden, gelijkwaardig met het moedermateriaal. Bij koudvervormde legeringen zal de deformatiestructuur door de warmte-inbreng verdwijnen, met een zachte structuur rond de las tot gevolg. Bij precipitatiegeharde legeringen zal in de warmte- beïnvloede zone oververoudering optreden (waardoor voornamelijk de taaiheid daalt) Bij T4 kwaliteiten wordt er over het algemeen minder grote verschillen in sterkte en taaiheid gevonden tussen de warmtebeïnvloede zone en het basismateriaal.

55 Samenvatting Gebruik kokerconstructie om voordeel aluminium optimaal e benutten Gebruik bij voorkeur gesloten profielen Leidt krachten in, voorkom scherpe overgangen Boor niet zo maar een gat op een willekeurige plek Bewerk een gat na! Als je niet last kun je probleemloos de sterkste kwaliteiten (T6 of H18) gebruiken mits je houdt aan bovenstaande aspecten 6082 zeer geschikt voor dit ontwerp, betere legeringen uit 5xxx, 6xxx of 7xxx series maken product te duur


Download ppt "Aluminium ut/default.asp?catid=&pageid=1 Er zijn er nog veel meer, maar deze zijn (deels)"

Verwante presentaties


Ads door Google