Quelle: Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Aluminium ist eines der am häufigsten vorkommenden Materialien in unserem Leben, wie es in alles von Getränkedosen, Flugzeugbauteile allgegenwärtig ist. Seine weit verbreitete Verwendung ist relativ neu (1900AD), vor allem, weil Aluminium nicht im freien Zustand, sondern in Kombination mit Sauerstoff und anderen Elementen, oft in Form von Al2O3auftritt. Aluminium aus Bauxit Mineralvorkommen in tropischen Ländern ursprünglich gewonnen und seine Raffinesse erfordert sehr energiereichen Verbrauch. Die hohe Kosten der Herstellung von hochwertigen Aluminium ist ein weiterer Grund, warum es sehr weit Recyclingmaterial.
Aluminium, vor allem, wenn mit einem oder mehreren aus mehreren gemeinsamen Elementen legiert wird zunehmend in Architektur, Transport, chemische und elektrische Anwendungen. Heute ist Aluminium nur von Stahl in seiner Verwendung als Strukturmaterial übertroffen. Aluminium ist zur Verfügung, wie die meisten anderen Metalle als Flacherzeugnisse, Extrusionen, Schmiede- und Gussteile. Aluminium bietet überlegene Stärke-zugewicht Verhältnis, Korrosionsbeständigkeit, einfache Herstellung, nicht-magnetischen Eigenschaften, hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, sowie einfache legieren.
Seine Position in der periodischen Tabelle, mit der Ordnungszahl 13 an der Grenze zwischen den metallischen und nichtmetallischen Elementen, sowohl aus seiner flächenzentrierter Kubik Struktur (FCC) ist es klar, dass Aluminium eines der am meisten chemisch aktiven Elemente ist. In der Tat hat es eine sehr starke Affinität für Sauerstoff, die scheinen zu Aluminium leicht anfällig für Korrosion machen. Interessanterweise wird die Oberfläche der ein neu produziertes Aluminium sofort reagieren mit Sauerstoff, produzieren eine dünne, relativ stabil und inerte Oxidschicht, die das Grundmetall sowohl vor Oxidation und anderen Arten von chemischen Angriffen schützt. Diese Oberflächeneigenschaft, neben seiner relativ leichten Art und Härte, macht Aluminium einen sehr wünschenswerte Baustoff.
Die Oxidschicht auf Aluminium-Oberflächen ist in der Regel sehr dünn (etwa 50 bis 100 Å) und hält sich eng an das Grundmaterial, im Gegensatz zu den typischen Eisenoxide, die häufig in Stählen. Die Oxidschicht ist so dünn, dass es hat keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Aluminium und fast transparent für das Auge ist, damit nicht die ästhetischen Qualitäten des Materials zu beeinträchtigen. Es gibt eine Reihe von Eloxal-Techniken, die verwendet werden, um die Stärke dieser oxid-Schicht, die Korrosion und Abrieb Widerstand zu verbessern zu erhöhen. Ein möglicher Nachteil von Aluminium zu prüfen, bevor es mit ist, dass es bei einer relativ niedrigen Temperatur schmilzt und somit eignet sich nicht für Hochtemperatur-Anwendungen.
Aluminium ist leicht, mit einer Dichte etwa 1/3 von Stahl; Dieses Verhältnis 1/3 gilt auch für den Elastizitätsmodul, die oft über 70GPa genommen wird (10.000 Ksi) für Aluminium. Seine Stärke und andere mechanischen Eigenschaften, die in reinem Zustand sehr niedrig sind, können durch Legierung und Wärmebehandlung, wesentlich verbessert werden, so wie bei Stahl der Fall ist. Stärkung kann auch erreicht werden, durch kalte Arbeits- oder Belastung Härten, wo das Material gerollt oder durch stirbt, was zu einer Verringerung im Bereich der Blatt oder Bars gezogen.
Das wichtigste Legierungsmetall Aluminium sind Kupfer, Mangan, Silizium, Magnesium und Zink. Andere Elemente sind auch in kleineren Mengen für Kornfeinung und spezielle Eigenschaften entwickeln hinzugefügt:
Zwei allgemeine Arten von Aluminium-Produkte sind allgemein bekannt: Schmiedeeisen und gegossen. Alle Aluminium gebildet durch flüssiges Material in eine Sand oder dauerhafte Form, Druckguss sein, oder von einem anderen Prozess ausgestoßen zu werden wo das Casting die endgültige Form ist wird als ein Aluguss; ein anderes Produkt wird als geschmiedete Produkt genommen. In den USA Aluminium-Knetlegierungen (Blatt, Platte, Extrusionen und Schmiedestücke) eine vierstellige Identifikationsnummer haben-Gusslegierungen eine dreistellige Zahl links vom Dezimaltrennzeichen Punkt und einer Ziffer, die rechts vom Dezimaltrennzeichen Punkt (siehe Tabelle 1). Die erste Ziffer definiert Legierungsmetall Hauptbestandteil für geschmiedete und Guss-Legierungen. Legierungsmetall Hauptbestandteil ist in der Regel 5 Prozent oder weniger (nach Gewicht) in Knetlegierungen und die gleiche oder eine höhere in-Gusslegierungen. Die meisten der Legierungen enthalten zwei bis vier andere Elemente aber in eine viel kleinere Menge als Legierungsmetall Hauptbestandteil. Die geschmiedete Aluminium-Bezeichnung geben die beiden letzten Ziffern der 1XXX Serie die minimale Aluminium Prozentsatz über 99,00 %. Die letzten beiden Ziffern geben Sie in die 2XXX durch 9XXX Serie der einzelnen Legierungen für die Serie angemeldet. Die zweite Ziffer kennzeichnet eine Änderung der ursprünglichen Legierung. Die Bezeichnung legierungssystems ähnelt für Gussteile. In diesem Fall geben die zweite und dritte Ziffer den minimale Aluminium-Anteil über 99,00 % für die lXX.X Legierungen. In der 2XX. X durch 9XX. X-Serie, die nächsten beiden Zahlen sind die einzelnen Legierungen registriert in der Serie. Für Gusslegierungen, gibt die Zahl auf der rechten Seite des Dezimalkommas Produktform: 0 für Gussteile, und 1 und 2 (schmaler Zusammensetzung Grenzen als 1) für Barren. Legierungen in den Gruppen 2, 6 und 7 sind Hitze behandelbar.
Tabelle 1: Geschmiedete und gegossenen Aluminium-Legierung Bezeichnungssystem.
Knetlegierungen | Gusslegierungen | ||
Legierung | Legierungsmetall Hauptbestandteil | Legierung | Legierungsmetall Hauptbestandteil |
1XXX | mindestens 99 % Aluminium | lXXX.X | mindestens 99 % Aluminium |
2XXX | Kupfer | 3XX. X | Silizium, mit Kupfer und/oder magnesium |
3XXX | Mangan | 4XX. X | Silizium |
4XXX | Silizium | 5XX. X | Magnesium |
5XXX | Magnesium | 7XX. X | Zink |
6XXX | Magnesium und Silicium | 8XX. X | Zinn |
7XXX | Zink | ||
8XXX | Andere Elemente |
Darüber hinaus ist etliche Temperament verwendet, um anzugeben, wie das Produkt hergestellt wurde, und gilt für geschmiedete und gegossenen Produkte. F und O Gemüter gelten für alle Legierungen und Produktformen. Gemüter bezeichnet TXXXX gelten für Legierungen und Produktformen, die empfangen und beantworten einer thermischen Behandlung nach der Herstellung. Diese Legierungen werden als Vergütungsstahl. Knetlegierungen in der 2XXX, 6XXX und 7XXX Serie und den Darstellern, die Legierungen in der Regel in dieser Gruppe sind. Non-Hitze-behandelbar Legierungen gewinnen ihre Stärke und andere Eigenschaften durch Kaltverfestigung und ein Temperament H angegeben. In dieser Gruppe enthalten sind 1 XXX und 3XXX 5XXX-Serie. Weitere Informationen über Gemüter sind in verschiedenen Aluminum Association Referenzdokumente enthalten.
Die einfache Gemüter sind:
Abb. 1 zeigt eine typische Spannungs-Dehnungs-Kurve für 6061 T6 Aluminium. Dies ist ein Material mit guter Festigkeit und Steifigkeit, einfach zu beenden und Eloxieren. 6061 T6 Aluminium wird häufig in Gehäusen für viele elektronische Produkte, wie Laptops und Fernsehgeräten verwendet.
Die Spannungs-Dehnungs-Kurve in Abb. 1 wird keine scharfe Fließgrenze, sondern eher eine allmähliche Abnahme der Elastizitätsmodul aufweisen. Um eine Fließgrenze für technische Zwecke zu bestimmen, haben ASTM und anderen Organisationen die 0,2 % Offset Ansatz. Wie in Abb. 2 dargestellt, erfordert dies Bestimmung eine Best-fit-Linie für den linearen Teil des Verhaltens, und zeichnen eine Linie mit einem ähnlichen Hang Anfang bei 0,2 % Dehnung. Die Kraft, an der diese zweite Zeile der Spannungs-Dehnungs-Kurve schneidet, ist willkürlich definiert als die Streckgrenze.
Abbildung 1: Typische Spannungs-Dehnungs-Kurve für ein Wärmebehandeltes Aluminium.
Abbildung 2: Definition der Streckgrenze für Materialien ohne eine offensichtliche Streckgrenze.
Spannung zu testen, aus Aluminium
Der Zweck dieses Experiments ist:
Es ist anzunehmen, dass eine Universalprüfmaschine (UTM) mit Verformung Kontrolle und damit verbundenen Tests und Daten Akquisition Fähigkeiten zur Verfügung steht. Folgen Sie Schritt für Schritt Verfahren durchzuführen Zugversuchen des Herstellers von UTM, wobei besonderes Augenmerk auf die Sicherheitshinweise. Fahren Sie nicht fort, wenn Sie über jeden Schritt unsicher sind; irgendwelche Zweifel mit Ihrem Labor Lehrer zu klären, wie Sie sich selbst oder Menschen in Ihrer Umgebung ernsthaft verletzen können, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht befolgt werden. Stellen Sie außerdem sicher, Sie wissen, alle Not-Halt-Verfahren und, dass Sie mit der Software der Maschine vertraut sind.
Das folgende Verfahren ist generisch und wichtigsten Schritte abdecken soll; Möglicherweise gibt es erhebliche Abweichungen je nach den verfügbaren Geräten.
1. Probe vorbereiten:
(2) testen Sie die Probe:
Schalten Sie die Prüfmaschine und Initialisieren der Software. Stellen Sie sicher, dass Sie keine entsprechende grafische Darstellung und Daten Akquisition-Funktionen innerhalb der Software eingerichtet haben. Zumindest zeigt die Spannungs-Dehnungs-Kurve nehmen und Sie Displays für die Last und Belastung.
(3) Datenanalyse
Aus den Messungen und Abb. 3, Wärme behandelt Aluminium, wie die 6061T6 in diesem Test verwendet werden in der Regel % Dehnungen im Bereich von 8-13 % aufweisen. Es ist wichtig zu beachten, dass fast alle die Verformung in einem kleinen Volumen lokalisiert ist und damit die % Dehnung nur durchschnittlich; vor Ort konnte die Belastung wesentlich höher sein. Beachten Sie auch, dass die % Verringerung der Bereich auch eine sehr schwierige Messung ist zu machen, wie unebenen Untergründen; somit reicht dieser Wert erheblich.
Probe-Nenndurchmesser | 0.335 | in. |
Zentrum-Durchmesser | 0.340 | in. |
Länge der Probe | 10.0 | in. |
Länge der konischen Abschnitt | 4.0 | in. |
Gage Ursprungslänge | 1.987 | in. |
Abstand in den Griff bekommen | 5.471 | in. |
Kreuzkopf Geschwindigkeit Rendite | 0.05 | Zoll/min |
Kreuzkopf Geschwindigkeit nach Ertrag | 0,5 | Zoll/min |
Vorspannung | 200 | lbs. |
Zugfestigkeit Ertrag Last | 3800 | lbs. |
Max. Zugbelastung | 4100 | lbs. |
Laden am Bruch | 3000 | lbs. |
Endgültige Gage Länge | 2,157 | in. |
Enddurchmesser | 0.271 | in. |
Tabelle 1. Ergebnisse der Spannung Untersuchungen an circular 6061 T6 Aluminium Exemplare.
Abbildung 3 - In Aluminium Probe Einschnürung.
Abbildung 4 -Typische Semi-duktilen fehlerfläche.
Im Allgemeinen werden diese von einer duktilen Scherung (Cup-Konus) Fraktur, eine spröde Spaltung Fraktur variieren. Das Scheitern in Abb. 3 und Abb. 4 gezeigt steht im Einklang mit diesem Prozess, aber weniger Duktilität kann in diesem Aluminium im Vergleich zu der heißen Walzstahl in Jupiter video auf "Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften der Stähle" gesehen werden. Somit kann dieser Fehler als Semi-duktile charakterisiert werden, selbst wenn die % Dehnung relativ groß ist. Typische Ergebnisse sind in Abb. 1 dargestellt.
Dieses Experiment beschrieben, wie man eine Spannungs-Dehnungs-Kurve für eine typische Aluminium zu erhalten. Unterschiede in den Spannungs-Dehnungs-Kurven können entweder Unterschied in der Verarbeitung (z. B. Gießen, Extrudieren, Wärmebehandlung oder Kaltverformung) und chemische Zusammensetzung (z. B. Typ und Prozent der Legierungen) zugeordnet werden. Diese Prozesse und Legierungen erhöhen die Festigkeit von Aluminium um einen Faktor von 20 bis 60-mal das des reinen Materials. Die Tests zeigten, dass Aluminium ein duktiles Material in einachsigen Spannung geladen ist.
Aluminium ist ein sehr vielseitiges und harten Material. Der Aluminium Association heißt es "... seine Anwendungen reichen von Alltagsgegenständen wie Kraftstoff sparende Fahrzeuge, smart-Phones, Reißverschlüsse und Folie zur Verdrahtung der Nation Stromnetz, die Spitze des Washington Monument und Gehäuse der internationalen Raumstation. ... Eine erstaunliche 75 Prozent aller Aluminium immer ist noch gebräuchlich produziert. Produktion von recyceltem Aluminium benötigt nur 8 Prozent der Energie und 8 Prozent der Emissionen im Vergleich zu Primärproduktion schafft."
Die wichtigste Anwendung der hier beschriebenen Zugversuch ist im Prozess Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Aluminium. ASTM-Standards verlangen, dass dieser Test auf repräsentative Proben von jedem Wärme aus Aluminium ausgeführt werden müssen, und solche Ergebnisse rückführbar auf etablierten Benchmarks. Aluminium-Hersteller verwenden Standards wie ISO/TS 16949 und ähnliche für QC/QA von Materialien für die Automobil- und Verwandte.
Alufolie in der Küche Industrie stützt sich auf Zugversuchen um sicherzustellen, dass die Folie geschmeidig genug, um leicht von hand zu manövrieren ist. Das gleiche gilt für Getränkedosen-stark genug bleiben wenn gehalten, aber leicht brechbaren, wenn gewünscht.
pringen zu...
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