Aluminium algemeen deel 2; bewerken, eloxeren, extruderen

Bewerken

Technisch zuiver aluminium en aluminium kneedlegeringen zijn zeer goed koud- en warmvervormbaar. In het bijzonder kan er door middel van extruderen een veelheid aan profielen worden gefabriceerd. De goede verspaanbaarheid van zachtgegloeid aluminium kan door toevoeging van lood nog worden verbeterd. Geharde legeringen en aluminium gietlegeringen zijn moeilijker te verspanen en veroorzaken vanwege hun hardheid aanzienlijke beitelslijtage. De moeilijkheden bij het lassen zijn terug te voeren op de scheurneiging (vanwege goede warmtegeleiding) en de vorming van een goed hechtende oxidelaag (Al2O3 met een smeltpunt van 2060°C). De hardbare aluminium kneedlegeringen kunnen tussenfasen vormen, die leiden tot het ontstaan van brosse structuren met uitgesproken scheurneigingen. Alleen AlSi-gietlegeringen hebben hier geen last van.

De hardbare aluminiumlegeringen met Cu of Zn als hoofdlegeringsbestanddeel zijn gevoelig voor corrosie, in tegenstelling tot het merendeel van de niet-hardbare kneedlegeringen. Om de weerstand tegen corrosie op te voeren kan een dunne platering met zuiver aluminium of AlMn uitkomst bieden. Voor complexe onderdelen, die sterk moeten worden vervormd, wordt gebruik gemaakt van superplastisch eutektisch gelegeerd aluminium. Daarmee kunnen tegelijkertijd extreem hoge vervormingen (tot 1000% breukrek) en hoge treksterkten (tot 420 N/mm2) worden gehaald, bijvoorbeeld met de legeringen Al94,5Cu5Zr0,5 en Al22Zn78.

Eloxeren

Eloxeren is het opbrengen van een nagenoeg röntgenamorfe – d.w.z. niet met behulp van röntgenanalyse te onderscheiden kristalstructuur - oxidische oppervlaktelaag op aluminiumlegeringen door middel van anodische oxidatie, die bijvoorbeeld door behandeling in heet water kan overgaan in g- Al2O3-H2O, waardoor er afdichting wordt verkregen. De laag bestaat uit een aan de ondergrond grenzende, dichte laag en een daarop aangebracht poreus deel. De normale eloxeerlaag kan met het zwavelzuurgelijkstroomproces of via het chroomzuurproces worden aangebracht. Bij zwavelzuur-gelijkstroomeloxeerlagen kan door middel van een dompelbehandeling in waterige oplossingen organische kleurstoffen worden ingebracht voordat de sluitlaag wordt aangebracht. Eloxeerlagen breiden zich voor de helft tot tweederde van hun dikte uit in het basismetaal en de rest groeit naar buiten toe aan. De lagen worden in het algemeen niet nabewerkt.

Extruderen

Bij het extruderen wordt een blok aluminium door een matrijs geperst. Op deze wijze worden er halffabrikaten vervaardigd in de vorm van profielen met zeer uiteenlopende doorsnedevormen. Het extruderen wordt ingedeeld in extrusie met star gereedschap en extrusie met overdrachtsmedia (hydrostatisch). Er kunnen doorsnedeveranderingen van blok naar profiel teweeg worden gebracht met een factor van meer dan 1000 met star gereedschap en tot 10.000 met hydrostatische middelen. Bij gebruik van star gereedschap kan onderscheid worden gemaakt tussen voorwaarts, achterwaarts en dwars extruderen. De indeling van hydrostatische methodes kan op vergelijkbare wijze plaatsvinden. Met alle methodes kunnen zowel holle als massieve profielen worden gefabriceerd. Met uitzondering van enkele bijzondere gevallen worden de te verwerken metalen warm – d.w.z. bij temperaturen boven hun rekristallisatietemperatuur
- geëxtrudeerd. Voor extrusie wordt hoofdzakelijk gebruik gemaakt van aluminium- en koperlegeringen, maar ook staal, titaan en dergelijke kunnen worden geëxtrudeerd.

Parameters en mogelijkheden

De voornaamste procesparameters zijn de vervormingsgraad, de deformatiesnelheid, de temperatuur en de materiaaleigenschappen. Ook de profielvorm is van invloed. Deze parameters bepalen de voor de vervorming benodigde plunjerkracht. De grenzen van het proces worden bij extruderen in vergaande mate bepaald door de intredetemperatuur van het blok en de plunjersnelheid. Al naar gelang de doorsnedeverhouding schiet bij een te lage intredetemperatuur van het blok het vermogen van de pers te kort; bij een te hoge intredetemperatuur kunnen er defecten in het werkstuk optreden, bijvoorbeeld faseveranderingen bij het bereiken van de solidus en warmscheuren. Van invloed op de warmtehuishouding zijn:
- Warmteontwikkeling in de deformatiezone;
- Warmteontwikkeling in de randzones onder invloed van wrijving tussen blok en pers;
- Verdeling van de door de deformatie ontstane warmtehoeveelheid over het blok (warmtegeleiding);
- Afvoer van de wrijvingswarmte in het blok en in de pers;
- Warmteuitwisseling tussen blok en pers op grond van verschillende intredetemperaturen;
- Warmtetransport door verschuiving van het blok tijdens het persen.
Bij zeer lage perssnelheden stelt zich na een snelle temperatuurstijging een bij benadering constant temperatuursverloop in, omdat de tijdens de vervorming en wrijving opgewekte warmtehoeveelheid
in evenwicht verkeert met de van het werkstuk naar de pers afvloeiende warmtehoeveelheid. Bij toenemende perssnelheid wordt dit evenwicht niet meer bereikt omdat de voor het afvloeien van de warmte ter beschikking staande tijd korter wordt. Op geen enkel deel van het werkstuk mag de temperatuur die van de solidus bereiken, hetgeen door een geschikte keuze van de intredetemperatuur van het blok en van de plunjersnelheid kan worden gestuurd. Als optimum geldt een constante profieluittredetemperatuur die zich, noch door
een ongelijkmatig opgewarmd blok, noch door regeling van de plunjersnelheid laat instellen.

Metaalvloei

Precieze kennis van de metaalvloei respectievelijk de plaatselijke vormveranderingen in het werkstuk zijn een wezenlijke voorwaarde voor de bepaling van de spanningen, krachten en arbeid tijdens de deformatie. Er zijn verschillende vloeitypen te onderscheiden:
- Vloeitype S doet zich voor bij homogeen extrusiemetaal, voorzover er sprake is van een voldoende lage wrijvingscoëfficiënt die een praktisch ongehinderde metaalbeweging langs alle grensvlakken toestaat.
- Vloeitype A vereist eveneens homogeen metaal, waarbij echter aan het matrixbuitenvlak wrijving optreedt.
- Vloeitype B treedt op bij homogeen metaal zonder smering, dat wil zeggen als zich aanzienlijke wrijving voordoet aan het binnenvlak van de pers.
- Vloeitype C doet zich voor bij inhomogeen metaal, dat wil zeggen bij ongelijkmatige verdeling van de plastische eigenschappen. Bijvoorbeeld als gevolg van faseveranderingen in de randzone of bij sterkteverschillen wegens ongelijkmatige temperatuursverdeling in het blok. Tegelijkertijd treedt er aan de grensvlakken sterke wrijving op.

Het vloeigedrag van de meeste metalen volgt dat van type B. Gelegeerd aluminium wordt in het algemeen zonder smering en met een ‘schaal’ geperst. Tijdens het persen is de doorsnede van de plunjer slechts enkele millimeters kleiner dan de diameter van het blok. Daardoor wordt ervoor gezorgd dat het feitelijk geperste metaal afkomstig is uit het binnenste van het blok, terwijl de schaal die in de blokhouder verblijft alle verontreinigingen bevat.