Enige wenken bij het verwerken van aluminium en aluminiumlegeringen

Voor het merendeel kan aluminium worden bewerkt met dezelfde machines, welke ook voor andere metalen, zoals staal en koper worden gebruikt. Bij gebruik van aluminium en aluminiumlegeringen, dienen echter de volgende eigenschappen in gedachten te worden gehouden:

• Aluminium heeft een zachter oppervlak dan staal.
• Aluminium heeft een uitgesproken neiging tot terugveren na buigen.
  
• Aluminium is kerfgevoelig.
  
• Aluminium heeft een hoge termische uitzettingscoëfficiënt en hoge warmtegeleiding.

Ir. A.J. Schornagel

(artikel gepubliceerd in Aluminium nummer 3, 1987- artikel 7)

Aluminium oppervlakken kunnen makkelijk worden beschadigd

Dit betekent dat halffabrikaten en werkstukken moeten worden gedragen en niet gesleept of geschoven. Verontreiniging van het metaaloppervlak door deeltjes afkomstig van zware metalen dient te worden voorkomen, omdat in de aanwezigheid van vocht oppervlakte corrosie zal optreden. Werkbanken, tafels e.d. moeten worden schoongehouden en worden overtrokken met bijv. dik papier of makkelijk schoon te maken plastic, vilt of zelfs dunne aluminium plaat. Bij continue bewerking van aluminium dient speciaal voor dit doel bestemd gereedschap te worden gebruikt. Bankschroefbekken dienen te worden bekleed met aluminium, plastic of hout; koper en lood zijn ongesch ikt, omdat hieruit afkomstige metaaldeeltjes in het aluminium oppervlak kunnen worden gedrukt en zo aanleiding geven tot corrosie. Bij bewerkingen zoals het maken van bochten of buigen is het handig om pakpapier, sterk plastic folie of dunne aluminium plaat als tussenlegger te gebruiken. Krassen of andersoortige mechanische beschadigingen van het oppervlak zijn zeer lastig en vaak in het geheel niet meer te verwijderen.

Taaiheid van aluminium in koude toestand

Veel vervormingsbewerkingen worden in koude toestand uitgevoerd, omdat kromtrekken kan optreden bij het verhitten van dunwandig profiel en dunne plaat. De benodigde vervormingskrachten zijn in geval van aluminium lager dan voor staal. De taaiheid hangt af van de aard van het materiaal en van de toestand ervan.
Zoals bij alle metalen, verandert de toestand van aluminium door het koud bewerken. De optredende effecten zijn de volgende:
 

• het materiaal wordt sterker en harder,
• er kunnen spanningen in het werkstuk ontstaan,
• het materiaal kan scheuren als de vervormbaarheidsgrens wordt overschreden.

De makkelijkst te bewerken en taaiste materialen zijn zuiver aluminium en de aluminium-mangaan legeringen, alle in de zachte toestand. Nog wel bewerkbaar, zij het wat minder, zijn zuiver aluminium en aluminium legeringen in de half harde toestand en de precipitatie hardende legeringen in de zachte toestand. Legeringen in de harde en volledig (coherent) geprecipiteerde toestanden zijn niet of nauwelijks te bewerken.

Verhitten van aluminium vanwege warmbewerken

Dikwijls wordt aluminium bewerkt bij temperaturen boven 150°C. In werkplaatsen, die niet beschikken over een oven, worden de warm te bewerken werkstukken verhit met een lasbrander, welke is afgesteld op een zachte vlam, of met een hardsoldeerbrander. Voor het kort, plaatselijk verhitten (bijv . bij dunne plaat) zijn er meervoudige gasbranders. Verhitten met vaste brandstof moet worden afgeraden, vanwege roetafzetting en de kans op oververhitten. Zorgvuldige temperatuurscontrole is essentieel. Het omgaan met een brander vereist handigheid. Oververhitten kan , indien al mogelijk, alleen worden geconstateerd aan de hand van het korrelig worden van het oppervlak van het werkstuk. Als gevolg van de onherstelbare structuursveranderingen, verliest een oververhitte structuur zijn karakteristieke mechanische eigenschappen. Bij het warmbewerken van een materiaal moet worden bedacht, dat het bewerken zelf al leidt tot een additionele temperatuursverhoging. Als aluminium wordt verhit treedt er geen kleurveranderingn op. Daarom kan zelfs een ervaren iemand het niet stellen zonder een voortdurende temperatuurscontrole met de hiervoor geijkte middelen. Een methode, welke nog steeds in zwang is, maakt gebruik van een droog withouten stokje als indicator:
 

• bij een werkstuktemperatuur van 350 oe veroorzaakt langzaam en met matige druk wrijven met het stokje over het oppervlak een licht bruine veeg,
• bij 400 oe ontstaat aldus een bruine veeg,
• bij 450 oe ontstaat een donkerbruine veeg,
• bij 500 oe veroorzaakt snel en lichtjes wrijven een zwarte veeg, welke binnen 5 à 10 seconden weer verdwijnt.

Om de zoveel keer moet de punt van het stokje worden aangescherpt, omdat de oude punt verkoolt en een verkeerde temperatuursindicatie zou opleveren. Beter en nauwkeuriger is temperatuursgevoelig krijt. Dit krijt verandert van kleur bij het overschrijden van een gegeven temperatuur en kan worden gebruikt tussen 65°C en 670°C en wel in 15 stappen. Temperatuursgevoelige verf werkt volgens hetzelfde principe.  Bij materialen, die geen warmtebehandeling kunnen ondergaan, zal verhitten in de half of harde toestand leiden tot afname van de sterkte, soms tot die van de zachte toestand. Als legeringen, die wel een warmtebehandeling kunnen ondergaan in de geprecipiteerde toestand, op temperaturen worden gehouden boven 100°C, gedurende bepaalde tijd, zal dit zeer waarschijnlijk leiden tot daling van de sterkte, zodat het werkstuk opnieuw een precipitatiebehandeling moet ondergaan.

Aluminium is kerfgevoelig

Om deze reden en om het oppervlak te beschermen , dienen aluminium, hardhouten of kunststof hamers te worden gebruikt, met afgeronde kanten. De raakvlakken van alle gereedschappen moeten glad zijn en dikwijls moet er gebruik worden gemaakt van smeermiddelen. Zelfs tijdens het werken dienen de oppervlakken voorzichtig te worden behandeld. Teneinde kerven te vermijden mag bij het markeren van het oppervlak alleen gebruik worden gemaakt van 'zachte' middelen zoals verf en krijt. Als het metaal wordt bekrast met een kraspen, dan kan daar, bijv. bij een buigwerking, het materiaal beginnen te scheuren . Voor het aanbrengen van zaag of kniplijnen moet potlood worden gebruikt, zelfs als deze lijnen als gevolg van de bewerking wegvallen. Bij tekenen van cirkels mag de punt van de passer slechts losjes contact maken; in de praktijk kan hiervoor een van een centreerpunt voorzien stukje dunne plaat worden gebruikt. Centreerpunten mogen alleen worden aangebracht, als ze later worden uitgeboord.

Warmtebehandeling tijdens vervorming

Verstevigde materialen kunnen weer zacht worden gemaakt door gloeien (zachtgloeien). Hierdoor wordt de oorspronkelijke taaie toestand weer hersteld. Tussentijdse gloeibehandelingen dienen eigenlijk alleen plaats te vinden als de voorafgegane vervorming aanzienlijk is geweest en waardoor de uiterste vervormingscapaciteit van het materiaal is bereikt. Aan deze regel dient te worden vastgehouden, aangezien het zachtgloeien van slechts licht gedeformeerde werkstukken alleen maar leidt tot korrelgroei en het oppervlak bovendien een korrelig uiterlijk krijgt.

Een grofkorrelige structuur verlaagt de bewerkbaarheid van het materiaal. Korrelgroei kan worden voorkomen door:
 

• zo ver mogelijk te deformeren, alvorens zacht te gloeien,
• in geval van zachtgloeien zo snel mogelijk tot de voorgeschreven temperatuur te verhitten,
• zacht te gloeien op de juiste temperatuur (hoe hoger de deformatiegraad, des te lager is de vereiste zachtgloeitemperatuur).
• niet te lang gloeien.
   

De gloeitemperatuur voor alle aluminium materialen, die gewoonlijk worden verwerkt, ligt tussen 300 en 450°C. In constructiewerkplaatsen wordt slechts zelden warmtebehandelingsapparatuur aangetroffen, zoals ovens met geforceerde circulatie, meestal wordt gebruik gemaakt van las-of hardsoldeerbranders en wel als volgt:

 

• er wordt een grote branderopening uitgekozen,
• de brander wordt ingesteld op een zachte vlam,
• de warmte wordt gelijkmatig over het oppervlak van het werkstuk verdeeld, door met de brander heen en weer te zwaaien,
• in geval van grote werkstukken, worden verscheidene branders gebruikt,
• bovenal wordt de temperatuur in het oog gehouden met bijv. temperatuurskrijt. teneinde oververhitting te voorkomen,
• het werkstuk wordt langzaam afgekoeld in de omgevingslucht.

Sterkere terugvering van aluminium

 
Hoe harder de legering des te sterker is de terugvering. Terugvering kan worden gecompenseerd door wat verder te buigen, maar de precieze mate ervan kan alleen door uitproberen worden vastgesteld. Dit terugveereffect is het gevolg van de ten opzichte van staal vrij lage elasticiteitsmodulus van aluminium.

Oververhitting

Oververhitting van aluminium, zelfs gedurende slechts korte tijd, zal het metaal onherstelbaar beschadigen, waardoor het daarna alleen nog maar geschikt is om te worden omgesmolten. Derhalve moet er bij alle bewerkingen bij hoge temperaturen zorg voor worden gedragen dat de temperatuur op betrouwbare wijze wordt gemeten.

Warmtegeleiding

Een gevolg van de goede thermische geleidbaarheid van aluminium is, dat plaatselijk verhitten niet voldoende is, aangezien de toegevoerde warmte te snel wegstroomt naar het koelere omringde metaal. Als de maattoleranties klein zijn , dient te worden bedacht, dat aluminium een ook nog een hoge thermische uitzetting s coëfficiënt bezit.