De meeste mensen kiezen aluminium omdat het licht is en bestand tegen corrosie. Maar dat betekent niet dat het altijd naar behoren presteert, vooral niet in situaties met hoge druk of grote hitte. Als je onderdelen ontwerpt die sterker of taaier moeten zijn, is onbehandeld aluminium misschien niet genoeg. Het verandert hoe het metaal zich gedraagt, waardoor het beter geschikt is voor onderdelen die lang moeten meegaan.
Warmtebehandeling is niet alleen voor staal. Aluminium heeft er ook baat bij, vooral in structurele of bewegende onderdelen waar sterkte belangrijk is. Hier lees je hoe de methoden werken en waarom ze het waard zijn om te gebruiken.
Wat is aluminium warmtebehandeling?
Warmtebehandeling is een proces waarbij aluminium op een specifieke manier wordt verhit en vervolgens afgekoeld. Het doel is om de interne structuur van het metaal te veranderen. Deze verandering beïnvloedt de hardheid, sterkte en flexibiliteit van het metaal.
Het metaal doorloopt een ingesteld temperatuurbereik. Daarna wordt het ofwel luchtgekoeld, watergekoeld of langzaam afgekoeld. Elke methode geeft verschillende resultaten. De keuze hangt af van het type aluminium en waarvoor het onderdeel gebruikt gaat worden.
Aluminium heeft van binnen een kristalstructuur. Als je het metaal verhit tot de juiste temperatuur, beginnen de atomen te verschuiven. Als je het metaal op die temperatuur houdt, kunnen er binnenin veranderingen plaatsvinden.
Vervolgens worden deze veranderingen door afkoeling vastgezet. Snel afkoelen, of quenchen, kan atomen vastzetten in een nieuwe toestand. Langzamer afkoelen laat atomen zich nestelen in een stabiele vorm. Soms wordt veroudering toegevoegd om de hardheid en sterkte verder te verhogen.
Classificatie van aluminiumlegeringen
Aluminiumlegeringen zijn er in vele soorten. Elk type gedraagt zich anders, afhankelijk van hoe het is gemaakt en hoe het reageert op warmte. Als je de verschillen kent, kun je het juiste materiaal voor de klus kiezen.
Smeed- vs. gietaluminium
Smeedlegeringen worden gemaakt door walsen, extruderen of smeden. Ze zijn sterk en hebben een goede oppervlakteafwerking. Ze worden gebruikt in producten zoals platen, staven en structurele onderdelen.
Gietlegeringen worden in mallen gegoten. Ze zijn goed voor complexe vormen maar kunnen meer oppervlaktedefecten hebben. Ze worden gebruikt in onderdelen zoals behuizingen of beugels.
Smeedlegeringen zijn vaak sterker dan gegoten legeringen. Gietlegeringen zijn beter voor onderdelen met gedetailleerde vormen.
Warmtebehandelbare versus niet-warmtebehandelbare legeringen
Warmtebehandelbare legeringen kunnen sterker worden gemaakt door ze te verhitten en af te koelen. Hieronder vallen de 2xxx, 6xxx en 7xxx series. Ze krijgen hun sterkte door een proces dat precipitatieharden heet.
Niet-warmtebehandelbare legeringen kunnen niet worden versterkt met hitte. In plaats daarvan worden ze gehard door koudvervormen. Dit omvat de 1xxx, 3xxx, 4xxx en 5xxx series. Deze worden vaak gebruikt als een hoge sterkte niet nodig is, maar wel corrosiebestendigheid.
Algemene aluminiumseries en hun kenmerken
- 1xxx serie: Zuiver aluminium. Zeer zacht. Grote corrosiebestendigheid en thermische geleidbaarheid. Niet warmtebehandelbaar.
- 2xxx-serie: Aluminium-koperlegeringen. Hoge sterkte. Warmtebehandelbaar, maar lagere corrosiebestendigheid.
- 3xxx-serie: Aluminium-mangaan. Goed vervormbaar en corrosiebestendig. Niet warmtebehandelbaar.
- 5xxx-serie: Aluminium-magnesium. Sterk en corrosiebestendig. Niet warmtebehandelbaar.
- 6xxx-serie: Aluminium-magnesium-silicium. Goede balans tussen sterkte en corrosiebestendigheid. Warmtebehandelbaar.
- 7xxx-serie: Aluminium-zink. Zeer hoge sterkte. Warmtebehandelbaar maar moeilijker te las.
Fundamentele warmtebehandelingsprocessen
Elke warmtebehandelingsmethode verandert aluminium op een andere manier. Sommige maken het zachter voor het vormen van. Andere maken het moeilijker voor ons. Het kiezen van het juiste proces hangt af van de functie van het onderdeel.
Gloeien
Gloeien maakt aluminium zachter. Dit maakt het gemakkelijker om bocht of vorm zonder te barsten. Het helpt ook bij het verlichten van spanningen als gevolg van koud weer. Deze stap is nuttig voor het vormen of bewerken.
Aluminium wordt meestal gegloeid bij temperaturen tussen 300°C-410°C (570°F en 770°F). Het metaal wordt op die temperatuur gehouden en vervolgens langzaam afgekoeld. Koelen in een oven is gebruikelijk. Deze langzame afkoeling houdt het metaal zacht.
Oplossing warmtebehandeling
In deze stap wordt de legering verhit totdat de legeringselementen oplossen. Hierdoor ontstaat een uniforme vaste oplossing. Door het op de juiste temperatuur te houden, mengen de elementen zich goed.
De temperatuur van de oploswarmtebehandeling ligt meestal tussen 475°C-530°C (890°F en 980°F). Het metaal wordt tot enkele uren bij deze temperatuur ondergedompeld, afhankelijk van de dikte van het onderdeel. Nauwkeurige temperatuurregeling is essentieel om smelten of ongelijkmatige behandeling te voorkomen.
Doven
Na de warmtebehandeling wordt het onderdeel snel afgekoeld. Deze stap houdt de opgeloste elementen op hun plaats. Water is het meest gebruikte medium. Lucht en polymeeroplossingen worden ook gebruikt, afhankelijk van de legering en de vorm van het onderdeel.
Sommige legeringen koelen te langzaam af en vormen ongewenste fasen. Dit worden afschrikgevoelige legeringen genoemd. Vooral legeringen uit de 2xxx en 7xxx series zijn gevoelig. Snel afschrikken helpt om de juiste structuur te behouden voor latere veroudering.
Veroudering (Precipitatieharding)
Na het afschrikken maakt veroudering de legering sterker. Natuurlijke veroudering gebeurt bij kamertemperatuur. Bij kunstmatige veroudering wordt warmte gebruikt om het proces te versnellen en de resultaten te controleren.
Natuurlijke rijping kan enkele dagen duren. Bij kunstmatige veroudering worden temperaturen tussen 115°C-190°C (240°F en 375°F) gedurende enkele uren gebruikt. Elke legering heeft een ideale verouderingstijd en -temperatuur om de beste sterkte te krijgen.
Gespecialiseerde warmtebehandelingsmethoden
Sommige aluminium onderdelen hebben extra behandelingen nodig om de juiste sterkte of stabiliteit te bereiken. Deze speciale methoden helpen om interne spanningen onder controle te houden, de structuur te verbeteren of de hardheid fijner af te stellen.
T5 en T6 ontlaten uitgelegd
T5 en T6 zijn gebruikelijke ontlaatbehandelingen die worden gebruikt na een warmtebehandeling. T5 betekent dat het onderdeel wordt afgekoeld na een proces van hoge temperatuur en dan kunstmatig wordt verouderd. Er vindt geen warmtebehandeling plaats.
T6 betekent dat het onderdeel een warmtebehandeling in oplossing ondergaat, wordt afgeschrikt en kunstmatig veroudert. Het is sterker dan T5. T6 wordt veel gebruikt in structurele onderdelen, frames en componenten die bestand moeten zijn tegen stress.
Homogeniseren voor gegoten aluminium
Homogenisatie wordt meestal gebruikt voor gegoten aluminium. Het vermindert ontmenging en verbetert de uniformiteit in het metaal.
Bij deze stap wordt het gietstuk verwarmd tot een hoge temperatuur net onder het smeltpunt. Het helpt de legeringselementen die zich tijdens het gieten afscheiden te egaliseren. Deze behandeling verbetert hoe het metaal reageert op verdere bewerkingen, zoals extrusie of machinale bewerking.
Stabilisatie- en stressverlichtende behandelingen
Stabilisatie wordt gebruikt wanneer onderdelen tijdens het gebruik worden blootgesteld aan veranderende temperaturen. Het helpt vervorming voorkomen.
Ontspannen verwijdert interne krachten die zijn opgebouwd tijdens het vormen of bewerken. Dit wordt gedaan door het onderdeel te verhitten tot een gematigde temperatuur en dan langzaam af te koelen.
Apparatuur en procesbeheersing
Een goede warmtebehandeling hangt af van het gebruik van de juiste gereedschappen en een strakke controle over het proces. Anders kunnen de resultaten ongelijkmatig of onvoorspelbaar zijn.
Ovens en verwarmingssystemen
De meeste warmtebehandelingen van aluminium worden uitgevoerd in elektrische ovens of gasovens. Batch-ovens verwerken enkelvoudige ladingen. Continu-ovens bewegen onderdelen op een band of rails.
De keuze hangt af van het volume, de onderdeelgrootte en de verwarmingsbehoeften. De oven moet de onderdelen gelijkmatig verhitten en gedurende de hele cyclus de juiste temperatuur behouden.
Temperatuuruniformiteit en -bewaking
Het is van cruciaal belang om de hele lading op de juiste temperatuur te houden. Als een deel van de partij koeler of heter is, zal de behandeling niet goed werken.
Thermokoppels en regelsystemen helpen bij het controleren en handhaven van de temperatuur. Gelijkmatige verwarming zorgt ervoor dat elk onderdeel hetzelfde niveau van sterkte en structuur bereikt.
Atmosfeerregeling om oxidatie te voorkomen
Wanneer aluminium in de open lucht wordt verhit, kan het oxideren. Hierdoor ontstaat een ruw oppervlak dat de sterkte of het uiterlijk kan aantasten.
Het gebruik van gecontroleerde atmosferen, zoals stikstof of argon, helpt oxidatie te verminderen. In sommige gevallen worden beschermende coatings of wikkels toegevoegd voor het verhitten.
Mechanische en fysische eigenschappen verbeteren
Warmtebehandeling verandert hoe aluminium zich gedraagt. Het verhoogt de sterkte, maar het kan ook invloed hebben op hoe gemakkelijk het materiaal buigt, hoe het eruit ziet en hoe het bestand is tegen schade.
Sterkte en hardheid verbeterd
Warmtebehandeld aluminium kan veel sterker zijn dan onbehandelde versies. Processen zoals oplossingsbehandeling en veroudering verhogen de hardheid en treksterkte.
Dit is handig voor onderdelen die belast worden, bestand zijn tegen slijtage of nauwe toleranties moeten aanhouden. Series zoals 6xxx en 7xxx reageren goed op dit soort versterking.
Vervormbaarheid en vervormbaarheid na warmtebehandeling
Terwijl de sterkte toeneemt, kan de vervormbaarheid afnemen. Dat betekent dat het materiaal na behandeling moeilijker te buigen of te vormen is.
Sommige warmtebehandelingen, zoals gloeien, doen het tegenovergestelde. Ze maken aluminium zachter en beter vervormbaar. Het kiezen van het juiste proces hangt af van of het onderdeel gevormd moet worden of sterk moet blijven.
Veranderingen in oppervlakteafwerking en corrosiebestendigheid
Warmtebehandeling kan het uiterlijk van het oppervlak beïnvloeden. Sommige behandelingen kunnen de afwerking donkerder of ruw maken. Quenching kan sporen achterlaten of lichte kromtrekking veroorzaken.
De corrosieweerstand kan ook veranderen. Legeringen uit de 2xxx-serie verliezen bijvoorbeeld wat corrosieweerstand na behandeling. Andere, zoals 5xxx, behouden een goede weerstand, zelfs zonder warmtebehandeling.
Beste praktijken voor warmtebehandeling
Voor consistente resultaten van warmtebehandeling is meer nodig dan alleen verwarmen en koelen. Elke stap - voor, tijdens en na - moet zorgvuldig worden uitgevoerd.
Legeringsspecifieke behandelingsparameters
Elke legering reageert anders op warmte. De juiste temperatuur, inweektijd en afkoelmethode verschillen per legeringsserie.
6061 heeft bijvoorbeeld ongeveer 985°F nodig voor oplossingsbehandeling. 7075 kan een ander bereik nodig hebben. Het gebruik van de verkeerde instellingen kan leiden tot slechte sterkte of zelfs scheuren.
Vereisten voor reiniging vóór de behandeling
Voor het verwarmen moet het oppervlak schoon zijn. Vuil, olie en oxides kunnen de warmtestroom door het onderdeel beïnvloeden.
Reinigen kan met oplosmiddelen, alkalisch wassen of mechanisch schrobben. In sommige gevallen wordt een mild zuurbad gebruikt om oxiden van het oppervlak te verwijderen.
Behandeling en opslag na de behandeling
Na het afschrikken of verouderen moeten de onderdelen voorzichtig worden behandeld. Ze laten vallen of buigen kan stress veroorzaken of de metaalstructuur veranderen.
Bewaar behandelde onderdelen in een droge, schone omgeving. Stapel er geen zware voorwerpen op.
Conclusie
Warmtebehandeling van aluminium is een belangrijk proces voor het verbeteren van sterkte, duurzaamheid en prestaties. Methoden zoals gloeien, oplossingsbehandeling, afschrikken en veroudering dienen elk hun eigen doel. De juiste keuze hangt af van de legering, het ontwerp van het onderdeel en de toepassing.
Heb je aluminium precisieonderdelen met de juiste warmtebehandeling nodig? Neem vandaag nog contact met ons op om je project te bespreken. We staan klaar om je te helpen de beste oplossing voor jouw behoeften te kiezen.
Hey, ik ben Kevin Lee
De afgelopen 10 jaar heb ik me verdiept in verschillende vormen van plaatbewerking en ik deel hier de coole inzichten die ik heb opgedaan in verschillende werkplaatsen.
Neem contact op
Kevin Lee
Ik heb meer dan tien jaar professionele ervaring in plaatbewerking, gespecialiseerd in lasersnijden, buigen, lassen en oppervlaktebehandelingstechnieken. Als technisch directeur bij Shengen zet ik me in om complexe productie-uitdagingen op te lossen en innovatie en kwaliteit in elk project te stimuleren.
