Badania parametrów wytrzymałościowych aluminium

Czyste aluminium nie odznacza się imponującą wytrzymałością, ale jego właściwości mechaniczne można poprawić poprzez zastosowanie dodatków stopowych, takich jak krzem, magnez, mangan czy miedź. Dzięki nowoczesnym badaniom wytrzymałość jego stopów jest stale udoskonalana, przez co profile aluminiowe mogą być stosowane nawet przy bardzo wymagających projektach.

Każdy stop cechuje się innymi właściwościami. W zależności od składu, nadaje się do ściśle określonych zastosowań bądź może być stosowany uniwersalnie. Podstawowymi parametrami decydującymi o zastosowaniu danego profilu w konkretnym projekcie są wytrzymałość na rozciąganie, twardość, odporność na ściskanie i plastyczność. Nowoczesne laboratoria badawcze umożliwiają sprawdzanie parametrów wytrzymałościowych aluminium, dzięki czemu możemy mieć pewność, że wykonane z niego komponenty spełnią wymogi projektowe. 

Wymagania jakościowe dotyczące finalnego użytkowania określane są już na etapie wdrożenia nowego produktu – mówi Piotr Łopuszyński, Koordynator ds. Zapewnienia Jakości w firmie Sapa Aluminium. – Znając specyfikę i wymagania poszczególnych branż, dostosowujemy poszczególne etapy kontroli. Począwszy od badań składu chemicznego stopów aluminium, poprzez badania wytrzymałościowe na etapie wyciskania profili, do badań powłok anodowanych lub lakierowanych i ocenie wizualnej kończąc – wyjaśnia.

Badanie twardości aluminium

Twardość materiału, z którego tworzone są elementy dekoracyjne bądź konstrukcyjne to podstawowy parametr jego doboru. W zależności od materiału, używa się różnych metod klasyfikacji i pomiarów. Do badania twardości metali, w tym aluminium, wykorzystuje się między innymi: skalę Brinella, Vickersa i Webstera. Za pomocą twardościomierzy określa się twardość materiału, dzięki czemu można pozyskać informację na temat możliwości obciążenia danego stopu.

Stopy aluminiowe najczęściej wykorzystywane do wyciskania profili aluminiowych należą do grupy 6000. Na podstawie badań ich wytrzymałości na rozciąganie, ściskanie i twardość zostały one podzielone na:

• Stopy dedykowane do elementów dekoracyjnych (branża meblarska, AGD i RTV, relingi samochodowe) – EN AW 6060, EN AW 6463, EN AW 6063.
• Stopy o średnich własnościach mechanicznych oraz dobrych walorach estetycznych – EN AW 6063A, EN AW 6005A.
• Stop dedykowany do profili konstrukcyjnych , cechuje się bardzo wysokimi parametrami wytrzymałościowymi, dobra skrawalnością i spawalnością – EN AW 6082.

Testy ściskające

Konstrukcje aluminiowe muszą odznaczać się wysoką odpornością na ściskanie, czyli muszą być odporne na nacisk ze strony elementów, które są na nich ułożone bądź zamocowane. Dlatego stopy aluminiowe przeznaczone do budowy konstrukcji poddaje się statycznej próbie ściskania, która objęta jest normą PN-57/H-04320. Próba polega na osiowym ściskaniu znormalizowanej próbki ze stałą szybkością, w celu wyznaczenia granicy sprężystości i plastyczności materiału, a także wartości naprężeń powodujących jego zniszczenie bądź odkształcenie. Istotne jest także wyznaczenie momentu, w którym stop zaczyna się wyginać. 

-W naszym laboratorium w Trzciance sprawdzamy przede wszystkim wartość siły w odpowiednich przedziałach przemieszczenia (w badaniach absorberów) oraz przeprowadzamy buckling test dla elementów tłumiących zawieszenia – mówi Piotr Łopuszyński. 

Wytrzymałość na rozciąganie

Podstawową metodą badania wytrzymałości na rozciąganie jest statyczna próba rozciągania polegająca na osiowym rozciąganiu znormalizowanej próbki ze stałą szybkością w określonej temperaturze (pokojowej, obniżonej lub podwyższonej), aż do jej zerwania. Badanie przeprowadza się w oparciu o normę PN-EN ISO 6892-1 za pomocą specjalnie przystosowanych maszyn wytrzymałościowych. W czasie próby monitorowany jest przyrost długości próbki i wielkość siły rozciągającej, przedstawiany za pomocą wykresu. – Oprócz wytrzymałości na rozciąganie Rm, sprawdzamy także umowną granicę plastyczności, czyli wartość naprężenia, przy którym zaczynają powstawać mikroskopijne nieodwracalne odkształcenia plastyczne we wszystkich ziarnach lub naprężenie przy którym występuje płynięcie metalu pod wpływem stałego obciążenia – opowiada Piotr Łopuszyński z Sapa Aluminium. – W naszych laboratoriach sprawdzane jest również wydłużenie procentowe po zerwaniu oznaczane parametrem A, czyli stosunek zmiany długości próbki w momencie zerwania do długości początkowej próbki, wyrażony w procentach. – dodaje.

W zależności od użytego stopu aluminium, jego wytrzymałość na rozciąganie mieści się w zakresie od 70 do 700 MPa. Do wyciskania profili używa się natomiast stopów, których wartość odporności na rozciąganie znajduje się pomiędzy 150 a 300 MPa. 

Know-how z jednostek badawczych

Wybór właściwego stopu aluminium nie może być przypadkowy. Wszystko zależy od tego, jakiego rodzaju produkt ma zostać wykonany, jaką funkcję ma pełnić i jak długo ma służyć. Utwardzalne stopy z serii 6000 (zawierające magnez i krzem) znajdują bardzo szerokie zastosowanie: od budownictwa, poprzez komponenty dla branży automotive (w tym dla samochodów ciężarowych), elektronikę, oświetlenie, aż po przemysł górniczy, chemiczny, spożywczy i stoczniowy. W przypadku niektórych zastosowań dodatkowo wykorzystuje się mangan lub chrom w celu zwiększenia ciągliwości i odporności na obciążenia dynamiczne. Dzięki opracowaniu odpowiedniego składu chemicznego stopu i znormalizowanemu procesowi produkcji, można podwyższać właściwości technologiczne i użytkowe powstających komponentów oraz zredukować ryzyko występowania wad. Najwięksi producenci aluminium stwarzają dziś naprawdę szerokie możliwości działania, dzięki fachowej wiedzy i nieustannej kontroli jakości w swoich jednostkach badawczych.