Herding av aluminium

HIN IBDK RA 20.10.03
Side 1 av 3
Herding av aluminium
Aluminium er et lettmetall med meget stor anvendelse. Aluminium kan som kjent tilvirkes ved
støping, profilpressing og platevalsing. Aluminium er godt sveisbart og det finnes mange
legeringer som har gode maskineringsegenskaper.
Aluminium i alle former kan også behandles slikt at fastheten økes, dvs. herdes.
Aluminium har kubisk flatesentrert struktur (fcc). Dette innebærer at aluminium i ren, glødet
form vil være meget duktilt. Ultrarent, mykglødet aluminium vil ha flytegrense omkring 3-5
MPa.
Aluminiumlegeringer deles i to typer. Støpelegeringer og knalegeringer. Knalegeringer
(wrought-alloys) presses til profiler eller valses til plater. Knalegeringene angis oftest ved det
internasjonale nummersystemet, før betegnet AA, nå EN-WR. Nummereringen er den samme,
1000 -9000, som på en, dessverre ikke logisk måte, angir det eller de viktigste
legeringeelementene. Det finnes også norske standarder, NS 17xxx. Både støpelegeringer og
knalegeringer kan gis behandling slik at de herdes.
Deformasjonsherding
Kalddeformasjon vil gi en fasthetsøkning av alle formbare aluminiumlegeringer,
⎡ A1−A ⎤
0
”knalegeringer”. Knalegeringer kan valses helt til 75% arealreduksjon ⎢ ⋅100%
⎥ , som
⎣ A0
⎦
betegnes deformasjonstilstand H18, ”helhard”.
Herding pga. oppløste elementer
Alle metaller får økt flytegrense ved innlegering av andre elementer. Når løselighetsgrensen ikke
overskrides, beholdes samtidig en god duktilitet fordi legeringen kun har en fase. Når
løseligheten overskrides blir det to faser og legeringen blir sprøere. Dette utnyttes når
avsponingsegenskapene er viktigere enn seigheten.
Aluminium løser magnesium. Opp mot 5% Mg kan beholdes i løsning i kald tilstand (selv om
løselighetsgrensen er svakt overskredet). Innlegeringen av Mg fører til en meget gunstig
løsningsherding. Flytegrensen er 110 MPa uten kaldbearbeiding. (AA 5000, NS 17210)
Mangan løses kun opp til 1,8%, men kaldbearbedingsegenskapene er svært gode. AlMnlegeringer
som er de aluminiumlegeringene som benyttes i størst tonnasje. Fastheten er omkring
50 MPa, men øker ved kaldbearbeiding. Al-1Mn har meget gode kaldbearbeidingsegenskaper og
benyttes til plater for mange formål samt ikke minst til bokser for brus og øl. (AA 3000, NS
17405)
Partikkelherding
Alle partikler som er innesluttet i metallkorn gjør det vanskeligere for dislokasjoner å vandre
gjennom kornet, dvs. vi får en herdeeffekt. Billig ”renaluminium”, 99-99,7% Al (AA-1000legeringer,
NS 170xx legeringer) vil alltid inneholde partikler av FeAl3, som gir en
fasthetsøkning i forhold til aluminium 99,9%) eller ultraren aluminium. Flytegrensa er omkring

HIN IBDK RA 20.10.03
Side 2 av 3
30 MPa uten kaldbearbeiding. Legeringene benyttes vanligvis i plater og profiler som har en viss
kaldbearbeiding. De er noe problematiske å maskinere pga. klebing på verktøy.
Varmebehandling kan gjøres i mange varianter for å harde aluminium. Det er viktig å forstå at
prosessen er prinsipielt forskjellig fra stålherding. Alle varmebehandlingsherdinger spiller på
varianter av partikkelherding.
Utherdbare aluminiumlegeringer
Dette er en spesiell form for partikkelherding, der uhyre små partikler dannes gjennom
varmebehandling. Legeringene er utviklet til svært høy grad av teknisk perfeksjon og er en av de
meget viktige sidene ved aluminiumsteknologien.
Figur 1 Fasediagram AlMgSi legering
Varmebehandlingen har alltid to faser. 1)
innherdingen og 2) utherdingen.
Legeringer for innherding/utherding har et
eutektisk punkt og a) en løselighet som øker
sterkt med temperaturen samt b) evne til å
danne svært små partikler. Figur 1 viser et
fasediagram for AlMgSi. Under
innherdingen varmes metallet til en
temperatur like under eutektisk temperatur.
Metallet holdes ved denne temperaturen
omkring ½ time slik at diffusjonen gir en
god homogenisering. Figur 2 og Figur 3
viser homogeniseringen. Så bråkjøles
metallet slik at diffusjonen ikke rekker å gi
utfelte partikler. Vi sier da at metallet er
innherdet, Figur 4.
Ved utherdingen varmes metallet så mye at diffusjonen så vidt blir merkbar. Disse spesielle
legeringene gir nå en type utfelte soner av begynnende partikkeldannelser som ikke bryter opp
aluminiumgitteret. Slike partikler betegnes koherente Figur 5 og Figur 6. Det er egentlig ikke
partikler fordi de ikke utgjør egene krystaller, men kun soner i det opprinnelige gitteret. Sonene
er svært mye mindre enn kim av egne krystaller. Fordi de er så små er det også svært mange av
dem. Dette gir en spesielt sterk herdeeffekt. Når den optimale hardheten er oppnådd sier vi at
metallet er utherdet. Dette betegnes med varmebehandlingstilstand T6.
Utherdingen må altså gjøres ved akkurat passe høy temperatur og utføres i passe lang tid. Er
temperaturen for høy, vil partiklene dannes på korngrensene, og herdevirkningen blir mye
dårligere. Lar vi partikkelveksten gå for lenge, vil sonene gå over til egne partiler, koherensen vil
bli brutt, og hardheten avtar igjen.
De vanligste utherdbare legeringene er AA 6000, NS 17305 (AlMgSi) og AA 7000, NS 17410
(AlZnMg). De kobberlegerte aluminiumlegeringene (AA 2000) er de som oppnår høyest fasthet,
opp mot 500 MPa før kaldbearbeiding (eks. duraluminium).
Sveising vil ødelegge varmebehandlingen. Dette er mest merkbart på 2000-legeringene, som
regnes om ikke-sveisbare. 6000- og 7000-legeringene ødelegges langt mindre og vil over tid

HIN IBDK RA 20.10.03
Side 3 av 3
kaldutherde til 60 – 80% av maksimal fasthet. Disse regnes for å være sveisbare selv om de er i
T6-tilstand. Ved dimensjonering skal man likevel ta hensyn til styrkereduksjon.
Innherding / utherding kombineres ofte med profilpressing. 7000-legeringene utherdes ved
romtemperatur (eks. støtfangere til dyrere biler). Visse 2000-legeringer må kjøles til -30°C for å
hindre utherding. Disse brukes til nagler, som da utherder ved romtemperatur.
Figur 2 Ikke homogenisert
Figur 4 Homogenisert Figur 5 Diffusjon til
begynnende partikler,
GP-soner
Figur 3 Varming til en-faseområde og
homogenisering
Figur 6 Koherente
partikler
Figur 7 Overelding,
koherensbrudd