So erhitzen Sie Aluminium, um Risse nach dem Biegen zu vermeiden

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F: Ich baue mehrere Müllregale, die über die Überläufe der Oberflächenwasserrückhaltebecken von Siedlungen passen. Ich habe eine einfache Biegevorrichtung zum Herumziehen mit einer 0,5-Zoll-Biegevorrichtung hergestellt. Stahlstange als Matrize. Ich habe eine neue Bestellung von 0,5 Zoll erhalten. Stab und erhitzte ihn mit einer Rosenknospe. Es verlief alles gut und vorhersehbar und es wurden Teile mit der gewünschten Maßgenauigkeit hergestellt – bis ich mit der Aufgabe etwa zu drei Vierteln fertig war. Plötzlich konnte ich nichts mehr richtig machen und 90 % der Stangen brachen stark. Ich bin beim Schweißen durchgehumpelt.

Nachdem ich die Hitze meines Brenners angepasst hatte (wenn er zu kalt ist, verbiegt er sich nicht), vermutete ich, dass das Einzige, was funktionierte, viel Hitze war. Ich muss in einen Rutenbestand geraten sein, der älter war und mehr Oxid darauf hatte. Es sah alles ziemlich neu aus. Ich habe Material verwendet, das 6 bis 12 Monate lang in einem Regal gestanden hatte, aber ich kann nicht alles auf „Altbestände“ schieben.

Ich dachte, ich würde vielleicht zu schnell zu heiß werden, also änderte ich das, aber ohne bessere Ergebnisse. Ich übte eine leichte Federspannung auf das Teil aus, wendete Hitze an, und wenn das Stück nachgab, zog ich es langsam und gleichmäßig auf 90 Grad, während ich den Brenner darauf behielt, und achtete darauf, das Werkstück nicht übermäßig zu erhitzen. Das funktionierte so gut, dass es mir Angst machte … bis es nicht mehr funktionierte.

In einer Ihrer letzten Kolumnen, in der Sie sich mit dem Biegen von 6061-T6-Aluminium beschäftigt haben, haben Sie beschrieben, wie Sie mit einem Brenner den zu biegenden Bereich mit Ruß beschichten. Würde das für meine Anwendung funktionieren? Was wäre, wenn ich die zu biegenden Bereiche mit einer Drahtbürste bearbeiten würde? Und würde die manuelle Entfernung von Oxid helfen? Für jeden Rat wäre ich sehr dankbar.

A: Bevor ich zu Ruß und Aluminium komme, werfen wir einen Blick auf das Problem der Biegekonsistenz. Da ich die genaue Güte und Art des Stahls oder Aluminiums, die Sie möglicherweise zur Herstellung Ihrer Müllregale verwenden, nicht kenne, ist es schwer zu sagen, warum Ihnen das Material Schwierigkeiten bereitet.

An diesem Punkt des Gesprächs spielt es jedoch keine Rolle. Altes oder neues Material ist wahrscheinlich nicht das Problem. Beachten Sie, dass jede Metallart und -sorte zufällig dieselben Abweichungen aufweist, wenn sie denselben Prozessen unterzogen wird. Das Problem der Wiederholbarkeit liegt also darin begründet, dass keine zwei Materialchargen gleich sind – nicht einmal Chargen aus derselben Schmelze –, da die Vermischung der Grundmaterialien nie perfekt ist.

Alle von Ihnen verwendeten Materialien haben Toleranzzonen für verschiedene Eigenschaften, einschließlich Dicke, Härte, Streckgrenze und Zugfestigkeit. Das bedeutet nicht, dass Sie manchmal „schlechtes“ Material und manchmal „besseres“ Material haben. Das Material ist lediglich innerhalb der vorgesehenen Toleranzzone unterschiedlich und verbiegt sich daher unterschiedlich.

Stahl kann nach seiner Streckgrenze und anderen Faktoren kategorisiert werden. Beispielsweise können die Werte der Streckgrenze je nach Verunreinigungen im Material, Unvollkommenheiten und Produktionstechniken stark variieren.

Vorschriften verlangen eine Angabe der Mindeststreckgrenze bei der Definition eines bestimmten Materialtyps. Ein Stahl mit einer Mindeststreckgrenze von 36.000 PSI kann als A36 gekennzeichnet werden. Da keine zwei Materialstücke gleich sind, muss eine variable Toleranz angewendet werden. Dies kann bedeuten, dass eine Streckgrenze von 41.000 PSI weiterhin als A36 verkauft wird, obwohl sie um 13 % stärker ist. Die erhöhte Biegefestigkeit dieses Materials erfordert eine größere Biegekraft. Das Material mit einer Streckgrenze von 36.000 PSI biegt sich in einem Winkel, und ein anderes Material mit einer Streckgrenze von 41.000 PSI biegt sich in einem kleineren Winkel – ohne dass sich die Eindringtiefe oder die erforderliche Biegekraft ändert (siehe Abbildung 1). Aus dem gleichen Grund können Unterschiede in der Duktilität oder Härte oder ein zu kleiner Biegeradius die Rissbildung erklären. Diese Abweichungen gelten für alle Materialien, die Sie möglicherweise verwenden.

Erhitzen hilft dabei, das Material auszuglühen, wodurch es weicher wird und sich daher leichter biegen lässt. Es hilft auch, die auftretenden Risse zu kontrollieren.

ABBILDUNG 1. Eine Änderung der Streckgrenze führt zu Winkelschwankungen.

Um Ihr Material richtig zu erhitzen, verwenden Sie einen Brenner mit einer Rosenknospenspitze. Behalten Sie außerdem die Temperatur im Auge und heizen Sie im Rahmen des Zumutbaren. Bei Stahl beträgt sie 900 bis 1.050 Grad F.

Wenn Sie Stahl zwischen diesen Temperaturen halten, sollten Sie in Bezug auf Streckgrenze und Zugfestigkeit in Ordnung sein. Wenn Sie das Material jedoch auf 1.600 bis 2.000 Grad Fahrenheit erhitzen, werden Sie eine deutliche Veränderung in der Härte des Metalls feststellen, was möglicherweise eine Wärmebehandlung des fertigen Werkstücks erforderlich macht, um die erforderliche Streckgrenze/Zugfestigkeit für dieses Werkstück zu erreichen.

Es gibt viele Möglichkeiten, die Temperatur zu messen. Wenn Sie Stahl erhitzen, ändert er seine Farbe, was Sie mit einem Farb-Temperatur-Diagramm vergleichen können (siehe Abbildung 2). Wenn Sie ganz genau sein möchten, können Sie einen digitalen Temperaturmesser verwenden, den Sie bereits für 30 US-Dollar bekommen. Zielen Sie einfach auf den erhitzten Bereich und lesen Sie die Ergebnisse ab.

Damit sind wir nun bei Ihrer Frage zu Ruß und Aluminium. Das Erhitzen von Aluminium funktioniert bis auf ein paar Dinge genauso gut wie das Erhitzen von Stahl. Erstens ändert Aluminium seine Farbe nicht wie Stahl, sodass Verbrennungen zu einem echten Problem werden. Und da sich die Farbe nicht ändert, ist ein Vergleich mit der Temperaturtabelle nicht möglich. Was tun, wenn Sie kein digitales Temperaturmessgerät haben?

Bevor ich diese Frage beantworte, muss noch ein weiteres hitzebedingtes Problem berücksichtigt werden, wenn Sie mit Blechen und Platten statt mit Aluminium- oder Stahlstäben arbeiten: Sie können ein Loch direkt durch das Blech blasen. Sie können dies mit Stahl tun, aber Sie werden es kommen sehen; Bei Aluminium ist das nicht der Fall. Warum? Wegen Aluminiumoxid.

Der Schmelzpunkt von Aluminiumoxid liegt mit 3.600 Grad Fahrenheit viel höher als der Schmelzpunkt von Aluminium mit 1.220 Grad Fahrenheit. Das bedeutet, dass das Aluminium von innen nach außen schmilzt und ein Loch in das Material reißen kann. Und weil Aluminium seine Farbe nicht ändert, werden Sie es nicht bemerken. Vorsicht und Gleichmäßigkeit beim Erhitzen sind daher ein Muss.

Stahl ist je nach Stahllegierung toleranter. Der Schmelzpunkt kann bei kohlenstoffarmem Stahl zwischen 2.599 Grad F und bei Chrom-Molybdän-Stahl bei 2.786 Grad F liegen. Unabhängig davon ändert Stahl seine Farbe, sodass Sie seine Temperatur abschätzen und einen bevorstehenden Ausbruch erkennen können.

Wenn Sie Aluminium erhitzen und keine digitale Temperaturpistole haben, wie verhindern Sie, dass es überhitzt? Hier kommt Ruß ins Spiel. Ruß wird freigesetzt, wenn fossile Brennstoffe nicht vollständig verbrannt werden. Sie können leicht Ruß erzeugen, indem Sie einfach denselben Acetylenbrenner verstimmen, den Sie zum Erhitzen des zu biegenden Teils verwenden. Legen Sie eine Schicht Carbon entlang der Innenseite der Biegelinie. Stellen Sie dann den Brenner neu ein und beginnen Sie mit dem Erhitzen der Außenseite der Biegung, der gegenüberliegenden Seite des Kohlenstoffrußes.

Der Kohlenstoffruß verbrennt bei 752 Grad Fahrenheit; Das sind 460 Grad F weniger als der Schmelzpunkt von Aluminium. Das ist heiß genug, um das Aluminium so formbar zu machen, dass es sich leicht biegen lässt, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich die Temperatur ändert oder ein Loch entsteht.

Das Entfernen des Aluminiumoxids ist für die Umformung nicht notwendig, kann aber beim Schweißen hilfreich sein. Sie können es mit einer Drahtbürste abkratzen und anschließend mit einem fusselfreien Tuch abwischen.

Das Problem besteht darin, dass die Reaktion zwischen der rohen Oberfläche des Aluminiums und der Luft innerhalb von Sekundenbruchteilen beginnt. Aluminiumoxid ist nur 1,5 µm dick. Stabil und mechanisch fest verbindet sich das Oxid mit der Aluminiumoberfläche. Dadurch wird das Aluminium von der weiteren Reaktion mit der Luft getrennt. Bei der sogenannten Passivierung handelt es sich um den gleichen Prozess, den Sie verwenden würden, um die Stabilität von Edelstahl oder Titan aufrechtzuerhalten. Abgesehen davon können Sie Aluminiumoxid kurzzeitig entfernen, dies trägt jedoch nicht zur Stabilisierung Ihres Umformvorgangs bei.

ABBILDUNG 2. Ein Farb-Temperatur-Diagramm kann verwendet werden, um die ungefähre Temperatur von Stahl zu beurteilen.