Was ist die Duktil-Spröd-Übergangstemperatur von 6061 Aluminium?

Es ist wichtig, die Duktil-Spröd-Übergangstemperaturen (DBTT) von Metallen zu verstehen, wenn man überlegt, welche Materialien für Anwendungen in kryogenen Umgebungen verwendet werden sollen. Einige Metalle, die bei Raumtemperatur duktiler sind, können bei niedrigen Temperaturen spröde werden. Infolgedessen entwickeln sie Brüche, und die Struktur kann versagen. Zum Beispiel könnte die DBTT des kohlenstoffarmen Stahls, der beim Bau der Titanic verwendet wurde, zum Untergang des Schiffes bei einer Umgebungstemperatur von nur -4 °F beigetragen haben.

Ist DBTT jedoch auf alle Metalle anwendbar, einschließlich Aluminium 6061? Im Folgenden tauchen wir tiefer in DBTT ein und warum es bei 6061 Aluminium tatsächlich keine Übergangstemperatur von duktil zu spröde gibt.

Verständnis der Duktil-zu-Spröd-Übergangstemperatur

DBTT bezeichnet die Temperatur des Materials, bei der es aus der duktilen Phase in die spröde Phase übergeht. An diesem Punkt kann das Material der Belastungskraft nicht mehr standhalten, ohne einen Bruch zu entwickeln.

Reine Metalle neigen dazu, eine bestimmte Übergangstemperatur zu haben, während diese Übergangstemperatur in Legierungen eindeutig definiert ist – sie kann über einen begrenzten Bereich erfolgen.

In diesem Zusammenhang wird der Charpy-Schlagtest, auch als Charpy-V-Kerbtest bekannt, durchgeführt, um die Zähigkeit eines Materials zu bestimmen. Überraschenderweise hat Aluminium jedoch kein DBTT.

Duktil-Spröd-Übergangstemperatur von 6061 Aluminium

Aluminium hat eine flächenzentrierte kubische (FCC) Struktur. Flächenzentrierte kubische Materialien haben keinen Übergang von duktil zu spröde; sie neigen immer dazu, in einem spröden Zustand zu bleiben.

Wieso den? Dazu müssen wir das Gleitsystem des Materials verstehen. Metalle verformen sich entlang der am dichtesten gepackten Richtungen auf den am dichtesten gepackten Gleitebenen, auch bekannt als Gleitsysteme. Die Dislokation eines Slips geschieht, wenn ein Eckatom in die Mitte des Würfels springt.

Werfen wir einen Blick auf die Einheitszelle von BCC- und FCC-Materialien, wie unten gezeigt.

Alt-Text:FCC vs. BCC-Gitterstruktur 

Link

Beide Strukturen haben die gleiche Anzahl von Gleitsystemen (12). Im Gegensatz zu BCC hat FCC jedoch dicht gepackte Flugzeuge, die zu jedem Gleitsystem gehören.

Bei hohen Temperaturen weisen sowohl FCC- als auch BCC-Strukturen bewegliche Versetzungen auf, was bedeutet, dass sie eine plastische Verformung durchlaufen können, ohne zu brechen. Bei niedrigen Temperaturen benötigen Sie jedoch eine bestimmte Menge an thermischer Energie, um Versetzungen in BCC-Strukturen zu aktivieren, aber Versetzungen treten in FCC unabhängig von der Umgebungstemperatur auf. Dadurch bleibt FCC auch bei niedrigen Temperaturen duktil und zeigt kein DBTT-Phänomen.

Aus diesem Grund können Sie keine Daten zur Übergangstemperatur von duktil zu spröde von 6061 Aluminium finden.

Einzigartige Niedrigtemperatur-Aluminiumanwendungen

Im Gegensatz zu anderen Metallen ist Aluminium dank der FCC-Struktur des Metalls bei niedrigen Temperaturen duktiler und zäher. Diese einzigartige Eigenschaft ist ein Vorteil für Offshore-Installationen in der nördlichen Hemisphäre, die leicht -40 °F erreicht.

Aluminiumlegierungen der Serien 5000 und 6000 gelten aufgrund ihres hohen Kerbstreckverhältnisses, das ein Verhältnis zwischen Kerbzugfestigkeit und Zugstreckgrenze für einen Qualitätskontrolltest des Materials gegenüber Bruchtests ist, als am besten geeignet für kryogene Anwendungen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass sich nicht alle Aluminiumlegierungen bei niedrigen Temperaturen gleich verhalten. Beispielsweise nimmt die Festigkeit von 6061 bei sinkender Temperatur zu, während sie bei 5456 Aluminium nahezu konstant bleibt.

Zur weiteren Verdeutlichung zeigt das folgende Diagramm die Zugfestigkeit bei einer Kraft von 4K (ksi) für verschiedene Aluminiumlegierungen.

Einige Branchen verwenden Niedertemperaturflüssigkeiten, um die gewünschten Arbeitsbedingungen zu erreichen. In dieser Hinsicht können Geräte und Installationen aus Aluminium eine außergewöhnliche Festigkeit und Duktilität bieten, selbst bei -320,8 °F.

Die folgende Tabelle listet verschiedene Aluminiumqualitäten auf, die in einem breiten Bereich kryogener Temperaturen verwendet werden.

Während das Fehlen einer Übergangstemperatur von duktil zu spröde bei 6061-Aluminium vorteilhaft für Industrien ist, die mit kryogenen Anwendungen arbeiten, ist seine weiche Natur eine Herausforderung für Maschinenbediener. Der niedrige Schmelzpunkt der Legierung kann zu gummiartigen Ablagerungen um die Werkzeugkante herum führen.

Kaufen Sie hochwertiges Aluminium von einem seriösen Lieferanten

Industrial Metal Services liefert seit mehr als zwei Jahrzehnten verschiedene Aluminiumlegierungen in die San Francisco Bay Area und darüber hinaus. Wir können Ihnen 6061-Aluminiumplatten, -stangen und -rund sowie andere Aluminiumlegierungen, einschließlich MIC-6, ALCA 5, ATP-5 und K100-S, liefern. Unser Bestand führt auch andere beliebte Metalle wie Eisen, Kupfer, Stahl und Titan, wobei neue Materialien aus Werken und verifizierte Reste zum Kauf angeboten werden. Um Ihnen die Bearbeitung anspruchsvoller Metalle wie Aluminium zu ersparen, verfügen wir außerdem über eine hochmoderne Infrastruktur zum Sägen von Metall, mit der selbst 12 Zoll dicke Aluminiumplatten problemlos geschnitten werden können.