Hvorfor materialevalg bestemmer delens levetid
Messing, aluminium og rustfrit stål er de tre arbejdsheste i letindustrielt metalarbejde, og de overlapper hinanden nok til, at valget sjældent er oplagt. Et messingbeslag, et aluminiumspanel og et rustfrit stålbeslag kan se lige så acceptable ud på en tegning, men alligevel opfører de sig meget forskelligt i kystluft, i et område med afvaskning-, i en varm samling eller på en del, der skal gevindskæres, anodiseres eller poleres hver måned. De afgørende spørgsmål er næsten altid de samme: Hvor aggressivt er miljøet, hvor meget betyder vægten, hvor meget styrke er nødvendig pr. tykkelsesenhed, og hvor mange vedligeholdelses- eller efterbehandlingsomkostninger kan projektet bære.
Sammenligningen nedenfor er skrevet til købere og designingeniører, der specificerer smedemølleprodukter i stedet for til dekorativt detailarbejde.
Messing: Kobber-Zinklegeringer med den bedste bearbejdelighed
Messing er en legering af kobber og zink, og forholdet mellem de to sætter egenskaberne. Patron messing C26000 (70/30) er den duktile, dybe-trækkvalitet, der bruges til radiatorkerner, skaller og dekorative presninger, mens C27200 (65/35) bytter lidt duktilitet for styrke og er almindelig i rør. Gratis-skærende messing såsom C36000 tilføjer bly til brudspåner og er standardvalget til høj{11}}skruebearbejdning af fittings, ventiler og konnektorer.
Styrker: fremragende bearbejdelighed, god termisk og elektrisk ledningsevne, naturligt antibakteriel overflade, varmt gyldent udseende, god træthedsadfærd i vibrationsservice.
Svagheder: modtagelige for sort anløbning fra overfladeoxidation, så udsatte dekorative flader har brug for regelmæssig polering; modtagelige over for afzinkning og spændingsrevner-korrosionsrevner i chlorid- eller ammoniakholdige miljøer, medmindre der i stedet vælges en modstandsdygtig kvalitet såsom admiralitetsmessing eller kobbernikkel.
Vægt og styrke: densitet omkring 8,5 g/cm³, trækstyrke omkring 340–470 MPa afhængig af temperament.
I praksis vælges messing, når delen skal bearbejdes i volumen, skal lede varme eller strøm, eller skal let loddes og loddes.
Aluminium: Laveste vægt pr. styrkeenhed
Aluminium er et let, blødt og meget formbart metal med en densitet på omkring 2,70 g/cm³, cirka en tredjedel af stål eller messing. Den enkelte egenskab driver det meste af dens brug: Valset og ekstruderet aluminium erstatter tungere metaller, uanset hvor strukturen skal flyttes, sendes eller accelereres. Alloy 5052 (Al-Mg) er det sædvanlige valg til pladepaneler og marinebeklædning, fordi det tåler dannelse og modstår saltsprøjt, mens 6061-T6 (Al-Mg-Si) er den strukturelle kvalitet til bearbejdede beslag, rammer og køleplader med en styrke på ca. 310 MP.
Styrker: enestående styrke-til-vægtforhold, nem valsning, ekstrudering og bearbejdning, god varmeledningsevne, lav pris pr. kilogram sammenlignet med rustfrit stål.
Svagheder: lav absolut hårdhed, så gevind og lejeflader har brug for indsatser eller generøs vægtykkelse; naturlig oxidfilm beskytter, men stopper ikke fuldstændigt angreb i stærkt klorid eller alkalisk drift.
Anodisering: en anodiseret overflade er hård, elektrisk isolerende og meget korrosionsbestandig, hvilket gør den til den foretrukne finish til udendørs aluminiumspaneler, skilte og indhegninger.
Rustfrit stål: Styrke og korrosionsbestandighed sammen
Rustfrit stål er et stål med lavt-kulstofindhold, der indeholder 10 % eller mere krom efter vægt, og det er det kromindhold, der producerer den passive oxidfilm, der er ansvarlig for dens rust- og korrosionsbestandighed. Grade 304 (1.4301) er den generelle-austenitiske kvalitet, og klasse 316 (1.4404), med ca. 16-18% krom, 10-14% nikkel og 2-3% molybdæn, er den marine kvalitet, der også modstår chlorider under våde forhold.
Styrker: høj styrke og hårdhed med fremragende duktilitet, bevarer form og styrke ved forhøjet temperatur, ikke-anløbende og let at rengøre, god svejsbarhed.
Svagheder: højere omkostninger end kulstofstål eller aluminium, lavere termisk og elektrisk ledningsevne end kobberlegeringer, arbejds-hærdning under bearbejdning, der tvinger langsommere skærehastigheder og stift værktøj.
Bemærkning om duktilitet: egenskaber varierer med nikkelindholdet, så en ferritisk kvalitet vil ikke danne sig som en 316 austenitisk kvalitet, selvom begge kaldes rustfrit stål.
Hoved-til-Sammenligning af hoved
| Ejendom | Messing (C26000 / C36000) | Aluminium (5052 / 6061) | Rustfrit stål (304 / 316) |
|---|---|---|---|
| Typisk tæthed | omkring 8,5 g/cm³ | omkring 2,70 g/cm³ | ca. 8,0 g/cm³ |
| Korrosionsbestandighed | Dårlig til moderat; anløber og afzinker i klorid | God, når den er anodiseret; moderat bar | Fremragende, inklusive chlorider i 316 |
| Styrke | Moderat, omkring 340–470 MPa | Lav til moderat, omkring 310 MPa i 6061-T6 | Høj, typisk 500–700 MPa |
| Bearbejdelighed | Bedst af de tre | God, gummiagtig ved lave hastigheder | Fair til fattige, arbejdet-hærder |
| Ledningsevne | God termisk og elektrisk | God termisk | Lav |
| Omkostningsposition | Højest pr kilogram | Laveste for volumen ark og ekstrudering | Højest til tung plade og bar |
| Opretholdelse | Regelmæssig polering, når den er udsat | Lav en gang anodiseret | Laveste; ren og ikke-pletterende |
Sådan vælger du mellem dem
Våd, salt eller kystservice: Brug 316 rustfrit stål eller anodiseret aluminium, hvor vægten betyder mere end styrke. Almindelig messing bør undgås på udvendige flader.
Bearbejdede fittings, ventiler og elektriske konnektorer med stor-volumen: Brug gratis-skærende messing, som bearbejder flere gange hurtigere end rustfrit stål og leder strøm.
Vægt-kritiske rammer, paneler, huse og køleplader: Brug 6061-T6 eller 5052 aluminium, og angiv anodisering til udendørs eksponering.
Varme dele, hygiejniske dele og lang-levetid arkitektoniske komponenter eller navnepladekomponenter: Brug 304 eller 316 rustfrit stål, som holder formen under varme og ikke behøver polering.
Omkostningsdrevet-indendørs arbejde: Messing for udseende og ledningsevne, aluminium til flade paneler, rustfrit stål kun, hvor dets styrke eller hygiejne virkelig er påkrævet.
Ofte stillede spørgsmål
Q: Hvilket er det stærkeste af de tre materialer?
Rustfrit stål er det stærkeste, typisk 500–700 MPa i austenitiske kvaliteter, efterfulgt af messing ved omkring 340–470 MPa og derefter aluminium ved omkring 310 MPa i 6061-T6.
Q: Hvad er bedst til udendørs- eller kystbrug?
Klasse 316 rustfrit stål, fordi dets indhold af krom, nikkel og molybdæn giver den den mest stabile passive film; anodiseret aluminium er det lettere, billigere alternativ til paneler og skabe.
Q: Hvilket materiale er nemmest at bearbejde?
Gratis-skæring af messing, såsom C36000-maskiner, hurtigst og renest. Aluminium er nummer to, og rustfrit stål er langsomst, fordi det-hærder og kræver stift værktøj og lavere skærehastigheder.
Sp: Korroderer messing virkelig i havvand?
Almindeligt messing afzinker i kloridmiljøer og kan lide under stress-korrosionsrevner, så det erstattes normalt af admiralitetsmessing eller kobbernikkel til havvands-våde dele.
Q: Er aluminium svagere end stål i praksis?
Per vægtenhed konkurrerer den godt, men dens absolutte styrke er lavere, så aluminiumsdesign bruger tykkere sektioner eller ekstruderede ribber for at opnå samme stivhed som en rustfri ståldel.
Q: Hvorfor anløber messing, mens rustfrit stål ikke gør det?
Messing har ingen krom til at genopbygge en passiv film, så dens overflade oxiderer og bliver mørkere; rustfrit stål fornyer løbende sit chrom-rige oxidlag, som holder det lyst.
