Aluminiumlegierung 7020T6 — Materiály — Duratec

Materials used

Aluminiumlegierung 7020T6

Entscheidung. Ganz am Beginn der Idee, Rahmen von Fahrrädern zu bauen, steht die Notwendigkeit, das passende Konstruktionsmaterial hierfür auszuwählen. Fundamentale Entscheidung von Milan Duchek, dessen Wahl die richtige, ja sogar die bestmögliche war: die Aluminiumlegierung AIZn4,5Mg, mit der internationalen Bezeichnung 7020 T6. Wir erinnern nur daran, dass zur Zeit der Entstehung der Gesellschaft Duratec (im Jahr 1997) Komposite im Radsport keine gängigen Konstruktionsmaterialien waren und eine Aluminumlegierung im Fahrradbau ein Novum bildete.

Charakteristik 7020 T6. Die für den Bau aller Aluminiummodelle der Marke Duratec verwendete Legierung. Dieses Material zeichnet sich durch hohe Festigkeit und zugleich durch eine hohe Gleitgrenze aus, das ist jene Grenze, an der es zu einer bleibenden Deformation des Rahmens kommt. Dies ist aus Sicht des Konstrukteurs natürlich unannehmbar. Die Gebrauchseigenschaften des Rahmens hängen jedoch nicht nur vom verwendeten Material, sondern gerade auch von seiner anschließenden Verarbeitung ab. Die Wärmebehandlung erfolgt zugunsten einer Steigerung der Festigkeitswerte, die umfängliche Bearbeitung zwecks Optimierung des Profils an der konkret beanspruchten Stelle. Man bedient sich namentlich Konus, Ovalisierung und variabler Wandstärke. Laut den genannten Parametern kann die Qualität eines Rahmens beurteilt werden.

Allgemeine Ansicht. Aluminiumrahmen für Fahrräder werden heute überwiegend aus zwei Arten von Aluminiumlegierungen hergestellt, und zwar aus den Legierungen 6061 T6 und der in Europa produzierten 7020 T6, bzw. ihrem taiwanesischen, sich unwesentlich unterscheidenden Gegenstück 7005 T6. Häufig kommt es auf Servern zu Diskussionen darüber, welche Legierung für den Bau von Fahrrädern besser geeignet sei, und warum.

Porovnání slitin

TSCHECHISCHE TECHNISCHE NORM (ICS 77 150 10), Juni 1999
Aluminium und Aluminiumlegierungen – Stangen und Rohre kaltgezogen
Teil 2: Mechanische Eigenschaften                                                            
Tabelle 29 – Legierung EN AW 7020 [Al Zn4,5 Mg1]
Tabelle 24 – Legierung EN AW 6061 [Al Mg1SiCu]

1. Vergleich von Festigkeits- und Gleitgrenze: Beim Vergleich des Materials gehen wir von den gültigen europäischen Normen aus, welche für die Herstellung von Legierungen maßgeblich sind. Das Material muss die vorgeschriebene chemische Zusammensetzung und die vom Hersteller garantierten Festigkeitswerte aufweisen. Es handelt sich um die Festigkeitsgrenze Rm (MPa) und die Gleitgrenze Rp0,2 (MPa). Aus der angeschlossenen Tabelle ist ersichtlich, dass die Legierung 7020 T6 sehr viel höhere Festigkeitswerte erreicht.

Festigkeitsgrenze Rm: Spannung, bei der die Kompaktheit des Materials gerade noch gewahrt bleibt; jenseits dieser Grenze kommt es zur Zerstörung des Materials

Gleitgrenze Rp0,2: Spannung, nach deren Überschreitung die bleibende Deformation des Materials eintritt; bis zu diesem Wert sind sämtliche Verformungen elastisch, und das Material kann auf die ursprüngliche Länge in nicht beanspruchtem Zustand zurückgeführt werden.

2. Vergleich der Wärmebehandlung. Die aus der Legierung 7020 T6 erzeugten Rohre müssen nach der Produktion durch Ziehen wärmebehandelt werden, und zwar mittels Lösungsglühen zur Lockerung der inneren Spannung sowie durch natürliche Alterung (zweistufiges Glühen).

Das natürliche Altern ist ein Prozess der Aushärtung der Legierung 7020 T6, der für den Bau von Fahrrädern äußerst wichtig ist und üblicherweise unter Zimmertemperatur abläuft. Es handelt sich dabei um die Möglichkeit der Wiederherstellung der durch die Norm garantierten ursprünglichen mechanischen Eigenschaften nach der Wärmezufuhr (Schweißen). Beim Schweißen kommt es zur Erhitzung des Grundmaterials bzw. der Stangen, und danach erhält dieses Material durch den Prozess des natürlichen Alterns seine ursprünglichen mechanischen Eigenschaften zurück – binnen 7 Tagen nach dem Schweißen gewinnt das Material bei Normaltemperatur 90% seiner Festigkeit, die verbleibenden 10% kommen im Verlauf von 2-3 Wochen ab Schweißen hinzu. Dies bringt nicht nur bei der Rahmenherstellung Vorteile mit sich, sondern auch beim nachfolgenden Garantieservice im Reparaturfall.

Die Legierung 6061 T6 gewinnt ihre ursprünglichen mechanischen Eigenschaften nach dem Schweißen durch künstliches Altern zurück, wobei der Rückbildungsprozess durch Erhitzen bewerkstelligt wird. Um die erforderliche Festigkeitsgrenze Rm und Gleitgrenze Rp0,2 wieder zu erreichen, muss man das Schweißstück bei vorgeschriebener Temperatur über eine bestimmte Zeit (z.B. 195°C über eine Dauer von 3 h) künstlich altern lassen. Der Prozess des künstlichen Alterns ist energieaufwändig und zeitintensiv, und es müssen die vorgeschriebenen Werte und Zeiten beachtet werden. Diese Eigenschaft der Legierung 6061 T6 beschränkt anschließend aus dem Grunde der Nichtverfügbarkeit einer Einrichtung für künstliches Altern auch das Reparieren der Rahmen.