Jämförelse med konstruktionsmetaller

Även om fiberarmerad plast medger många fördelar vid konstruktion kan metall ibland vara att föredra för att nå de egenskaper som konstruktören eftersträvar men även för att minimera kostnaden och tidsåtgången.

Armerad plast klarar dåligt punktbelastning även om materialet i övrigt har goda hållfasthetsegenskaper. Därför lamineras ofta delar av metall in i fiberkompositkonstruktioner för att på det sättet utnyttja båda materialens fördelar.

Konstruktören bör därför även vid fiberkompositkonstruktion ha kunskaper kring de vanligaste konstruktionsmetallerna, deras egenskaper och hur de kan nyttjas i och tillsammans med armerad plast.

Stål

Stål är den i särklass vanligaste metallen för alla typer av konstruktioner. Priset är lågt samtidigt som stål är starkt och styvt. De flesta stålkvaliteter är enkla att svetsa i och kräver ingen efterbehandling för att uppnå full styrka. Densiteten är dock hög och metallen är rostbenägen (gäller ej rostfria kvaliteter).

Aluminium

Aluminium är den efter stål vanligaste metallen. Som konstruktionsmaterial har aluminium många fördelar: låg densitet (1/3 av stål), hög styrka (finns legeringar som är lika starka som konstruktionstål), rostar inte på samma sätt som stål och oxiden skyddar mot ytterligare oxid. Aluminium är dessutom lätt att bearbeta (mjukt).

Till nackdelarna hör att metallen är relativt svårsvetsad och ofta måste värmebehandlas för att uppnå full styrka. Konstruktioner av aluminium kan även spricka utan förvarning vid upprepad belastning.

Eftersom aluminium går att strängpressa i de mest skilda profiler och dessa ofta väl kan utnyttjas i konstruktioner är aluminium i denna form mycket vanlig i konstruktionssammanhang.

Aluminium går att eloxera då metallen påtvingas ett extra tjockt skyddande oxidskikt varvid metallen tål krävande marin miljö.

Titan

Titan är en exklusiv konstruktionsmetall med många fördelar: låg densitet (ca ½ av stål), hög styrka (finns legeringar som är lika starka som höghållfast stål), mycket högt korroderingsmotstånd, då det täta oxidskiktet som bildas stoppar ytterligare korrodering. Till nackdelarna hör främst det höga priset men också svårighet att svetsa (kräver syrefri svetsning) och ohälsamma gaser vid bearbetning.

I medicinska sammanhang har titan en särställning. Metallen är vävnadsvänlig och har en egenskap som medger att benvävnad kan växa fast om metallen ytbehandlas rätt samtidigt som titanets oxidskickt, som är tätt, svårlösligt och neutralt stoppar ytterligare korrodering. Utbytesdelar i kroppen som, knäleder, höftleder, käkben och liknande tillverkas därför ofta helt eller delvis av titan.

Magnesium

Magnesium är den lättaste metallen med en densitet som är hälften av aluminium.

I förhållande till vikten är metallen stark och styv.

Metallen är dock mycket korroderingsbenägen och oxiderar i obehandlat skick direkt i luft eller vatten. Ytbehandlingen av metallen är därför viktig speciellt för att undvika att förorenat vatten når metallen som annars snabbt bryts ner.

Metallen är även brandfarlig och i tunna dimensioner eller pulverform brinner metallen med intensivt hetta.

Magnesium utnyttjas oftast i ljuten form men kan även svetsas, vilket dock kräver hög skicklighet.

Hållfasthetsjämförelse

	E-modul (drag) [GPa]	Draghåll-fasthet [Mpa]	Påkänning vid 0,2% töjning [Mpa]	Brottöjning [%]	Utmattnings- gräns / drag- hållfasthet	Densitet [g/cm³]	Längdut-vidgnings- koefficient [10^-6/°C]
Stål							14
Allmänt konstruktionstål	200	520	310	26	0,5	7,85
CrMo (AISI 4130)	200	1425	1240	12	0,5	7,85
Aluminiumlegeringar							23
2024-T4 (SS 43 55)	73,1	470	325	20	0,29	2,8
6061-T6 (SS 42 12)	68,9	310	276	12	0,31	2,8
7075-T6 (SS 44 25)	71,7	570	503	11	0,265	2,8
Titanlegeringar							10
IMI 125	105-120	390-540	340	20-29	0,5	4,51
IMI 318	105-120	1000	900	8	0,55	4,42
Magnesium	44	248	200	5-8	0,37	1,79	26

T = tillståndssiffran: T4 = kallådrat, T6 = varmådrat. CrMo = Krommolybdenstål

Metaller tillsammans med armerad plast

Bitar av metall utnyttjas ofta tillsammans med fiberarmerad härdplast som direkt del av konstruktionen, skydd mot punktbelastning, bultfästen och liknande. Biten lamineras då in i kompositkonstruktionen, limmas, skruvas eller nitas fast.

Olika metaller är olika lämpliga att laminera in i en fiberkomposit. Det beror främst på hur väl plasten kan binda mot metallens yta men även hur metallen reagerar vid eventuell kontakt med kolfiber som är elektriskt ledande och galvaniskt element kan uppstå om metallen är oädel. Då det föreligger risk för att fukt kryper in i laminatet till metallen är det även viktigt att metallen inte är korroderingsbenägen. Om metallbiten korroderar kan den släppa från laminatet.

Översikt – metallers lämplighet för inlaminering i fiberkomposit:

Metall	Fördelar	Nackdelar
Stål	+ Limmas väl	- Risk för rost
Rostfritt stål	+ Ingen risk för rost + Små risker för galvaniskt element vid kontakt med kolfiber + Behöver ej efterbehandlas eller målas	- Svårt att limma, dåligt fäste mot plasten
Alumium	+ Limmas väl + Lätt att riva upp grov yta för maximalt fäste	- Risk för galvaniskt element vid kontakt med kolfiber - Stor temperaturutvidgning (risk för spänningar)
Titan	+ Behöver ej efterbehandlas eller målas + Små risker för galvaniskt element vid kontakt med kolfiber + Kort längdutvidgning
Magnesium	+ Lätt att riva upp grov yta för maximalt fäste	- Stor risk för galvaniskt element vid kontakt med kolfiber - Stor temperaturutvidgning (risk för spänningar)

TILL STARTSIDAN!