Poznámky materiálového inžinierstva, Séria priemyselných rámov
Tyč 6063-T5 vytláčaná pri teplote približne 480 stupňov Celzia a chladená v nehybnom vzduchu dosahuje medzu klzu takmer 145 MPa pri hmotnosti len 2,70 g/cm3, čo je asi tretina hustoty ocele. Tieto dve čísla vysvetľujú väčšinu rozhodnutí v projektoch priemyselného rámovania, ktoré zahŕňajú základne strojov, ochranu, pracovné stanice a konštrukcie dopravníkov. Vlastnosti hliníkovej zliatiny však nikdy nie sú v údajovom liste jediným číslom. Sú súborom kompromisov medzi pevnosťou, hmotnosťou, odolnosťou proti korózii, vodivosťou a vyrobiteľnosťou a nesprávne vyváženie sa rýchlo prejaví ako rám, ktorý sa pri zaťažení vychyľuje, alebo povrch, ktorý vo vlhkej dielni zanecháva škvrny. V spoločnosti Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. sa rozhovory o výbere profilu začínajú týmito vlastnosťami, pretože zliatina a temperovanie zvolené vo fáze lisovania rozhodujú o všetkom nasledujúcom: možnosti hrúbky steny, trieda zaťaženia, kvalita povrchovej úpravy a konečná cena. Táto príručka stanovuje vlastnosti, na ktorých záleží, porovnáva bežné rodiny zliatin so skutočnými číslami a premieňa tieto čísla na praktický kontrolný zoznam pre objednávanie.
Čo znamenajú vlastnosti hliníkovej zliatiny pre kupujúcich priemyselných profilov
Vlastnosti hliníkovej zliatiny sú merateľné charakteristiky danej zliatiny, vrátane hustoty, pevnosti, odolnosti proti korózii, vodivosti a spracovateľnosti, ktoré rozhodujú o tom, či prežije konkrétnu aplikáciu.
Čistý hliník je mäkký a tvárny, ideálny pre fóliové a vodičové káble, ale takmer nepoužiteľný pre nosný rám. Legovanie to mení. Kontrolované pridávanie horčíka, kremíka, medi, mangánu alebo zinku v kombinácii so správnym spracovaním a tepelným spracovaním zvyšuje konečnú pevnosť v ťahu z približne 90 MPa v komerčnej čistote 1100 na približne 570 MPa v 7075-T6, zatiaľ čo hustota zostáva blízko 2,70 g/cm3 v takmer celom rozsahu.
Definícia. Hliníková zliatina je hliník kombinovaný s kontrolovaným pridávaním jedného alebo viacerých prvkov, najčastejšie horčíka, kremíka, medi, mangánu alebo zinku, aby sa zlepšila pevnosť, tvárnosť a odolnosť proti korózii nad rámec toho, čo poskytuje čistý hliník.
- Pomer hustoty a pevnosti k hmotnosti. Väčšina tvárnených zliatin má hmotnosť medzi 2,68 a 2,81 g/cm3, čo je dôvod, prečo hliníkový rám váži približne jednu tretinu ekvivalentnej oceľovej konštrukcie.
- Mechanická pevnosť. Medza klzu je zhruba 35 MPa pre žíhané 1100 až 500 MPa pre 7075-T6, s tepelne spracovateľnými triedami 6xxx pokrývajúcimi pásmo 145 až 270 MPa, ktoré väčšina rámovacích projektov potrebuje.
- Odolnosť proti korózii. Prirodzený oxidový film s hrúbkou len niekoľkých nanometrov sa znovu vytvorí v priebehu niekoľkých minút po poškriabaní, čo dodáva hliníku jeho charakteristickú odolnosť vo vlhkom a vonkajšom prostredí.
- Tepelná a elektrická vodivosť. Typické zliatiny 6xxx prenášajú asi 200 W/mK tepla a prenášajú okolo 55 percent IACS, čo je dosť pre chladiče, prípojnice a uzavretú elektroniku.
- Spracovateľnosť. Príručky o kovoch, ako sú tie od ASM International, radia hliník medzi najľahšie technické kovy na extrudovanie, tvarovanie a obrábanie, čo je presne dôvod, prečo zložité prierezy T-drážok zostávajú ekonomické.
- Reakcia na povrchovú úpravu. Eloxovanie zväčšuje prirodzený film do umelej vrstvy s hrúbkou 5 až 25 mikrometrov, čím sa pridáva odolnosť proti opotrebovaniu, farebné možnosti a stabilný povrch pre továrenské prostredie.
2,70 g/cm3
Typická hustota profilov 6xxx
570 MPa
Špičková pevnosť v ťahu, 7075-T6
55 %
IACS vodivosť 6063-T5
Porovnané vlastnosti hliníkovej zliatiny: 6063 vs. 6061 vs 7075
Pre priemyselné rámovanie T-drážok je praktické rozhodnutie 6063 pre štandardné profily a 6061 tam, kde ide o vyššie zaťaženie alebo ťažké CNC obrábanie.
Štvormiestne označenie oznamuje hlavný legovací prvok: 1xxx je komerčná čistota, 2xxx meď, 3xxx mangán, 5xxx horčík, 6xxx horčík plus kremík a 7xxx zinok. Každá rodina obchoduje s extrudovateľnosťou a silou predvídateľným spôsobom a nižšie uvedená tabuľka zhromažďuje typické hodnoty izbovej teploty.
Približné typické hodnoty izbovej teploty pre bežné tvárnené zliatiny; presné limity závisia od normy, tvaru produktu a hrúbky prierezu | Zliatina a tempera | Hlavné legujúce prvky | Pevnosť v ťahu | Medza klzu | Hustota | Typické použitie |
| 1100-O | Minimálne 99,0 percent Al | 90 až 130 MPa | 35 MPa | 2,71 g/cm3 | Fóliové, chemické a potravinárske zariadenia |
| 5052-H32 | 2,5 percenta Mg | 230 MPa | 195 MPa | 2,68 g/cm3 | Plechové, námorné a prepravné diely |
| 6063-T5 | Mg 0,45 až 0,9, Si 0,2 až 0,6 | 185 MPa | 145 MPa | 2,70 g/cm3 | T-drážkové profily, architektonické orámovanie |
| 6061-T6 | Mg 0,8 až 1,2, Si 0,4 až 0,8 | 310 MPa | 270 MPa | 2,70 g/cm3 | Konštrukčné diely, CNC obrábané komponenty |
| 7075-T6 | Zn 5,1 až 6,1, Mg 2,1 až 2,9, Cu 1,2 až 2,0 | 570 MPa | 500 MPa | 2,81 g/cm3 | Letectvo a vysoko namáhané nástroje |
Keď projekt sedí medzi týmito dvoma ťahúňmi série 6, rozhodujúcimi faktormi sú odozva lisovania a ochladzovania a objem obrábania. Podrobne ich porovnávame v našom Technická príručka výberu 6061 oproti 6063 .
Typická konečná pevnosť v ťahu podľa zliatiny a temperovania
Typické hodnoty strednej triedy zostavené z verejných údajových listov zliatin
Take away
Pevnosť sleduje obsah legovania, zatiaľ čo extrudovateľnosť sleduje čistotu. 7075-T6 poskytuje zhruba trojnásobok pevnosti v ťahu ako 6063-T5, ale jeho obsah zinku a medi ho vylučuje pre tenké, zložité rebrá lisovnice s T-drážkou a jeho hustota 2,81 g/cm3 potichu vracia časť hmotnosti.
Prečo tepelne upraviteľné zliatiny radu 6 dominujú v priemyselnom vytláčaní
Rodina 6xxx dominuje priemyselnému vytláčaniu, pretože horčík a kremík vo forme Mg2Si precipituje, ktoré reagujú na tepelné spracovanie, takže zliatina získava skutočnú pevnosť, pričom zostáva dostatočne mäkká na to, aby pretlačila zložité matrice pri 450 až 500 stupňoch Celzia.
Kov zanechá matricu mäkký a to, čo sa stane v priebehu niekoľkých nasledujúcich hodín, určí konečné vlastnosti hliníkovej zliatiny. Pri temperovaní T5 sa profil ochladzuje v lise núteným vzduchom a potom sa starne, čím sa udržiava nízke skreslenie na dlhých, štíhlych rámových prvkoch. Pri temperovaní T6 je profil kalený vodou a umelo starnutý pri teplote približne 180 stupňov Celzia, čo zvyšuje pevnosť, ale tiež blokuje väčšie zvyškové napätie, čo je skutočným faktorom pri tenkých stenách.
6063-T5
- Nútené chladenie vzduchom na výstupe lisu
- Prirodzené alebo jednostupňové umelé starnutie
- Ťah asi 185 MPa, výťažnosť 145 MPa
- Nízke skreslenie, štandardná voľba pre profily T-drážok
6063-T6
- Vodné ochladenie, potom starnutie pri 180 stupňoch Celzia
- Ťah asi 240 MPa, výťažnosť 215 MPa
- Zhruba o 20 až 30 percent silnejší ako T5
- Uprednostňuje sa pre vysoko zaťažené rámy a opracované diely
To je dôvod, prečo štandardný rozsah priemyselné hliníkové extrúzne profily zo špecializovanej továrne je postavená takmer celá na 6063, pričom 6061 je vyhradená pre ťažké konštrukčné prvky a CNC obrábané plechy.
Temper nie je poznámka pod čiarou na objednávke. T5 a T6 vychádzajú z rovnakého predvalku a rovnakej matrice a samotná chladiaca dráha posúva medzu klzu až o 30 percent.
Prispôsobenie vlastností hliníkovej zliatiny hrúbke steny a triede zaťaženia
Po zafixovaní zliatiny a temperovania sa hrúbka steny a veľkosť série stanú praktickými pákami na ladenie nosnosti, tuhosti a nákladov.
Dva profily 4040 s rovnakými vonkajšími rozmermi sa môžu líšiť o viac ako 60 percent v hrúbke steny, od 2,0 mm ekonomickej steny po 3,2 mm vysokopevnostnú stenu. Priehyb je riadený momentom zotrvačnosti prierezu, takže hrubšia stena pri rovnakom zaťažení výrazne dlhšie drží vyrovnanie.
HS-8-4040F Ekonomický hliníkový profil 4040 s drážkou v tvare T s 2,0 mm stenou S prierezom 40 x 40 mm, stenou 2,0 mm a štrbinou 8,2 mm je tento ekonomický profil vhodný pre budovy, ktoré sú citlivé na náklady. Kontrastuje s variantmi 4040 s hrubšou stenou, o ktorých sa hovorilo v okolí, a ponúka cenovo výhodnú možnosť pre ľahké rámy. Zobraziť produkt → 
HS-8-4040D vysokopevnostný profil 4040 s 3,2 mm zhrubnutou stenou Tento 3,2 mm stenový profil 4040 váži 1,88 kg/m a odoláva deformácii pri veľkom zaťažení, čo priamo ilustruje vyššie opísanú výhodu hrubšej steny. Jeho dizajn bez dier umožňuje flexibilné vŕtanie pre vlastné rámy pre veľké zaťaženie. Zobraziť produkt → Šírka štrbiny je tiež dôležitá: 10,2 mm široká štrbina obsahuje ťažšie t-matice a skrutky ako 6 mm štrbina, a preto profily série 45 a 50 ukotvujú väčšinu veľkorozponových a mimoriadne náročných konštrukcií. Na druhom konci stupnice laboratóriá a ľahké kryty uprednostňujú hmotnosť a čistú manipuláciu pred surovou kapacitou, kde si svoje miesto získavajú tenkostenné varianty 3030.
HS-8-3030QL Ľahký profil 3030 T-drážok pre laboratórne konštrukcie S hmotnosťou iba 0,58 kg/m pri stene 1,4 mm sa tento profil s rozmermi 30 x 30 mm hodí pre ľahké laboratórne a skriňové aplikácie uvedené v okolí, kde na úspore hmotnosti a čistej manipulácii záleží viac ako na maximálnej nosnosti. Zobraziť produkt → 60 %
Hrúbka steny medzi ekonomickými a vysoko pevnými verziami rovnakého vonkajšieho profilu 4040 a najrýchlejší spôsob, ako pridať rezervu zaťaženia bez zmeny série.
- Pred otvorením katalógu definujte zaťaženie, rozsah a prevádzkové prostredie.
- Predvolená hodnota je 6063-T5 pre štandardné rámovanie; pri zvýšení zaťaženia alebo požiadaviek na obrábanie prejdite na T6 alebo 6061-T6.
- Vyberte si rad podľa šírky drážky a triedy zaťaženia, a nie podľa samotnej vonkajšej veľkosti.
- Vyberte si najľahšiu hrúbku steny v tejto sérii, ktorá stále spĺňa váš cieľ vychýlenia.
- Súčasne s profilom uveďte eloxovaný strieborný alebo čierny, pretože neskoré rozhodnutia o povrchovej úprave sú častou príčinou prepracovania.
Často kladené otázky o vlastnostiach hliníkových zliatin
Aké sú hlavné vlastnosti hliníkových zliatin?
Hlavnými vlastnosťami sú nízka hustota pri približne 2,70 g/cm3, pevnosť v ťahu medzi zhruba 90 a 570 MPa v závislosti od série a temperovania, silná odolnosť proti korózii zo samoopraviteľného oxidového filmu, vysoká tepelná a elektrická vodivosť a vynikajúca extrudovateľnosť a opracovateľnosť.
Ktorá hliníková zliatina je najlepšia pre priemyselné profily s T-drážkou?
6063 v tvrdosti T5 alebo T6 je predvolená v priemysle, pretože sa vytláča čisto do tenkých, presných štrbín a rovnomerne eloxuje. 6061-T6 je vylepšená voľba pre rámy s vysokým zaťažením a diely, ktoré vyžadujú rozsiahle CNC obrábanie.
Aký je rozdiel medzi 6063-T5 a 6063-T6?
Oba začínajú ako rovnaké vytláčanie. T5 je chladený vzduchom v lise a starne, pričom dosahuje pevnosť v ťahu asi 185 MPa, zatiaľ čo T6 je kalený vodou a umelo starne, pričom dosahuje asi 240 MPa. Kompromisom je mierne vyššie riziko skreslenia s T6 na tenkých rezoch.
Mení eloxovanie mechanické vlastnosti hliníka?
Nie. Eloxovanie premieňa povrch na 5 až 25 mikrometrovú vrstvu oxidu, ktorá zlepšuje odolnosť proti korózii a tvrdosť povrchu, ale nemení objemovú pevnosť profilu.
Zrátané a podčiarknuté
Špecifikácia pomocou čísel funguje: hustota 2,70 g/cm3, pásmo výťažnosti 145 až 270 MPa v rade 6xxx a anodický film s hrúbkou 5 až 25 mikrometrov pokrývajú väčšinu rozhodnutí o priemyselnom rámovaní.
