6063-T5 vs. 6061-T6 hliník: pevnost a průhyb

hliníkové tažené profily 6063-T5 vs. 6061-T6: Který je vhodný pro váš rám?

Dva konstrukční rámy mohou vypadat téměř identicky, avšak na jednom výkresu je uveden materiál 6063-T5 a na druhém 6061-T6. Silnější slitina se může zdát bezpečnější volbou. Ale sníží skutečně průhyb dlouhého příčného nosníku? Zlepší přesnost hotového rámu?

slitina 6061-T6 nabízí vyšší pevnost. Slitina 6063-T5 se často osvědčuje u složitých tažených profilů a viditelných povrchů rámu. Pokud se pod zatížením dlouhý nosník prohne, je třeba obvykle nejdříve posoudit jeho průřez a rozpětí, než jeho označení slitiny.

Oddělení požadavků na pevnost, tuhost a výrobní parametry výrazně zjednodušuje výběr.

Začněte s výběrem slitiny a tepelného zpracování

6063 i 6061 jsou slitiny hliníku řady 6xxx, jejichž hlavními legujícími prvky jsou hořčík a křemík. Čísla určují konkrétní slitiny; písmena T5 a T6 označují jejich tepelné zpracování.[1][2]

T5 znamená, že materiál byl ochlazen po tváření za zvýšené teploty a následně uměle stárnut. T6 znamená, že byl tepelně zpracován v roztoku a poté uměle stárnut. Porovnání slitiny 6063-T5 se slitinou 6061-T6 tedy mění jak samotnou slitinu, tak i tepelné zpracování. Je zavádějící připisovat všechny rozdíly výhradně číslu slitiny nebo popisovat tepelná zpracování T5 a T6 jednoduše jako „ochlazované na vzduchu“ a „ochlazované vodou“.[1][2][3]

O kolik je slitina 6061-T6 pevnější?

Pro srovnatelný referenční údaj níže uvedená tabulka využívá údajů o extruzích společnosti Hydro pro severoamerický trh pro tloušťku profilu 2 mm . Jedná se o publikované minimální hodnoty pro uvedený stav.[1][2]

Vlastnost	6063-T5	6061-T6
Mez pevnosti v tahu, Rm	≥150 MPa	≥260 MPa
mez kluzu (0,2 %), Rp0.2	≥110 MPa	≥240 MPa
Prodloužení po přetržení	≥8%	≥8%

Tyto hodnoty pocházejí z technických listů uvedeného výrobce. Nejedná se o výsledky zkoušek dávek, typické hodnoty ani univerzální limity přijatelnosti podle čínského národního standardu. Hodnoty prodloužení používají konvenci měřené délky uvedenou ve zdrojových údajích: 2 palce nebo čtyřnásobek průměru zkušebního tělíska. Ve výkupní objednávce uveďte příslušný standard a rozměry výrobku.

Mez pevnosti v tahu popisuje maximální tahové napětí dosažené během tahové zkoušky. Mez kluzu 0,2 % je užitečnější v případech, kdy je hlavním problémem trvalá deformace pod zatížením.

U těchto minimálních hodnot má slitina 6061-T6 přibližně 1,73násobek pevnosti v tahu a 2,18násobek meze kluzu slitiny 6063-T5. To může hrát roli, pokud je velikost průřezu omezena prostorem a rozhodujícím požadavkem je pevnost materiálu.

To dělá ne to neznamená, že celý rám ze slitiny 6061-T6 unese 1,73násobek nebo 2,18násobek zatížení. Na montáž nejprve mohou mít vliv spoje, místní zatížení v okolí drážek, vybočení a průhyb.

Vyšší pevnost neznamená nutně menší průhyb

Pevnost a tuhost odpovídají na různé otázky. Modul pružnosti ovlivňuje, o kolik se prvek ohne, zatímco zůstává v elastickém rozsahu. V příručce pro hliníkové profily je uveden modul pružnosti přibližně 69 GPa pro obě slitiny 6061 i 6063.[3]

Při stejném průřezu, rozpětí, zatížení a podmínkách uložení mají proto nosník ze slitiny 6061-T6 a nosník ze slitiny 6063-T5 téměř stejný vypočtený pružný průhyb.

Uvažujme jednoduše podepřený nosník s rozpětím 1 000 mm a zatížením 500 N uprostřed. Nechť je jeho kvadratický moment průřezu I = 100 000 mm⁴ a modul pružnosti E = 69 000 MPa. Pokud zanedbáme vlastní tíhu, smykovou deformaci a posuny v kloubech, dává vzorec pro malé průhyby:[4]

Průhyb uprostřed = FL³/(48EI) ≈ 1,51 mm.

Změna	Vypočtený průhyb uprostřed
Původní průřez ze slitiny 6063-T5	Přibližně 1,51 mm
Stejný profil v materiálu 6061-T6	Přibližně 1,51 mm
Dvojnásobný moment setrvačnosti I při zachování nezměněného modulu pružnosti E	Přibližně 0,75 mm

Zde I vyjadřuje odolnost průřezu vůči ohybu. Vyšší profil v ohýbaném směru nebo lepší rozložení jeho stěn a vnitřních dutin zvyšují hodnotu I. Zkrácení nepodporovaného rozpětí také snižuje průhyb.

Pokud se pracovní deska prohne nebo se kontrolní přípravek příliš posune pod zatížením, nejprve zkontrolujte profil, rozpětí a tuhost spojů. Pokud zůstane prvek po odstranění zatížení ohnutý, zkontrolujte úroveň napětí a zda není nutné použít materiál s vyšší pevností. Tento zjednodušený příklad ukazuje vztah mezi jednotlivými veličinami; nejde o deklarovanou nosnost žádného konkrétního profilu.

Tam, kde je vhodný materiál 6063-T5

Průmyslové rámové profily často kombinují více drážek, poměrně tenké stěny a vnitřní dutiny. Materiál 6063 se dobře tvaruje do takových tvarů a umožňuje dosáhnout kvalitního povrchového provedení. Tyto vlastnosti vysvětlují jeho použití u viditelných rámových konstrukcí a architektonických či dekorativních profilů.[1][3]

slitina 6063 se také často upřednostňuje, pokud je důležitý dekorativní anodizovaný vzhled. Slitina 6061 lze rovněž anodizovat, včetně tvrdé anodizace, avšak dosažení konzistentního vzhledu může vyžadovat podrobnější pozornost věnovanou materiálu a procesu. Technický list společnosti Hydro pro slitinu 6061 odkazuje čtenáře na slitinu 6063, pokud je dekorativní vzhled zvláště důležitý.[1][2]

Pro viditelnou ochrannou mřížku stroje se složitými štěrbinami je slitina 6063-T5 rozumnou volbou, pokud již návrh splňuje požadavky na pevnost a průhyb. Vyšší číselná hodnota pevnosti sama o sobě není důvodem ke změně slitiny.

Kde stojí za podrobnější zkoumání slitina 6061-T6

Pro nosné spojovací prvky nebo strojní součásti, které vyžadují rozsáhlé frézování, vrtání nebo závitování, nabízí slitina 6061-T6 přitažlivou kombinaci pevnosti a obráběnosti. Obráběnost sama o sobě však nezaručuje vyšší přesnost hotové součásti. Na rozměry a deformaci také významně působí uchycení obrobku, nástroje, odvod třísek a zbytkové napětí.[2][5]

slitinu 6063-T5 lze také řezat, vrtat a závitovat pro běžnou výrobu rámců.

Svařeniny vyžadují samostatnou kontrolu. Obě slitiny lze svařovat vhodnými postupy, avšak tavní svařování tepelně zušlechťovaného hliníku může změkčit tepelně ovlivněnou oblast. Svařenou konstrukci posuzujte na základě vlastností svařeného spoje, nikoli za předpokladu, že zde stále platí hodnoty T5 nebo T6 základního materiálu.[6]

Praktický kontrolní seznam pro výběr

Pracovní stoly, kryty zařízení a ochranné kryty: Zkontrolujte skutečné zatížení, průřez, rozpětí a spoje. Pokud jsou přijatelné jak pevnost, tak průhyb, nejprve posuďte slitinu 6063-T5, zejména tam, kde je důležitá kompatibilita se sloty a viditelný povrch.

Nosné části s omezeným prostorovým rozměrem: Je-li povolený rozměr průřezu omezen a výpočet ukazuje nedostatečnou pevnost materiálu, posuďte slitinu 6061-T6. Zkontrolujte také spoje a místní stabilitu.

Dlouhé příčníky a kontrolní přípravky: Vypočítejte průhyb. Porovnejte vyšší druhý moment plochy, kratší rozpětí nebo dodatečnou podporu. Samotná výměna za slitinu 6061-T6 nepřinese stejný přínos.

Uveďte na výkresu úplné označení slitiny a tepelného zpracování, například 6061-T6 , a ujistěte se, že certifikáty materiálu odpovídají dodané dávce. Posuvné měřítko ověřuje rozměry; vzhled poskytuje informace o povrchu. Ani jedna z těchto metod nepotvrzuje typ slitiny ani tepelné zpracování. Identifikace materiálu vyžaduje důkazy o chemickém složení a mechanických vlastnostech.

Užitečnou otázkou je, co projekt omezuje: odolnost proti trvalému deformování, kontrola pružného průhybu nebo vhodnost pro extruzi, obrábění a dokončovací úpravy. Jakmile je to jasné, můžete rozhodnout, zda svůj rozpočet vynaložíte na jinou slitinu, lepší profil nebo jiné uspořádání rámu.