6063-T5 έναντι 6061-T6 αλουμινίου: Αντοχή και παραμόρφωση

6063-T5 έναντι 6061-T6 αλουμινίου με εξώθηση: Ποιο ταιριάζει στο πλαίσιό σας;

Δύο πλαίσια εξοπλισμού μπορούν να φαίνονται σχεδόν ταυτόσημα, ωστόσο στο ένα σχέδιο αναφέρεται το 6063-T5 και στο άλλο το 6061-T6. Το ισχυρότερο κράμα μπορεί να φαίνεται ως η ασφαλέστερη επιλογή. Αλλά θα μειώσει την παραμόρφωση μιας μακράς διαμήκους δοκού; Θα καταστήσει το τελικό πλαίσιο πιο ακριβές;

το 6061-T6 προσφέρει υψηλότερη αντοχή. Το 6063-T5 είναι συχνά κατάλληλο για περίπλοκα προφίλ με εξώθηση και ορατές επιφάνειες πλαισίων. Όταν μια μακρά δοκός παραμορφώνεται υπό φόρτιση, η διατομή και το άνοιγμά της συνήθως αξίζουν προσοχή πριν από την ονομασία του κράματος.

Η διάκριση μεταξύ αντοχής, δυσκαμψίας και απαιτήσεων κατασκευής καθιστά την επιλογή πολύ πιο εύκολη.

Ξεκινήστε με το κράμα και την κατεργασία

τα 6063 και 6061 είναι και τα δύο κράματα αλουμινίου της σειράς 6xxx, με το μαγνήσιο και το πυρίτιο ως κύρια στοιχεία κραμάτωσης. Οι αριθμοί προσδιορίζουν τα κράματα· τα T5 και T6 προσδιορίζουν τις αντίστοιχες κατεργασίες.[1][2]

Το T5 σημαίνει ότι το υλικό ψύχεται από διαδικασία κατασκευής σε υψηλή θερμοκρασία και στη συνέχεια υφίσταται τεχνητή ηλικία. Το T6 σημαίνει ότι υφίσταται θερμική επεξεργασία λύσης και στη συνέχεια τεχνητή ηλικία. Η σύγκριση του 6063-T5 με το 6061-T6 επομένως αλλάζει τόσο το κράμα όσο και την κατεργασία. Είναι παραπλανητικό να αποδίδονται όλες οι διαφορές αποκλειστικά στον αριθμό του κράματος ή να περιγράφονται τα T5 και T6 απλώς ως «ψυγμένα στον αέρα» και «ψυγμένα με νερό».[1][2][3]

Πόσο πιο ανθεκτικό είναι το 6061-T6;

Για μια αντίστοιχη αναφορά, ο παρακάτω πίνακας χρησιμοποιεί δεδομένα εξώθησης της Hydro για τη Βόρεια Αμερική για ένα πάχος τομής 2 mm . Αυτά είναι τα δημοσιευμένα ελάχιστα τιμητικά παραδείγματα για την αναφερόμενη κατάσταση.[1][2]

Περιουσία	6063-T5	6061-T6
Οριακή εφελκυστική αντοχή, Rm	≥150 MPa	≥260 MPa
αντοχή σε απόδειξη 0,2 %, Rp0,2	≥110 MPa	≥240 MPa
Εκτατικότητα μετά τη σύντριψη	≥8%	≥8%

Αυτές οι τιμές προέρχονται από τα φύλλα δεδομένων του αναφερόμενου παραγωγού. Δεν αποτελούν αποτελέσματα δοκιμών παρτίδας, τυπικές τιμές ή καθολικά όρια αποδοχής σύμφωνα με κινεζικό εθνικό πρότυπο. Οι τιμές επιμήκυνσης χρησιμοποιούν τη σύμβαση μήκους μέτρησης που αναφέρεται στα πηγαία δεδομένα: 2 ίντσες ή τετραπλάσια τη διάμετρο του δείγματος. Καθορίστε το εφαρμόσιμο πρότυπο και τις διαστάσεις του προϊόντος στην παραγγελία αγοράς.

Η τελική εφελκυστική αντοχή περιγράφει τη μέγιστη εφελκυστική τάση που επιτυγχάνεται κατά τη διάρκεια ενός εφελκυστικού δοκιμίου. Η αντοχή σε απόδειξη 0,2 % είναι πιο χρήσιμη όταν το ζήτημα είναι η μόνιμη παραμόρφωση υπό φόρτιση.

Σε αυτά τα ελάχιστα στοιχεία, ο κράμα 6061-T6 έχει περίπου 1,73 φορές την εφελκυστική αντοχή και 2,18 φορές την αντοχή σε απόδειξη του 6063-T5. Αυτό μπορεί να έχει σημασία όταν οι διαστάσεις της διατομής περιορίζονται από το διαθέσιμο χώρο και η αντοχή του υλικού αποτελεί το καθοριστικό κριτήριο.

Το κάνει όχι δεν σημαίνει ότι ένα πλήρες πλαίσιο 6061-T6 μπορεί να μεταφέρει 1,73 ή 2,18 φορές μεγαλύτερο φορτίο. Τα συνδετικά σημεία, οι τοπικές φορτίσεις γύρω από τις εγκοπές, η λυγισμός και η παραμόρφωση μπορεί να είναι τα πρώτα κριτήρια που καθορίζουν την αντοχή της συναρμολόγησης.

Μεγαλύτερη αντοχή δεν σημαίνει απαραιτήτως μικρότερη παραμόρφωση

Η αντοχή και η δυσκαμψία απαντούν σε διαφορετικά ερωτήματα. Αραιοστιγμιαίος Μόδουλος επηρεάζει το πόσο θα καμφθεί ένα στοιχείο ενώ παραμένει εντός του ελαστικού πεδίου. Το Εγχειρίδιο Εξώθησης Αλουμινίου αναφέρει μέτρο ελαστικότητας περίπου 69 GPa για τα 6061 και 6063.[3]

Με την ίδια διατομή, άνοιγμα, φόρτιση και συνθήκες στήριξης, μια δοκός 6061-T6 και μια δοκός 6063-T5 έχουν επομένως σχεδόν την ίδια υπολογιζόμενη ελαστική παραμόρφωση.

Θεωρήστε μια απλά στηριζόμενη δοκό με άνοιγμα 1.000 mm και φόρτιση 500 N στο κέντρο της. Έστω ότι η δεύτερη ροπή επιφάνειας είναι I = 100.000 mm⁴ και το μέτρο ελαστικότητας E = 69.000 MPa. Αγνοώντας το ίδιο το βάρος, την παραμόρφωση διάτμησης και την κίνηση στους κόμβους, ο τύπος μικρής παραμόρφωσης δοκού δίνει:[4]

Παραμόρφωση στο κέντρο = FL³/(48EI) ≈ 1,51 mm.

Αλλαγή	Υπολογιζόμενη παραμόρφωση στο κέντρο
Αρχική διατομή σε 6063-T5	Περίπου 1,51 mm
Το ίδιο τμήμα σε 6061-T6	Περίπου 1,51 mm
Διπλασιάστε το I ενώ διατηρείτε αμετάβλητο το E	Περίπου 0,75 mm

Εδώ, το I αντιπροσωπεύει την αντίσταση της διατομής στην κάμψη. Μια ψηλότερη διατομή κατά την κατεύθυνση της κάμψης ή μια καλύτερη κατανομή των τοιχωμάτων και των εσωτερικών κοιλοτήτων της μπορεί να αυξήσει το I. Η μείωση του μήκους του αστηρίζομενου τμήματος μειώνει επίσης την παραμόρφωση.

Εάν μια επιφάνεια εργασίας κάμπτεται ή ένα εξάρτημα ελέγχου μετακινείται υπερβολικά υπό φόρτιση, ελέγξτε πρώτα τη διατομή, το άνοιγμα και τη σκληρότητα των συνδέσεων. Εάν ένα στοιχείο παραμένει καμπύλο μετά την αφαίρεση της φόρτισης, ελέγξτε το επίπεδο τάσης και αν χρειάζεται υλικό υψηλότερης αντοχής. Αυτό το απλοποιημένο παράδειγμα δείχνει τη σχέση· δεν αποτελεί βαθμολόγηση φόρτισης για καμία συγκεκριμένη διατομή.

Όπου έχει νόημα ο 6063-T5

Οι εξωτερικές διατομές για βιομηχανικούς σκελετούς συχνά συνδυάζουν πολλές εγκοπές, σχετικά λεπτά τοιχώματα και εσωτερικές κοιλότητες. Ο 6063 εξωθείται καλά σε τέτοια σχήματα και μπορεί να παρέχει καλή επιφανειακή επεξεργασία. Αυτές οι ιδιότητες βοηθούν να εξηγηθεί η χρήση του σε εκτεθειμένους σκελετούς και αρχιτεκτονικά ή διακοσμητικά προφίλ.[1][3]

ο κράματος 6063 χρησιμοποιείται επίσης συχνά όταν έχει σημασία η διακοσμητική εμφάνιση μετά την ανοδίωση. Ο κράματος 6061 μπορεί επίσης να ανοδιωθεί, συμπεριλαμβανομένης της σκληρής ανοδίωσης, αλλά η επίτευξη ομοιόμορφης εμφάνισης μπορεί να απαιτεί πιο προσεκτική προσοχή στο υλικό και στη διαδικασία. Το φύλλο δεδομένων της Hydro για τον κράματος 6061 κατευθύνει τους αναγνώστες προς τον κράματος 6063 όταν η διακοσμητική εμφάνιση είναι ιδιαίτερα σημαντική.[1][2]

Για ένα εκτεθειμένο προστατευτικό πλαίσιο μηχανήματος με πολύπλοκες εγκοπές, ο κράματος 6063-T5 αποτελεί λογική επιλογή, εφόσον η σχεδιαστική λύση ικανοποιεί ήδη τις απαιτήσεις για αντοχή και παραμόρφωση. Ένας υψηλότερος αριθμός αντοχής από μόνος του δεν αποτελεί λόγο αλλαγής του κράματος.

Περιοχές όπου ο κράματος 6061-T6 αξίζει πιο προσεκτικής εξέτασης

Για συνδετήρες ή μηχανικά εξαρτήματα που δέχονται φορτία και απαιτούν εκτεταμένη κατεργασία με φρέζα, τρύπημα ή ενσφήνωση, ο κράματος 6061-T6 προσφέρει ελκυστικό συνδυασμό αντοχής και κατεργασιμότητας. Ωστόσο, η κατεργασιμότητα μόνη της δεν εγγυάται πιο ακριβή τελικό εξάρτημα. Η στερέωση, τα εργαλεία, η απομάκρυνση των σωματιδίων κοπής και οι υπολειπόμενες τάσεις επηρεάζουν επίσης τις διαστάσεις και την παραμόρφωση.[2][5]

το 6063-T5 μπορεί επίσης να κοπεί, να τρυπηθεί και να εξοπλιστεί με σπείρωμα για τη συνηθισμένη κατασκευή πλαισίων.

Οι συγκολλήσεις απαιτούν ξεχωριστό έλεγχο. Και οι δύο κράματα μπορούν να συγκολληθούν με κατάλληλες διαδικασίες, αλλά η συγκόλληση τήξης αλουμινίου που υφίσταται θερμική κατεργασία μπορεί να μαλακύνει τη ζώνη επηρεαζόμενη από τη θερμότητα. Αξιολογήστε μια συγκολλημένη κατασκευή βάσει των ιδιοτήτων της συγκολλημένης σύνδεσης, αντί να υποθέτετε ότι οι τιμές T5 ή T6 του βασικού μετάλλου ισχύουν ακόμα εκεί.[6]

Ένας Πρακτικός Κατάλογος Επιλογής

Εργαστηριακές επιφάνειες, περιβλήματα εξοπλισμού και προστατευτικά καλύμματα: Ελέγξτε τα πραγματικά φορτία, τη διατομή, το άνοιγμα και τις συνδέσεις. Εάν και η αντοχή και η παραμόρφωση είναι αποδεκτές, αξιολογήστε πρώτα το 6063-T5, ιδιαίτερα όταν η συμβατότητα με εγκοπές και η ορατή επιφάνεια έχουν σημασία.

Εξαρτήματα φέροντος οργανισμού με περιορισμένο διαθέσιμο χώρο: Όταν το επιτρεπόμενο μέγεθος διατομής είναι περιορισμένο και οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η αντοχή του υλικού είναι ανεπαρκής, αξιολογήστε το 6061-T6. Ελέγξτε επίσης τις συνδέσεις και την τοπική σταθερότητα.

Μακριές δοκοί διασταυρούμενης φόρτισης και διατάξεις ελέγχου: Υπολογίστε την εκτροπή. Συγκρίνετε μια υψηλότερη δεύτερη ροπή επιφάνειας, μια μικρότερη απόσταση μεταξύ στηρίξεων ή μια επιπλέον στήριξη. Η απλή αντικατάσταση με κράμα 6061-T6 μόνο δεν παρέχει το ίδιο πλεονέκτημα.

Καθορίστε στο σχέδιο το πλήρες κράμα και τον βαθμό σκληρότητας, όπως 6061-T6 , και βεβαιωθείτε ότι τα πιστοποιητικά υλικού αντιστοιχούν στην παραδοθείσα παρτίδα. Τα μικρόμετρα επαληθεύουν τις διαστάσεις· η εμφάνιση δείχνει την κατάσταση της επιφάνειας. Κανένα από τα δύο δεν επιβεβαιώνει το κράμα ή τον βαθμό σκληρότητας. Για την αναγνώριση του υλικού απαιτούνται στοιχεία για τη χημική σύσταση και τις μηχανικές ιδιότητες.

Το χρήσιμο ερώτημα είναι τι περιορίζει το έργο: η αντίσταση σε μόνιμη παραμόρφωση, ο έλεγχος της ελαστικής εκτροπής ή η καταλληλότητα για εξτρούζιον, κατεργασία και τελική επεξεργασία. Μόλις αυτό καθοριστεί, μπορείτε να αποφασίσετε εάν θα δαπανήσετε τον προϋπολογισμό σας για διαφορετικό κράμα, καλύτερο προφίλ ή διαφορετική διάταξη πλαισίου.