6063-T5 față de 6061-T6 din aluminiu: Rezistență și deviere

extruziuni din aluminiu 6063-T5 vs. 6061-T6: Care se potrivește cadrelor dumneavoastră?

Două cadre pentru echipamente pot părea aproape identice, dar într-un desen este specificat 6063-T5, iar în celălalt 6061-T6. Aliajul mai rezistent pare, la prima vedere, opțiunea mai sigură. Totuși, va reduce el devierea unei grinzi lungi sub încărcare? Va face cadru finit mai precis?

6061-T6 oferă o rezistență superioară. 6063-T5 este adesea o alegere potrivită pentru profile extrudate complexe și pentru suprafețele vizibile ale cadrelor. Când o grindă lungă se deformează sub încărcare, secțiunea transversală și deschiderea acesteia merită, de obicei, analizate înaintea indicativului aliajului.

Separarea cerințelor legate de rezistență, rigiditate și fabricație simplifică foarte mult alegerea.

Începeți cu aliajul și starea termică

6063 și 6061 sunt ambele aliaje de aluminiu din seria 6xxx, având magneziul și siliciul ca elemente principale de aliere. Numerele identifică aliajele, iar T5 și T6 identifică stările termice.[1][2]

T5 înseamnă că materialul este răcit dintr-un proces de deformare la temperatură ridicată, apoi este îmbătrânit artificial. T6 înseamnă că este supus tratamentului termic în soluție, urmat de îmbătrânire artificială. Compararea aliajului 6063-T5 cu 6061-T6 modifică, așadar, atât compoziția aliajului, cât și starea de revenire. Este înșelător să se atribuie toate diferențele exclusiv numărului aliajului sau să se descrie stările T5 și T6 simplu ca „răcire în aer” și „răcire în apă”. [1][2][3]

Cu cât este mai rezistent 6061-T6?

Pentru o referință comparabilă, tabelul de mai jos folosește datele de extrudare nord-americane ale companiei Hydro pentru o grosime de secțiune de 2 mm . Acestea sunt exemplele publicate cu valori minime pentru starea specificată. [1][2]

Proprietate	6063-T5	6061-T6
Rezistența la rupere, Rm	≥150 MPa	≥260 MPa
limita de curgere la 0,2 %, Rp0,2	≥110 MPa	≥240 MPa
Alungirea la rupere	≥8%	≥8%

Aceste valori provin din fișele tehnice ale producătorului citat. Ele nu reprezintă rezultate ale testelor pe loturi, valori tipice sau limite universale de acceptare conform unui standard național chinez. Valorile de alungire folosesc convenția lungimii de referință specificată în datele sursă: 2 inch sau de patru ori diametrul epruvetei. Specificați standardul aplicabil și dimensiunile produsului în comandă.

Rezistența la tracțiune maximă descrie tensiunea maximă de întindere atinsă în timpul unui test de tracțiune. Rezistența la curgere la 0,2 % este mai utilă atunci când problema este deformarea permanentă sub sarcină.

În raport cu aceste valori minime, aliajul 6061-T6 are aproximativ de 1,73 ori rezistența la tracțiune și de 2,18 ori rezistența la curgere a aliajului 6063-T5. Aceasta poate avea importanță atunci când spațiul limitează dimensiunea secțiunii și rezistența materialului este cerința determinantă.

Acesta face nu nu înseamnă că un cadru integral din 6061-T6 suportă de 1,73 sau de 2,18 ori mai multă sarcină. Îmbinările, sarcinile locale din jurul crestăturilor, flambajul și săgeata pot fi factorii determinanți ai asamblării în primul rând.

O rezistență mai mare nu implică neapărat o săgeată mai mică

Rezistența și rigiditatea răspund unor întrebări diferite. Modul de Elasticitate influențează cât de mult se încovoaie un element în timp ce rămâne în domeniul elastic. Manualul pentru profilele din aluminiu indică un modul de elasticitate de aproximativ 69 GPa pentru ambele aliaje 6061 și 6063.[3]

În condiții identice de secțiune transversală, deschidere, încărcare și rezemare, o grindă din 6061-T6 și una din 6063-T5 au, prin urmare, o săgeată elastică calculată aproape identică.

Să considerăm o grindă simplu rezemată cu o deschidere de 1 000 mm și o încărcare de 500 N aplicată în centrul ei. Fie momentul de inerție al secțiunii I = 100 000 mm⁴ și modulul de elasticitate E = 69 000 MPa. Neglijând greutatea proprie, deformarea datorită forței tăietoare și deplasarea la noduri, formula grinzii cu săgeți mici oferă:[4]

Săgeata centrală = FL³/(48EI) ≈ 1,51 mm.

Schimbare	Săgeata centrală calculată
Secțiunea inițială în 6063-T5	Aproximativ 1,51 mm
Aceeași secțiune în 6061-T6	Aproximativ 1,51 mm
Dublați I, păstrând E neschimbat	Aproximativ 0,75 mm

Aici, I reprezintă rezistența secțiunii la încovoiere. O înălțime mai mare a secțiunii în direcția încovoierii sau o distribuție mai bună a pereților și a cavităților interne poate crește valoarea lui I. Reducerea deschiderii neîntărite reduce, de asemenea, săgeata.

Dacă o suprafață de lucru se îndoaie sau dacă un dispozitiv de inspecție se deplasează prea mult sub sarcină, verificați mai întâi secțiunea, deschiderea și rigiditatea îmbinărilor. Dacă un element rămâne îndoit după îndepărtarea sarcinii, verificați nivelul de tensiune și dacă este necesar un material cu rezistență superioară. Acest exemplu simplificat ilustrează relația; nu constituie o evaluare a capacității de încărcare pentru niciun profil anume.

Unde este potrivit 6063-T5

Extruziunile pentru cadre industriale combină adesea mai multe canale, pereți relativ subțiri și cavități interne. Aliajul 6063 se extrudează ușor în astfel de forme și poate oferi o finișare superficială bună. Aceste calități explică utilizarea sa în cadre expuse, precum și în profile arhitectonice sau decorative.[1][3]

6063 este, de asemenea, frecvent preferat atunci când aspectul anodizat decorativ are importanță. 6061 poate fi, de asemenea, anodizat, inclusiv prin anodizare dură, dar obținerea unui aspect uniform poate necesita o atenție mai mare acordată materialului și procesului. Fișa tehnică Hydro pentru 6061 recomandă utilizarea aliajului 6063 atunci când aspectul decorativ este deosebit de important.[1][2]

Pentru o protecție mecanică expusă, cu fante complexe, 6063-T5 reprezintă o alegere rezonabilă dacă proiectul îndeplinește deja cerințele de rezistență și deformație. Un număr mai mare de rezistență, în sine, nu constituie un motiv pentru schimbarea aliajului.

Unde 6061-T6 merită o analiză mai atentă

Pentru conectoare sau piese mecanice care suportă sarcini și necesită frezare, găurire sau filetare semnificative, 6061-T6 oferă o combinație atrăgătoare de rezistență și prelucrabilitate. Totuși, prelucrabilitatea, ca atare, nu garantează obținerea unei piese finite mai precise. Fixarea, sculele, evacuarea așchiilor și tensiunile reziduale influențează, de asemenea, dimensiunile și deformarea.[2][5]

6063-T5 poate fi, de asemenea, tăiat, găurit și filetat pentru fabricarea obișnuită a structurilor.

Îmbinările prin sudură necesită o verificare separată. Ambele aliaje pot fi sudate cu procedee adecvate, dar sudarea prin topire a aluminiului tratat termic poate împiedica zona afectată termic. Evaluați o structură sudată folosind proprietățile îmbinării sudate, nu presupunând că valorile T5 sau T6 ale materialului de bază rămân valabile în această zonă.[6]

O listă practică de verificare pentru alegerea materialului

Mese de lucru, carcase pentru echipamente și dispozitive de protecție: Verificați sarcinile reale, secțiunea, deschiderea și conexiunile. Dacă atât rezistența, cât și săgeata sunt acceptabile, evaluați mai întâi 6063-T5, în special acolo unde compatibilitatea cu crestăturile și finisajul vizibil sunt importante.

Piese portante cu spațiu limitat: Când dimensiunea secțiunii admise este limitată și calculul arată că rezistența materialului este insuficientă, evaluați 6061-T6. Verificați, de asemenea, îmbinările și stabilitatea locală.

Grinzi transversale lungi și dispozitive de inspecție: Calculați săgeata. Comparați un moment de inerție mai mare, o deschidere mai scurtă sau un reazem suplimentar. Trecerea exclusiv la aliajul 6061-T6 nu va oferi același avantaj.

Specificați pe desen întreaga compoziție a aliajului și starea de tratament termic, de exemplu 6061-T6 , și asigurați-vă că certificatele de material corespund lotului livrat. Calibrele verifică dimensiunile; aspectul indică calitatea suprafeței. Niciuna dintre aceste metode nu stabilește compoziția aliajului sau starea de tratament termic. Identificarea materialului necesită dovezi privind compoziția chimică și proprietățile mecanice relevante.

Întrebarea utilă este care factor limitează proiectul: rezistența la deformarea permanentă, controlul săgeții elastice sau potrivirea pentru extrudare, prelucrare mecanică și finisare. Odată ce acest lucru este clar, puteți decide dacă să alocați bugetul pentru un alt aliaj, o secțiune superioară sau o altă configurație a structurii.