6063-T5 vs 6061-T6 hliník: pevnosť a ohyb

hliníkové profilové výrobky 6063-T5 vs. 6061-T6: Ktorý sa hodí pre váš rám?

Dva rámové profilové systémy môžu vyzerať takmer identicky, avšak na jednom výkrese je uvedená zliatina 6063-T5 a na druhom 6061-T6. Silnejšia zliatina sa môže zdať bezpečnejšou voľbou. Ale spôsobí to, že sa dlhý priečny nosník menej deformuje? Urobí to hotový rám presnejším?

zliatina 6061-T6 ponúka vyššiu pevnosť. Zliatina 6063-T5 sa často osvedčuje pri zložitých vytlačovaných profiloch a viditeľných povrchoch rámov. Keď sa dlhý nosník pod zaťažením prehýba, zvyčajne je potrebné skôr zamerať sa na jeho prierez a rozpätie než na označenie zliatiny.

Oddelenie požiadaviek na pevnosť, tuhosť a výrobné požiadavky výrazne zjednoduší výber.

Začnite s výberom zliatiny a tepelnej úpravy

6063 a 6061 sú obe hliníkové zliatiny série 6xxx, ktorých hlavnými legujúcimi prvkami sú horčík a kremík. Čísla identifikujú konkrétne zliatiny; označenia T5 a T6 identifikujú ich tepelné úpravy.[1][2]

T5 znamená, že materiál je ochladený po tvárnení pri zvýšenej teplote a následne umelo starnutý. T6 znamená, že je podrobený kalenie v roztoku a následne umelo starnutý. Porovnanie zliatiny 6063-T5 so zliatinou 6061-T6 teda zahŕňa zmenu oboch – zliatiny aj tepelnej úpravy. Je mýlivedné pripisovať všetky rozdiely výlučne číslu zliatiny alebo popisovať tepelné úpravy T5 a T6 jednoducho ako „ochladenie vzduchom“ a „ochladenie vodou“.[1][2][3]

O koľko je zliatina 6061-T6 pevnejšia?

Pre porovnateľný referenčný prípad nižšie uvedená tabuľka používa údaje spoločnosti Hydro o extrúziách v Severnej Amerike pre hrúbku rezu 2 mm . Ide o publikované minimálne hodnoty pre daný stav.[1][2]

Nehnuteľnosť	6063-T5	6061-T6
Medza pevnosti v ťahu, Rm	≥ 150 MPa	≥ 260 MPa
medza klzu pri 0,2 % pomere deformácie, Rp0.2	≥ 110 MPa	≥240 MPa
Predĺženie po pretrhnutí	≥8%	≥8%

Tieto hodnoty pochádzajú z technických listov uvedeného výrobcu. Nejde o výsledky skúšok dávok, typické hodnoty ani univerzálne limity prijatia podľa čínskeho národného štandardu. Hodnoty predĺženia používajú konvenciu dĺžky meracej úsečky uvedenú v zdrojových údajoch: 2 palce alebo štvornásobok priemeru skúšobného vzorky. V objednávke uvádzajte príslušný štandard a rozmery výrobku.

Medza pevnosti v ťahu opisuje maximálne ťahové napätie dosiahnuté počas ťahovej skúšky. Dôkazná pevnosť pri 0,2 % je užitočnejšia v prípadoch, keď je záležitosťou trvalá deformácia pod zaťažením.

Pri týchto minimálnych hodnotách má zliatina 6061-T6 približne 1,73-násobnú pevnosť v ťahu a 2,18-násobnú dôkaznú pevnosť zliatiny 6063-T5. To môže mať význam, ak priestor obmedzuje veľkosť prierezu a pevnosť materiálu je rozhodujúcim faktorom.

Áno nie to neznamená, že úplný rám z liatiny 6061-T6 vydrží 1,73- alebo 2,18-násobne väčšie zaťaženie. Na celkovú nosnosť zostavy môžu mať väčší vplyv spoje, lokálne zaťaženia okolo otvorov, vybočenie a priehyb.

Vyššia pevnosť neznamená nutne menšiu deformáciu

Pevnosť a tuhosť odpovedajú na rôzne otázky. Pružný modulus ovplyvňuje, o koľko sa prvok ohne, kým zostáva v oblasti pružnej deformácie. V príručke pre hliníkové profilované výrobky je uvedený modul pružnosti približne 69 GPa pre obe zliatiny 6061 a 6063.[3]

Pri rovnakom priereze, rozpäti, zaťažení a podmienkach podpory majú preto nosník z materiálu 6061-T6 a nosník z materiálu 6063-T5 takmer rovnakú vypočítanú pružnú deformáciu.

Uvažujme jednoducho podopretý nosník s rozpätím 1 000 mm a zaťažením 500 N v jeho strede. Nech jeho druhý moment zotrvačnosti je I = 100 000 mm⁴ a modul pružnosti E = 69 000 MPa. Ak zanedbáme vlastnú hmotnosť, deformáciu posunom a pohyb v kĺboch, vzorec pre malé deformácie nosníka dáva:[4]

Stredná deformácia = FL³/(48EI) ≈ 1,51 mm.

Zmeniť	Vypočítaná stredná deformácia
Pôvodný profil z materiálu 6063-T5	Približne 1,51 mm
Rovnaký profil v zliatine 6061-T6	Približne 1,51 mm
Dvojnásobné I pri nezmenenej hodnote E	Približne 0,75 mm

Tu I predstavuje odolnosť prierezu voči ohybu. Vyšší profil v smere ohybu alebo lepšie rozmiestnenie jeho stien a vnútorných dutín môže zvýšiť hodnotu I. Zníženie nepodopretej rozpätia tiež zníži prehyb.

Ak sa pracovná doska prehýba alebo ak sa kontrolná prípravka príliš posunie pod zaťažením, najskôr skontrolujte profil, rozpätie a tuhosť spojov. Ak sa člen po odstránení zaťaženia stále nachádza v ohnutom stave, skontrolujte úroveň napätia a či nie je potrebný materiál s vyššou pevnosťou. Tento zjednodušený príklad ilustruje vzťahy; nejde o hodnotenie nosnosti pre konkrétny profil.

Tam, kde je vhodná zliatina 6063-T5

Priemyselné rámové profily často kombinujú viacero drážok, relatívne tenké steny a vnútorné dutiny. Zliatina 6063 sa do takýchto tvarov ľahko vytlačuje a zároveň umožňuje dosiahnuť dobrú povrchovú úpravu. Práve tieto vlastnosti vysvetľujú jej použitie v viditeľných rámoch a architektonických či dekoratívnych profiloch.[1][3]

zliatina 6063 sa tiež často uprednostňuje, ak je dôležitý dekoratívny anodizovaný vzhľad. Zliatinu 6061 je možné tiež anodizovať, vrátane tvrdej anodizácie, avšak dosiahnutie rovnorodného vzhľadu môže vyžadovať podrobnejšiu pozornosť venovanú materiálu a procesu. Technický list spoločnosti Hydro pre zliatinu 6061 odporúča pri zvýšenom dôraze na dekoratívny vzhľad použiť zliatinu 6063.[1][2]

Pre vonkajší ochranný kryt stroja s komplikovanými otvormi je zliatina 6063-T5 rozumnou voľbou, ak už návrh spĺňa požiadavky na pevnosť a priehyb. Samotné vyššie číslo pevnosti nie je dôvodom na zmenu zliatiny.

Kde si zliatina 6061-T6 zaslúži podrobnejší pohľad

Pre nosné spojky alebo strojové súčiastky, ktoré vyžadujú intenzívne frézovanie, vŕtanie alebo rezanie závitov, ponúka zliatina 6061-T6 výhodnú kombináciu pevnosti a obrábateľnosti. Avšak samotná obrábateľnosť nezaručuje presnejší hotový výrobok. Na presnosť rozmerov a deformáciu tiež vplývajú upevnenie obrobku, nástroje, odvádzanie triesok a reziduálne napätia.[2][5]

zliatina 6063-T5 sa tiež dá rezať, vŕtať a rezáť závit pre bežnú výrobu rámov.

Zvary vyžadujú samostatnú kontrolu. Obe zliatiny je možné zvárať vhodnými postupmi, avšak pri tavenom zváraní tepelne upraviteľného hliníka môže dôjsť k zmäknutiu zóny ovplyvnenej teplom. Pri posudzovaní zváraného konštrukčného prvku použite vlastnosti zváraného spoja namiesto predpokladu, že hodnoty pevnosti základného materiálu v stave T5 alebo T6 sa na tomto mieste stále uplatňujú.[6]

Praktická kontrolná lista pre výber

Pracovné stoly, ochranné kryty zariadení a ochranné clony: Skontrolujte skutočné zaťaženia, prierez, rozpätie a spojenia. Ak sú akceptovateľné aj pevnosť, aj priehyb, najskôr posúďte zliatinu 6063-T5, najmä v prípadoch, keď je dôležitá kompatibilita zásuviek a viditeľný povrchový úprava.

Nosné časti s obmedzeným priestorom: Ak je povolená veľkosť prierezu obmedzená a výpočet ukazuje nedostatočnú pevnosť materiálu, posúďte zliatinu 6061-T6. Skontrolujte tiež spojenia a miestnu stabilitu.

Dlhé priečne nosníky a kontrolné prípravky: Vypočítajte priehyb. Porovnajte vyšší druhý moment plochy, kratší rozpätie alebo dodatočnú podporu. Samotná výmena za zliatinu 6061-T6 neposkytne rovnaký účinok.

Uveďte na výkresoch úplné označenie zliatiny a tepelnej úpravy, napríklad 6061-T6 , a uistite sa, že certifikáty materiálu zodpovedajú dodanej dávke. Posuvné meradlá overujú rozmery; vzhľad poskytuje informácie o povrchu. Nič z toho nezisťuje zliatinu ani tepelnú úpravu. Identifikácia materiálu vyžaduje dôkazy o príslušnom chemickom zložení a mechanických vlastnostiach.

Užitočnou otázkou je, čo projekt obmedzuje: odolnosť voči trvalému deformovaniu, kontrola pružného priehybu alebo vhodnosť pre pretlačovanie, obrábanie a dokončovanie. Keď je to jasné, môžete sa rozhodnúť, či vynaložíte rozpočet na inú zliatinu, lepší profil alebo iné usporiadanie rámu.