Свойства алюминиевого сплава: ключевые данные для выбора профиля промышленного Т-образного паза

Пруток 6063-Т5, экструдированный при температуре около 480 градусов по Цельсию и охлажденный на неподвижном воздухе, достигает предела текучести около 145 МПа при весе всего 2,70 г/см3, что составляет около трети плотности стали. Эти два числа объясняют большинство решений в проектах промышленного каркаса, охватывающих машинные базы, ограждения, рабочие станции и конвейерные конструкции. Однако свойства алюминиевого сплава никогда не обозначаются одним числом в таблице данных. Они представляют собой набор компромиссов между прочностью, весом, коррозионной стойкостью, проводимостью и технологичностью, и неправильный баланс быстро проявляется в виде рамы, которая прогибается под нагрузкой, или поверхности, покрывающейся пятнами во влажной мастерской. В компании Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. разговоры о выборе профиля начинаются с этих свойств, поскольку сплав и отпуск, выбранные на этапе штампа, определяют все дальнейшее: параметры толщины стенки, класс нагрузки, качество отделки и конечную стоимость. В этом руководстве излагаются важные свойства, сравниваются распространенные семейства сплавов с реальными цифрами и превращаются эти цифры в практический контрольный список для заказа.

Что означают свойства алюминиевого сплава для покупателей промышленного профиля

Свойства алюминиевого сплава — это измеримые характеристики данного сплава, включая плотность, прочность, коррозионную стойкость, проводимость и обрабатываемость, которые определяют, выдержит ли он конкретное применение.

Чистый алюминий мягок и пластичен, идеально подходит для изготовления фольги и токопроводящих кабелей, но практически бесполезен для несущего каркаса. Легирование меняет это. Контролируемые добавки магния, кремния, меди, марганца или цинка в сочетании с правильной обработкой и термической обработкой повышают предел прочности при растяжении примерно с 90 МПа при технической чистоте 1100 до примерно 570 МПа в 7075-Т6, в то время как плотность остается близкой к 2,70 г/см3 почти во всем диапазоне.

• Плотность и соотношение прочности к весу. Большинство деформируемых сплавов имеют плотность от 2,68 до 2,81 г/см3, поэтому алюминиевая рама весит около трети эквивалентной стальной конструкции.
• Механическая прочность. Предел текучести составляет примерно 35 МПа для отожженной стали от 1100 до 500 МПа для 7075-Т6, а термообрабатываемые марки 6xxx охватывают диапазон от 145 до 270 МПа, необходимый для большинства каркасных проектов.
• Устойчивость к коррозии. Естественная оксидная пленка толщиной всего в несколько нанометров восстанавливается в течение нескольких минут после царапины, придавая алюминию особую долговечность при эксплуатации во влажной среде и на открытом воздухе.
• Тепловая и электропроводность. Типичные сплавы 6xxx передают около 200 Вт/мК тепла и содержат около 55 процентов IACS, чего достаточно для радиаторов, шин и закрытой электроники.
• Работоспособность. Справочники по металлам, такие как справочники ASM International, относят алюминий к числу самых простых конструкционных металлов для экструдирования, формовки и обработки, и именно поэтому сложные поперечные сечения с Т-образными пазами остаются экономичными.
• Реакция на обработку поверхности. В результате анодирования естественная пленка превращается в специальный слой толщиной от 5 до 25 микрометров, что повышает износостойкость, возможность выбора цвета и стабильность поверхности для заводских условий.

Сравнение свойств алюминиевого сплава: 6063, 6061 и 7075.

Для промышленного каркаса с Т-образными пазами практическое решение сводится к 6063 для стандартных профилей и 6061, когда используются более высокие нагрузки или тяжелая обработка с ЧПУ.

Четырехзначное обозначение обозначает основной легирующий элемент: 1xxx — коммерческая чистота, 2xxx — медь, 3xxx — марганец, 5xxx — магний, 6xxx — магний плюс кремний и 7xxx — цинк. Каждая семья предсказуемым образом меняет экструдируемость на прочность, а в таблице ниже собраны типичные значения комнатной температуры.

Когда проект находится между этими двумя «рабочими лошадками» 6-й серии, решающими факторами являются реакция на закалку при прессовании и объем обработки. Мы сравниваем их подробно в нашей Руководство по техническому выбору 6061 и 6063 .

Почему термообрабатываемые сплавы 6-й серии доминируют в промышленной экструзии

Семейство 6xxx доминирует в промышленной экструзии, поскольку магний и кремний образуют выделения Mg2Si, которые реагируют на термообработку, поэтому сплав приобретает настоящую прочность, оставаясь при этом достаточно мягким, чтобы проходить через сложные матрицы при температуре от 450 до 500 градусов Цельсия.

Металл оставляет матрицу мягкой, и то, что происходит в течение следующих нескольких часов, определяет окончательные свойства алюминиевого сплава. При закалке Т5 профиль охлаждается на прессе принудительным воздухом, а затем подвергается старению, что обеспечивает низкую деформацию длинных и тонких элементов каркаса. В состоянии Т6 профиль закален в воде и искусственно состарен при температуре примерно 180 градусов по Цельсию, что повышает прочность, но также фиксирует большее остаточное напряжение, что особенно важно при тонких стенках.

Именно поэтому стандартный ассортимент промышленные алюминиевые профили экструзии от специализированного завода почти полностью построен на 6063, причем 6061 зарезервирован для тяжелых элементов конструкции и пластин, обработанных на станках с ЧПУ.

Согласование свойств алюминиевого сплава с толщиной стенки и классом нагрузки

После того, как сплав и состояние зафиксированы, толщина стенки и размер серии становятся практическими рычагами для настройки грузоподъемности, жесткости и стоимости.

Два профиля 4040 с одинаковыми внешними размерами могут отличаться по толщине стенки более чем на 60 процентов: от экономичной стенки толщиной 2,0 мм до высокопрочной стенки толщиной 3,2 мм. Прогиб определяется моментом инерции поперечного сечения, поэтому более толстая стенка заметно дольше удерживает выравнивание при той же нагрузке.

HS-8-4040F Экономичный алюминиевый профиль 4040 с Т-образным пазом и стенкой 2,0 мм Этот экономичный профиль с поперечным сечением 40x40 мм, стенкой 2,0 мм и пазом 8,2 мм подходит для экономичных конструкций. Он контрастирует с вариантами 4040 с более толстыми стенками, обсуждаемыми выше, и предлагает экономичный вариант для легких рам. Просмотреть продукт →

HS-8-4040D Высокопрочный профиль 4040 с утолщенной стенкой 3,2 мм Этот профиль 4040 со стенкой 3,2 мм весит 1,88 кг/м и выдерживает прогиб при тяжелых нагрузках, что непосредственно иллюстрирует описанное выше преимущество более толстостенных профилей. Его конструкция без отверстий позволяет гибко сверлить специальные сверхпрочные рамы. Просмотреть продукт →

Ширина паза также имеет значение: в паз шириной 10,2 мм можно установить более тяжелые Т-образные гайки и болты, чем в паз шириной 6 мм, поэтому профили серий 45 и 50 закрепляют большинство конструкций с большими пролетами и сверхтяжелых условий эксплуатации. На другом конце шкалы лаборатории и легкие шкафы отдают предпочтение весу и чистоте обращения, а не общей мощности, и именно здесь тонкостенные варианты 3030 заслужили свое место.

HS-8-3030QL Легкий профиль 3030 с Т-образным пазом для лабораторных конструкций Этот профиль 30x30 мм с весом всего 0,58 кг/м и толщиной стенки 1,4 мм подходит для легких лабораторий и корпусов, упомянутых выше, где экономия веса и чистота в обращении имеют большее значение, чем максимальная грузоподъемность. Просмотреть продукт →

1. Прежде чем открывать каталог, определите нагрузку, интервал и рабочую среду.
2. По умолчанию 6063-T5 для стандартного кадрирования; переходите к T6 или 6061-T6, когда нагрузки или требования к обработке возрастают.
3. Выбирайте серию по ширине паза и классу нагрузки, а не только по внешнему размеру.
4. Выберите самую легкую толщину стенки в этой серии, которая по-прежнему соответствует вашему целевому отклонению.
5. Укажите анодированное серебро или черный цвет одновременно с профилем, поскольку поздние решения по отделке являются частой причиной переделок.

Часто задаваемые вопросы о свойствах алюминиевых сплавов