Алюминий — самый распространенный металл в земной коре (8,2% по весу), однако он никогда не встречается в металлической форме: его приходится очищать из бокситовой руды. Инженерное значение начинается с плотности: 2,70 г/см3, около трети стали, в сочетании с самовосстанавливающимся оксидным слоем, который останавливает большую часть атмосферной коррозии еще до ее начала. Предел текучести варьируется от 90 МПа для отожженного чистого металла до более 570 МПа для термически обработанных сплавов 7ххх. Именно поэтому Свойства и применение алюминия определять материальные решения в сфере упаковки, транспорта, распределения электроэнергии и машиностроения.
Для промышленных покупателей эта фраза касается экструдированных профилей: балок с Т-образными пазами серии 6xxx, которые несут нагрузки, монтируют компоненты и создают рамы машин. В этой статье рассматриваются данные о свойствах, которые определяют выбор, как марка сплава влияет на характеристики и где эти свойства проявляются в реальных продуктах.
Семью свойствами, которые определяют большинство промышленных применений алюминия, являются плотность, предел текучести, модуль упругости, коррозионная стойкость, теплопроводность, электропроводность и коэффициент теплового расширения.
| Недвижимость | Типичное значение | Инженерное воздействие |
| Плотность | 2,60-2,82 г/см3 | на 65% легче стали; На 70% легче меди |
| Предел текучести | 90-500 МПа | Устанавливает пределы нагрузки на раму и размер секции. |
| Модуль упругости | 68-72 ГПа | Одна треть жесткости стали; используйте более толстые секции |
| Температура плавления | 580-660 °С | Ограничивает работу при высоких температурах |
| Теплопроводность | 120-235 Вт/мК | Радиаторы, корпуса светодиодов, пресс-формы |
| Электропроводность | 30-38 МС/м | 52-61% МАКО; номиналы шин и кабелей |
| КТР | 21-24 мкм/мК | Компенсаторы, необходимые на длинных пролетах |
Чистый алюминий мягок и пластичен; отожженные 1100 листов имеют выход примерно 35 МПа. Конструкционные сплавы меняют эту картину. Закалка 6061-Т6 достигает предела текучести 276 МПа при удлинении 8-10%, поэтому этот же сплав используется как для архитектурной облицовки, так и для корпусов тяжелых машин.
Серия сплавов является первой точкой принятия решения: 1xxx оптимизирует чистоту и проводимость, 5xxx оптимизирует стойкость к морской коррозии, а 6xxx оптимизирует баланс прочности, коррозионной стойкости и экструдируемости.
Деформируемые алюминиевые сплавы группируются в серии по основному легирующему элементу. Практический селектор выглядит так:
В семействе 6xxx пять сплавов покрывают практически все потребности в каркасе с Т-образными пазами:
6061-T6 используется по умолчанию для промышленных систем с Т-образными пазами, поскольку он обеспечивает чистоту обработки, хорошую сварку с присадкой 4043 или 5356, равномерное анодирование и обеспечивает предел текучести 276 МПа с небольшим преимуществом по сравнению с 6063. Там, где косметическое анодирование имеет наибольшее значение, 6063 или 6060 дают более гладкую поверхность; там, где на пути нагрузки преобладают сварные соединения, 6005A и 6082 более безопасны.
Экструзионная рама с Т-образным пазом преобразует механические свойства алюминия в реконфигурируемые конструкции, такие как основания машин, защитные кожухи, рабочие станции, конвейерные опоры и лабораторные столы, собранные с помощью стандартных креплений и без сварки.
Профиль с Т-образным пазом имеет каналы по всей длине, в которые можно установить Т-образные гайки, болты и крепеж для монтажа на панели. Система модульная: каждый профиль разрезается, сверлится и соединяется угловыми кронштейнами, косынками и регулируемыми ножками. Самым большим преимуществом является возможность реконфигурации: производственную ячейку можно разобрать и перестроить в новой геометрии с теми же балками.
Размеры серий варьируются от микропрофилей серии 15 до сверхпрочных балок серии 120. Три профиля покрывают большую часть потребностей машиностроения:
2020 Алюминиевый профиль с Т-образным пазом, 20x20 мм, паз 6 мм для легких рамок Этот компактный профиль 20-й серии сочетает в себе квадратное сечение 20 мм с пазом 6 мм и анодированный корпус из стали 6063-T5. Легкая конструкция делает его практичным выбором для корпусов, приборных панелей и небольших структурных узлов. Посмотреть продукт →
HS-8-3030A Высокопрочный профиль с Т-образным пазом 3030 и утолщенной стенкой 2,0 мм Этот алюминиевый профиль 6063-T5 с поперечным сечением 30 мм и стенкой 2,0 мм обеспечивает повышенную несущую способность и устойчивость. Его стандартный Т-образный паз поддерживает модульную сборку, что делает его пригодным для рам тяжелого оборудования, защитных ограждений и опор автоматизации. Посмотреть продукт →
HS-8-4040B Утолщенный профиль 4040 с Т-образным пазом и стенкой 2,5 мм для средних и тяжелых нагрузок Этот профиль с квадратным сечением 40 мм и толщиной стенок 2,5 мм обеспечивает высокую устойчивость к сжатию и долговечное анодированное покрытие. Он хорошо подходит для средних и тяжелых рам автоматизации, защитных ограждений и несущих конвейерных опор. Посмотреть продукт → Производители профилей, такие как Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd., которая управляет тремя производственными базами в Шанхае, Аньхое и Цзянсу, применили полный спектр Свойства и применение алюминия к дизайну профиля: утолщенные стенки для тяжелых нагрузок, широкие пазы для более крупного оборудования, двухцветное анодирование для косметических сборок и сверхпрочная геометрия для рам автоматизации, рассчитанных на высокие нагрузки.
Обработка поверхности превращает алюминий из материала каркаса из голого металла в компонент, который противостоит износу, электрически изолирует, контролирует цвет и соответствует требованиям к контакту с пищевыми продуктами или чистым помещениям.
Экструдированный алюминий имеет естественную оксидную пленку толщиной примерно 2-4 нм. Этой пленки достаточно для использования внутри помещений, но в промышленных условиях требуется специальный слой:
| Лечение | Толщина слоя | Ключевой эффект |
| Анодирование, Тип II | 5-25 мкм | Твердый оксид; красящие цвета; электрическая изоляция |
| Твердое анодирование, тип III | 25-150 мкм | Твердость поверхности 350-500 HV; износные пластины, направляющие |
| Порошковая покраска | 60-120 мкм | Полная цветовая гамма; ударопрочность; скрывает линии сварки |
| Электрофорез (ЭД) | 15-25 мкм | Однородный черный или серебристый; сильная адгезия; автомобильная отделка |
Пескоструйная обработка перед анодированием или нанесением покрытия удаляет линии экструзионной матрицы и создает однородную матовую текстуру, которая улучшает адгезию покрытия и скрывает изменения поверхности. Для наружных рам стандартным способом является порошковое покрытие с предварительной обработкой хроматом или цирконием, срок службы которого составляет 20 лет, документально подтвержденный на фасадах зданий.
6063 имеет более гладкую поверхность, как при анодировании, немного лучшую экструдируемость, но более низкий предел текучести (214 МПа против 276 МПа в T6). Сталь 6061 является лучшим выбором, когда важны прочность, обрабатываемость и свариваемость, что касается оснований машин, структурных рам и несущих кожухов. Для чисто архитектурной отделки и декоративных элементов 6063 выигрывает по качеству поверхности.
Профили собираются с помощью механических креплений, поэтому нет деформации сварного шва, нет зоны термического влияния и нет необходимости в правке после сварки. Типичную раму с Т-образными пазами серии 40 можно разобрать на отдельные балки примерно за 15 минут и снова собрать в другой компоновке. Сварная стальная рама требует резки и повторной сварки при любых изменениях.
Одиночный профиль 4040 с толщиной стенки 2,5 мм и пролетом один метр с точечной нагрузкой в середине пролета рассчитан в диапазоне 1,5–3 кН при типичных коэффициентах запаса прочности, в зависимости от точного момента сопротивления сечения и конечных условий. Для более высоких нагрузок стандартным путем подъема являются профили серий 45 и 60 с утолщенными стенками.
Да, с правильной отделкой. Анодированные профили 6063 или 6061 выдерживают десятилетия эксплуатации на открытом воздухе в архитектурных целях. В прибрежной или химически агрессивной атмосфере рекомендуемую защиту обеспечивают порошковое покрытие или слои твердого анодирования поверх 6061-T6; 6005A предпочтителен, когда сварные соединения открыты.