Alumínium tulajdonságai és felhasználása: Mérnöki útmutató az ötvözetek és extrudálásokhoz
Az alumínium a legnagyobb mennyiségben előforduló fém a földkéregben (8,2 tömegszázalék), de fémes formában soha nem található meg: bauxitércből kell finomítani. A mérnöki jelentősége a sűrűséggel kezdődik: 2,70 g/cm3, az acél körülbelül egyharmada, öngyógyuló oxidréteggel kombinálva, amely megakadályozza a legtöbb légköri korróziót, mielőtt az elkezdődik. A folyáshatár 90 MPa-tól lágyított tiszta fémeknél több mint 570 MPa hőkezelt 7xxx ötvözetek esetében. Ez a terjedés az oka alumínium tulajdonságai és felhasználása meghatározza az anyagi döntéseket a csomagolás, a szállítás, az elektromos elosztás és a gépgyártás területén.
Az ipari vásárlók számára a kifejezés az extrudált profilokon landol: 6xxx sorozatú T-hornyos gerendák, amelyek terheket hordoznak, alkatrészeket szerelnek fel és gépvázat építenek. Ez a cikk ismerteti a kiválasztást meghatározó tulajdonságadatokat, azt, hogy az ötvözet minősége hogyan változtatja meg a teljesítményt, és hol jelennek meg ezek a tulajdonságok a valódi termékekben.
Alumínium tulajdonságai és felhasználása: Az anyagválasztást meghatározó adatok
A legtöbb ipari alumínium alkalmazásnál a hét jellemző a sűrűség, a folyáshatár, a rugalmassági modulus, a korrózióállóság, a hővezető képesség, az elektromos vezetőképesség és a hőtágulási együttható.
2.70
g/cm3 sűrűség
276
MPa hozam, 6061-T6
102
kN m/kg fajlagos szilárdság
235
W/m.K max hővezető képesség
Főbb alumíniumtulajdonságok és hatásuk az alkatrészek tervezésére
Tulajdonság
Tipikus érték
Mérnöki hatás
Sűrűség
2,60-2,82 g/cm3
65%-kal könnyebb, mint az acél; 70%-kal könnyebb, mint a réz
Termőerő
90-500 MPa
Beállítja a keret terhelési határait és a szakasz méretét
Rugalmassági modulus
68-72 GPa
az acél merevségének egyharmada; vastagabb részeket használjon
Olvadáspont
580-660 °C
Korlátozza a magas hőmérsékletű szolgáltatást
Hővezetőképesség
120-235 W/m.K
Hűtőbordák, LED házak, szerszámok
Elektromos vezetőképesség
30-38 MS/m
52-61% IIER; gyűjtősínek és kábelek névleges értékei
CTE
21-24 um/m.K
Dilatációs hézagok szükségesek hosszú fesztávon
A tiszta alumínium puha és rugalmas; lágyított 1100 lap hozama nagyjából 35 MPa. A szerkezeti ötvözetek megváltoztatják ezt a képet. Egy 6061-T6 temper 8-10%-os nyúlás mellett eléri a 276 MPa folyáshatárt, ezért ugyanaz az ötvözet szolgálja az építészeti burkolatokat és a nehézgépvázakat is.
A mobil és energiaérzékeny szerkezeteknél a sűrűség a döntő tényező. Ha egy szénacél keretet 6061-T6 extrudálással azonos szakaszú modulusra cserélünk, a szerkezeti tömeg körülbelül 65%-a eltávolítható. Egy szállítószalag portál vagy egy robotcella esetében, amely minden ciklussal mozog, ez a megtakarítás közvetlenül kisebb motorokká és alacsonyabb tehetetlenséggé válik.
Fajlagos erősség egyenlő a folyáshatár osztva a sűrűséggel. A 6061-T6 alumínium esetében: 276 MPa / 2,70 g/cm3 körülbelül 102 kN m/kg. S355 szerkezeti acél esetén: 355 / 7,85 körülbelül 45 kN m/kg. Az alumínium 2,3-szoros győzelmet aratott a feszültségvezérelt kialakításban.
Hogyan változtatja meg a teljesítményt az ötvözet minősége
Az ötvözetsorozat az első döntési pont: az 1xxx optimalizálja a tisztaságot és a vezetőképességet, az 5xxx optimalizálja a tengeri korrózióállóságot, a 6xxx pedig az erő, a korrózióállóság és az extrudálhatóság egyensúlyát.
A kovácsolt alumíniumötvözeteket fő ötvözőelemük alapján sorozatokba sorolják. A praktikus választó így néz ki:
7xxx - cink és magnézium; 400-600 MPa; űrrepülés; nehezen extrudálható
A 6xxx sorozat az összes extrudált alumínium több mint 70%-át teszi ki világszerte. A magnézium és a szilícium öregedő csapadékot képez, amely közvetlenül az extrudálási vonalon reagál az oldatos hőkezelésre, így összetett üreges szakaszok jönnek létre állandó mechanikai tulajdonságokkal.
Az általános extrudálásos ötvözetek összehasonlítása
A 6xxx családon belül öt ötvözet szinte minden T-hornyos keretezési igényt kielégít:
A 6061-T6 az alapértelmezés az ipari T-hornyos rendszerekben, mert tisztán forgácsol, jól hegeszt 4043-as vagy 5356-os töltőanyaggal, egyenletesen eloxál, és 276 MPa hozamot ad le szerény prémiummal a 6063-hoz képest. Ahol a kozmetikai eloxálás a legfontosabb, ott a 6063 vagy 6060 simább felületet biztosít; ahol a hegesztett kötések uralják a terhelési utat, a 6005A és 6082 biztonságosabb.
Ipari alumínium tulajdonságai és felhasználása: sajtolás a gépgyártásban
A T-hornyos extrudált keretezés átalakítja az alumínium mechanikai tulajdonságait újrakonfigurálható szerkezetekké, például gépalapokká, biztonsági burkolatokká, munkaállomásokká, szállítószalag-tartókká és laboratóriumi padokká, amelyeket szabványos rögzítőelemekkel és hegesztés nélkül szerelnek össze.
A T-horonyprofil teljes hosszában futó csatornákkal rendelkezik, amelyek befogadják a T-anyákat, csavarokat és a panel-rögzítő hardvert. A rendszer moduláris: minden profilt vágnak, fúrnak, és sarokkonzolokkal, betétekkel és állítható lábakkal kapcsolják össze. A legnagyobb előny az újrakonfigurálhatóság: egy munkacella leszerelhető, és ugyanazokkal a gerendákkal új geometriában újraépíthető.
A sorozatméretek a 15-ös sorozatú mikroprofiloktól a 120-as sorozatú nagy teherbírású gerendákig terjednek. Három profil fedezi a gépgyártási igények túlnyomó részét:
2020 profil (20 x 20 mm, 6 mm-es rés) - kis automatika, érzékelő állványok, laboratóriumi keretek
3030 profil (30 x 30 mm, 8 mm-es rés) - fényvédő, ellenőrző készülékek, próbapadok
4040 profil (40 x 40 mm, 8 mm-es rés) - gépalapok, burkolatok, anyagmozgató keretek
A sérült gépváz 30 perces javítás, nem hétvégi projekt. T-hornyos extrudálás esetén csavarja ki a saroktartókat, csúsztassa ki a sérült gerendát, csúsztassa be a cserét, és húzza vissza a specifikációra. Az állásidő napokról percekre csökken, ami közvetlen karbantartási előny a hegesztett szerkezetekkel szemben.
A profilgyártók, mint például a Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd., amely három gyártóbázist üzemeltet Sanghajban, Anhuiban és Jiangsuban, a termékek teljes skáláját alkalmazták. alumínium tulajdonságai és felhasználása a profilkialakításhoz: vastagított falak nagy terhelésekhez, széles nyílások a nagyobb hardverekhez, kétszínű eloxálás a kozmetikai konstrukciókhoz, és rendkívül nehéz geometriák a nagy terhelésű automatizálási keretekhez.
Felületkezelés: Az élettartam rejtett változója
A felületkezelések az alumíniumot a csupaszfém keretanyagból olyan alkatrészré terjesztik ki, amely ellenáll a kopásnak, szigetel elektromosan, szabályozza a színt, és megfelel az élelmiszerekkel való érintkezés vagy a tisztatér követelményeinek.
Az extrudált alumínium nagyjából 2-4 nm vastag természetes oxidfilmet hordoz. Ez a fólia beltéri használatra elegendő, de az ipari környezet megköveteli a tervezett réteget:
Általános alumínium felületkezelések és az általuk hozzáadott rétegtulajdonságok
Teljes színválaszték; ütésállóság; elrejti a hegesztési vonalakat
Elektroforézis (ED)
15-25 um
Egységes fekete vagy ezüst; erős tapadás; autókárpit
A III típusú kemény eloxálás az alumíniumot csapágyfelületté alakítja. Az 50 um vastagságú kemény bevonat eléri a 350-500 HV-t, ami elég kemény a lineáris mozgású sínekhez, szállítószalag-vezetőkhöz és bütykös sínekhez, amelyek naponta több ezer ciklust futnak epedés nélkül.
Az eloxálás vagy bevonatolás előtti homokfúvás eltávolítja az extrudáló szerszámvonalakat, és egyenletes matt textúrát hoz létre, amely javítja a bevonat adhézióját és elrejti a felületi eltéréseket. A kültéri kereteknél a kromát vagy cirkónium előkezelést tartalmazó porfestés a szabványos út, 20 éves élettartammal az épületek homlokzatán.
Alumínium tulajdonságai és felhasználása: Gyakran Ismételt Kérdések
Mi a különbség a 6061 és 6063 alumínium keretek között?
A 6063 simább eloxált felületet és valamivel jobb extrudálhatóságot kínál, de alacsonyabb folyáshatárt (214 MPa vs 276 MPa a T6-ban). A 6061 a jobb választás, ha a szilárdság, a megmunkálhatóság és a hegeszthetőség számít, ami kiterjed a gépalapokra, szerkezeti keretekre és teherhordó burkolatokra. A tisztán építészeti díszítőelemek és dekoratív részek esetében a 6063 nyer a felület minőségén.
Miért részesítik előnyben az alumínium extrudálást a hegesztett acél helyett az újrakonfigurálható berendezéseknél?
Az extrudálásokat mechanikus rögzítőelemekkel szerelik össze, így nincs hegesztési torzulás, nincs hőhatású zóna, és nincs szükség hegesztés utáni egyengetésre. Egy tipikus 40-es sorozatú T-hornyos keret körülbelül 15 perc alatt egyedi gerendákra csupaszítható, és más elrendezésben újra összeszerelhető. A hegesztett acélkeret bármilyen változtatáshoz vágást és újrahegesztést igényel.
Mekkora súlyt bír el egy 4040-es alumínium profil?
Egyetlen, 2,5 mm falvastagságú, egy métert feszülő, középfesztávú pontterhelésű 4040-es profil tipikus biztonsági tényezők mellett 1,5-3 kN névleges tartományba esik, a pontos szelvény modulusától és végfeltételeitől függően. Nagyobb terhelés esetén a 45-ös és 60-as sorozatú, vastagított falú profilok a standard eszkalációs út.
Használhatók-e az alumínium extrudálások kültéren vagy korrozív környezetben?
Igen, megfelelő kivitelben. Az eloxált 6063 vagy 6061 profilok több évtizedes kültéri expozíciót is túlélnek az építészeti alkalmazásokban. Tengerparti vagy kémiailag agresszív légkörben a porbevonat vagy a 6061-T6 feletti kemény eloxált rétegek biztosítják az ajánlott védelmet; A 6005A előnyös, ha a hegesztett kötések szabadon vannak.
