Jak klasyfikowane są stopy aluminium
Czterocyfrowy-system stopów do obróbki plastycznej grupuje metale według ich głównego pierwiastka stopowego: 1xxx to zasadniczo czyste aluminium, 2xxx to żelazo-, 3xxx to mangan-, 5xxx to magnez-, 6xxx to połączenie magnezu i krzemu, a 7xxx to cynk-z magnezem i miedzią. Drugie rozróżnienie ma równie duże znaczenie w praktyce: stopy 2xxx, 6xxx i 7xxx można-obrabiać cieplnie, podczas gdy gatunki 1xxx, 3xxx i 5xxx zyskują wytrzymałość jedynie poprzez hartowanie przez zgniot.
Dlatego wybór gatunku zaczyna się od dwóch pytań: która właściwość dominuje w projekcie i czy część można-poddawać obróbce cieplnej po uformowaniu?
6061 kontra 7075: wytrzymałość, spawalność i przypadki użycia
| Nieruchomość | 6061-T6 | 7075-T6 |
|---|---|---|
| Główne pierwiastki stopowe | Mg i Si | Zn, Mg i Cu |
| Typowa wytrzymałość na rozciąganie | 310 MPa | 572 MPa |
| Typowa granica plastyczności | 276 MPa (minimum 240 MPa) | 503 MPa |
| Spawalność | Doskonały | Słaby; utrata wytrzymałości w strefie spawania |
| Odporność na korozję | Dobre, łącznie z ekspozycją na morze | Umiarkowany; chronione przez okładzinę lub powłokę |
| Typowe zastosowania | Ramy konstrukcyjne, wsporniki, okucia morskie, ramy rowerowe | Dźwigary skrzydeł samolotów, mocno obciążone okucia, elementy wyczynowe |
6061 to stop konstrukcyjny ogólnego{{1}zastosowania: spawalny, odporny na korozję i dostępny w szerokiej gamie wytłoczek i płyt. 7075 osiąga poziom wytrzymałości zbliżony do niektórych stali, ale traci spawalność i odporność na korozję, dlatego jest zarezerwowany dla części, których droga obciążenia uzasadnia dodatkowe koszty i wymagania dotyczące wykończenia.
Czytanie oznaczeń temperamentu
| Oznaczenie | Oznaczający | Efekt |
|---|---|---|
| O | Wyżarzone | Najbardziej miękki, najbardziej formowalny stan |
| H1x | Tylko utwardzane przez odkształcenie | Siła rośnie wraz ze stopniem temperamentu, od H12 do H18 |
| H2x | Utwardzane przez zgniot, a następnie częściowo wyżarzane | Nieco bardziej plastyczny przy tym samym poziomie wytrzymałości |
| H3x | Odkształcenie utwardzone, a następnie ustabilizowane | Standard dla arkusza 5xxx, np.. 5052-H32 |
| T4 | Obrobione cieplnie w kąpieli i naturalnie starzone | Umiarkowana wytrzymałość, dobra odkształcalność po starzeniu |
| T6 | Obrobione cieplnie w kąpieli i sztucznie starzone | Szczytowa wytrzymałość dla klas 6xxx i 7xxx |
Szczelina, którą tworzy odpuszczanie, jest duża. Wyżarzony gatunek 1100 zapewnia granicę plastyczności około 35 MPa, podczas gdy 6061-T6 osiąga około 276 MPa. W przypadku danego przekroju wybór temperamentu często zmienia nośność w większym stopniu niż zmiana stopu.
Dlaczego 5052 to standardowy wybór dla usług morskich
5052 zawiera około 2,5% magnezu, który tworzy stabilną ochronną warstwę tlenku w warunkach-zasolonych i stale wilgotnych. Gatunek ten zachowuje użyteczną plastyczność w niskiej temperaturze, jest bardziej odporny na osadzanie się zanieczyszczeń biologicznych niż stal niemalowana oraz jest łatwy w spawaniu i formowaniu. Typowymi zastosowaniami są kadłuby łodzi, konstrukcje doków, elementy pontonów i chodniki na morzu; odporność zmęczeniowa w pracy na mokro jest znacznie lepsza niż w przypadku wielu stopów o wyższej-wytrzymałości.
1100 Aluminium w sprzęcie chemicznym i spożywczym
1100 to ponad 99% czystego aluminium. Jest bardziej miękki niż jakikolwiek stop na liście, ale ma doskonałą odporność na szeroką gamę kwasów i związków organicznych i zasadniczo nie-reaguje z kwasem octowym, kwasem azotowym i alkoholami. To połączenie obsługuje zbiorniki do przechowywania środków chemicznych, rurociągi farmaceutyczne i linie przetwarzania żywności, gdzie należy unikać skażenia. Jego wysoka przewodność cieplna jest kolejną zaletą w przypadku płyt wymienników ciepła i zbiorników z płaszczem.
Właściwości termiczne i fizyczne w porównaniu ze stalą
| Nieruchomość | Stopy aluminium | Stal węglowa |
|---|---|---|
| Przewodność cieplna | 138–222 W/m·K (5052–1100) | Około 50 W/m·K |
| Rozszerzalność cieplna | 23.6 µm/m·K | Około 12 µm/m·K |
| Zakres topnienia | 582–660 stopni w zależności od gatunku | Około 1370–1538 stopni |
| Gęstość | 2,7 g/cm3 | 7,85 g/cm3 |
| Moduł sprężystości | Około 70 GPa | Około 200 GPa |
Aluminium przewodzi ciepło mniej więcej trzy do czterech razy szybciej niż stal i rozszerza się około dwukrotnie bardziej przy tym samym wzroście temperatury, więc długie odcinki wymagają złącz kompensacyjnych i połączeń przesuwnych. Niższa temperatura topnienia znacznie ułatwia odlewanie i wytłaczanie niż w przypadku stali, ale ogranicza-obsługę w wysokich temperaturach, chyba że zostanie wybrany odpowiedni stop i temperatura projektowa.
Wybór stopu: ścieżka praktyczna
Woda morska, mgła solna lub praca na mokro: wybierz 5052 lub 5083 zamiast-stopu poddawanego obróbce cieplnej
Spawane ramy konstrukcyjne: 6061-T6 z wypełniaczem 4043 lub 5356 lub 5052, gdzie nie jest dostępna obróbka cieplna
Maksymalna wytrzymałość złącza obrobionego maszynowo: 7075-T6, z powłoką zabezpieczającą przed korozją
Kontakt chemiczny, farmaceutyczny lub spożywczy: 1100 dla czystej odporności chemicznej, 5052 tam, gdzie wymagana jest większa wytrzymałość
Głębokie formowanie lub silne zginanie: wyżarzany stan O, następnie starzony lub zaakceptowany niższą wytrzymałość uformowanej części
Często zadawane pytania
P: Co jest silniejsze, 6061 czy 7075?
7075-T6 jest mniej więcej dwukrotnie wytrzymalszy pod względem plastyczności, około 503 MPa w porównaniu z 276 MPa w przypadku 6061-T6. Kompromisem jest słaba spawalność i słabsza odporność na korozję, dlatego 7075 jest zwykle używany do części obrabianych lub nitowanych, a nie do konstrukcji spawanych.
P: Co oznacza T6 na certyfikacie materiałowym?
Rejestruje obróbkę cieplną przesycającą, po której następuje sztuczne starzenie do uzyskania maksymalnej wytrzymałości. Części 6061-T6 nie można ponownie formować po starzeniu bez utraty właściwości, dlatego formowanie należy zakończyć przed końcową obróbką cieplną.
P: Dlaczego w łodziach stosuje się 5052 zamiast mocniejszego stopu?
Usługi morskie znacznie bardziej karzą korozję i zmęczenie, niż nagradzają maksymalną wytrzymałość na rozciąganie. 5052, zachowują ochronną warstwę tlenku, pozostają plastyczne w niskiej temperaturze i spawają bez utraty integralności złącza.
P: Czy 1100 nadaje się do urządzeń ciśnieniowych?
1100 jest stosowany w przetwórstwie chemicznym i spożywczym ze względu na jego czystość i odporność na korozję, ale jego niska wytrzymałość ogranicza wartości ciśnienia. W przypadku, gdy o grubości ścianki decyduje ciśnienie wewnętrzne, a nie zgodność chemiczna, wybierane są gatunki o wyższej-wytrzymałości.
P: O ile bardziej aluminium rozszerza się niż stal?
Około dwa razy więcej, w przybliżeniu 23,6 w porównaniu z 12 µm/m·K. Przy tej samej zmianie temperatury dziesięciometrowy odcinek aluminiowy przesunie się o kilka milimetrów więcej niż odcinek stalowy, dlatego też zaprojektowano złącza dylatacyjne.
P: Czy stop-poddający się obróbce cieplnej można spawać, zachowując jednocześnie swoją wytrzymałość?
Nie w pełni. Spawanie-starzeje-strefę wpływu ciepła i zmniejsza lokalną wytrzymałość nawet o około połowę w przypadku gatunków 6xxx i 7xxx. Projekt albo akceptuje strefę zmiękczoną, albo przenosi spoinę do obszaru o niższym-naprężeniu.
