آیا شما در حال طراحی مؤلفه ای هستید که استحکام بسیار مهم است و نمی دانید کدام آلیاژ آلومینیوم بهترین سختی را ارائه می دهد؟ این یک سوال مهم برای مهندسان است.

هنگام جستجوی حداکثر سختی در آلیاژهای آلومینیوم ، در درجه اول باید روی مدول کشش (مدول یانگ) تمرکز کنید ، زیرا این خاصیت ذاتی تقریباً در تمام آلیاژهای آلومینیومی یکسان است. بنابراین ، برای دستیابی به حداکثر سختی در یک مؤلفه ، مؤثرترین استراتژی بهینه سازی هندسه و ضخامت طراحی است ، زیرا انتخاب مواد به تنهایی تفاوت های ناچیز در سختی آلومینیوم را ارائه می دهد.

در تجربه من در Forging SWA ، مشتری ها اغلب در مورد آلومینیوم "سفت ترین " سؤال می کنند. من همیشه توضیح می دهم که راز سفتی در آلومینیوم در یافتن آلیاژ جادویی نیست بلکه در طراحی هوشمند است.

سفت ترین آلیاژ آلومینیوم چیست؟

آیا به دنبال آلیاژ آلومینیومی هستید که از نظر سفتی بالاتر از بقیه باشد؟ جواب ممکن است شما را شگفت زده کند.

سفت ترین آلیاژ آلومینیوم ، برای اهداف عملی ، تقریباً تمام آلیاژهای آلومینیومی است. مدول خاصیت ارتجاعی (مدول جوان) ، که سفتی ذاتی یک ماده را تعریف می کند ، فقط در بین آلیاژهای مختلف آلومینیوم متفاوت است ، به طور معمول از 69 تا 79 GPA (10 تا 11.5 MPSI). بنابراین ، انتخاب یک آلیاژ خاص برای سختی برتر ، مزیت حداقل دارد. ملاحظات طراحی مانند هندسه بخش بسیار تأثیرگذار است.

وقتی مشتری از من سؤال می کند که آلیاژ آلومینیوم سفت ترین است ، من توضیح می دهم که هیچ آلیاژ آلومینیومی "فوق العاده سفت" وجود ندارد به همان روشی که یک "فوق العاده قوی" وجود دارد.

درک سختی در آلیاژهای آلومینیوم

مفهوم سفتی ، هنگام بحث در مورد مواد ، اغلب با قدرت یا سختی اشتباه گرفته می شود. بیایید روشن کنیم

· سفتی (مدول خاصیت ارتجاعی/مدول جوان): این یک خاصیت اساسی مادی است که مقاومت یک ماده را در برابر تغییر شکل الاستیک تحت بار اندازه گیری می کند. این توصیف می کند که هنگام اعمال نیرو ، یک ماده چقدر کشیده یا خم می شود و پس از برداشتن نیرو ، چقدر به شکل اصلی خود باز می گردد. مدول بالاتر به معنای سفتی بیشتر است.

· قدرت (قدرت عملکرد ، مقاومت کششی): این یک ماده در برابر مقاومت در برابر استرس بدون تغییر شکل دائمی (قدرت عملکرد) یا شکستگی (مقاومت کششی) است.

· سختی: این مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک موضعی (به عنوان مثال ، تورفتگی یا خراش) است.

نکته مهم این است که تمام آلیاژهای آلومینیوم دارای مدول های بسیار مشابه کشش هستند. در حالی که قدرت و سختی می تواند بین آلیاژها متفاوت باشد (به عنوان مثال ، سری 2000 قوی است ، 5000 سری برای خوردگی مناسب هستند ، 7000 سری بسیار قوی هستند) ، سختی آنها تقریباً ثابت است.

همانطور که مشاهده می کنید ، تفاوت در مدول بین "سفت ترین " (سری 7xxx) و "حداقل سفت " (سری 1xxx) فقط در حدود 10-15 ٪ است. این یک تفاوت ناچیز هنگام تلاش برای افزایش سفتی در یک مؤلفه است.

بنابراین ، برای حداکثر سفتی ، تمرکز همیشه باید روی آن باشد هندسه طراحی.

· ضخامت را افزایش دهید: یک بخش ضخیم تر سخت تر خواهد بود.

· افزایش ارتفاع/عمق بخش (برای تیرها): برای یک پرتو ، سفتی با مکعب ارتفاع آن افزایش می یابد (I-Beam ، بخش جعبه). به همین دلیل است که از پرتوهای I استفاده می شود که سفتی بسیار مهم است.

· از مهاربندی/دنده ها استفاده کنید: اضافه کردن دنده ها یا فلنج ها به یک صفحه صاف یا بخش نازک ، سفتی آن را به طور قابل توجهی افزایش می دهد بدون اینکه وزن زیادی اضافه شود.

من یک بار با یک مشتری هوافضا کار کردم که یک براکت ساختاری طراحی کرده است. آنها در ابتدا آلومینیومی 7075 با استحکام بالا را مشخص کردند و فکر می کردند که سخت تر خواهد بود. من توضیح دادم که در حالی که 7075 قوی تر است ، تفاوت سختی از 6061 ناچیز خواهد بود. ما در نهایت با 6061-T6 برای هزینه و قابلیت جوشکاری رفتیم ، اما این براکت را مجدداً طراحی کردیم تا یک مقطع کانال C را شامل شود ، که به طرز چشمگیری سفتی آن را به مراتب بیشتر از هر تغییر آلیاژ افزایش داد.

آیا 5052 یا 6061 برای خم شدن بهتر است؟

آیا به دنبال خم شدن آلومینیوم هستید و تعجب می کنید که کدام یک از آلیاژهای مشترک ، 5052 یا 6061 ، بدون ترک خوردن عملکرد بهتری خواهد داشت؟ این یک سوال مکرر در ساخت است.

برای کاربردهای خمشی ، 5052 آلیاژ آلومینیوم به طور کلی بهتر از 6061 است. 5052 یک آلیاژ غیر قابل درمان با انعطاف پذیری و قابلیت تشکیل بالاتر است و اجازه می دهد بدون ترک خوردگی به شعاع محکم تر خم شود. 6061 ، به ویژه در خلق و خوی T6 ، آلیاژ قابل تصفیه و با مقاومت بالاتر است که کمتر انعطاف پذیر و مستعد ترک خوردگی در هنگام خم شدن است ، به خصوص در زاویه های تیز.

هنگامی که مشتریان در مورد تشکیل عملیات بحث می کنند ، من همیشه آنها را به سمت آلیاژهای معروف به انعطاف پذیری آنها راهنمایی می کنم ، و 5052 برای شکل گیری آن اغلب در صدر این لیست قرار دارد.

نقش انعطاف پذیری در خم شدن

خم شدن شامل تغییر شکل پلاستیک است ، به این معنی که مواد به طور دائم شکل می گیرند. این امر به انعطاف پذیری خوبی نیاز دارد ، که توانایی یک ماده در تغییر شکل تحت استرس کششی بدون شکستگی است.

·

5052 آلومینیوم:

·

o نوع آلیاژ: 5052 بخشی از سری 5xxx است ، به این معنی که در درجه اول با منیزیم آلیاژ می شود. این یک است غیر قابل درمان آلیاژ قدرت آن از طریق سخت شدن کار (کار سرماخوردگی) حاصل می شود.

o انعطاف پذیری: 5052 دارای انعطاف پذیری و شکل گیری عالی است ، به خصوص در وسوسه های نرم تر مانند H32 یا H34. این امر آن را برای برنامه های کاربردی که نیاز به خم های شدید ، نقاشی عمیق یا عملیات پیچیده تشکیل دهنده دارند ، ایده آل می کند. محتوای بالاتر منیزیم آن ضمن حفظ انعطاف پذیری ، به خصوصیات سخت کار خود کمک می کند.

o برنامه ها: معمولاً برای کاربردهای دریایی ، رگهای فشار ، مخازن سوخت و ورق فلزی که در آن به شکل گیری مناسب و مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز است ، استفاده می شود.

·

6061 آلومینیوم:

·

o نوع آلیاژ: 6061 بخشی از سری 6xxx است که با منیزیم و سیلیکون آلیاژ شده است. این یک است قابل درمان با گرما آلیاژ استحکام بالای آن از طریق عملیات حرارتی محلول و پیری مصنوعی (دمای T6) حاصل می شود.

o انعطاف پذیری: در خلق و خوی T6 خود ، 6061 به طور قابل توجهی قوی تر است اما از 5052 انعطاف پذیر تر است. فرآیند سخت شدن بارش که به آن قدرت می بخشد ، آن را شکننده تر می کند ، به خصوص هنگام تلاش برای ایجاد خم های تیز. در حالی که 6061-T6 می تواند خم شود ، برای جلوگیری از ترک خوردگی به شعاع خم بیشتری نیاز دارد. در صورت نیاز به خم های محکم تر ، 6061 در دمای T4 خود (گرمای محلول تحت درمان با آن اما به طور طبیعی پیر) یا آنیل شده (O خلق و خوی) شکل گیری بهتری را ارائه می دهد ، اما با مقاومت کمتری.

o برنامه ها: به طور گسترده ای برای اجزای ساختاری ، فریم ها ، قطعات هوافضا و ساخت کلی که در آن ترکیبی از استحکام خوب ، جوشکاری و مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز است ، استفاده می شود.

من یک مشتری را به یاد می آورم که سعی کرد یک براکت پیچیده خودرو را از 6061-T6 خم کند. آنها همچنان در خطوط خم تجربه ترک خوردگی را تجربه می کردند. پس از بحث در مورد آن ، فهمیدیم که 5052-H32 انتخاب بسیار بهتری برای آن عملیات شکل گیری خاص است. آنها سپس قسمت 5052 را به یک عضو ساختاری 6061 جوش دادند. این در مورد استفاده از مواد مناسب برای کار مناسب است ، حتی اگر به معنای ترکیب آلیاژها باشد.

بهترین آلیاژ آلومینیوم برای خم چیست؟

آیا به دنبال بهترین آلیاژ آلومینیوم مطلق برای برنامه هایی هستید که نیاز به خمش گسترده یا تشکیل دارند؟ انتخاب ایده آل به الزامات خاص شکل گیری بستگی دارد.

بهترین آلیاژ آلومینیوم برای خم شدن برای بیشتر برنامه های شکل گیری عمومی ، آلیاژ 5052 ، به ویژه در وسوسه های نرم تر مانند H32 یا H34 ، به دلیل انعطاف پذیری و شکل گیری عالی است. برای شکل گیری بسیار شدید ، به خصوص نقاشی عمیق ، آلیاژهای نرم تر مانند 3003 یا حتی 1100 آلومینیوم خالص اغلب ترجیح داده می شوند ، زیرا بالاترین سطح انعطاف پذیری را ارائه می دهند.

هنگامی که مشتری نیاز به ایجاد اشکال پیچیده دارد ، من به طور غریزی به آلیاژهای غیر قابل درمان فکر می کنم زیرا انعطاف پذیری ذاتی آنها باعث می شود این روند بسیار نرم تر شود.

انتخاب های برتر برای خم و تشکیل

آلیاژ "بهترین " برای خم شدن فقط مربوط به اجتناب از ترک نیست. این در مورد سهولت در شکل گیری ، توانایی نگه داشتن یک شکل و نحوه تعامل با سایر خصوصیات مورد نیاز است.

· آلیاژ 5052 (H32 ، H34 Tempers):

o چرا عالی است: تعادل عالی از قدرت خوب ، مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوب (به خصوص در محیط های دریایی) و شکل گیری برجسته را ارائه می دهد. بدون شکستگی می تواند به شعاع نسبتاً تنگ خم شود.

o موارد استفاده: به طور گسترده در کاربردهای دریایی ، مخازن سوخت ، ساخت ورق های عمومی و شاسی الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد.

· 3003 آلیاژ (H14 ، H18 Tempers):

o چرا عالی است: یک پله از قدرت از 5052 ، اما حتی انعطاف پذیر تر است. این یک آلیاژ عالی با هدف کلی برای برنامه های با قدرت متوسط ​​است که نیاز به شکل گیری خوب و قابلیت جوشکاری دارد.

o موارد استفاده: وسایل آشپزی ، تجهیزات شیمیایی ، کار و برگه های عمومی و مبدلهای حرارتی.

· 1100 آلیاژ (H14 ، H18 Tempers):

o چرا عالی است: این آلومینیوم خالص تجاری است. این بالاترین انعطاف پذیری را دارد و شکل آن ساده ترین است ، اما همچنین کمترین قدرت را نیز دارد.

o موارد استفاده: تجهیزات پردازش شیمیایی ، تر و تمیز تزئینی ، پلاک های نام و برنامه هایی که در آن شکل گیری شدید مورد نیاز است و استحکام یک نگرانی اصلی نیست.

· 6061 آلیاژ (درجه حرارت O یا T4):

o چرا عالی است: در حالی که 6061-T6 برای خم شدن ضعیف است ، 6061 در خلق و خوی آنیل (O) یا دمای T4 (گرمای محلول اما پیر شدن کاملاً پیر) انعطاف پذیری قابل توجهی را ارائه می دهد. پس از خم شدن ، اغلب می تواند با حرارت T6 تحت فشار قرار گیرد تا قدرت آن را به دست آورد.

o موارد استفاده: اجزای ساختاری که باید قبل از عملیات حرارتی نهایی یا برای برنامه هایی که نیازهای قدرت نهایی متوسط ​​است ، به شکل خم شوند.

من یک بار یک طرح برجسته معماری را دیدم که شامل منحنی های بسیار پیچیده و خم های مرکب بود. این سازنده با موفقیت از آلومینیوم 3003-H14 برای شکل گیری برتر خود استفاده کرد. این امکان را به آنها می داد تا بدون شکستگی استرس ، به دید زیبایی شناسی برسند ، حتی اگر ساختار نهایی در معرض بارهای زیاد قرار نگرفت.

سفتی آلومینیوم 6061 T6 چیست؟

آیا شما به طور خاص به ویژگی های سفتی آلومینیوم 6061-T6 ، یک آلیاژ بسیار رایج و همه کاره علاقه دارید؟ درک این ویژگی برای کاربرد آن مهم است.

سفتی آلومینیوم 6061-T6 ، همانطور که توسط مدول کشش آن (مدول جوان) اندازه گیری می شود ، تقریباً 69 GPa (10 MPSI) است. در حالی که 6061-T6 به دلیل مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب شناخته شده است ، سختی آن تقریباً به سایر آلیاژهای آلومینیومی شبیه است. بنابراین ، دستیابی به سختی مؤلفه بالاتر به جای انتخاب 6061-T6 بر روی آلیاژ آلومینیومی دیگر ، به بهینه سازی طراحی هندسی قسمت متکی است.

من اغلب این نکته را برای مهندسانی که ممکن است قدرت عالی 6061-T6 را با سفتی برتر اشتباه بگیرند ، روشن می کنم. آنها دارای خصوصیات مرتبط اما متمایز هستند.

سفتی در مقابل قدرت در 6061-t6

6061-T6 به دلیل ترکیب عالی از خواص ، آلیاژ آلومینیومی به طور گسترده ای است. با این حال ، سختی آن نقطه فروش منحصر به فرد آن نیست.

· مدول خاصیت ارتجاعی (سفتی): همانطور که گفته شد ، برای 6061-T6 ، این مقدار حدود 69 GPa یا 10 MPSI است. این بدان معنی است که برای یک مقطع معین ، یک پرتوی 6061-T6 تقریباً به همان مقدار زیر بار معین به عنوان پرتوی ساخته شده از 5052-H32 ، 3003-H14 یا حتی آلومینیوم خالص 1100 کاهش می یابد. تفاوت انحراف به دلیل انتخاب آلیاژ به تنهایی اغلب در اکثر برنامه های مهندسی ناچیز است.

· قدرت (عملکرد و مقاومت کششی): اینجاست که 6061-T6 در مقایسه با بسیاری از آلیاژهای آلومینیومی دیگر می درخشد. استحکام عملکرد معمولی آن در حدود 276 مگاپاسکال (40 KSI) است و استحکام کششی آن در حدود 310 مگاپاسکال (45 KSI) است. این مقاومت بالا به آن اجازه می دهد تا بدون تغییر شکل دائمی یا شکستگی ، بارهای قابل توجهی را تحمل کند. خلق و خوی "T6 " نشان می دهد که برای دستیابی به این حداکثر استحکام ، با حرارت و مصنوعی با سن مصنوعی پیری شده است.

· سایر خصوصیات: 6061-T6 همچنین دارای جوشکاری خوب ، مقاومت در برابر خوردگی خوب و ماشینکاری خوب است و آن را به یک انتخاب همه کاره برای طیف گسترده ای از برنامه ها ، از اجزای ساختاری در ساختمانها و پل ها گرفته تا قطعات دریایی و خودرو تبدیل می کند.

یک مشتری یک بار می خواست از 6061-T6 پرتوی پشتیبانی بسیار طولانی و باریک بسازد و آنها نگران سختی آن بودند. در حالی که 6061-T6 قوی است ، من توضیح دادم که سختی آن با سایر آلیاژهای آلومینیومی تفاوت چندانی نخواهد داشت. برای به دست آوردن سفتی مورد نیاز ، ما بدون توجه به آلیاژ خاص ، باید پرتو را بلندتر کنیم یا دنده های سفت را اضافه کنیم. آنها سپس یک پروفایل اکستروژن استاندارد را انتخاب کردند که حداکثر لحظه مقطعی بی تحرکی را به حداکثر می رساند ، و حتی با استاندارد 6061-T6 آن را بسیار سفت می کند.

پایان

برای حداکثر سفتی در آلومینیوم ، کلید در انتخاب آلیاژ خاص نیست ، زیرا مدول های خاصیت ارتجاعی آنها تقریباً یکسان است (حدود 69-79 GPA). درعوض ، روی بهینه سازی هندسه مؤلفه مانند افزایش ضخامت یا طراحی با دنده ها و کانال ها تمرکز کنید. برای خم شدن ، 5052 به دلیل انعطاف پذیری بالاتر از 6061-T6 برتر است و 3003 و 1100 حتی برای شکل گیری شدید نیز بهتر است. در حالی که 6061-T6 قدرت بسیار خوبی را ارائه می دهد ، سختی آن با سایر آلیاژهای آلومینیوم قابل مقایسه است.