Aantekeningen over materiaaltechniek, serie industriële frames
Een 6063-T5-staaf die bij ongeveer 480 graden Celsius wordt geëxtrudeerd en in stilstaande lucht wordt gekoeld, bereikt een vloeigrens van bijna 145 MPa terwijl hij slechts 2,70 g/cm3 weegt, ongeveer een derde van de dichtheid van staal. Deze twee cijfers verklaren de meeste beslissingen bij industriële frameprojecten die betrekking hebben op machinebases, bewaking, werkstations en transportbandconstructies. De eigenschappen van aluminiumlegeringen staan echter nooit in één getal op een gegevensblad. Het is een combinatie van compromissen tussen sterkte, gewicht, corrosieweerstand, geleidbaarheid en maakbaarheid, en de verkeerde balans komt snel naar voren in de vorm van een frame dat doorbuigt onder belasting of een oppervlak dat vlekt in een natte werkplaats. Bij Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. beginnen de gesprekken over profielselectie vanuit deze eigenschappen, omdat de legering en de temperatuur die in de matrijsfase worden gekozen, alles bepalen wat volgt: opties voor wanddikte, belastingsklasse, afwerkingskwaliteit en uiteindelijke kosten. Deze gids zet de eigenschappen uiteen die er toe doen, vergelijkt de gangbare legeringsfamilies met echte cijfers en zet deze cijfers om in een praktische bestelchecklist.
Wat de eigenschappen van aluminiumlegeringen betekenen voor kopers van industriële profielen
Eigenschappen van aluminiumlegeringen zijn de meetbare kenmerken van een bepaalde legering, waaronder dichtheid, sterkte, corrosieweerstand, geleidbaarheid en verwerkbaarheid, die bepalen of deze een specifieke toepassing zal overleven.
Zuiver aluminium is zacht en ductiel, ideaal voor folie- en geleiderkabels, maar vrijwel nutteloos voor een dragend frame. Legering verandert dat. Gecontroleerde toevoegingen van magnesium, silicium, koper, mangaan of zink, gecombineerd met de juiste bewerking en warmtebehandeling, verhogen de uiteindelijke treksterkte van ongeveer 90 MPa in commerciële zuiverheid 1100 tot ongeveer 570 MPa in 7075-T6, terwijl de dichtheid over vrijwel het hele bereik dicht bij 2,70 g/cm3 blijft.
Definitie. Een aluminiumlegering is aluminium gecombineerd met gecontroleerde toevoegingen van een of meer elementen, meestal magnesium, silicium, koper, mangaan of zink, om de sterkte, vervormbaarheid en corrosieweerstand te verbeteren die verder gaat dan wat puur aluminium oplevert.
- Dichtheid en sterkte-gewichtsverhouding. De meeste smeedlegeringen wegen tussen de 2,68 en 2,81 g/cm3. Daarom weegt een aluminium frame ongeveer een derde van de gelijkwaardige staalconstructie.
- Mechanische sterkte. De vloeisterkte bedraagt grofweg 35 MPa voor gegloeid 1100 tot 500 MPa voor 7075-T6, waarbij met warmte behandelbare 6xxx-kwaliteiten de bandbreedte van 145 tot 270 MPa dekken die de meeste frameprojecten nodig hebben.
- Corrosiebestendigheid. Een natuurlijke oxidefilm van slechts een paar nanometer dik wordt binnen enkele minuten na een kras opnieuw gevormd, waardoor aluminium zijn kenmerkende duurzaamheid krijgt in vochtige omstandigheden en buitengebruik.
- Thermische en elektrische geleidbaarheid. Typische 6xxx-legeringen dragen ongeveer 200 W/mK aan warmte over en dragen ongeveer 55 procent IACS, genoeg voor koellichamen, stroomrails en ingesloten elektronica.
- Werkbaarheid. Metaalhandboeken zoals die van ASM International beschouwen aluminium als een van de gemakkelijkste technische metalen om te extruderen, vormen en bewerken, en dat is precies de reden waarom ingewikkelde T-sleufdoorsneden economisch blijven.
- Reactie op oppervlaktebehandeling. Bij anodiseren groeit de natuurlijke film uit tot een technische laag van 5 tot 25 micrometer, waardoor slijtvastheid, kleuropties en een stabiel oppervlak voor fabrieksomgevingen worden toegevoegd.
2,70 g/cm3
Typische dichtheid van 6xxx-profielen
570 MPa
Piektreksterkte, 7075-T6
55%
IACS-geleidingsvermogen van 6063-T5
Eigenschappen van aluminiumlegering vergeleken: 6063 versus 6061 versus 7075
Voor industriële T-sleufframes komt de praktische beslissing neer op 6063 voor standaardprofielen en 6061 als er sprake is van hogere belastingen of zware CNC-bewerkingen.
De viercijferige aanduiding geeft het belangrijkste legeringselement aan: 1xxx is commerciële zuiverheid, 2xxx koper, 3xxx mangaan, 5xxx magnesium, 6xxx magnesium plus silicium en 7xxx zink. Elke familie ruilt extrudeerbaarheid op een voorspelbare manier in tegen sterkte, en de onderstaande tabel verzamelt typische waarden bij kamertemperatuur.
Geschatte typische kamertemperatuurwaarden voor gewone smeedlegeringen; exacte limieten zijn afhankelijk van de standaard, productvorm en sectiedikte | Legering en humeur | Belangrijkste legeringselementen | Treksterkte | Opbrengststerkte | Dichtheid | Typisch gebruik |
| 1100-O | 99,0 procent Al minimaal | 90 tot 130 MPa | 35 MPa | 2,71 g/cm3 | Folie-, chemische en voedselapparatuur |
| 5052-H32 | 2,5 procent mg | 230 MPa | 195 MPa | 2,68 g/cm3 | Plaatwerk-, scheeps- en transportonderdelen |
| 6063-T5 | Mg 0,45 tot 0,9, Si 0,2 tot 0,6 | 185 MPa | 145 MPa | 2,70 g/cm3 | T-gleufprofielen, architecturale omlijsting |
| 6061-T6 | Mg 0,8 tot 1,2, Si 0,4 tot 0,8 | 310 MPa | 270 MPa | 2,70 g/cm3 | Structurele onderdelen, CNC-gefreesde componenten |
| 7075-T6 | Zn 5,1 tot 6,1, Mg 2,1 tot 2,9, Cu 1,2 tot 2,0 | 570 MPa | 500 MPa | 2,81 g/cm3 | Luchtvaart- en hoogspanningsgereedschappen |
Wanneer een project zich tussen deze twee werkpaarden uit de 6-serie bevindt, zijn de doorslaggevende factoren de reactie op de pers en het bewerkingsvolume. We vergelijken ze in detail in onze 6061 versus 6063 technische selectiegids .
Typische ultieme treksterkte door legering en tempering
Typische cijfers uit het middensegment, samengesteld uit openbare datasheets van legeringen
Afhaalmaaltijden
De sterkte volgt op het legeringsgehalte, terwijl de extrudeerbaarheid de zuiverheid volgt. 7075-T6 levert grofweg drie keer de treksterkte van 6063-T5, maar het zink- en kopergehalte sluit dit uit voor de dunne, ingewikkelde ribben van een T-sleufmatrijs, en de dichtheid van 2,81 g/cm3 geeft stilletjes een deel van het gewichtsvoordeel terug.
Waarom warmtebehandelbare legeringen uit de 6-serie de industriële extrusie domineren
De 6xxx-familie domineert de industriële extrusie omdat magnesium en silicium Mg2Si-precipitaten vormen die reageren op warmtebehandeling, waardoor de legering echte sterkte krijgt en tegelijkertijd zacht genoeg blijft om door complexe matrijzen te dringen bij 450 tot 500 graden Celsius.
Het metaal laat de matrijs zacht, en wat er de komende uren gebeurt, bepaalt de uiteindelijke eigenschappen van de aluminiumlegering. Bij de T5-temperatuur wordt het profiel op de pers gekoeld met geforceerde lucht en vervolgens verouderd, waardoor de vervorming laag blijft over lange, slanke framedelen. In de T6-temperatuur wordt het profiel met water geblust en kunstmatig verouderd op ongeveer 180 graden Celsius, wat de sterkte verhoogt maar ook meer restspanning vasthoudt, een echte overweging bij dunne wanden.
6063-T5
- Geforceerde luchtkoeling bij de persuitgang
- Natuurlijke of eentraps kunstmatige veroudering
- Ongeveer 185 MPa treksterkte, 145 MPa opbrengst
- Lage vervorming, standaardkeuze voor T-gleufprofielen
6063-T6
- Waterafschrikken en vervolgens rijpen bij 180 graden Celsius
- Ongeveer 240 MPa treksterkte, 215 MPa opbrengst
- Ongeveer 20 tot 30 procent sterker dan T5
- Bij voorkeur voor frames met hoge belasting en machinaal bewerkte onderdelen
Daarom is het standaardassortiment van industriële aluminium extrusieprofielen van een gespecialiseerde fabriek is bijna volledig gebouwd op 6063, waarbij 6061 gereserveerd is voor zware structurele onderdelen en CNC-gefreesde platen.
Temper is geen voetnoot op de inkooporder. T5 en T6 beginnen met dezelfde knuppel en dezelfde matrijs, en alleen al het koelpad beweegt de vloeigrens met maximaal 30 procent.
Eigenschappen van aluminiumlegering afstemmen op wanddikte en belastingsklasse
Zodra de legering en de temperatuur vastliggen, worden de wanddikte en de seriegrootte de praktische hefbomen voor het afstemmen van de belastbaarheid, stijfheid en kosten.
Twee 4040-profielen met identieke buitenafmetingen kunnen meer dan 60 procent verschillen in wanddikte, van een economische wand van 2,0 mm tot een wand met hoge sterkte van 3,2 mm. De doorbuiging wordt bepaald door het traagheidsmoment van de dwarsdoorsnede, zodat de dikkere wand merkbaar langer uitgelijnd blijft onder dezelfde belasting.
HS-8-4040F Economisch 4040 T-sleuf aluminium profiel met 2,0 mm wand Met een doorsnede van 40 x 40 mm, een wand van 2,0 mm en een gleuf van 8,2 mm is dit voordelige profiel geschikt voor kostengevoelige constructies. Het contrasteert met de 4040-varianten met dikkere wanden die verderop worden besproken, en biedt een budgetvriendelijke optie voor lichte frames. Bekijk Product → 
HS-8-4040D Hoogwaardig 4040-profiel met 3,2 mm verdikte wand Dit 4040-profiel met een wanddikte van 3,2 mm weegt 1,88 kg/m en is bestand tegen doorbuiging onder zware belastingen, wat direct het hierboven beschreven voordeel van de dikkere wand illustreert. Het ontwerp zonder gaten maakt flexibel boren mogelijk voor op maat gemaakte heavy-duty frames. Bekijk Product → De sleufbreedte is ook van belang: een 10,2 mm brede sleuf draagt zwaardere T-moeren en bouten dan een 6 mm sleuf. Daarom verankeren de profielen uit de 45- en 50-serie de meeste constructies met grote overspanningen en extra zware constructies. Aan de andere kant van de schaal geven laboratoria en lichte behuizingen voorrang aan gewicht en schone hantering boven ruwe capaciteit, en dat is waar dunwandige 3030-varianten hun plaats verdienen.
HS-8-3030QL Lichtgewicht 3030 T-slotprofiel voor laboratoriumstructuren Met een gewicht van slechts 0,58 kg/m en een wand van 1,4 mm past dit profiel van 30 x 30 mm in de nabijgelegen lichte laboratorium- en behuizingstoepassingen, waar gewichtsbesparing en schone hantering belangrijker zijn dan het maximale draagvermogen. Bekijk Product → 60%
Wanddikteverdeling tussen economische en zeer sterke versies van hetzelfde 4040 buitenprofiel, en de snelste manier om ladingreserve toe te voegen zonder van serie te veranderen.
- Definieer de belasting, overspanning en gebruiksomgeving voordat u een catalogus opent.
- Standaard ingesteld op 6063-T5 voor standaardframing; stap over op T6 of 6061-T6 wanneer de belasting of de bewerkingseisen stijgen.
- Kies de serie op sleufbreedte en belastingsklasse en niet alleen op buitenmaat.
- Kies de lichtste wanddikte uit die serie die nog steeds voldoet aan uw doorbuigingsdoel.
- Geef geanodiseerd zilver of zwart tegelijk met het profiel op, aangezien late afwerkingsbeslissingen een veel voorkomende oorzaak van herbewerking zijn.
Veelgestelde vragen over de eigenschappen van aluminiumlegeringen
Wat zijn de belangrijkste eigenschappen van aluminiumlegeringen?
De kopeigenschappen zijn een lage dichtheid van ongeveer 2,70 g/cm3, een treksterkte tussen grofweg 90 en 570 MPa, afhankelijk van de serie en de temperatuur, een sterke corrosieweerstand door de zelfherstellende oxidefilm, een hoge thermische en elektrische geleidbaarheid, en een uitstekende extrudeerbaarheid en bewerkbaarheid.
Welke aluminiumlegering is het beste voor industriële T-gleufprofielen?
6063 in T5- of T6-temperatie is de standaard in de industrie omdat het netjes in dunne, precieze sleuven wordt geëxtrudeerd en gelijkmatig wordt geanodiseerd. 6061-T6 is de betere keuze voor frames en onderdelen met hoge belasting die aanzienlijke CNC-bewerkingen vereisen.
Wat is het verschil tussen 6063-T5 en 6063-T6?
Beide beginnen als dezelfde extrusie. T5 wordt luchtgekoeld op de pers en verouderd, waarbij een treksterkte van ongeveer 185 MPa wordt bereikt, terwijl T6 met water wordt geblust en kunstmatig verouderd, tot ongeveer 240 MPa. De wisselwerking is een iets hoger vervormingsrisico bij T6 op dunne secties.
Verandert anodiseren de mechanische eigenschappen van aluminium?
Nee. Bij anodiseren wordt het oppervlak omgezet in een oxidelaag van 5 tot 25 micrometer die de corrosieweerstand en de oppervlaktehardheid verbetert, maar de bulksterkte van het profiel niet verandert.
Kortom
Specificeren met cijfers werkt: een dichtheid van 2,70 g/cm3, een opbrengstband van 145 tot 270 MPa in de 6xxx-familie en een anodische film van 5 tot 25 micrometer dekken de meeste industriële inlijstbeslissingen.
