vloeigrens van aluminium: toepassingen, selectiecriteria en praktische begeleiding
Wanneer een machineframe wordt gebouwd met 6061-T6 aluminium extrusie, is het getal dat de eerste permanente buiging voorspelt de vloeigrens van aluminium , niet de treksterkte. In de T6-temperatuur heeft 6061 een typische vloeigrens van 276 MPa, dus een structureel onderdeel begint een set te ondergaan in de buurt van die spanning, ruim voordat de treksterkte van 290 MPa wordt bereikt.
De opbrengststerkte vertelt u waar elastisch gedrag eindigt; boven die spanning veert het profiel niet terug.
Dit is van belang bij het ontwerpen met t-gleuven, omdat de meeste verbindingen en balken zijn ontworpen om elastisch te blijven. Als een ingenieur een overspanning meet met alleen de ultieme treksterkte, kan het frame permanent doorzakken voordat het breekt. De vloeigrens is de praktische ontwerplimiet voor dragende aluminiumconstructies.
Wat is de vloeigrens van aluminium en waarom bepaalt dit de framelimieten?
De vloeigrens van aluminium is de spanning waarbij het materiaal plastisch begint te vervormen, uitgedrukt in MPa of ksi. Omdat aluminium geen scherp vloeipunt heeft, gebruiken ingenieurs de 0,2% offset-proefspanning.
0,2% offset-proof spanning is de spanning die een permanente plastische spanning van 0,2% veroorzaakt nadat de belasting is verwijderd. Het is de geaccepteerde definitie van vloeigrens voor aluminiumlegeringen.
Een eenvoudig voorbeeld: een 6061-T6 profiel met een vloeigrens van 276 MPa kan tot 180 MPa worden belast en met een comfortabele marge terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm. Bij 250 MPa is de marge dun en kunnen lokale spanningsconcentraties aan de gleufranden het materiaal voorbij de vloei brengen.
De praktische consequentie is dat de vloeigrens, en niet de hardheid of treksterkte, de eerste stap zou moeten zijn bij de profielselectie voor industriële frames, werkstations, behuizingen en lineaire bewegingsstructuren.
Waarden van de vloeigrens van aluminium per legering en tempering
De typische vloeigrens voor gewone geëxtrudeerde aluminiumlegeringen varieert van 34 MPa voor 1100-O tot 503 MPa voor 7075-T6. In de onderstaande tabel zijn de waarden verzameld die u kunt vinden in gegevensbladen van leveranciers en fabriekscertificaten.
Typische vloeigrens van gewone aluminiumlegeringen die worden gebruikt voor extrusies.
Legering en humeur
Vloeisterkte (MPa)
Vloeisterkte (ksi)
Typische toepassing
1100-O
34
5
Trimmen, naamplaatjes, chemische apparatuur
3003-H14
145
21
Warmtewisselaars, opslagtanks
5052-H32
193
28
Maritieme panelen, brandstoftanks
6063-T5
110
16
Architecturale frames, rails
6063-T6
214
31
Lichte structurele frames
6061-T6
276
40
Machineframes, mallen, zware profielen
7075-T6
503
73
Lucht- en ruimtevaart, onderdelen met hoge spanning
Typische waarden voor de vloeigrens uit de bovenstaande tabel, uitgezet op een gemeenschappelijke schaal.
Voor lichtschermen en scheidingswanden is 6063-T5 voldoende. Voor structurele kolommen en balken is 6061-T6 de gebruikelijke standaard. Wanneer het frame hogere bedrijfsbelastingen moet dragen, is een zeer sterk 3030 T-slotprofiel vaak het kleinste onderdeel dat werkt zonder naar een grotere serie te hoeven overstappen.
Als het frame vrijdragende armen of bovensteunen gebruikt, bepaal dan de afmetingen van deze onderdelen niet op basis van 6063-T5-gegevens; gebruik 6061-T6 of een profiel uit de 30-serie met hoge sterkte.
6061 versus 6063: hoe de vloeigrens uw extrusiekeuze verandert
Voor t-slot framing ligt de praktische keuze vrijwel altijd tussen 6061-T6 en 6063-T6. 6061 biedt een hogere vloeigrens en beter bewerkte randen; 6063 biedt een gladder oppervlak en eenvoudiger extrusie van dunne of complexe secties.
6061-T6 voor structuur
Typische vloeigrens van 276 MPa; minimaal 240 MPa in T6.
Hogere hardheid en betere weerstand tegen draadstrip in tapgaten.
Bij voorkeur voor machinevoeten, mallen en dragende kolommen.
6063-T6 voor uiterlijk
Typische vloeigrens van 214 MPa in T6; lager dan 6061.
Gladder oppervlak voor helder of gekleurd anodiseren.
Betere hoekvulling en eenvoudiger dunwandige extrusie.
Voor een boutverbinding op een machinekolom vermindert de hogere vloeigrens van 6061 het risico dat de sleuftanden onder voorbelasting indeuken. Als het onderdeel een behuizing is met een geanodiseerde afwerking, is 6063 gemakkelijker te extruderen in dunwandige secties en produceert het een uniformer oppervlak. Voor kolombelastingen boven ongeveer 25 kN geldt: a zwaar 6061 profiel met een dikkere muur is het veiliger uitgangspunt.
Wat verandert de vloeigrens in een geëxtrudeerd aluminium profiel?
Nadat de legering is gefixeerd, heeft de temperatuur het grootste effect op de vloeigrens, gevolgd door koudvervorming, temperatuur en dwarsdoorsnedevorm. De basislegering bepaalt het plafond; verwerking stelt de werkelijke waarde in.
Samenstelling legering: Magnesium en silicium in 6xxx-legeringen produceren verouderingshardingsfasen; koper en lithium verhogen de respons bij 2xxx; zink met magnesium drijft 7xxx tot de hoogste sterkten.
Warmtebehandeling: T5 wordt na extrusie gekoeld en kunstmatig verouderd; T6 wordt met warmte behandeld, geblust en verouderd. In 6xxx-legeringen verhoogt T6 de vloeigrens met 40-60% vergeleken met T5.
Koud werk: Rekken en rechttrekken na extrusie verhoogt de vloeigrens enigszins, maar vermindert de rek. Daarom maken de eindtemper- en richtvolgorde deel uit van het maalcertificaat.
Bedrijfstemperatuur: Langdurige blootstelling boven 150 C kan de vloeigrens van 6061-T6 verminderen tot onder 200 MPa. Voor warme omgevingen kiest u een thermisch stabiele legering.
Sectiegeometrie: De rekgrens is een materiaaleigenschap, maar de praktische belastingslimiet van een profiel hangt ook af van de wanddikte en vorm, die het lokale knikken controleren voordat het in dunne delen meegeeft.
Ontwerpregel: Gebruik de minimale vloeigrens uit de temperspecificatie en pas vervolgens een aparte controle op knikken toe op dunwandige T-gleufprofielen.
Hoe u vloeisterktegegevens kunt toepassen wanneer u extrusies koopt
Wanneer u aluminium extrusies voor een dragend frame koopt, gebruik dan de minimale vloeigrens uit het fabriekscertificaat, niet de typische waarde van een marketingpagina.
Vraag het trekproefrapport van de partij op; ASTM B557 of EN ISO 6892-1 zijn gangbare normen.
Controleer de volledige tempercode. T6 en T651 hebben verschillende restspanningsniveaus, wat de bewerkingsstabiliteit beïnvloedt.
Vergelijk de minimale vloeigrens met de in het slechtste geval toegepaste spanning. Een veiligheidsfactor van 1,5 is de vloer voor statische binnenframes; gebruik 2.0 of hoger voor cyclische of dynamische belastingen.
Controleer de belastingswaarden van de connectoren afzonderlijk. Een profiel met een vloeigrens van 276 MPa zal nog steeds falen bij de verbinding als de hoekverbinder of de voorspanning van de bout te klein is.
Een datasheet met de tekst "vloeigrens 276 MPa" voor 6061-T6 verwijst vaak naar een typische waarde. Voor dezelfde legering kan een minimum van 240 MPa op het fabriekscertificaat staan, dus een ontwerp dat 276 MPa gebruikt, kan 13% dichter bij de opbrengst liggen dan verwacht.
Leveranciers zoals Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. vermelden het sectiegewicht, de temperatuur en de oppervlakteafwerking op elke profielpagina, wat het gemakkelijker maakt om aannames over de vloeigrens te vergelijken voordat u aangepaste lengtes bestelt. Aan de top van het standaard extrusieaanbod is een extra zwaar 90 x 90 profiel vaak het laatste standaardprofiel dat wordt geselecteerd voordat een maatwerkmatrijs gerechtvaardigd wordt.
Veelgestelde vragen over de vloeisterkte van aluminium
Wat is de vloeigrens van 6061 aluminium?
In de T6-temperatuur heeft 6061 een typische vloeigrens van 276 MPa en een minimale vloeigrens van 240 MPa. In de gegloeide O-temperatuur daalt het tot ongeveer 55 MPa.
Wat is de vloeigrens van 6063 aluminium?
6063-T6 heeft een typische vloeigrens van ongeveer 214 MPa, terwijl 6063-T5 ongeveer 110 MPa is. 6063 is over het algemeen zwakker dan 6061, maar gemakkelijker te extruderen en heeft een betere oppervlakteafwerking.
Verhoogt warmtebehandeling de vloeigrens van aluminium?
Ja. Voor 6xxx-legeringen verhoogt de warmtebehandeling gevolgd door kunstmatige veroudering de vloeigrens dramatisch. T6-temperingen bieden doorgaans een 40-60% hogere vloeigrens dan T5-temperingen in dezelfde legering.
Hoe wordt de vloeigrens van aluminium gemeten?
Het wordt gemeten met een trekproef met behulp van de 0,2% offsetmethode, meestal volgens ASTM B557 of ISO 6892-1. De test registreert de spanning waarbij het materiaal een permanente plastische rek van 0,2% vertoont.
