Pevnost v tahu hliníkového výlisku podle slitiny?

Mnoho kupujících porovnává hliníkové profily pouze podle ceny nebo tvaru. Později se potýkají s ohýbáním, praskáním nebo předčasným selháním. Ve většině případů není skutečným problémem konstrukce, ale nesprávné pochopení pevnosti v tahu podle slitiny.

Pevnost v tahu hliníkových výlisků závisí hlavně na složení slitiny a stavu. Vysoké hodnoty pevnosti v tahu jsou výsledkem správné kombinace slitiny a stavu, nikoli pouze extruze.

Pevnost v tahu je jednou z prvních hodnot, na které se inženýři zaměřují, ale je také jednou z nejčastěji nesprávně používaných. Níže uvedené části vysvětlují, které slitiny jsou nejpevnější, jak temperování mění hodnoty pevnosti v tahu, zda má povrchová úprava význam a jak se pevnost v tahu potvrzuje v reálných profilech.

Které slitiny mají nejvyšší pevnost v tahu?

Ne všechny hliníkové slitiny jsou určeny pro stejné účely. Některé se zaměřují na tvarovatelnost. Jiné se zaměřují na odolnost proti korozi. Menší skupina se zaměřuje na pevnost. Znalost vlastností jednotlivých slitin pomáhá zabránit nadměrnému dimenzování nebo nedostatečnému výkonu.

Mezi běžnými extrudovanými slitinami nabízejí slitiny řady 7xxx nejvyšší pevnost v tahu, následované vybranými slitinami řady 6xxx, jako jsou 6061 a 6082. Vyšší pevnost v tahu však často přináší nižší tažnost a vyšší náklady.

Snadné vysvětlení sérií slitin

Hliníkové slitiny se dělí podle hlavních legujících prvků:

• Řada 6xxx: Hořčík a křemík. Dobrá rovnováha mezi pevností, odolností proti korozi a extrudovatelností.
• Řada 7xxx: Na bázi zinku. Velmi vysoká pevnost, obtížnější extrudovat, nižší odolnost proti korozi.
• Řada 5xxx: Na bázi hořčíku. Dobrá odolnost proti korozi, střední pevnost, omezená reakce na tepelné zpracování.

Většina konstrukčních výlisků v průmyslu používá slitiny řady 6xxx, protože poskytují rovnováhu mezi pevností a efektivitou výroby.

Porovnání pevnosti v tahu běžných extruzních slitin

Níže uvedená tabulka uvádí typické rozsahy mezní pevnosti v tahu pro běžné slitiny v běžných stavech. Hodnoty jsou přibližné a závisí na tvaru profilu a řízení procesu.

Proč nejsilnější slitina není vždy nejlepší

Velmi vysoká pevnost v tahu zní lákavě, ale přináší s sebou kompromisy:

• Nižší prodloužení znamená méně varování před zlomením.
• Pevnost často klesá s rostoucí tažností.
• Opotřebení nástrojů a míra zmetkovitosti se zvyšují u tvrdších slitin.
• Dostupnost a dodací lhůta mohou být delší.

Pro mnoho rámů, kolejnic a podpěr poskytuje 6061-T6 nebo 6082-T6 více než dostatečnou pevnost v tahu bez rizik spojených s ultra vysokopevnostními slitinami.

Výběr slitiny podle aplikace

V praxi se volba slitiny řídí podle potřeb dané aplikace:

• Obecné průmyslové rámy: 6063-T5 nebo T6
• Nosné konstrukce: 6061-T6 nebo 6005A-T6
• Těžké mechanické součásti: 6082-T6
• Zvláštní požadavky na vysokou pevnost: Řada 7xxx s pečlivým designem

Jak temperování ovlivňuje hodnoty pevnosti v tahu?

Samotná slitina neurčuje pevnost v tahu. Stav temperování má často stejný nebo větší vliv. Dva profily ze stejné slitiny mohou mít kvůli temperování velmi odlišné výsledky pevnosti v tahu.

Temperování ovlivňuje pevnost v tahu tím, že řídí vytvrzování precipitací a stav vnitřního napětí. Tepelně zpracované temperované materiály, jako je T6, maximalizují pevnost v tahu, zatímco měkčí temperované materiály vyměňují pevnost za tažnost a tvarovatelnost.

Co opravdu znamená temperament

Temperování popisuje tepelnou a mechanickou historii hliníku po extruzi.

Mezi běžné tepelné zpracování extruzí patří:

• T5: Chlazeno z extruzní teploty a uměle stárnuto.
• T6: Řešení tepelně zpracované, kalené a uměle stárnuté.
• T4: Řešení tepelně zpracované a přirozeně stárnuté.

Každý krok mění velikost a rozložení zpevňujících precipitátů uvnitř kovu.

Rozdíly v pevnosti v tahu podle stavu

Pro většinu slitin řady 6xxx:

• T6 poskytuje nejvyšší pevnost v tahu.
• T5 nabízí mírně nižší pevnost, ale lepší rozměrovou stabilitu.
• T4 poskytuje nižší pevnost, ale vyšší tažnost.

Níže uvedená tabulka ukazuje zjednodušené srovnání na příkladu materiálu 6061.

Proč se T6 nevolí vždy

Ačkoli T6 maximalizuje pevnost v tahu, není vždy ideální:

• Tenké nebo složité profily se mohou během tepelného zpracování deformovat.
• Zbytkové napětí může zvýšit riziko deformace během obrábění.
• Některé aplikace vyžadují spíše flexibilitu než maximální pevnost.

V těchto případech může T5 nebo dokonce T4 poskytovat lepší výkon v reálném světě.

Konzistence a kontrola procesů

Kvalita temperování závisí na:

• Přesná regulace teploty pece
• Správná rychlost kalení
• Jednotná doba stárnutí

Špatná kontrola teplotního režimu může vést k hodnotám pevnosti v tahu nižším, než jsou specifikované, i když je slitina správná.

Tip pro kupující ohledně designu

Při specifikaci pevnosti v tahu:

• Vždy uveďte slitina + temperování, nejen slitina.
• Potvrďte, zda se jedná o minimální garantované hodnoty nebo typické průměry.
• Zeptejte se, jak se ověřují pevnostní vlastnosti u složitých profilů.

Může povrchová úprava ovlivnit pevnost v tahu?

Povrchová úprava je často diskutována z hlediska koroze nebo vzhledu. Mnoho kupujících se ptá, zda eloxování nebo povlakování mění pevnost v tahu. Krátká odpověď je subtilní, ale důležitá.

Povrchové úpravy nemají významný vliv na pevnost v tahu hliníkových profilů, ale agresivní procesy nebo vysoké teploty mohou mírně snížit účinnou pevnost nebo způsobit riziko poruchy související s povrchem.

Objemová pevnost versus stav povrchu

Zkoušky tahem měří chování sypkého materiálu. Většina povrchových úprav ovlivňuje pouze tenkou vnější vrstvu.

Mezi běžné způsoby léčby patří:

• Eloxování
• Práškové lakování
• Elektroforetický nátěr
• Mechanické leštění

Tyto procesy nemění vnitřní mikrostrukturu slitiny.

Kdy může být povrchová úprava důležitá

Ačkoli pevnost v tahu zůstává podobná, povrchová úprava může nepřímo ovlivnit výkonnost.

Silné vrstvy eloxování

Tvrdé eloxování vytváří křehkou vrstvu oxidu. Při tahovém namáhání:

• Oxid může prasknout.
• Trhliny mohou působit jako místa vzniku únavy nebo nárazu, nikoli však při statických tahových zkouškách.

Vystavení vysokým teplotám

Některé nátěry vyžadují vyšší teploty vytvrzování. Nadměrné teplo může:

• Přetavte slitinu.
• Mírně snižuje pevnost v tahu, zejména u temperovaných materiálů T6.

Poškození povrchu před nanesením nátěru

Nesprávná předúprava může způsobit:

• Škrábance
• Jámy
• Chemický útok

Tyto vady snižují účinný průřez a v extrémních případech mohou snížit naměřené výsledky tahu.

Co povrchová úprava neudělá

Povrchová úprava:

• Zvýšení pevnosti v tahu nad limity slitiny.
• Proměňte slitinu s nízkou pevností na slitinu s vysokou pevností.
• Nahraďte správný výběr slitiny a tvrdosti.

Praktické pokyny

Pro díly, u nichž je rozhodující pevnost v tahu:

• Ověřte, že teploty povlaku zůstávají v mezích stanovených pro danou slitinu.
• Vyhněte se zbytečně silným nebo křehkým povrchovým vrstvám.
• Zaměřte se na požadavky na pevnost v tahu základního materiálu, nikoli na povlak.

Jaké zkoušky potvrzují pevnost v tahu profilů?

Hodnoty uvedené v datovém listu mají smysl pouze tehdy, jsou-li ověřeny. Pevnost v tahu musí být měřena pomocí standardizovaných testů, které odrážejí skutečné chování materiálu.

Pevnost v tahu u hliníkových extrudovaných profilů je potvrzena standardizovanými zkouškami v tahu na vzorcích odebraných z profilu, a to podle definovaných postupů, které kontrolují orientaci vzorku, rychlost a přesnost měření.

Základy standardních zkoušek tahem

Zkouška tahem zahrnuje:

• Tažení připraveného vzorku kontrolovanou rychlostí.
• Měření síly a prodloužení.
• Výpočet pevnosti v tahu, meze kluzu a prodloužení.

Výsledek představuje chování materiálu při jednoosém tahu.

Umístění a orientace vzorku jsou důležité

Pro extruze:

• Vzorky se obvykle odebírají podél směru vytlačování.
• Vlastnosti v celé sekci jsou obecně jednotné, ale tenké stěny se mohou mírně lišit.

U dutých profilů mohou vzorky pocházet z:

• Vnější stěny
• Pavučiny nebo žebra
• Rovné úseky s dostatečnou šířkou

Typické výstupy testů

Standardní zkouška tahem poskytuje:

• Mez pevnosti v tahu
• Pevnost v tahu
• Prodloužení při přetržení

Tyto hodnoty společně popisují pevnost a tažnost.

Hromadné testování versus testování podle profilů

Ve výrobě:

• Zkoušky tahem se často provádějí pro každou šarži slitiny nebo tavbu.
• Ne každý profil je testován, ale konzistence procesu je monitorována.

U kritických aplikací mohou kupující požadovat:

• Dodatečné zkoušky hotových profilů
• Ověření třetí stranou
• Zkušební protokoly spojené s výrobními šaržemi

Limity zkoušek tahem

Pevnostní zkoušky neprokazují:

• Odolnost proti nárazu
• Životnost při únavě
• Chování při vzpěru

Jsou součástí kompletního mechanického hodnocení.

Správné používání testovacích dat

Při kontrole zpráv o tahové pevnosti:

• Zkontrolujte minimální garantované hodnoty, nejen průměry.
• Potvrďte testovací standard a umístění vzorku.
• Shoda nahlášené teploty s dodaným produktem.

Závěr

Pevnost v tahu hliníkových výlisků závisí na výběru slitiny, kontrole tvrdosti a ověřených testech. Vysoké hodnoty jsou důležité, ale ještě důležitější je správné přizpůsobení dané aplikaci. Pokud je pevnost v tahu chápána v kontextu, výlisky poskytují spolehlivý a předvídatelný výkon.