Siła i twardośćstopów aluminiumznacząco różnią się w zależności od klasy stopów (np. 6061, 7075, 2024, itp.) i stanu obróbki cieplnej (np. T4, T6, T651, itp.).dane dotyczące wydajności, wytrzymałość ciśnieniowa i scenariusze zastosowań:
I. Porównanie wytrzymałości i twardości standardowych gatunków stopów aluminium
1. stop aluminiowy serii 6 (na przykład 6061-T6)
Siła:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥290 MPa (odpowiada około 29 kg siły na milimetr kwadratowy).
Wytrzymałość wydajności: ≥ 240 MPa (napęd krytyczny, przy którym materiał zaczyna wytwarzać trwałe deformacje).
Twardość:
Twardość Brinella (HB): ≥95 (odpowiada twardości wcięcia mierzonej 10 mm kulą stalową i obciążeniem 3000 kg).
Cechy: zrównoważona wszechstronna wydajność, odporność na korozję, łatwa obróbka, powszechnie stosowana w ramkach rowerów, nartach i częściach mechanicznych.
2Stop aluminium serii 7 (na przykład 7075-T6)
Siła:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥ 572 MPa (blisko poziomu wytrzymałości zwykłej stali).
Wytrzymałość wydajności: ≥ 503 MPa.
Twardość:
Twardota Brinella (HB): ≥ 150 (twardota zbliżona do średniej stali węglowej).
Cechy: wysoka wytrzymałość i wysoka twardość, powszechnie znana jako "stop aluminiowy klasy lotniczej", stosowana w częściach konstrukcyjnych samolotów, wysokiej klasy formy i części samochodów wyścigowych.
3. 2 seriistopu aluminium(na przykład 2024-T3)
Siła:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥470 MPa.
Wytrzymałość wydajności: ≥325 MPa.
Twardość:
Twardość Brinella (HB): ≥ 120.
Cechy: Wytrzymałość jest drugą tylko po serii 7, z dobrą wytrzymałością, stosowana do skór lotniczych i wysokiej wytrzymałości śrub.
4. 5 seriistopu aluminium(na przykład 5052-H32)
Siła:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥ 215 MPa.
Wytrzymałość wydajności: ≥ 145 MPa.
Twardość:
Twardość Brinella (HB): ≥ 60.
Cechy: Doskonała odporność na korozję, średnia wytrzymałość, stosowana na pokładach statków, zbiornikach ciśnieniowych i zbiornikach paliwowych samochodów.
II. Pojemność ciśnieniowo-nosząca: jak ją obliczyć?
"Możliwość wytrzymania ciśnienia"stopów aluminiummusi być kompleksowo oceniany w połączeniu z wytrzymałością materiału, konstrukcją konstrukcyjną i formą naprężenia (taką jak kompresja, napięcie i cięcie):
1Wytrzymałość na ściskanie (uniformalny scenariusz ściskania)
Wskazówka wzoru:
Wytrzymałość na ściskanie ≈ wytrzymałość wydajności × współczynnik bezpieczeństwa (w inżynierii współczynnik bezpieczeństwa wynosi zwykle 1,5-3,0).
Przykład:
Siła wydajności7075-T6 stop aluminiumjest 503 MPa, jeżeli współczynnik bezpieczeństwa wynosi 2.0, dopuszczalna wytrzymałość ciśnienia wynosi 251,5 MPa (ekwiwalent około 2515 ton ciśnienia na metr kwadratowy).
W praktycznych zastosowaniach, takich jak podwozie lądowe samolotów, wymagana jest optymalizacja strukturalna (takie jak próżna konstrukcja rurkowa) w celu poprawy stabilności kompresyjnej.
2. Wytrzymałość na rozciąganie (scenariusz rozciągania)
Bezpośrednio odpowiadające wskaźniki: wytrzymałość na rozciąganie to maksymalne naprężenie przed złamanie materiału.
Wytrzymałość na rozciąganie 6061-T6 wynosi 290 MPa, co można zrozumieć jako aluminiowy pręt o średnicy 10 mm, który może wytrzymać siłę rozciągania około 22,7 kilonewtonów (około 2,3 tony).
3Siła cięcia (scenariusz siły cięcia)
Formuła empiryczna: wytrzymałość cięcia ≈ wytrzymałość na rozciąganie × 0,6-0,8 (nieco różna dla różnych stopów).
Wytrzymałość na rozciąganie stopu aluminium 2024-T3 wynosi 470 MPa, a wytrzymałość na obcięcie wynosi około 282-376 MPa.
III. Kluczowe czynniki wpływające na wytrzymałość i twardość
1Elementy stopniowe i obróbka cieplna
Roztwór stały + leczenie starzeniowe: Na przykład po6061 stop aluminiumW przypadku stosowania T6 (rozpuszczalnik stały + sztuczne starzenie), moc wzrasta o około 50% w porównaniu z nieobjętym leczeniem (stan O).
Typowe skutki czynnika:
Cynk (seria 7): tworzy fazę wzmacniania AlZnMgCu, znacząco zwiększając wytrzymałość.
Miedź (2 serii): tworzy fazę Al2Cu, zwiększa twardość i odporność na ciepło.
2Technologia przetwarzania
Odlewanie wytłaczeniowe:6063 stop aluminiumProfil rafinuje ziarna poprzez wytłaczanie, a wytrzymałość wzrasta o 20%-30% w porównaniu z stanem odlewu.
Utrudnianie na zimno: Na przykład po deformacji na zimno (stan H32) stopu aluminium 5052 wytrzymałość wytrzymałości wzrasta o około 50% w porównaniu z stanem grzania (stan O).
3Czynniki środowiskowe
Temperatura: wytrzymałość stopów aluminium znacząco maleje przy wysokiej temperaturze (np. wytrzymałość na rozciąganie 6061-T6 w temperaturze 200°C spada do 60% temperatury pokojowej).
Korrozja: po uszkodzeniu powierzchni folii tlenkowej wytrzymałość może ulec zmniejszeniu z powodu otworów korozyjnych (muszą być chronione za pomocą procesów takich jak anodowanie).
IV. Przykłady projektowania siły w scenariuszach zastosowań
1. Nacisk koła samochodu (6061-T6 stop aluminium)
Wymagania projektowe: musi wytrzymać ciężar pojazdu, uderzenie na drogę i siłę odśrodkową, wytrzymałość na rozciąganie musi wynosić ≥ 260 MPa, a żywotność przed zmęczeniem ≥ 1 milion cykli.
Optymalizacja strukturalna: Przyjmuje się lekką konstrukcję typu szpików, a do zapewnienia jednolitego rozkładu naprężenia wykorzystuje się analizę elementów skończonych (FEA).
2. Podparcie silnika samolotu (stopnia aluminium 7075-T651)
Ekstremalne warunki pracy: Wytrzymałość na wysokie temperatury (≤ 120°C) i obciążenia drgające, wytrzymałość wydajności musi wynosić ≥ 480 MPa i należy przejść test wytrzymałości na złamanie (np. wartość KIC ≥24 MPa·√m).
3Profil ściany zasłonowej budynku (6063-T5 stop aluminiowy)
Obliczenie obciążenia: musi wytrzymać ciśnienie wiatru (np. 5000 Pa) i martwą wagę, a dopuszczalne naprężenie wynosi 1/1,8 wytrzymałości wydajności (160 MPa) = 89 MPa, aby zapewnić nadmiar bezpieczeństwa.
V. Jak wybrać odpowiednistopu aluminium?
Zorty według wymogów dotyczących wytrzymałości:
Niska wytrzymałość (< 200 MPa): 5 serii (5052), 3 serii (3003) → scenariusze odporne na korozję (takie jak pojemniki i rury).
Średnia wytrzymałość (200-400 MPa): 6 serii (6061/6063) → części konstrukcyjne (takie jak drzwi i okna, ramy przemysłowe).
Wysoka wytrzymałość (> 400 MPa): 2 serii (2024), 7 serii (7075) → maszyny lotnicze, maszyny o dużym obciążeniu.
W połączeniu z możliwością przetwarzania:
W przypadku scenariuszy wymagających spawania należy wybrać serię 5 (stop aluminium-magnezu) lub serię 6 (dobra spawalność) i unikać serii 2 i serii 7 (zawierające miedź i cynk,łatwe do pękania podczas spawania).
Podsumowanie
Wytrzymałość i twardość stopów aluminium można regulować w szerokim zakresie poprzez projektowanie stopów i kontrolę procesu, od "miękkiego jak puszka" (czysty aluminium) do "silnego jak stal" (7075-T6).Rzeczywista wytrzymałość ciśnienia musi zostać kompleksowo oceniona w połączeniu z markąZaleca się zapewnienie bezpieczeństwa poprzez badania mechaniczne (np. badania na rozciąganie, badania na kompresję) lub odniesienie do norm przemysłowych (np. ASTM,GB/T) w inżynierii.
Siła i twardośćstopów aluminiumznacząco różnią się w zależności od klasy stopów (np. 6061, 7075, 2024, itp.) i stanu obróbki cieplnej (np. T4, T6, T651, itp.).dane dotyczące wydajności, wytrzymałość ciśnieniowa i scenariusze zastosowań:
I. Porównanie wytrzymałości i twardości standardowych gatunków stopów aluminium
1. stop aluminiowy serii 6 (na przykład 6061-T6)
Siła:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥290 MPa (odpowiada około 29 kg siły na milimetr kwadratowy).
Wytrzymałość wydajności: ≥ 240 MPa (napęd krytyczny, przy którym materiał zaczyna wytwarzać trwałe deformacje).
Twardość:
Twardość Brinella (HB): ≥95 (odpowiada twardości wcięcia mierzonej 10 mm kulą stalową i obciążeniem 3000 kg).
Cechy: zrównoważona wszechstronna wydajność, odporność na korozję, łatwa obróbka, powszechnie stosowana w ramkach rowerów, nartach i częściach mechanicznych.
2Stop aluminium serii 7 (na przykład 7075-T6)
Siła:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥ 572 MPa (blisko poziomu wytrzymałości zwykłej stali).
Wytrzymałość wydajności: ≥ 503 MPa.
Twardość:
Twardota Brinella (HB): ≥ 150 (twardota zbliżona do średniej stali węglowej).
Cechy: wysoka wytrzymałość i wysoka twardość, powszechnie znana jako "stop aluminiowy klasy lotniczej", stosowana w częściach konstrukcyjnych samolotów, wysokiej klasy formy i części samochodów wyścigowych.
3. 2 seriistopu aluminium(na przykład 2024-T3)
Siła:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥470 MPa.
Wytrzymałość wydajności: ≥325 MPa.
Twardość:
Twardość Brinella (HB): ≥ 120.
Cechy: Wytrzymałość jest drugą tylko po serii 7, z dobrą wytrzymałością, stosowana do skór lotniczych i wysokiej wytrzymałości śrub.
4. 5 seriistopu aluminium(na przykład 5052-H32)
Siła:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥ 215 MPa.
Wytrzymałość wydajności: ≥ 145 MPa.
Twardość:
Twardość Brinella (HB): ≥ 60.
Cechy: Doskonała odporność na korozję, średnia wytrzymałość, stosowana na pokładach statków, zbiornikach ciśnieniowych i zbiornikach paliwowych samochodów.
II. Pojemność ciśnieniowo-nosząca: jak ją obliczyć?
"Możliwość wytrzymania ciśnienia"stopów aluminiummusi być kompleksowo oceniany w połączeniu z wytrzymałością materiału, konstrukcją konstrukcyjną i formą naprężenia (taką jak kompresja, napięcie i cięcie):
1Wytrzymałość na ściskanie (uniformalny scenariusz ściskania)
Wskazówka wzoru:
Wytrzymałość na ściskanie ≈ wytrzymałość wydajności × współczynnik bezpieczeństwa (w inżynierii współczynnik bezpieczeństwa wynosi zwykle 1,5-3,0).
Przykład:
Siła wydajności7075-T6 stop aluminiumjest 503 MPa, jeżeli współczynnik bezpieczeństwa wynosi 2.0, dopuszczalna wytrzymałość ciśnienia wynosi 251,5 MPa (ekwiwalent około 2515 ton ciśnienia na metr kwadratowy).
W praktycznych zastosowaniach, takich jak podwozie lądowe samolotów, wymagana jest optymalizacja strukturalna (takie jak próżna konstrukcja rurkowa) w celu poprawy stabilności kompresyjnej.
2. Wytrzymałość na rozciąganie (scenariusz rozciągania)
Bezpośrednio odpowiadające wskaźniki: wytrzymałość na rozciąganie to maksymalne naprężenie przed złamanie materiału.
Wytrzymałość na rozciąganie 6061-T6 wynosi 290 MPa, co można zrozumieć jako aluminiowy pręt o średnicy 10 mm, który może wytrzymać siłę rozciągania około 22,7 kilonewtonów (około 2,3 tony).
3Siła cięcia (scenariusz siły cięcia)
Formuła empiryczna: wytrzymałość cięcia ≈ wytrzymałość na rozciąganie × 0,6-0,8 (nieco różna dla różnych stopów).
Wytrzymałość na rozciąganie stopu aluminium 2024-T3 wynosi 470 MPa, a wytrzymałość na obcięcie wynosi około 282-376 MPa.
III. Kluczowe czynniki wpływające na wytrzymałość i twardość
1Elementy stopniowe i obróbka cieplna
Roztwór stały + leczenie starzeniowe: Na przykład po6061 stop aluminiumW przypadku stosowania T6 (rozpuszczalnik stały + sztuczne starzenie), moc wzrasta o około 50% w porównaniu z nieobjętym leczeniem (stan O).
Typowe skutki czynnika:
Cynk (seria 7): tworzy fazę wzmacniania AlZnMgCu, znacząco zwiększając wytrzymałość.
Miedź (2 serii): tworzy fazę Al2Cu, zwiększa twardość i odporność na ciepło.
2Technologia przetwarzania
Odlewanie wytłaczeniowe:6063 stop aluminiumProfil rafinuje ziarna poprzez wytłaczanie, a wytrzymałość wzrasta o 20%-30% w porównaniu z stanem odlewu.
Utrudnianie na zimno: Na przykład po deformacji na zimno (stan H32) stopu aluminium 5052 wytrzymałość wytrzymałości wzrasta o około 50% w porównaniu z stanem grzania (stan O).
3Czynniki środowiskowe
Temperatura: wytrzymałość stopów aluminium znacząco maleje przy wysokiej temperaturze (np. wytrzymałość na rozciąganie 6061-T6 w temperaturze 200°C spada do 60% temperatury pokojowej).
Korrozja: po uszkodzeniu powierzchni folii tlenkowej wytrzymałość może ulec zmniejszeniu z powodu otworów korozyjnych (muszą być chronione za pomocą procesów takich jak anodowanie).
IV. Przykłady projektowania siły w scenariuszach zastosowań
1. Nacisk koła samochodu (6061-T6 stop aluminium)
Wymagania projektowe: musi wytrzymać ciężar pojazdu, uderzenie na drogę i siłę odśrodkową, wytrzymałość na rozciąganie musi wynosić ≥ 260 MPa, a żywotność przed zmęczeniem ≥ 1 milion cykli.
Optymalizacja strukturalna: Przyjmuje się lekką konstrukcję typu szpików, a do zapewnienia jednolitego rozkładu naprężenia wykorzystuje się analizę elementów skończonych (FEA).
2. Podparcie silnika samolotu (stopnia aluminium 7075-T651)
Ekstremalne warunki pracy: Wytrzymałość na wysokie temperatury (≤ 120°C) i obciążenia drgające, wytrzymałość wydajności musi wynosić ≥ 480 MPa i należy przejść test wytrzymałości na złamanie (np. wartość KIC ≥24 MPa·√m).
3Profil ściany zasłonowej budynku (6063-T5 stop aluminiowy)
Obliczenie obciążenia: musi wytrzymać ciśnienie wiatru (np. 5000 Pa) i martwą wagę, a dopuszczalne naprężenie wynosi 1/1,8 wytrzymałości wydajności (160 MPa) = 89 MPa, aby zapewnić nadmiar bezpieczeństwa.
V. Jak wybrać odpowiednistopu aluminium?
Zorty według wymogów dotyczących wytrzymałości:
Niska wytrzymałość (< 200 MPa): 5 serii (5052), 3 serii (3003) → scenariusze odporne na korozję (takie jak pojemniki i rury).
Średnia wytrzymałość (200-400 MPa): 6 serii (6061/6063) → części konstrukcyjne (takie jak drzwi i okna, ramy przemysłowe).
Wysoka wytrzymałość (> 400 MPa): 2 serii (2024), 7 serii (7075) → maszyny lotnicze, maszyny o dużym obciążeniu.
W połączeniu z możliwością przetwarzania:
W przypadku scenariuszy wymagających spawania należy wybrać serię 5 (stop aluminium-magnezu) lub serię 6 (dobra spawalność) i unikać serii 2 i serii 7 (zawierające miedź i cynk,łatwe do pękania podczas spawania).
Podsumowanie
Wytrzymałość i twardość stopów aluminium można regulować w szerokim zakresie poprzez projektowanie stopów i kontrolę procesu, od "miękkiego jak puszka" (czysty aluminium) do "silnego jak stal" (7075-T6).Rzeczywista wytrzymałość ciśnienia musi zostać kompleksowo oceniona w połączeniu z markąZaleca się zapewnienie bezpieczeństwa poprzez badania mechaniczne (np. badania na rozciąganie, badania na kompresję) lub odniesienie do norm przemysłowych (np. ASTM,GB/T) w inżynierii.
