هل تقوم بتصميم مكون يكون فيه الصلابة أمرًا بالغ الأهمية ، وأنت تتساءل عن سبيكة الألمنيوم التي تقدم أفضل تصلب؟ إنه سؤال حاسم للمهندسين.

عند البحث عن أقصى قدر من الصلابة في سبائك الألومنيوم ، يجب أن تركز بشكل أساسي على معامل المرونة (معامل يونغ) ، لأن هذه الخاصية الجوهرية متطابقة تقريبًا في جميع سبائك الألومنيوم. لذلك ، لتحقيق أقصى قدر من الصلابة في المكون ، فإن الإستراتيجية الأكثر فعالية هي تحسين هندسة التصميم وسمكه ، حيث أن اختيار المواد وحده سيوفر اختلافات ضئيلة في الصلابة للألمنيوم.

في تجربتي في SWA Forging ، غالبًا ما يسأل العملاء عن الألومنيوم "الأكثر صرامة ". أشرح دائمًا أن سر الصلابة في الألومنيوم ليس في العثور على سبيكة سحرية ، ولكن في التصميم الذكي.

ما هي سبيكة الألمنيوم الأقصى؟

هل تبحث عن سبيكة من الألومنيوم تبرز فوق البقية من حيث الصلابة؟ قد يفاجئك الجواب.

سبيكة الألومنيوم الأقوى هي ، لأغراض عملية ، تقريبا جميع سبائك الألومنيوم. معامل المرونة (معامل يونغ) ، الذي يحدد صلابة المادة المتأصلة ، يختلف فقط قليلاً بين سبائك الألومنيوم المختلفة ، والتي تتراوح عادة من 69 إلى 79 GPA (10 إلى 11.5 MPSI). لذلك ، فإن اختيار سبيكة محددة للتصلب المتفوق يوفر الحد الأدنى من الميزة ؛ اعتبارات التصميم مثل هندسة القسم هي أكثر تأثيرا بكثير.

عندما يسألني أحد العميل عن سبيكة الألمنيوم هي الأرقى ، أشرح أنه لا يوجد سبيكة من الألومنيوم "Super Stirl " بالطريقة نفسها ، هناك "Super Strong ".

فهم الصلابة في سبائك الألومنيوم

غالبًا ما يتم الخلط بين مفهوم الصلابة ، عند مناقشة المواد ، بالقوة أو الصلابة. دعونا نوضح.

· تصلب (معامل المرونة/معامل يونغ): هذه خاصية مادة أساسية تقيس مقاومة المادة للتشوه المرن تحت الحمل. يصف مقدار ما سيتم تمديد المادة أو الانحناء عند تطبيق القوة ، ومقدار ما ستعود إلى شكله الأصلي بمجرد إزالة القوة. معامل أعلى يعني تصلب أكبر.

· القوة (قوة العائد ، قوة الشد): هذه هي قدرة المادة على تحمل الإجهاد دون تشوه دائم (قوة العائد) أو الكسر (قوة الشد).

· صلابة: هذه مقاومة للمواد لتشوه البلاستيك المترجمة (على سبيل المثال ، المسافة البادئة أو الخدش).

النقطة الأساسية هي ذلك جميع سبائك الألومنيوم لها معامل متشابهة للغاية من المرونة. في حين أن القوة والصلابة يمكن أن تختلف اختلافا كبيرا بين السبائك (على سبيل المثال ، 2000 سلسلة قوية ، 5000 سلسلة جيدة للتآكل ، 7000 سلسلة قوية جدا) ، تصلبها ثابتة تقريبا.

نوع سبيكة الألومنيوم	معامل نموذجي للمرونة (GPA)	معامل نموذجي للمرونة (MPSI)	الخصائص الرئيسية (بخلاف الصلابة)
1xxx (AL النقي)	~ 69	~ 10.0	تآكل ممتاز ، قوة منخفضة
2xxx (كال)	~ 73	~ 10.6	قوة عالية ، طائرة
3xxx (al-mn)	~ 70	~ 10.2	قابلية تشكيل جيدة ، قوة معتدلة
5xxx (al-mg)	~ 70	~ 10.2	تآكل ممتاز ، قابلية لحام جيد
6xxx (al-mg-si)	~ 70	~ 10.2	قوة جيدة ، قابلية اللحام ، البثق
7xxx (Al-Zn)	~ 79	~ 11.5	قوة عالية جدا ، طائرة

كما ترون ، فإن الاختلاف في المعامل بين "أقسى " (سلسلة 7xxx) و "أقل صلابة " (سلسلة 1xxx) لا يتجاوز 10 إلى 15 ٪ فقط. هذا فرق ضئيل عند محاولة زيادة الصلابة في مكون.

لذلك ، لأقصى قدر من الصلابة ، يجب أن يكون التركيز دائمًا على تصميم هندسة.

· زيادة سمك: سيكون قسم أكثر سمكا أكثر صلابة.

· زيادة ارتفاع القسم/العمق (للحزم): للحصول على شعاع ، يزداد الصلابة مع مكعب ارتفاعه (I-beam ، قسم المربع). هذا هو السبب في استخدام I-beam حيث تكون الصلابة أمرًا بالغ الأهمية.

· استخدم Bracing/Ribs: إن إضافة الأضلاع أو الشفاه إلى لوحة مسطحة أو قسم رفيع يزيد بشكل كبير من صلابةها دون إضافة وزن كبير.

لقد عملت ذات مرة مع عميل الفضاء في تصميم شريحة هيكلية. حددوا في البداية الألومنيوم 7075 عالي القوة ، معتقدين أنه سيكون أكثر صلابة. أوضحت أنه على الرغم من أن 7075 أقوى ، فإن اختلاف الصلابة من 6061 سيكون ضئيلًا. لقد ذهبنا في النهاية مع 6061-T6 للتكلفة واللحام ، لكننا أعادوا تصميم القوس لتشمل مقطعًا متقاطعًا للقناة C ، مما زاد بشكل كبير من تصلبه أكثر بكثير من أي تغيير في سبائك.

هل 5052 أو 6061 أفضل للانحناء؟

هل تتطلع إلى ثني الألمنيوم وتتساءل أي سبيكة مشتركة ، 5052 أو 6061 ، ستعمل بشكل أفضل دون تكسير؟ إنه سؤال متكرر في التصنيع.

بالنسبة لتطبيقات الانحناء ، تكون سبيكة الألمنيوم 5052 أفضل بشكل عام من 6061. 5052 عبارة عن سبيكة غير قابلة للعلاج مع ليونة عالية وقابلية للتشكيل ، مما يسمح له بانحناء نصف قطر أكثر تشددًا دون تكسير. 6061 ، وخاصة في مزاج T6 ، هو سبيكة قابلة للمعالجة ، ذات القوة العالية التي تكون أقل دكتايل وأكثر عرضة للتكسير أثناء الانحناء ، وخاصة في زوايا حادة.

عندما يناقش العملاء عمليات التشكيل ، فإنني أرشدهم دائمًا نحو السبائك المعروفة بحياتي ، وغالبًا ما يكون 5052 في أعلى القائمة لتشكيلها.

دور ليونة في الانحناء

الانحناء ينطوي على تشوه البلاستيك ، وهذا يعني أن المادة تتشكل بشكل دائم. هذا يتطلب ليونة جيدة ، وهي قدرة المادة على التشوه تحت إجهاد الشد دون كسر.

·

5052 الألومنيوم:

·

o نوع السبائك: 5052 هو جزء من سلسلة 5xxx ، مما يعني أنه ملموس في المقام الأول مع المغنيسيوم. إنه غير قابلة للعلاج سبيكة. يتم تحقيق قوته من خلال تصلب العمل (العمل البارد).

o ليونة: 5052 لديه ليونة ممتازة وإمكانية التشكيل ، وخاصة في الإغراءات الأكثر ليونة مثل H32 أو H34. هذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب الانحناءات الشديدة أو الرسم العميق أو عمليات التكوين المعقدة. يساهم محتوى المغنيسيوم العالي في خصائصه الجيدة في مجال الصلب مع الحفاظ على ليونة.

o التطبيقات: يستخدم عادة للتطبيقات البحرية ، وأوعية الضغط ، وخزانات الوقود ، والعمل المعدني للصفائح حيث تكون هناك حاجة إلى تشكيل جيد ومقاومة للتآكل.

·

6061 الألومنيوم:

·

o نوع السبائك: 6061 هو جزء من سلسلة 6xxx ، وبلد مع المغنيسيوم والسيليكون. إنه معالجة بالحرارة سبيكة. يتم تحقيق قوتها العالية من خلال معالجة الحرارة للحل والشيخوخة الاصطناعية (T6 مزاج).

o ليونة: في مزاج T6 ، 6061 أقوى بكثير ولكن أقل من 5052. عملية تصلب هطول الأمطار التي تمنحها قوة تجعلها أكثر هشاشة ، خاصة عند محاولة تكوين الانحناءات الحادة. في حين أن 6061-T6 يمكن أن ينحني ، فإنه يتطلب نصف قطر الانحناء الأكبر لتجنب التكسير. إذا كانت هناك حاجة إلى انحناءات أكثر إحكاما ، فإن 6061 في حالة T4 مزاجها (تم علاج الحرارة المعالجة بالحرارة ولكن من العمر بشكل طبيعي) أو حالة الصلب (O -Edge) توفر إمكانية تشكيل أفضل ، ولكن بقوة أقل.

o التطبيقات: يستخدم على نطاق واسع للمكونات الهيكلية ، والإطارات ، وأجزاء الطيران ، والتصنيع العام حيث يلزم وجود مزيج من القوة الجيدة ، وقابلية اللحام ، ومقاومة التآكل.

ميزة	5052 الألومنيوم	6061 الألومنيوم
نوع السبائك	غير قابلة للعلاج (ملغ)	معالجة الحرارة (MG ، SI)
مزاج نموذجي	H32 ، H34	T6 (الأكثر شيوعًا) ، T4 ، O
ليونة	ممتاز	جيد (O ، T4) ، عادلة (T6)
قابلية التشكيل	جيد جدا للانحناء الضيق ، الرسم العميق	معتدل ، يتطلب نصف قطر ثني أكبر في مزاج T6
قوة	معتدل	مرتفع (خاصة T6 مزاج)
الاستخدام الأساسي	الانحناء ، تشكيل ، البحرية ، الدبابات	التصنيع الهيكلي ، العام ، حيث القوة هي المفتاح

أتذكر عميلًا حاول ثني شريحة السيارات المعقدة من 6061-T6. ظلوا يعانون من التكسير على خطوط الانحناء. بعد مناقشته ، أدركنا أن 5052-H32 كان خيارًا أفضل بكثير لتلك عملية التكوين المحددة. ثم قاموا بملورة الجزء 5052 إلى عضو هيكلي 6061. يتعلق الأمر باستخدام المادة المناسبة للوظيفة الصحيحة ، حتى لو كان ذلك يعني الجمع بين السبائك.

ما هي أفضل سبيكة الألمنيوم للانحناء؟

هل تبحث عن أفضل سبيكة من الألومنيوم المطلقة للتطبيقات التي تتطلب الانحناء أو التشكيل الواسع؟ يعتمد الخيار المثالي على متطلبات التكوين المحددة.

أفضل سبيكة من الألمنيوم للانحناء لمعظم تطبيقات التكوين العام هي سبيكة 5052 ، لا سيما في الإغراءات الأكثر ليونة مثل H32 أو H34 ، بسبب ليونة ممتازة وقابليتها للتشكيل. من أجل التشكيل الشديد للغاية ، وخاصة الرسم العميق ، غالبًا ما يتم تفضيل السبائك الأكثر ليونة مثل 3003 أو حتى 1100 من الألومنيوم النقي ، لأنها توفر أعلى مستويات ليونة.

عندما يحتاج العميل إلى تكوين أشكال معقدة ، أفكر غريزيًا في السبائك غير القابلة للعلاج لأن ليونةهم المتأصلة تجعل العملية أكثر سلاسة.

أفضل الخيارات للانحناء والتشكيل

سبيكة "أفضل " للانحناء ليست فقط عن تجنب الشقوق ؛ يتعلق الأمر بسهولة التشكيل ، والقدرة على الاحتفاظ بالشكل ، وكيفية تفاعله مع الخصائص المطلوبة الأخرى.

· 5052 سبيكة (H32 ، H34 Empers):

o لماذا هو رائع: يوفر توازنًا ممتازًا في القوة الجيدة ، ومقاومة تآكل جيدة جدًا (وخاصة في البيئات البحرية) ، وقابلية التشكيل المتميزة. يمكن أن تكون عازمة على نصف قطر ضيقة نسبيا دون كسر.

o حالات الاستخدام: يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات البحرية ، وخزانات الوقود ، وتصنيع الصفائح العامة للمعادن ، والهيكل الإلكترونيات.

· 3003 سبيكة (H14 ، H18 Emperers):

o لماذا هو رائع: تنحي في القوة من 5052 ، ولكن أكثر الدكتايل. إنها سبيكة ممتازة للأغراض العامة للتطبيقات المتوسطة القوة التي تتطلب قابلية تشكيل جيدة وقابلية لحام.

o حالات الاستخدام: أدوات الطبخ ، المعدات الكيميائية ، العمل المعدني العام ، والمبادلات الحرارية.

· 1100 سبيكة (H14 ، H18 Empers):

o لماذا هو رائع: هذا هو الألمنيوم النقي تجاريا. لديها أعلى ليونة وأسهل لتشكيلها ، ولكن لديها أيضا أدنى قوة.

o حالات الاستخدام: معدات المعالجة الكيميائية ، القطع الزخرفية ، لوحات الأسماء ، والتطبيقات التي تكون هناك حاجة إلى تشكيل شديد والقوة ليست مصدر قلق أساسي.

· سبيكة 6061 (O أو T4 Demage):

o لماذا هو رائع: في حين أن 6061-T6 ضعيفة في الانحناء ، فإن 6061 في مزاجها الصلب (O) أو مزاج T4 (محلول يتم معالجته بالحرارة ولكن ليس كاملاً) يوفر ليونة محسنة بشكل كبير. بعد الانحناء ، يمكن معالجته في كثير من الأحيان إلى مزاج T6 لاستعادة قوتها.

o حالات الاستخدام: المكونات الهيكلية التي تحتاج إلى ثني في الشكل قبل المعالجة النهائية للحرارة ، أو للتطبيقات التي تكون فيها متطلبات القوة النهائية معتدلة.

سبيكة	عنصر السبائك الأولية	قابلية التشكيل (ليونة)	القوة النسبية	شائعات شائعة	التطبيقات الأولية
1100	نقي آل	ممتاز	قليل	H14 ، H18	رسم عميق ، معدات كيميائية ، زخرفية
3003	المنغنيز	جيد جدًا	معتدل	H14 ، H18	أدوات الطبخ ، الصفائح المعدنية العامة ، المبادلات الحرارية
5052	المغنيسيوم	ممتاز	معتدلة عالية	H32 ، H34	البحرية ، خزانات الوقود ، التصنيع العام ، تآكل جيد
6061	ملغ ، سي	جيد (O ، T4) ، عادلة (T6)	عالي	O ، T4 ، T6	الهيكلية (إذا كانت حرارة ما بعد الانتعاش قابلة للعلاج) ، الغرض العام

رأيت ذات مرة تصميم واجهة معمارية معقدة تضمنت منحنيات معقدة للغاية وانحناءات مركبة. استخدم المصنع بنجاح 3003-H14 الألومنيوم من أجل تشكيله المتفوق. لقد مكنهم من تحقيق الرؤية الجمالية دون كسور الإجهاد ، على الرغم من أن الهيكل النهائي لم يخضع لأحمال عالية.

ما هي صلابة الألومنيوم 6061 T6؟

هل أنت مهتم على وجه التحديد بخصائص الصلابة من الألومنيوم 6061-T6 ، سبيكة شائعة ومتعددة الاستخدامات؟ فهم هذه الخاصية هو مفتاح تطبيقها.

يبلغ تصلب الألومنيوم 6061-T6 ، كما تم قياسه بواسطة معامل مرونة (معامل يونغ) ، حوالي 69 GPA (10 mpsi). في حين أن 6061-T6 معروف بقوته العالية ومقاومة التآكل الجيدة ، فإن تصلبها تشبه جميع سبائك الألومنيوم الأخرى تقريبًا. لذلك ، يعتمد تحقيق تصلب مكون أعلى على تحسين التصميم الهندسي للجزء بدلاً من اختيار 6061-T6 على سبيكة ألمنيوم أخرى.

غالبًا ما أوضح هذه النقطة للمهندسين الذين قد يخلطون بين قوة 6061-T6 الممتازة مع تصلب فائق. أنها ذات صلة ولكن خصائص مميزة.

الصلابة مقابل القوة في 6061-T6

6061-T6 هي سبيكة الألمنيوم المستخدمة على نطاق واسع بسبب مزيجها الممتاز من الخصائص. ومع ذلك ، فإن صلابةها ليست نقطة بيع فريدة من نوعها.

· معامل المرونة (الصلابة): كما ذكر ، بالنسبة إلى 6061-T6 ، تبلغ هذه القيمة حوالي 69 GPA أو 10 MPSI. هذا يعني أنه بالنسبة إلى مقطع عرضي معين ، فإن شعاع 6061-T6 سوف ينحرف تقريبًا عن نفس الكمية تحت حمولة معينة مثل شعاع مصنوع من 5052-H32 ، 3003-H14 ، أو حتى 1100 ألمنيوم نقي. غالبًا ما يكون الاختلاف في الانحراف بسبب اختيار السبائك وحده ضئيلًا في معظم التطبيقات الهندسية.

· القوة (العائد وقوة الشد): هذا هو المكان الذي يضيء فيه 6061-T6 حقًا مقارنة بالعديد من سبائك الألومنيوم الأخرى. تبلغ قوة العائد النموذجية حوالي 276 ميجا باسكال (40 KSI) ، وقوته الشد حوالي 310 ميجا باسكال (45 KSI). هذه القوة العالية تسمح لها بتحمل الأحمال الكبيرة دون تشوه دائم أو كسر. يشير مزاج "T6 " إلى أنه كان حلول معالجة بالحرارة ومسنين بشكل مصطنع لتحقيق هذه القوة القصوى.

· خصائص أخرى: يضم 6061-T6 أيضًا قابلية لحام جيدة ومقاومة جيدة للتآكل وقابلية جيدة للآلة ، مما يجعلها خيارًا متعدد الاستخدامات لمجموعة واسعة من التطبيقات ، من المكونات الهيكلية في المباني والجسور إلى الأجزاء البحرية والسيارات.

أراد العميل ذات مرة أن يصنع شعاع دعم طويل للغاية من 6061-T6 ، وكانوا قلقين بشأن تصلبه. في حين أن 6061-T6 قوية ، أوضحت أن صلابةها لن تكون مختلفة كثيرًا عن سبائك الألومنيوم الأخرى. للحصول على الصلابة المطلوبة ، كنا بحاجة إلى جعل الشعاع أطول أو إضافة أضلاع تصلب ، بغض النظر عن السبائك المحددة. ثم اختاروا ملف تعريف البثق القياسي الذي عزز إلى الحد الأقصى لحظة القصور المقطعية من القصور الذاتي ، مما يجعلها قاسية للغاية حتى مع القياسية 6061-T6.

خاتمة

للحصول على أقصى قدر من الصلابة في الألومنيوم ، فإن المفتاح ليس في اختيار سبيكة محددة ، لأن معامل مرونةهم متطابقة تقريبًا (حوالي 69-79 GPA). بدلاً من ذلك ، ركز على تحسين هندسة المكون ، مثل زيادة السماكة أو التصميم مع الأضلاع والقنوات. بالنسبة للانحناء ، فإن 5052 متفوقة على 6061-T6 بسبب ليونة أعلى ، مع 3003 و 1100 أفضل لتشكيل شديد. في حين أن 6061-T6 يوفر قوة ممتازة ، فإن تصلبها مماثلة لسبائك الألومنيوم الأخرى.