La lega di alluminio, uno dei materiali più comunemente utilizzati per la lavorazione, è largamente diffusa in Lavorazione CNC, estrusione di alluminio e fabbriche di produzione di lamiere. Ciò è dovuto alle sue eccellenti proprietà globali, tra cui la buona resistenza, la tenacità, la resistenza alla corrosione e la lavorabilità. Questo articolo presenta principalmente la resistenza dell'alluminio dal punto di vista.
Resistenza allo snervamento dell'alluminio
La resistenza allo snervamento è il limite di sollecitazione al quale un materiale metallico resiste a una leggera deformazione plastica. Per i materiali senza un chiaro fenomeno di snervamento, il limite di snervamento è definito come la sollecitazione corrispondente a 0,2% di deformazione residua. Quando la forza esterna supera questo valore, il pezzo subisce una deformazione permanente e cede; al di sotto di questo valore, la deformazione è recuperabile.
La resistenza allo snervamento dell'alluminio puro è relativamente bassa, solo 7-30 MPa, mentre le leghe di alluminio comunemente utilizzate di diversi gradi mostrano differenze significative dovute al trattamento termico e all'invecchiamento. Ad esempio, il 6061-T6 ha una resistenza allo snervamento di circa 241-276 MPa, il 7075-T6 come alluminio aerospaziale ad alta resistenza può raggiungere 503-505 MPa e il 5052-H32 circa 193 MPa. I materiali ricotti hanno generalmente una resistenza inferiore, il che rappresenta una base importante per la progettazione strutturale e la selezione della lavorazione.
Come calcolare il carico di snervamento dell'alluminio 6061 t6
Il carico di snervamento della lega di alluminio 6061-T6 viene misurato con una prova di trazione monoassiale a temperatura ambiente: un provino standard viene fissato su una macchina universale per prove sui materiali e allungato a velocità costante mentre si registra la curva sforzo-deformazione. Poiché questa lega non presenta un plateau di snervamento evidente, per determinare il carico di snervamento si utilizza il metodo dell'offset di 0,2%, cioè la sollecitazione corrispondente a una deformazione residua di 0,2%. Nella pratica ingegneristica, questo valore è spesso indicato come il valore di snervamento. carico di snervamento alluminio 6061 T6ed è comunemente espressa come Alluminio 6061-T6: resistenza allo snervamento MPa.
Il valore misurato Alluminio 6061-T6: resistenza allo snervamento MPa è solitamente compreso tra 241-276 MPa, e il valore ampiamente riconosciuto di Alluminio 6061-T6: carico di snervamento tipico MPa valore nel settore è di 241 MPa. Questo valore non è solo un indicatore di riferimento per gli standard dei materiali in lega di alluminio, ma anche una base importante per la progettazione della struttura meccanica, la verifica delle sollecitazioni, la selezione delle attrezzature e la formulazione dei parametri di lavorazione CNC, che influenzano direttamente la stabilità dimensionale e la sicurezza strutturale durante la sopportazione del carico, l'assemblaggio e l'uso a lungo termine.
La resistenza alla trazione tipica della lega di alluminio 7075-T6 è di circa 572 MPa, che rappresenta la massima sollecitazione di trazione che può sopportare prima della frattura. Essendo una lega di alluminio ad alta resistenza di tipo aerospaziale, questa proprietà la rende adatta alla progettazione strutturale e alle applicazioni di lavorazione in condizioni di carico e sollecitazione elevati.
Di seguito è riportata una tabella dei parametri di snervamento per i materiali in lega di alluminio comunemente utilizzati.
| Lega | Temperamento | Intervallo di snervamento (MPa) | Valore tipico (MPa) |
|---|---|---|---|
| 3003 | H14 | 110-145 | ~125 |
| 5052 | H32 | 160-200 | ~193 |
| 5083 | H321 | 215-275 | ~240 |
| 6061 | T6 | 241-276 | 241 |
| 6063 | T6 | 160-200 | ~175 |
| 2024 | T3/T4 | 290-340 | ~320 |
| 7075 | T6 | 503-505 | ~505 |
Resistenza alla trazione dell'alluminio
La resistenza alla trazione dell'alluminio puro è relativamente bassa, tipicamente nell'intervallo 40-90 MPa, con una forza limitata, utilizzata principalmente per parti strutturali non portanti. Tuttavia, le diverse leghe di alluminio mostrano differenze significative nella resistenza alla trazione dopo il trattamento termico o la lavorazione a freddo. Tra queste, la resistenza alla trazione tipica della 6061-T6 è di circa 260 MPa e offre buone proprietà meccaniche complessive e lavorabilità. La 7075-T6, una lega di alluminio aerospaziale ad alta resistenza, può raggiungere circa 572 MPa. Inoltre, la 5052-H32, comunemente utilizzata, ha una resistenza di circa 230 MPa, la 6063-T6 di circa 185 MPa e la 2024-T3 di circa 470 MPa. Le differenze di resistenza tra i vari gradi determinano direttamente la loro applicabilità in vari scenari, quali strutture meccaniche, aerospaziali e profili generali.
Resistenza alla trazione dell'alluminio 6061
La resistenza alla trazione della lega di alluminio 6061 varia significativamente con le condizioni di trattamento termico:
tempra O (ricotto): la resistenza alla trazione è di circa 124-193 MPa, con un valore tipico di 152 MPa per la lega di alluminio 6061-O. È relativamente morbida con una buona duttilità, adatta alla piegatura, allo stampaggio e alla formatura di parti complesse;
Tempra T4: circa 214-276 MPa, con un valore tipico di 241 MPa per la lega di alluminio 6061-T4. Ha una resistenza moderata e una buona tenacità, adatta a parti strutturali che richiedono sia la formabilità che un carico medio;
Tempra T6: 262-303 MPa, con un valore tipico di 276 MPa per la lega di alluminio 6061-T6. È la migliore combinazione di forza e resistenza alla corrosione ed è la condizione più comunemente utilizzata per la lavorazione.
Tra le leghe di alluminio comunemente utilizzate, la resistenza alla trazione della 6061-T6 è moderata, inferiore ai circa 572 MPa della 7075-T6, superiore ai circa 185 MPa della 6063-T6 e leggermente superiore ai circa 230 MPa della 5052-H32.
Grazie a forza, saldabilità, resistenza alla corrosione e lavorabilità bilanciate, la 6061 è ampiamente utilizzata per staffe strutturali, parti di apparecchiature di automazione, corpi valvola, flange, componenti per la dissipazione del calore, parti automobilistiche e componenti pneumatici. È un materiale di alluminio tecnico generale altamente conveniente in scenari che richiedono una certa capacità di carico, pur mantenendo la facilità di lavorazione.
Resistenza a trazione dell'alluminio
Il carico di rottura delle leghe di alluminio è lo stesso della resistenza alla trazione; entrambi si riferiscono alla sollecitazione massima che il materiale può sopportare prima della rottura in una prova di trazione monoassiale divisa per l'area della sezione trasversale originale, con l'unità di misura MPa. Pertanto, i valori tipici del carico di rottura sono gli stessi della resistenza alla trazione. Di seguito sono riportati i valori tipici del carico di rottura (resistenza alla trazione) per l'alluminio e le leghe di alluminio più comuni:
| Serie | Grado | Temperamento | Resistenza alla trazione finale (MPa) |
| 1xxx (alluminio puro) | 1050 | O | 60-80 |
| 1050 | H18 | 140-170 | |
| 1060 | O | 60-80 | |
| 1060 | H18 | 130-160 | |
| 1100 | H14 | 110-140 | |
| Alluminio 3xxx (Al-Mn) | 3003 | O | 100-130 |
| 3003 | H14 | 140-170 | |
| 3004 | H32 | 210-250 | |
| Alluminio 5xxx (Al-Mg) | 5052 | O | 170-210 |
| 5052 | H32 | 210-260 | |
| 5052 | H34 | 230-280 | |
| 5083 | H112 | 270-310 | |
| 5083 | H321 | 300-350 | |
| Alluminio 6xxx (Al-Mg-Si) | 6061 | T4 | 240 |
| 6061 | T6 | 290-310 | |
| 6063 | T5 | 170-210 | |
| 6063 | T6 | 215-245 | |
| 6082 | T6 | 290-320 | |
| Alluminio 2xxx (Al-Cu) | 2017 | T4 | 380-420 |
| 2024 | T3 / T4 | 470-490 | |
| Alluminio 7xxx (Al-Zn-Mg-Cu ad alta resistenza) | 7075 | O | 220-240 |
| 7075 | T6 | 560-580 | |
| 7050 | T7451 | 540-590 | |
| Alluminio fuso | A356 | T6 | 220-240 |
| A380 | Come da cast | 310-330 |
Resistenza alla rottura dell'alluminio
La resistenza alla frattura (σk) si riferisce alla tensione reale al momento della frattura finale durante le prove di trazione, calcolata come il rapporto tra il carico alla frattura Pk e l'area trasversale ridotta Ak dopo il distacco (σk = Pk/Ak). Viene utilizzato per caratterizzare la resistenza alla frattura del materiale. Per i materiali duttili, poiché la capacità portante ha già iniziato a diminuire dopo il distacco, l'importanza ingegneristica della resistenza alla frattura è relativamente limitata; per i materiali fragili, poiché il distacco si verifica raramente, la resistenza alla frattura è vicina alla resistenza alla trazione. Pertanto, nell'ingegneria pratica, la resistenza alla trazione (σb) viene solitamente utilizzata per rappresentare la resistenza alla frattura dei materiali.
Dalla relazione sforzo-deformazione, la resistenza alla frattura corrisponde alla fine della curva, mentre la resistenza alla trazione corrisponde al picco della curva. Sebbene vi sia una differenza tra i due parametri, essi vengono spesso semplificati nelle applicazioni ingegneristiche. Per le leghe di alluminio, la resistenza alla frattura è fortemente influenzata dal tipo di lega e dalle condizioni di trattamento termico, con valori tipici che vanno da circa 70 MPa a 570 MPa. Ad esempio, l'alluminio puro ha una resistenza di circa 70-110 MPa, il 6061-T6 di circa 290-320 MPa e il 7075-T6 può raggiungere circa 500-570 MPa. Se volete saperne di più sulla resistenza alla frattura di altri tipi di leghe di alluminio, potete consultare la tabella della resistenza alla trazione di cui sopra o consultare i tecnici weldo.
Questo grafico mostra la relazione tra la resistenza alla trazione, la resistenza alla frattura e la sollecitazione esterna：.
Resistenza alla compressione dell'alluminio
La resistenza alla compressione di una lega di alluminio si riferisce alla massima sollecitazione di compressione che l'alluminio può sopportare prima che si verifichi una significativa deformazione plastica o uno schiacciamento sotto pressione. La resistenza alla compressione dell'alluminio varia notevolmente a seconda del tipo di lega, delle condizioni di trattamento termico, della tecnologia di lavorazione e delle condizioni di prova. I casi più comuni sono i seguenti:
alluminio puro
L'alluminio puro (come la serie 1xxx) ha una resistenza alla compressione relativamente bassa. A temperatura ambiente, la resistenza alla compressione è di circa 7-110 MPa ed è soggetto a deformazione plastica.
leghe di alluminio comuni
Lega di alluminio 6061-T6: la resistenza allo snervamento a compressione è di circa 240-310 MPa a temperatura ambiente, comunemente utilizzata nelle strutture meccaniche e nei componenti automobilistici.
Lega di alluminio 6063-T5/T6: la resistenza alla compressione è di circa 150-200 MPa, utilizzata soprattutto per le facciate continue degli edifici e per i serramenti.
Lega di alluminio 7075-T6: la resistenza alla compressione può raggiungere i 500-600 MPa, comunemente utilizzata nei settori aerospaziale e meccanico di alto livello.
leghe per alte temperature o speciali
Alcuni compositi a matrice di alluminio (come i compositi a matrice di alluminio contenenti la fase di rinforzo Al₃Ti) possono raggiungere una resistenza allo snervamento a compressione di 938 MPa a 400℃, ma tali materiali sono costosi e vengono utilizzati soprattutto in ambienti estremi.
Le nuove leghe entropiche a base di alluminio (come Al₈₅Cu₅Li₄Mg₃Zn₃) hanno una resistenza alla compressione superiore a 1000 MPa a temperatura ambiente, ma non sono ancora state ampiamente applicate.
Va notato che nella pratica ingegneristica la resistenza alla compressione dell'alluminio è influenzata da fattori quali la forma della sezione trasversale, il rapporto di snellezza e i vincoli di estremità. I componenti snelli sono soggetti a rotture per instabilità, quindi la stabilità strutturale deve essere considerata nella progettazione.
Di seguito sono riportati gli intervalli di riferimento della resistenza alla compressione per l'alluminio comune e le leghe di alluminio dopo il trattamento termico:
| Serie | Grado | Temperamento | Compressivo Resistenza (MPa) |
| Alluminio puro 1xxx | 1050 | O | 15-30 |
| 1050 | H18 | 140-150 | |
| 1060 | O | 15-30 | |
| 1060 | H18 | 130-140 | |
| 1100 | H14 | 90-110 | |
| Alluminio 3xxx (Al-Mn) | 3003 | O | 40-50 |
| 3003 | H14 | 120-140 | |
| 3004 | H32 | 180-200 | |
| Alluminio 5xxx (Al-Mg) | 5052 | O | 90-110 |
| 5052 | H32 | 190-210 | |
| 5052 | H34 | 210-230 | |
| 5083 | H112 | 140-160 | |
| 5083 | H321 | 210-240 | |
| Alluminio 6xxx (Al-Mg-Si) | 6061 | T4 | 140-160 |
| 6061 | T6 | 240-310 | |
| 6063 | T5 | 130-160 | |
| 6063 | T6 | 190-210 | |
| 6082 | T6 | 250-270 | |
| Alluminio 2xxx (Al-Cu) | 2017 | T4 | 240-270 |
| 2024 | T3/T4 | 320-340 | |
| Alluminio 7xxx ad alta resistenza | 7075 | O | 90-110 |
| 7075 | T6 | 500-600 | |
| 7050 | T7451 | 460-490 | |
| Alluminio fuso | A356 | T6 | 160-180 |
| A380 | Come da cast | 150-170 |
Resistenza alla fatica dell'alluminio
La resistenza alla fatica dell'alluminio si riferisce alla massima sollecitazione sicura che le leghe di alluminio possono sopportare sotto carichi ripetuti e ciclici senza subire fratture. Se questo valore viene superato, il materiale si fessura gradualmente e alla fine cede dopo diversi cicli.
È strettamente correlata alla resistenza alla trazione del materiale: in genere, la resistenza alla fatica delle leghe di alluminio è circa un terzo della loro resistenza alla trazione. Ad esempio, per l'alluminio con una resistenza alla trazione di 300 MPa, la resistenza alla fatica è solitamente di circa 100 MPa. Solo le leghe di alluminio ad alta resistenza appositamente ottimizzate possono avvicinarsi alla metà della loro resistenza alla trazione.
Di seguito è riportata una tabella di riferimento rapido per la resistenza alla fatica dell'alluminio e delle leghe di alluminio:
| Serie | Grado | Temperamento | Resistenza alla fatica (10⁷ cicli) |
| 1xxx (alluminio puro) | 1060 | O (ricotto) | 25-35 |
| 1060 | H18 (lavorato a freddo) | 45-60 | |
| 5xxx (Al-Mg) | 5052 | H32 | 115-125 |
| 5083 | H112/H321 | 120-140 | |
| 6xxx (Al-Mg-Si) | 6061 | T6 | 95-100 |
| 6063 | T6 | 90-110 | |
| 2xxx (Al-Cu) | 2024 | T3/T4 | 100-120 |
| 2A12 | T6 | 95-110 | |
| 7xxx (ultraresistente) | 7075 | T6 | 150-165 |
| Alluminio fuso | A356 | T6 | 70-85 |
altri fattori che influenzano la resistenza a fatica dell'alluminio
I grani più fini e la struttura interna più uniforme determinano una maggiore resistenza alla fatica.
Superfici più lisce e trattamenti come la pallinatura e la lucidatura che introducono tensioni di compressione possono migliorare significativamente la resistenza alla fatica e ridurre l'innesco di cricche.
Anche le condizioni di carico sono critiche: una maggiore variazione delle sollecitazioni e una concentrazione delle stesse (come gli angoli acuti e i fori) ridurranno significativamente le prestazioni a fatica. In caso di carico a lungo termine ad alto numero di cicli, anche quando le sollecitazioni sono molto inferiori al limite di snervamento, può comunque verificarsi un cedimento per fatica.
Resistenza al taglio dell'alluminio
La resistenza al taglio della lega di alluminio si riferisce alla sua capacità di resistere allo scorrimento trasversale e alla rottura per taglio e, in ingegneria, è tipicamente pari a circa 0,6 volte la resistenza alla trazione. Di seguito sono riportati i valori di riferimento per le leghe di alluminio più comuni:
resistenza al taglio dell'alluminio 6061
Tempra T6: la resistenza al taglio di progetto è di circa 115 MPa, mentre la resistenza al taglio effettiva misurata può raggiungere 160-200 MPa.
Tempra T4: la resistenza al taglio è di circa 85-100 MPa.
Lega di alluminio 6063
Tempra T6: la resistenza al taglio di progetto è di circa 85 MPa, mentre la resistenza al taglio effettiva misurata è di 120-150 MPa.
Tempra T5: la resistenza al taglio è di circa 75-90 MPa.
Lega di alluminio 7075
Tempra T6: la resistenza al taglio è di circa 180-220 MPa, una delle più alte tra le leghe di alluminio comuni.
Tempra T751: la resistenza al taglio è di circa 160-190 MPa.
Lega di alluminio 5052
Tempra H32: la resistenza al taglio è di circa 125-165 MPa, con buona resistenza alla corrosione e moderata resistenza al taglio.
Tempra O: la resistenza al taglio è di circa 100-120 MPa.
Lega di alluminio 2A04 (per i rivetti)
Resistenza al taglio ≥275 MPa, adatta per applicazioni di rivettatura con elevati carichi di taglio.
Si noti che i valori sopra riportati sono valori tipici. Nella progettazione reale, devono essere determinati in base alle specifiche del materiale, ai processi di trattamento termico e alle condizioni di servizio. Per i profili di alluminio a taglio termico, gli standard nazionali richiedono una resistenza al taglio non inferiore a 40 MPa, mentre le specifiche industriali richiedono solitamente una resistenza non inferiore a 45 MPa.
Riepilogo della resistenza dell'alluminio
Questo articolo si concentra sulle principali proprietà meccaniche dell'alluminio e delle leghe di alluminio, spiegando sistematicamente le definizioni, i valori tipici e il significato ingegneristico di resistenza allo snervamento, alla trazione, alla compressione, alla fatica e al taglio. Inoltre, confronta le differenze di prestazioni di leghe comunemente utilizzate come 6061, 7075 e 5052 in varie condizioni di trattamento termico. Se state scegliendo il materiale di alluminio giusto o avete bisogno di soluzioni di lavorazione personalizzate, non esitate a contattarci. contatto Per una consulenza professionale e un preventivo rapido, ci impegniamo a fornire soluzioni efficienti e affidabili per il vostro progetto.
