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.
Quanto è resistente l'alluminio? Tabella di resistenza per lega e trattamento termico
La resistenza dell'alluminio dipende sia dal tipo di lega che dal trattamento termico. L'alluminio puro presenta un'eccellente duttilità e formabilità, ma una resistenza relativamente bassa. Gli elementi di lega e il trattamento termico possono migliorarne significativamente le proprietà meccaniche.
La tabella seguente mette a confronto i valori tipici a temperatura ambiente delle leghe di alluminio più comuni e dei relativi stati di tempra:
| Lega di alluminio e tempra | Resistenza allo snervamento | Resistenza alla trazione | Allungamento | Caratteristiche di resistenza |
|---|---|---|---|---|
| 1100-O | 34 MPa | 90 MPa | 30% | Bassa resistenza con eccellente formabilità |
| 5052-H32 | 193 MPa | 228 MPa | 12% | Resistenza media ed eccellente resistenza alla corrosione |
| 6061-T6 | 276 MPa | 310 MPa | 12% | Equilibrio tra resistenza meccanica, lavorabilità e resistenza alla corrosione |
| 2024-T3 | 345 MPa | 483 MPa | 16% | Elevata resistenza meccanica e buona resistenza alla fatica |
| 7075-T6 | 503 MPa | 572 MPa | 11% | Resistenza molto elevata per strutture leggere |
Le leghe di alluminio coprono un ampio intervallo di resistenza. La resistenza alla trazione tipica varia da 90 MPa per la lega 1100-O a 572 MPa per la lega 7075-T6.
Anche la temperatura influisce sulle prestazioni del materiale:
- O: completamente ricotto, con bassa resistenza e elevata duttilità.
- H32: indurito per deformazione e stabilizzato.
- T3: soluzione sottoposta a trattamento termico, lavorazione a freddo e invecchiamento naturale.
- T6: soluzione sottoposta a trattamento termico e invecchiamento artificiale.
La resistenza dell'alluminio deve quindi essere confrontata tenendo conto sia del tipo di lega che del trattamento termico. Il confronto limitandosi alle leghe 5052, 6061 o 7075 non fornisce un risultato accurato.
Questi valori sono dati di riferimento tipici. Le decisioni definitive relative alla progettazione devono tenere conto della norma applicabile, della forma del prodotto, dello spessore, della direzione del materiale e del certificato del materiale.
Confronto tra la resistenza dell'alluminio 5052, 6061 e 7075
Per i tipi di temperamento più comuni, la classifica in base alla forza è la seguente:
7075-T6 > 6061-T6 > 5052-H32
Il limite di snervamento del 7075-T6 è circa 2,6 volte superiore a quello del 5052-H32. Il limite di snervamento del 6061-T6 è superiore di circa 43% rispetto a quello del 5052-H32.
Tuttavia, la forza non è l'unico criterio di selezione:
| Lega | Forza relativa | Formabilità | Resistenza alla corrosione | Lavorabilità | Il migliore per |
|---|---|---|---|---|---|
| 5052-H32 | Medio | Eccellente | Eccellente | Moderato | Lamiere, serbatoi e componenti navali |
| 6061-T6 | Alto | Moderato | Buono | Eccellente | Componenti CNC, staffe e telai per macchine |
| 7075-T6 | Molto alto | Limitato | Moderato | Buono | Strutture aerospaziali e per carichi elevati |
Il 5052-H32 offre un'eccellente formabilità, saldabilità e resistenza alla corrosione causata dall'acqua di mare. Viene comunemente utilizzato per componenti in lamiera piegati o stampati.
Il 6061-T6 offre un equilibrio ottimale tra resistenza, lavorabilità, resistenza alla corrosione e costo. Rappresenta una scelta pratica per i componenti strutturali lavorati con macchine CNC.
Il 7075-T6 offre la resistenza più elevata tra i tre. È adatto per componenti aerospaziali e altre strutture leggere soggette a carichi elevati.
In parole povere, scegliete il 5052-H32 per la lavorabilità e la resistenza alla corrosione, il 6061-T6 per prestazioni CNC equilibrate e il 7075-T6 quando la resistenza è la priorità.
Qual è la lega di alluminio più resistente?
La 7075-T6 è una delle leghe di alluminio più resistenti comunemente utilizzate. Il suo limite di snervamento tipico è di 503 MPa, mentre la sua resistenza alla trazione raggiunge i 572 MPa. È ampiamente utilizzata per strutture aerospaziali, elementi di collegamento sottoposti a carichi elevati e componenti di precisione.
Tra le leghe speciali, la 7068-T6511 è più resistente della 7075-T6511. I valori tipici dei prodotti estrusi sono:
| Lega e tempra | Resistenza allo snervamento | Resistenza alla trazione |
|---|---|---|
| 7068-T6511 | 683 MPa | 710 MPa |
| 7075-T6511 | 590 MPa | 640 MPa |
Questi valori si applicano a prodotti estrusi comparabili. Non devono essere confrontati direttamente con i dati relativi alle lamiere in 7075-T6, poiché la forma del prodotto, le dimensioni, il grado di tempra e la direzione del materiale influiscono sulla resistenza.
La scelta è chiara:
- Scegliete il 7075-T6 per applicazioni tecniche ad alta resistenza, ampiamente disponibili.
- Scegli il codice 7068-T6511 per i componenti specializzati che richiedono una resistenza ancora maggiore.
La resistenza da sola non è determinante per valutare l'idoneità. Occorre infatti tenere conto anche della resistenza alla fatica, della tenacità alla frattura, della resistenza alla corrosione, della lavorabilità, dei metodi di giunzione e della disponibilità del materiale.
Resistenza specifica e rapporto resistenza/peso dell'alluminio
La resistenza specifica indica la quantità di resistenza fornita da un materiale in rapporto alla sua densità. È particolarmente utile quando si confrontano materiali destinati a strutture leggere.
Utilizza questa formula in testo semplice per evitare problemi di visualizzazione:
Resistenza specifica = Resistenza del materiale ÷ Densità
La resistenza specifica può essere calcolata utilizzando il limite di snervamento o la resistenza alla trazione. Il limite di snervamento specifico è più rilevante ai fini della deformazione permanente, mentre la resistenza alla trazione specifica è correlata alla rottura definitiva.
| Lega di alluminio | Densità | Resistenza allo snervamento | Resistenza specifica allo snervamento |
|---|---|---|---|
| 5052-H32 | 2,68 g/cm³ | 193 MPa | 72 MPa/(g/cm³) |
| 6061-T6 | 2,70 g/cm³ | 276 MPa | 102 MPa/(g/cm³) |
| 7075-T6 | 2,81 g/cm³ | 503 MPa | 179 MPa/(g/cm³) |
Il 7075-T6 ha una densità superiore di soli 5% rispetto al 5052-H32, ma il suo limite di snervamento è circa 2,6 volte superiore. Offre quindi un rapporto resistenza/peso molto più elevato. Il 6061-T6 offre una combinazione più equilibrata di resistenza specifica, lavorabilità, resistenza alla corrosione e costo.
L'alluminio ha una densità pari a circa un terzo di quella dell'acciaio. L'alluminio ad alta resistenza consente quindi di ridurre il peso dei componenti pur mantenendo la capacità di carico richiesta.
La resistenza specifica è solo uno dei fattori di selezione. Occorre valutare anche la rigidità, la resistenza alla fatica, la tenacità alla frattura, la resistenza alla corrosione, la resistenza all'usura e la temperatura di esercizio.
What Is the Difference Between Aluminum Strength and Stiffness?
Strength and stiffness are two properties that must be evaluated separately when selecting an aluminum alloy. Strength determines when a part undergoes permanent deformation or fracture under load and is commonly expressed by yield strength and tensile strength. Stiffness determines the amount of elastic deformation produced under load and mainly depends on the elastic modulus and the cross-sectional geometry of the part.
Common aluminum alloys typically have an elastic modulus of approximately 69–72 GPa. Although 6061-T6 e 7075-T6 differ significantly in strength, their elastic moduli are similar. This means that replacing 6061 with 7075 under the same dimensions and loading conditions can increase load-bearing capacity, but it will not substantially reduce the elastic deflection of the part.
If excessive deflection is the main issue in a bracket, beam, mounting plate, or thin-walled housing, simply selecting a stronger material will not solve the problem at its source. More effective methods include increasing the section thickness, shortening the cantilever length, adding reinforcing ribs, optimizing support locations, or changing the cross-sectional geometry.
Material selection can be evaluated according to the following principles:
- Preventing permanent deformation: Focus on yield strength and verify it against the actual load, safety factor, and locations of stress concentration.
- Preventing fracture: Focus on tensile strength, fracture toughness, fatigue performance, and the loading direction of the part.
- Limiting elastic deformation: Focus on elastic modulus, area moment of inertia, support configuration, and part geometry.
- Controlling weight: Compare the specific strength of the materials and the final part weight after meeting stiffness and strength requirements.
Therefore, selecting an aluminum alloy for a custom part should not be based solely on the grade with the highest strength. When structural stiffness is insufficient, the part geometry should be optimized first. When load-bearing capacity is insufficient, an alloy and temper with higher yield strength and better fatigue performance should be selected.
How Do Product Form and Temper Affect Aluminum Strength?
The mechanical properties of the same aluminum alloy grade cannot be treated as identical when it is supplied as plate, extrusion, bar, forging, or casting. The production method changes the grain structure, deformation direction, residual stress, and internal defect level of the material. Therefore, a drawing should specify more than simply “6061” or “7075”; it should also define the product form, temper, and applicable standard.
Sheet and plate: Rolling creates a distinct material orientation. Strength, elongation, and fracture toughness vary among the longitudinal, long-transverse, and short-transverse directions. The properties at the center of a thick plate may also be lower than those near the surface. For large load-bearing parts, the minimum properties specified by the applicable standard must be verified according to plate thickness and loading direction.
Extruded profiles: Extrusions are suitable for producing long parts with a constant cross-section, but wall thickness, cross-sectional complexity, and quench-cooling conditions affect the final properties. The properties of 6061-T6 and 6061-T6511 extrusions cannot be taken directly from plate data. The appropriate extrusion standard must be used to confirm their properties during procurement.
Forgiati: Forging improves material density and directs the metal flow along the part profile, making it suitable for highly loaded connectors, aerospace structural components, and high-fatigue parts. Forging properties are directly related to forging direction, forging ratio, heat treatment, and specimen orientation.
Getti: Cast aluminum alloys can form complex structures, but porosity, shrinkage, and oxide inclusions reduce fatigue strength and elongation. Pressure-containing parts and critical structural components must define the casting grade, heat-treatment condition, internal defect acceptance criteria, and nondestructive testing requirements.
Temper also significantly changes material performance:
- T6: Solution heat-treated and artificially aged to provide high strength. It is a common supply condition for 6061 and 7075 parts.
- T651: Based on the T6 temper with residual stress relieved by stretching. It is more suitable for thick plate and precision CNC parts that require extensive material removal.
- T6511: Commonly used for extruded bars and profiles, with stress relieved by stretching followed by straightening.
- T73, T7351, and T7451: Overaged tempers that reduce peak strength but improve the stress-corrosion resistance and dimensional stability of high-strength aluminum alloys such as 7075.
Engineering drawings should specify the “alloy grade + temper + product form + material standard.” For example, even though 6061-T651 plate and 6061-T6 extrusion share the same alloy grade, their guaranteed properties, residual stress levels, and machining stability are not identical.
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 limite di snervamento di Lega di 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
Il resistenza alla trazione della lega di alluminio 6061 varia in modo significativo a seconda delle 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 desiderate saperne di più sulla resistenza alla frattura di altri materiali gradi di lega di alluminio, è possibile fare riferimento alla tabella della resistenza alla trazione riportata 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.
How Can Deformation Be Controlled During Machining?
Aluminum alloys have a relatively low elastic modulus and high thermal conductivity, making them sensitive to residual stress, clamping force, and material-removal sequence. Thin-walled housings, long plates, deep-pocket parts, and components subjected to extensive one-sided milling are prone to warping, twisting, wall-thickness variation, and hole-position deviation during machining.
Deformation mainly results from the following factors:
- Residual stress in the raw material: Rolling, extrusion, quenching, and straightening generate residual stresses within the material. When CNC machining disrupts the original stress balance, the part deforms in the direction of stress release.
- Asymmetrical material removal: Removing a large amount of material from only one side of a plate causes uneven stress release between the upper and lower surfaces, resulting in part bending.
- Excessive clamping force: Thin-walled areas may be flattened or straightened while clamped. After the fixture is released, the part springs back, causing dimensional and geometric tolerances to fall outside specification.
- Cutting heat and tool condition: Tool wear, poor chip evacuation, or unsuitable cutting parameters increase localized temperature and cutting forces, causing thermal deformation and surface tearing.
- Insufficient structural rigidity: Deep pockets, narrow ribs, long overhangs, and thin-walled structures are prone to vibration or tool deflection under cutting forces, resulting in uneven thickness and profile errors.
Precision aluminum parts should be machined in stages. Rough machining is performed first while leaving a uniform allowance. The part is then allowed to stabilize or undergoes stress-relief treatment when necessary, enabling part of the internal stress to dissipate. The machining datum is subsequently re-established before semi-finishing and finish machining. For flat parts, material should be removed symmetrically from opposing surfaces whenever possible to avoid machining directly to the final dimensions in a single operation.
Thin-walled parts require low-deformation fixtures, soft jaws, or dedicated support structures, with clamping force applied to rigid areas. Sharp cutting tools, stable cutting parameters, and effective chip evacuation must also be maintained to prevent cutting forces from increasing as the tools wear.
For parts requiring high dimensional stability, low-residual-stress materials in T651, T6511, T7351, or T7451 tempers should be prioritized. Final inspection must be performed after the part has been completely released from the fixture and returned to a stable temperature. Otherwise, the measurement results will not represent the part in its free state.
Why Does Welding Reduce the Strength of Aluminum Alloys?
The localized high temperature generated by welding changes the microstructure of the weld and heat-affected zone in aluminum alloys. For aluminum alloys strengthened through heat treatment or work hardening, welding disrupts the original strengthening effect. Therefore, the design strength of a welded joint cannot be based directly on the T6, T651, or H32 properties of the base material.
6xxx-series aluminum alloys: Alloys such as 6061-T6 are strengthened by magnesium-silicide precipitates. The welding thermal cycle dissolves or coarsens these strengthening precipitates in the heat-affected zone, creating a distinct softened region. Joint strength is normally controlled by the heat-affected zone rather than the unaffected base material.
5xxx-series aluminum alloys: Materials such as 5052-H32 and 5083-H116 primarily obtain their strength through work hardening. Welding heat causes recovery or localized annealing in the heat-affected zone, reducing hardness and strength. The welded joint can no longer be designed using the full strength of the original H temper.
2xxx- and 7xxx-series high-strength aluminum alloys: These materials are more sensitive to hot cracking, porosity, strength reduction, and stress-corrosion cracking during welding. Alloys such as 2024 and 7075 are generally unsuitable for conventional fusion-welded structures. Mechanical fastening, integral CNC machining, forging, or fully validated solid-state joining processes are more suitable for critical load-bearing components.
Weld-strength control must be addressed during the design stage rather than added after the part has been manufactured. Drawings should clearly specify the welding method, filler-wire grade, joint configuration, weld dimensions, permissible defects, inspection method, and whether post-weld heat treatment is required.
Post-weld heat treatment can restore part of the strength of heat-treatable aluminum alloys. However, repeated solution heat treatment and aging can cause dimensional changes, deformation, and additional costs, and not every large or complex assembly is suitable for complete heat treatment. Welded structures should therefore be calculated using the allowable strength of the welded joint, with the heat-affected zone positioned in a low-stress area.
When accepting custom welded aluminum parts, inspection should cover not only dimensions and appearance but also weld formation, porosity, cracks, lack of fusion, and softening in the heat-affected zone. Critical load-bearing assemblies require penetrant testing, radiographic testing, or mechanical-property verification in accordance with the drawing and applicable specifications.
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 noi per consulenza professionale e un preventivo rapido—Ci impegniamo a fornire soluzioni efficienti e affidabili per il vostro progetto.