Streckgrenze von Aluminium: Anwendungen, Auswahlkriterien und praktische Anleitung
Wenn ein Maschinenrahmen aus stranggepresstem 6061-T6-Aluminium besteht, ist die Zahl, die die erste dauerhafte Biegung vorhersagt Streckgrenze von Aluminium , nicht die Zugfestigkeit. Im T6-Zustand weist 6061 eine typische Streckgrenze von 276 MPa auf, sodass ein Bauteil in der Nähe dieser Spannung eine Verformung annimmt, lange bevor die Zugfestigkeit von 290 MPa erreicht wird.
Die Streckgrenze sagt Ihnen, wo das elastische Verhalten endet; Oberhalb dieser Belastung federt das Profil nicht zurück.
Dies ist bei T-Nuten-Rahmen wichtig, da die meisten Verbindungen und Balken so konstruiert sind, dass sie elastisch bleiben. Wenn ein Ingenieur eine Spannweite nur mit der höchsten Zugfestigkeit dimensioniert, kann der Rahmen dauerhaft durchhängen, lange bevor er bricht. Die Streckgrenze ist die praktische Designgrenze für tragende Aluminiumkonstruktionen.
Was ist die Streckgrenze von Aluminium und warum bestimmt sie die Rahmengrenzen?
Die Streckgrenze von Aluminium ist die Spannung, bei der sich das Material plastisch zu verformen beginnt, ausgedrückt in MPa oder ksi. Da Aluminium keine scharfe Streckgrenze hat, verwenden Ingenieure die Offset-Dehngrenze von 0,2 %.
0,2 % Offset-Dehngrenze ist die Spannung, die nach Wegnahme der Last zu einer dauerhaften plastischen Dehnung von 0,2 % führt. Es handelt sich um die anerkannte Definition der Streckgrenze für Aluminiumlegierungen.
Ein einfaches Beispiel: Ein 6061-T6-Profil mit einer Streckgrenze von 276 MPa kann auf 180 MPa belastet werden und mit einem angenehmen Spielraum in seine ursprüngliche Form zurückkehren. Bei 250 MPa ist der Rand dünn und lokale Spannungskonzentrationen an den Schlitzkanten können dazu führen, dass das Material seine Streckgrenze überschreitet.
Die praktische Konsequenz ist, dass die Streckgrenze und nicht die Härte oder Zugfestigkeit den ersten Schritt der Profilauswahl für Industrierahmen, Arbeitsstationen, Gehäuse und lineare Bewegungsstrukturen bestimmen sollte.
Werte der Aluminiumstreckgrenze nach Legierung und Härte
Die typische Streckgrenze für gängige extrudierte Aluminiumlegierungen liegt zwischen 34 MPa für 1100-O und 503 MPa für 7075-T6. In der folgenden Tabelle sind Werte aufgeführt, die Sie in Lieferantendatenblättern und Fabrikzertifikaten finden.
Typische Streckgrenze gängiger Aluminiumlegierungen, die für Strangpressteile verwendet werden.
Typische Streckgrenzenwerte aus der obigen Tabelle, aufgetragen auf einer gemeinsamen Skala.
Für leichte Schutzvorrichtungen und Trennwände reicht 6063-T5. Für tragende Säulen und Träger ist 6061-T6 die übliche Standardeinstellung. Wenn der Rahmen höhere Betriebslasten tragen muss, ist ein hochfestes 3030-T-Nut-Profil oft der kleinste Abschnitt, der funktioniert, ohne auf eine größere Serie umsteigen zu müssen.
Wenn der Rahmen auskragende Arme oder Deckenstützen verwendet, dimensionieren Sie diese Elemente nicht anhand der 6063-T5-Daten; Verwenden Sie 6061-T6 oder ein hochfestes Profil der 30er-Serie.
6061 vs. 6063: Wie sich die Streckgrenze auf Ihre Extrusionswahl auswirkt
Bei T-Nut-Rahmen liegt die praktische Wahl fast immer zwischen 6061-T6 und 6063-T6. 6061 bietet eine höhere Streckgrenze und besser bearbeitete Kanten; 6063 bietet eine glattere Oberfläche und erleichtert die Extrusion dünner oder komplexer Abschnitte.
6061-T6 für Struktur
Typische Streckgrenze von 276 MPa; mindestens 240 MPa in T6.
Höhere Härte und bessere Beständigkeit gegen Gewindestreifen in Gewindelöchern.
Bevorzugt für Maschinenfüße, Vorrichtungen und tragende Säulen.
6063-T6 für das Aussehen
Typische Streckgrenze von 214 MPa in T6; niedriger als 6061.
Glattere Oberfläche für klares oder farbiges Eloxieren.
Bessere Eckenfüllung und einfachere dünnwandige Extrusion.
Bei einer Schraubverbindung an einer Maschinensäule verringert die höhere Streckgrenze von 6061 das Risiko, dass die Schlitzzähne unter Vorspannung eindrücken. Wenn es sich bei dem Teil um ein Gehäuse mit eloxierter Oberfläche handelt, lässt sich 6063 leichter in dünnwandigen Abschnitten extrudieren und erzeugt eine gleichmäßigere Oberfläche. Bei Säulenlasten über ca. 25 kN a Hochleistungsprofil 6061 mit einer dickeren Wand ist der sicherere Ausgangspunkt.
Was verändert die Streckgrenze eines extrudierten Aluminiumprofils?
Nachdem die Legierung fixiert ist, hat das Temperieren den größten Einfluss auf die Streckgrenze, gefolgt von Kaltumformung, Temperatur und Querschnittsform. Die Grundlegierung legt die Decke fest; Durch die Verarbeitung wird der tatsächliche Wert festgelegt.
Legierungszusammensetzung: Magnesium und Silizium in 6xxx-Legierungen erzeugen Aushärtungsphasen; Kupfer und Lithium verstärken die Reaktion in 2xxx; Zink mit Magnesium verleiht 7xxx höchste Festigkeiten.
Wärmebehandlung: T5 wird nach der Extrusion abgekühlt und künstlich gealtert; T6 ist lösungsgeglüht, abgeschreckt und gealtert. In 6xxx-Legierungen erhöht T6 die Streckgrenze um 40–60 % im Vergleich zu T5.
Kaltarbeit: Das Strecken und Richten nach der Extrusion erhöht die Streckgrenze leicht, verringert jedoch die Dehnung. Aus diesem Grund sind die endgültige Anlass- und Richtfolge Teil des Werkszertifikats.
Betriebstemperatur: Eine längere Einwirkung von über 150 °C kann die Streckgrenze von 6061-T6 auf unter 200 MPa reduzieren. Wählen Sie für heiße Umgebungen eine thermisch stabile Legierung.
Abschnittsgeometrie: Die Streckgrenze ist eine Materialeigenschaft, aber die praktische Belastungsgrenze eines Profils hängt auch von der Wandstärke und -form ab, die das lokale Knicken vor dem Nachgeben in dünnen Abschnitten steuern.
Designregel: Verwenden Sie die Mindeststreckgrenze aus der Härtespezifikation und führen Sie dann eine separate Prüfung auf Knickung bei dünnwandigen T-Nut-Profilen durch.
So wenden Sie Daten zur Streckgrenze beim Kauf von Profilen an
Wenn Sie Aluminiumstrangpressteile für einen tragenden Rahmen kaufen, verwenden Sie die Mindeststreckgrenze aus dem Herstellerzertifikat und nicht den typischen Wert einer Marketingseite.
Fordern Sie den Zugversuchsbericht für die Charge an; ASTM B557 oder EN ISO 6892-1 sind gängige Standards.
Überprüfen Sie den vollständigen Temperaturcode. T6 und T651 weisen unterschiedliche Eigenspannungen auf, was sich auf die Bearbeitungsstabilität auswirkt.
Vergleichen Sie die Mindeststreckgrenze mit der im ungünstigsten Fall angewendeten Spannung. Ein Sicherheitsfaktor von 1,5 ist der Boden für statische Innenrahmen; Verwenden Sie 2.0 oder höher für zyklische oder dynamische Belastungen.
Überprüfen Sie die Belastungswerte der Steckverbinder separat. Ein Profil mit einer Streckgrenze von 276 MPa versagt immer noch an der Verbindungsstelle, wenn die Vorspannung des Eckverbinders oder der Schraube zu gering ist.
Ein Datenblatt mit der Angabe „Streckgrenze 276 MPa“ für 6061-T6 bezieht sich oft auf einen typischen Wert. Die gleiche Legierung kann auf dem Mühlenzertifikat einen Mindestwert von 240 MPa aufweisen, sodass eine Konstruktion, die 276 MPa verwendet, möglicherweise 13 % näher an der Ausbeute liegt als erwartet.
Lieferanten wie Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. geben auf jeder Profilseite Abschnittsgewicht, Härte und Oberflächenbeschaffenheit an, was den Vergleich der Streckgrenzenannahmen vor der Bestellung kundenspezifischer Längen erleichtert. An der Spitze des Standard-Extrusionsbereichs ist ein besonders schweres 90 x 90-Profil oft der letzte ausgewählte Standardabschnitt, bevor eine kundenspezifische Form gerechtfertigt ist.
Im T6-Temper hat 6061 eine typische Streckgrenze von 276 MPa und eine Mindeststreckgrenze von 240 MPa. Im geglühten O-Zustand sinkt sie auf etwa 55 MPa.
Wie hoch ist die Streckgrenze von 6063 Aluminium?
6063-T6 hat eine typische Streckgrenze von etwa 214 MPa, während 6063-T5 etwa 110 MPa beträgt. 6063 ist im Allgemeinen schwächer als 6061, lässt sich aber leichter extrudieren und hat eine bessere Oberflächenbeschaffenheit.
Erhöht die Wärmebehandlung die Streckgrenze von Aluminium?
Ja. Bei 6xxx-Legierungen erhöht die Lösungsglühbehandlung mit anschließender künstlicher Alterung die Streckgrenze erheblich. T6-Vergütungen bieten typischerweise eine um 40–60 % höhere Streckgrenze als T5-Vergütungen in derselben Legierung.
Wie wird die Streckgrenze von Aluminium gemessen?
Sie wird mit einem Zugversuch unter Verwendung der 0,2 %-Versatzmethode gemessen, normalerweise gemäß ASTM B557 oder ISO 6892-1. Der Test erfasst die Spannung, bei der das Material eine bleibende plastische Dehnung von 0,2 % aufweist.
