Qual è la lega di alluminio più adatta al vostro progetto, AL6061 o AL6063? Entrambe sono scelte popolari, ma hanno proprietà e applicazioni diverse. In questo articolo analizzeremo le loro differenze in termini di resistenza, lavorabilità e impieghi ideali. Alla fine capirete quale lega si adatta meglio alle vostre esigenze, sia che si tratti di componenti strutturali, telai o parti decorative. Preparatevi a prendere una decisione informata sul vostro prossimo progetto basato sull'alluminio.
Attualmente, l'alluminio è il materiale più utilizzato per i dissipatori di calore elettronici. Le sue caratteristiche sono molto adatte alla produzione di dissipatori di calore grazie alla buona conducibilità termica, al basso costo e all'elevata resistenza alla corrosione atmosferica.
Di seguito vengono presentate le proprietà dell'alluminio puro e delle leghe di alluminio utilizzate nell'industria dei dissipatori di calore, fornendo una comprensione più approfondita dell'alluminio e delle leghe di alluminio.
Densità:
L'alluminio è un metallo molto leggero con una densità di 2,72 g/cm³, circa un terzo di quella del rame puro.
Conducibilità elettrica e termica:
L'alluminio ha un'eccellente conducibilità elettrica e termica. Quando l'area della sezione trasversale e la lunghezza dell'alluminio sono uguali a quelle del rame, la conducibilità elettrica dell'alluminio è di circa 61% del rame.
Se il peso dell'alluminio è uguale a quello del rame, ma l'area della sezione trasversale è diversa (a parità di lunghezza), il peso dell'alluminio è uguale a quello del rame. conducibilità elettrica dell'alluminio è 200% quello del rame.
Proprietà chimiche:
Ha una buona resistenza alla corrosione atmosferica grazie alla formazione di una densa pellicola di ossido di alluminio sulla sua superficie, che impedisce l'ulteriore ossidazione del metallo interno. L'alluminio non reagisce con l'acido nitrico concentrato, gli acidi organici o gli alimenti.
Struttura:
L'alluminio ha una struttura cubica a facce centrate. L'alluminio industriale puro ha una plasticità estremamente elevata (ψ=80%) e può facilmente resistere a varie processi di formatura.
Tuttavia, la sua resistenza è troppo bassa (σb è di circa 69 MPa), quindi l'alluminio puro può essere utilizzato come materiale strutturale solo dopo essere stato rafforzato mediante deformazione a freddo o lega.
Altre proprietà:
L'alluminio è un materiale amagnetico, privo di scintille e con buone proprietà riflettenti. Può riflettere sia la luce visibile che quella ultravioletta.
Le impurità presenti nell'alluminio includono silicio e ferro. Maggiore è il contenuto di impurità, minore è la conducibilità elettrica, la resistenza alla corrosione e la plasticità.
Aggiungendo un'appropriata elementi in lega all'alluminio e poi lavorarlo a freddo o trattarlo termicamente, alcune proprietà possono essere notevolmente migliorate.
Gli elementi di lega più comunemente utilizzati nell'alluminio sono rame, magnesio, silicio, manganese e zinco.
Questi elementi vengono talvolta aggiunti da soli o in combinazione, e a volte vengono aggiunte tracce di titanioSi aggiungono anche boro, cromo e altri elementi.
In base alla composizione e alle caratteristiche del processo produttivo, le leghe di alluminio possono essere suddivise in due categorie: alluminio fuso leghe di alluminio e leghe di alluminio battuto.
Battuto leghe di alluminio: Questo tipo di lega di alluminio viene solitamente lavorata attraverso pressioni a caldo o a freddo, come la laminazione, l'estrusione, ecc. per produrre lamiere, tubi, barre e profili vari. Questo tipo di lega richiede una plasticità relativamente elevata, quindi il contenuto di lega è relativamente basso.
Le leghe di alluminio fuso vengono versate direttamente in stampi di sabbia per realizzare parti con forme complesse. Questo tipo di lega richiede una buona colabilità, cioè una buona fluidità. Quando il contenuto di lega è basso, è adatto alla produzione di leghe di alluminio battute, mentre quando il contenuto di lega è alto, è adatto alla produzione di leghe di alluminio fuse.
Il modulo elastico delle leghe di alluminio è piccolo, solo circa 1/3 di quello dell'acciaio, cioè, a parità di carico e sezione trasversale, la deformazione elastica delle leghe di alluminio è tre volte quella dell'acciaio. Sebbene la loro resistenza non sia elevata, hanno buone prestazioni sismiche.
L'intervallo di durezza delle leghe di alluminio (compreso il ricottura e gli stati di indurimento per invecchiamento) è di 20-120 HB. La lega di alluminio più dura è più morbida dell'acciaio.
Il carico di rottura delle leghe di alluminio varia da 90 MPa (alluminio puro) a 600 MPa (alluminio superduro), significativamente inferiore a quello dell'acciaio.
Il punto di fusione delle leghe di alluminio è più basso (generalmente intorno ai 600°C, mentre l'acciaio si aggira intorno ai 1450°C).
Le leghe di alluminio hanno un'eccellente plasticità sia a temperatura ambiente che ad alta temperatura e possono essere utilizzate per produrre parti strutturali con forme trasversali estremamente complesse, pareti sottili ed elevata precisione dimensionale utilizzando metodi di estrusione.
Oltre a proprietà meccaniche adeguate, le leghe di alluminio presentano anche un'eccellente resistenza alla corrosione, conduttività termica ed elettrica e riflettività.
σb: La resistenza alla trazione (limite di resistenza) è la sollecitazione massima equivalente al carico massimo che il provino può sopportare diviso per l'area della sezione trasversale originale prima della rottura.
ψ: La riduzione dell'area è il valore di ritiro relativo dell'area della sezione trasversale del provino dopo la frattura, pari al ritiro assoluto dell'area della sezione trasversale diviso per l'area originale del provino.
Plasticità: Capacità di un metallo di subire una deformazione plastica (cioè una deformazione residua) prima di rompersi.
1. Alluminio puro (contenuto di alluminio non inferiore a 99,00%): 1XXX
2. I gruppi di leghe sono suddivisi in base ai seguenti elementi di lega principali:
Il gruppo 1XXX rappresenta l'alluminio puro (con un contenuto di alluminio non inferiore a 99,00%) e le ultime due cifre rappresentano la percentuale minima di alluminio, con i decimali dopo le due cifre.
La seconda cifra nella designazione della lega indica lo stato di controllo dei limiti delle impurità o degli elementi di lega. Se la seconda cifra è 0, significa che non esiste un controllo speciale per il limite di impurità. Se è 1-9, significa che esiste un controllo speciale per uno o più limiti di impurità o elementi di lega.
Le ultime due cifre delle denominazioni 2XXX-8XXX non hanno un significato particolare e sono utilizzate solo per distinguere leghe diverse all'interno dello stesso gruppo. La seconda cifra rappresenta lo stato di tempra. Se la seconda cifra è 0, significa la lega originale. Se è 1-9, indica la lega modificata.
6063-T5 Composizione dell'alluminio Tabella dei contenuti standard:
Nota: il contenuto è indicato in percentuale (%).
| Componente | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Cr | Ti |
| Contenuto standard | 0.2~0.6 | ≤0.35 | ≤0.1 | ≤0.1 | 0.45~0.9 | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.1 |
Attualmente, le seguenti leghe di alluminio sono utilizzate principalmente nell'industria dei radiatori:
1. Al6063/Al6061: L'eccellente plasticità lo rende adatto al processo di estrusione per la produzione di radiatori profilati. Può produrre quasi ogni forma di radiatore, con una tecnologia matura, un prezzo basso e un'elevata lavorabilità.
2. Alluminio fuso: Utilizzato principalmente per radiatori di grandi dimensioni di forma irregolare e per radiatori integrati in armadi per apparecchiature.
3. Serie LF/LY: Utilizzato principalmente nei radiatori dei dispositivi elettronici in condizioni operative particolari. L'ambiente operativo richiede determinati requisiti di durezza e resistenza alla corrosione. LY12 è attualmente ampiamente utilizzato.
Trattamento termico dell'alluminio getti in lega prevede la selezione di una specifica specifica di trattamento termico, il controllo della velocità di riscaldamento per raggiungere una certa temperatura, il mantenimento della stessa per un certo periodo di tempo e quindi il raffreddamento a una certa velocità per modificare la struttura della lega.
Il suo scopo principale è quello di migliorare le proprietà meccaniche della lega, aumentarne la resistenza alla corrosione, migliorare le prestazioni di lavorazione e raggiungere la stabilità dimensionale.
7.1.1 Caratteristiche del calore trattamento per leghe di alluminio
Come è noto, l'acciaio ad alto tenore di carbonio ottiene immediatamente un'elevata durezza dopo la tempra, ma la sua plasticità è molto bassa.
Tuttavia, questo non è il caso delle leghe di alluminio. Dopo la tempra, il forza e durezza delle leghe di alluminio non aumentano immediatamente e la loro plasticità aumenta invece di diminuire.
Tuttavia, la resistenza e la durezza della lega bonificata aumentano significativamente, mentre la plasticità diminuisce dopo un periodo di permanenza (ad esempio 4-6 giorni).
Il fenomeno per cui la resistenza e la durezza delle leghe di alluminio bonificate aumentano significativamente nel tempo è chiamato invecchiamento.
L'invecchiamento può avvenire a temperatura ambiente, detto naturale, oppure può avvenire in un determinato intervallo di temperatura superiore a quella ambiente (ad esempio 100-200℃), detto artificiale.
7.1.2 Principi dell'indurimento per invecchiamento delle leghe di alluminio
L'indurimento per invecchiamento delle leghe di alluminio è un processo complesso, che non dipende solo dalla composizione della lega e dal processo di invecchiamento, ma anche da eventuali difetti causati dal ritiro durante la produzione, in particolare dal numero e dalla distribuzione dei vuoti e delle dislocazioni. In genere si ritiene che l'indurimento per invecchiamento sia il risultato dell'aggregazione di atomi di soluto che formano una zona di indurimento.
Quando le leghe di alluminio vengono raffreddate e riscaldate, si formano dei vuoti nella lega. Durante la tempra, questi vuoti non hanno il tempo sufficiente per spostarsi a causa del rapido raffreddamento, quindi si "fissano" nel cristallo.
La maggior parte di questi posti vacanti nella soluzione solida supersatura si combina con gli atomi di soluto. Poiché la soluzione solida supersatura è in uno stato instabile, cambierà inevitabilmente verso l'equilibrio.
L'esistenza di vuoti accelera la velocità di diffusione degli atomi di soluto, accelerando così l'aggregazione degli atomi di soluto.
La dimensione e il numero delle zone di tempra dipendono dalla temperatura di tempra e dalla velocità di raffreddamento.
Più alta è la temperatura di tempra, più alta è la concentrazione di vuoti, più numerose sono le zone di indurimento e più piccole le loro dimensioni.
Quanto più rapida è la velocità di raffreddamento di tempra, tanto più numerosi sono i vuoti fissi nella soluzione solida, il che è vantaggioso per aumentare il numero di zone di tempra e ridurne le dimensioni.
Una caratteristica fondamentale dei sistemi di leghe indurite per precipitazione è la solubilità di equilibrio che cambia con la temperatura, cioè la solubilità aumenta all'aumentare della temperatura.
La maggior parte delle leghe di alluminio che possono essere trattate termicamente per il rafforzamento soddisfano questa condizione.
La relazione solubilità-temperatura necessaria per l'indurimento per precipitazione può essere spiegata dalla lega Al-4Cu del sistema alluminio-rame.
La Figura 3-1 mostra il diagramma di fase binario della parte ricca di alluminio del sistema alluminio-rame. La trasformazione eutettica L→α+θ (Al2Cu) avviene a 548℃.
La solubilità massima del rame nella fase α è di 5,65% (548℃), e la solubilità diminuisce bruscamente al diminuire della temperatura, fino a circa 0,05% a temperatura ambiente.
Durante il processo di trattamento termico di invecchiamento, la lega subisce diversi cambiamenti nella sua struttura, tra cui i seguenti:
7.1.2.1 Formazione di zone di aggregazione degli atomi di soluto - zone G-(Ⅰ)
Nella soluzione solida supersatura appena spenta, la distribuzione degli atomi di rame nel reticolo di alluminio è casuale e disordinata.
Nella fase iniziale dell'invecchiamento, cioè quando la temperatura di invecchiamento è bassa o il tempo di invecchiamento è breve, gli atomi di rame si aggregano su alcune facce cristalline della matrice di alluminio per formare zone di aggregazione degli atomi di soluto chiamate zone G-(Ⅰ).
Le zone G-(Ⅰ) mantengono una relazione coerente con la matrice α e questi aggregati costituiscono regioni di deformazione coerenti che migliorano la resistenza alla deformazione, aumentando così la resistenza e la durezza della lega.
7.1.2.2 Disposizione ordinata delle zone G - formazione di zone G-(Ⅱ)
Quando la temperatura di invecchiamento aumenta o il tempo di invecchiamento si prolunga, gli atomi di rame continuano ad aggregarsi e a diventare ordinati, formando zone G-P(Ⅱ).
Queste zone mantengono ancora una relazione coerente con la matrice α, ma sono più grandi delle zone G-P(Ⅰ).
Possono essere considerate fasi di transizione intermedie e sono spesso rappresentate da θ".
Hanno una distorsione maggiore rispetto alle zone G-P(Ⅰ) circostanti, che impedisce ulteriormente il movimento delle dislocazioni, rendendo più forte l'effetto di rafforzamento dell'invecchiamento.
La precipitazione della fase θ" è lo stadio in cui la lega raggiunge il suo massimo rafforzamento.
7.1.2.3 Formazione della fase di transizione θ′
Con l'ulteriore sviluppo del processo di invecchiamento, gli atomi di rame continuano ad aggregarsi nelle zone G-P(Ⅱ), formando la fase transitoria θ′ quando il rapporto tra atomi di rame e atomi di alluminio diventa 1:2.
Poiché la costante di reticolo di θ′ cambia notevolmente, la sua relazione di coerenza con la matrice inizia a rompersi quando si forma, cioè passa da una coerenza completa a una coerenza parziale con la matrice.
Pertanto, la distorsione coerente intorno alla fase θ′ si indebolisce e diminuisce anche l'effetto di ostacolo al movimento delle dislocazioni, con conseguente diminuzione della durezza della lega.
Si può notare che l'esistenza di una distorsione coerente è un fattore importante che causa il rafforzamento per invecchiamento delle leghe.
7.1.2.4 Formazione della fase θ stabile
La fase di transizione precipita completamente dalla soluzione solida a base di alluminio, formando una fase stabile indipendente Al2Cu con una chiara interfaccia con la matrice, chiamata fase θ.
A questo punto, la relazione coerente tra la fase θ e la matrice si rompe completamente, e la fase θ ha un proprio reticolo indipendente, e la sua distorsione scompare.
Con l'aumento della temperatura di invecchiamento o il prolungamento del tempo di invecchiamento, le particelle della fase θ si aggregano e si allungano, e la resistenza e la durezza della lega diminuiscono ulteriormente. La lega si ammorbidisce e diventa "sovrainvecchiata". La fase θ si aggrega e si ispessisce.
I principi di invecchiamento e le regole generali delle leghe binarie alluminio-rame si applicano anche ad altre leghe industriali di alluminio.
Tuttavia, i tipi di leghe, le zone G-P formate, le fasi di transizione e infine le fasi stabili precipitate sono tutti diversi e portano a effetti di rafforzamento da invecchiamento differenti.
Anche per la stessa lega, il processo di invecchiamento può non seguire interamente ogni fase in modo sequenziale; ad esempio, alcune leghe si fermano nelle zone da G-P(Ⅰ) a G-P(Ⅱ) durante l'invecchiamento naturale.
Durante l'invecchiamento artificiale, se la temperatura di invecchiamento è troppo elevata, la lega può precipitare direttamente la fase di transizione dalla soluzione solida supersatura senza passare attraverso la zona G-P. Il grado di invecchiamento influisce direttamente sulla struttura e sulle proprietà della lega dopo l'invecchiamento.
7.1.3 Fattori che influenzano l'invecchiamento
7.1.3.1 L'influenza del tempo che intercorre tra la tempra e l'invecchiamento artificiale
Alcuni studi hanno rilevato che alcune leghe di alluminio, come le leghe Al-Mg-Si, non possono raggiungere la massima resistenza dopo l'invecchiamento artificiale se vengono lasciate a temperatura ambiente prima dell'invecchiamento artificiale. Al contrario, la loro duttilità aumenta.
Ad esempio, per lo ZL101 lega di alluminio fusoSe viene lasciata a temperatura ambiente per un giorno dopo la tempra e poi invecchiata artificialmente, la resistenza ultima sarà inferiore di 10-20 Mpa rispetto alla tempra immediata, ma la duttilità aumenterà rispetto a quest'ultima.
7.1.3.2 L'influenza della composizione chimica della lega
La possibilità di rafforzare una lega con l'invecchiamento dipende innanzitutto dalla capacità degli elementi che la compongono di dissolversi nella soluzione solida e dalla misura in cui la solubilità solida cambia con la temperatura.
Ad esempio, la solubilità solida del silicio e del manganese nell'alluminio è relativamente piccola e non varia molto con la temperatura, mentre il magnesio e lo zinco hanno una solubilità solida relativamente grande nella soluzione solida a base di alluminio, ma le strutture dei composti che formano con l'alluminio non sono molto diverse da quelle della matrice, con conseguenti effetti di rafforzamento minimi.
Pertanto, le leghe binarie alluminio-silicio, alluminio-manganese, alluminio-magnesio e alluminio-zinco non sono solitamente sottoposte a trattamenti di rafforzamento per invecchiamento.
Alcune leghe binarie, come quelle di alluminio-rame, e leghe ternarie o multicomponenti, come quelle di alluminio-magnesio-silicio e alluminio-rame-magnesio-silicio, presentano solubilità e transizioni di fase allo stato solido durante il trattamento termico e possono essere rafforzate attraverso il trattamento termico.
7.1.3.3 L'influenza della tecnologia di lavorazione della soluzione solida della lega
Per ottenere buoni effetti di rafforzamento per invecchiamento, in condizioni di evitare il surriscaldamento, la bruciatura e la crescita dei grani, sono favorevoli temperature di riscaldamento di spegnimento più elevate e tempi di mantenimento più lunghi per ottenere una soluzione solida uniformemente supersatura con la massima supersaturazione.
Inoltre, quando si esegue lo spegnimento, il raffreddamento non deve provocare la precipitazione della seconda fase; altrimenti, durante i successivi trattamenti di invecchiamento, la fase già precipitata agirà come nucleo, causando una precipitazione locale non uniforme e riducendo l'effetto di rafforzamento dell'invecchiamento.
L'alluminio puro è utilizzato soprattutto in ambienti che richiedono un'elevata conducibilità termica, ma in generale non è molto diffuso. La lega di alluminio AL6061 ha diversi stati: O, T4, T6, T451, T651, T6510, T6511.
Le applicazioni tipiche comprendono componenti strutturali industriali che richiedono un certo livello di resistenza, un'alta saldabilitàe resistenza alla corrosione. Questi componenti sono utilizzati per produrre camion, edifici a torre, navi, tram, veicoli ferroviari, mobili, barre, tubi e profili con buone proprietà di anodizzazione.
La lega di alluminio AL6063 ha diversi stati: O, T4, T83, T1, T5, T6. È tipicamente utilizzata come materiale estruso per profili di edifici, tubi per l'irrigazione, telai per veicoli, mobili, ascensori, recinzioni e componenti decorativi di diversi colori per aerei, navi, industria leggera ed edifici.
In termini di materiali estrusi, la 6063 è senza dubbio la scelta migliore. Dopo l'estrusione, presenta migliori proprietà di lucidatura e anodizzazione rispetto alla 6061.
Il 6061 è un materiale con proprietà simili al 6063, ma appartiene a un materiale per componenti strutturali. Le sue caratteristiche includono buona saldabilità, resistenza alla corrosione e forza strutturale, ma ci sono ancora piccole differenze tra 6061 e 6063. Le sue prestazioni di estrusione sono inferiori a quelle del 6063.
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