Resistenza allo snervamento dell'alluminio: applicazioni, criteri di selezione e guida pratica

Quando il telaio di una macchina è costruito con estrusione di alluminio 6061-T6, il numero che prevede la prima piega permanente è il carico di snervamento dell’alluminio , non la resistenza alla trazione. Nella tempra T6, il 6061 ha un carico di snervamento tipico di 276 MPa, quindi un elemento strutturale inizia a deformarsi vicino a tale sollecitazione, ben prima che venga raggiunta la resistenza alla trazione di 290 MPa.

Ciò è importante nell'intelaiatura con scanalature a T perché la maggior parte dei giunti e delle travi sono progettati per rimanere elastici. Se un ingegnere dimensiona una campata solo con la massima resistenza alla trazione, il telaio può abbassarsi permanentemente molto prima di fratturarsi. Il carico di snervamento è il limite pratico di progettazione per le strutture portanti in alluminio.

Cos'è il limite di snervamento dell'alluminio e perché determina i limiti del telaio?

Il carico di snervamento dell'alluminio è lo stress al quale il materiale inizia a deformarsi plasticamente, espresso in MPa o ksi. Poiché l'alluminio non ha un punto di snervamento netto, gli ingegneri utilizzano uno stress di prova offset dello 0,2%.

Un semplice esempio: un profilo 6061-T6 con un carico di snervamento di 276 MPa può essere caricato a 180 MPa e ritornare alla sua forma originale con un margine confortevole. A 250 MPa, il margine è sottile e le concentrazioni di stress locali sui bordi delle fessure possono spingere il materiale oltre lo snervamento.

La conseguenza pratica è che la resistenza allo snervamento, non la durezza o la resistenza alla trazione, dovrebbe guidare il primo passo nella selezione del profilo per telai industriali, postazioni di lavoro, involucri e strutture a movimento lineare.

Valori di resistenza allo snervamento dell'alluminio per lega e stato d'animo

Il carico di snervamento tipico per le comuni leghe di alluminio estruso varia da 34 MPa per 1100-O a 503 MPa per 7075-T6. La tabella seguente raccoglie i valori che troverai nelle schede tecniche dei fornitori e nei certificati dello stabilimento.

Per le barriere fotoelettriche e le pareti divisorie è sufficiente 6063-T5. Per pilastri e travi strutturali, 6061-T6 è l'impostazione predefinita comune. Quando il telaio deve sostenere carichi di servizio più elevati, un profilo con scanalatura a T 3030 ad alta resistenza è spesso la sezione più piccola che funziona senza passare a una serie più grande.

HS-8-3030A Profilo in alluminio con scanalatura a T 3030 ad alta resistenza con parete da 2,0 mm Questo profilo da 30x30 mm utilizza una parete ispessita da 2,0 mm per migliorare la capacità di carico dei telai strutturali. È adatto ad applicazioni che richiedono una resistenza maggiore rispetto alle barriere fotoelettriche standard, pur rimanendo nella serie compatta 3030. Visualizza il prodotto →

6061 vs 6063: come il limite di snervamento cambia la scelta dell'estrusione

Per l'intelaiatura con scanalatura a T, la scelta pratica è quasi sempre tra 6061-T6 e 6063-T6. 6061 offre una maggiore resistenza allo snervamento e bordi lavorati migliori; 6063 offre una superficie più liscia e un'estrusione più semplice di sezioni sottili o complesse.

Per un giunto bullonato su una colonna di macchina, il maggiore carico di snervamento del 6061 riduce il rischio di rientro dei denti della fessura sotto precarico. Se la parte è un involucro con finitura anodizzata, il 6063 è più facile da estrudere in sezioni a parete sottile e produce una superficie più uniforme. Per carichi sulle colonne superiori a circa 25 kN, a profilo 6061 per carichi pesanti con un muro più spesso è il punto di partenza più sicuro.

HS-8-4040D Profilo con scanalatura a T 4040 per impieghi gravosi con parete ispessita da 3,2 mm Con una parete da 3,2 mm e senza fori preforati, questo profilo da 40x40 mm offre foratura e maschiatura flessibili per connettori personalizzati. È un'opzione valida per i telai pesanti dove è necessaria una maggiore rigidità rispetto alle sezioni più leggere. Visualizza il prodotto →

Cosa cambia la resistenza allo snervamento in un profilo in alluminio estruso?

Dopo che la lega è stata fissata, la tempra ha l'effetto maggiore sul carico di snervamento, seguita dalla deformazione a freddo, dalla temperatura e dalla forma della sezione trasversale. La lega di base fissa il soffitto; l'elaborazione imposta il valore effettivo.

• Composizione della lega: Il magnesio e il silicio nelle leghe 6xxx producono fasi di indurimento per invecchiamento; il rame e il litio aumentano la risposta in 2xxx; lo zinco con il magnesio porta 7xxx ai massimi livelli di resistenza.
• Trattamento termico: T5 viene raffreddato dopo l'estrusione e invecchiato artificialmente; T6 è trattato termicamente in soluzione, temprato e invecchiato. Nelle leghe 6xxx, T6 aumenta la resistenza allo snervamento del 40-60% rispetto a T5.
• Lavoro a freddo: Lo stiramento e il raddrizzamento dopo l'estrusione aumentano leggermente il carico di snervamento ma riducono l'allungamento. Questo è il motivo per cui la sequenza finale di rinvenimento e raddrizzatura fanno parte del certificato dello stabilimento.
• Temperatura di servizio: L'esposizione prolungata superiore a 150 C può ridurre la resistenza allo snervamento 6061-T6 inferiore a 200 MPa. Per ambienti caldi, selezionare una lega termicamente stabile.
• Geometria della sezione: La resistenza allo snervamento è una proprietà del materiale, ma il limite di carico pratico di un profilo dipende anche dallo spessore e dalla forma della parete, che controllano l'instabilità locale prima dello snervamento nelle sezioni sottili.

Come applicare i dati sulla resistenza allo snervamento quando si acquistano estrusi

Quando acquisti estrusioni di alluminio per un telaio portante, utilizza il limite di snervamento minimo indicato dal certificato dello stabilimento, non il valore tipico riportato in una pagina di marketing.

1. Richiedere il rapporto della prova di trazione del lotto; ASTM B557 o EN ISO 6892-1 sono standard comuni.
2. Verificare il codice di tempra completo. T6 e T651 hanno diversi livelli di stress residuo, che influiscono sulla stabilità della lavorazione.
3. Confronta il carico di snervamento minimo con lo stress applicato nel caso peggiore. Un fattore di sicurezza pari a 1,5 è il pavimento per gli infissi interni statici; utilizzare 2.0 o versione successiva per carichi ciclici o dinamici.
4. Controllare separatamente i valori di carico del connettore. Un profilo con resistenza allo snervamento di 276 MPa continuerà a cedere in corrispondenza del giunto se il connettore angolare o il precarico del bullone sono sottodimensionati.

Fornitori come Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. elencano il peso, lo stato e la finitura superficiale della sezione su ciascuna pagina del profilo, il che rende più semplice confrontare le ipotesi di resistenza allo snervamento prima di ordinare lunghezze personalizzate. Al vertice della gamma di estrusione standard, un profilo extra pesante 90 x 90 è spesso l'ultima sezione standard selezionata prima che diventi giustificato uno stampo personalizzato.

HS-10-9090W Estrusione con scanalatura a T 9090 per impieghi extra pesanti con parete da 5,4 mm Questo profilo da 90x90 mm presenta una parete rinforzata da 5,4 mm per la massima rigidità sotto carichi elevati. È posizionato come l'estrusione standard più alta prima degli stampi personalizzati, ideale per strutture industriali esigenti con una deflessione minima. Visualizza il prodotto →

Domande frequenti sul limite di snervamento dell'alluminio