Análisis completo de varios materiales de aluminio comunes.

Introducción

El aluminio y las aleaciones de aluminio se han utilizado ampliamente en la industria moderna y en la vida diaria debido a su baja densidad, alta resistencia, buena resistencia a la corrosión, excelente rendimiento de procesamiento y muchas otras ventajas. 6061-T6, 6063, 7075 y 5083 son algunos de los materiales de aluminio representativos, cada uno de los cuales tiene características de rendimiento únicas y es adecuado para diferentes escenarios de aplicación.

Aluminio 6061-T6

Composición química

• Los principales elementos de aleación de la aleación de aluminio 6061 son magnesio (Mg) y silicio (Si), y también contiene una pequeña cantidad de cobre (Cu), manganeso (Mn), cromo (Cr) y zinc (Zn). Entre ellos, el magnesio y el silicio forman una fase fortalecedora Mg₂Si, que desempeña un papel clave en la mejora de la resistencia de la aleación.

Propiedades físicas

• Su densidad es de aproximadamente 2,7 g/cm³, y tiene buena conductividad térmica y eléctrica, así como un coeficiente de expansión térmica relativamente bajo, lo que le confiere una buena estabilidad dimensional en ambientes con grandes cambios de temperatura.

Propiedades mecánicas

• Fuerza: En el estado 6061-T6, la resistencia a la tracción puede alcanzar aproximadamente 310 MPa y el límite elástico es de aproximadamente 276 MPa. Tiene alta resistencia y puede soportar una determinada carga.
• Dureza: La dureza Brinell suele ser de alrededor de 95 HB, lo que puede cumplir con los requisitos de dureza de muchas aplicaciones estructurales y de procesamiento mecánico.
• Tenacidad: Tiene buena tenacidad, no es propenso a fracturarse por fragilidad cuando se impacta y puede absorber energía de manera efectiva.

Características de procesamiento

• Corte: Tiene un buen rendimiento de corte y es fácil de procesar mediante diversos procesos de corte convencionales, como torneado, fresado, taladrado, etc., y puede obtener un buen acabado superficial.
• formando: Se puede procesar en diversas formas de perfiles, tubos, barras y placas mediante procesos de conformado como extrusión, forjado y laminado. Durante el proceso de extrusión, tiene una gran capacidad de deformación y puede producir productos con formas transversales complejas.

Proceso de tratamiento térmico

• El proceso de tratamiento térmico T6 incluye tratamiento en solución y tratamiento de envejecimiento artificial. El tratamiento con solución sólida generalmente se lleva a cabo alrededor de 530°C. La aleación se calienta a esta temperatura y se mantiene durante un cierto período de tiempo y luego se enfría rápidamente para que los elementos de la aleación se disuelvan completamente en la matriz de aluminio. Posteriormente se realiza un tratamiento de envejecimiento artificial. La temperatura de envejecimiento es aproximadamente 180°C y el tiempo de envejecimiento es de varias horas. Mediante el tratamiento de envejecimiento, la aleación precipita la fase de fortalecimiento, mejorando así significativamente la resistencia y dureza de la aleación.

Resistencia a la corrosión

• 6061-T6 tiene buena resistencia a la corrosión general y puede mantener una buena estabilidad en la atmósfera, agua dulce y otros ambientes. La película de óxido formada en su superficie puede desempeñar un cierto papel protector, pero en algunos ambientes hostiles con ácidos fuertes, álcalis o alta salinidad, puede ocurrir un cierto grado de corrosión. El elemento de cromo en la aleación ayuda a mejorar su resistencia a la corrosión y hace que resista la corrosión local, como las picaduras, hasta cierto punto.

Áreas de aplicación

• Es ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, fabricación de automóviles, procesamiento mecánico, decoración arquitectónica y otros campos. En el sector aeroespacial, se utiliza a menudo para fabricar piezas estructurales de aeronaves, piezas de trenes de aterrizaje, etc.; en el ámbito de la automoción, puede utilizarse para fabricar carrocerías, ruedas, etc.; en el procesamiento mecánico, se utiliza para fabricar diversas piezas mecánicas, accesorios de herramientas, etc.; en la decoración arquitectónica, a menudo se procesa en perfiles de puertas y ventanas, marcos de muros cortina, etc.

6063 Aluminio

Composición química

• Los principales elementos de aleación son el magnesio y el silicio. Su composición química es similar a la del 6061, pero el contenido de cada elemento es ligeramente diferente. Relativamente hablando, el contenido de silicio en 6063 es ligeramente mayor y el contenido de magnesio es ligeramente menor.

Propiedades físicas

• La densidad también es de aproximadamente 2,7 g/cm³. Tiene buena conductividad térmica y bajo coeficiente de expansión térmica. Tiene buen brillo y es fácil de anodizar para obtener una superficie hermosa y resistente a la corrosión.

Propiedades mecánicas

• Fuerza: La resistencia a la tracción generalmente está entre 200 y 250 MPa, y el límite elástico es de aproximadamente 180 MPa, que es ligeramente menor que el del 6061-T6.
• Dureza: La dureza Brinell es de aproximadamente 70 HB, que es relativamente pequeña.
• Tenacidad: La tenacidad es buena y puede cumplir con algunos escenarios de aplicación que no requieren una resistencia particularmente alta pero tienen requisitos de formabilidad y apariencia.

Características de procesamiento

• Moldeo por extrusión: Tiene un excelente rendimiento de moldeo por extrusión, puede extruir perfiles con formas complejas y alta precisión dimensional, y tiene una excelente calidad de superficie. Es uno de los principales materiales para los perfiles arquitectónicos de aluminio.
• Mecanizado: Tiene un buen rendimiento de corte y puede realizar operaciones de perforación, fresado, roscado y otras operaciones de procesamiento. El acabado superficial después del procesamiento es alto.

Proceso de tratamiento térmico

• Generalmente se utiliza el proceso de tratamiento térmico T5 o T6. El tratamiento T5 consiste en enfriar directamente el aire después de la extrusión a alta temperatura y luego realizar un tratamiento de envejecimiento artificial; El tratamiento T6 consiste en realizar primero un tratamiento con solución sólida y luego realizar un tratamiento de envejecimiento artificial. Después del tratamiento térmico, se mejoran la resistencia y dureza de la aleación, manteniendo al mismo tiempo una buena tenacidad y resistencia a la corrosión.

Resistencia a la corrosión

• El material de aluminio 6063 muestra buena resistencia a la corrosión en la atmósfera, el agua y algunos ambientes ácidos y alcalinos débiles. Después de la anodización, su superficie puede mejorar aún más su resistencia a la corrosión y formar una película de óxido dura y densa, que previene eficazmente la erosión por medios externos y puede usarse durante mucho tiempo en el campo de la decoración arquitectónica manteniendo una buena apariencia.

Campos de aplicación

• Se utiliza principalmente en la industria de la construcción, como puertas y ventanas de construcción, marcos de muros cortina, tiras decorativas, etc.; También se utiliza para fabricar algunos accesorios de muebles, carcasas de equipos electrónicos y otros productos con altos requisitos de apariencia y formabilidad.

7075 Aluminio

Composición química

• Es una aleación de aluminio de alta resistencia, con zinc (Zn), magnesio (Mg) y cobre (Cu) como principales elementos de aleación, y también contiene una pequeña cantidad de cromo (Cr) y otros elementos. El zinc y el magnesio forman una fase de fortalecimiento y el cobre mejora aún más la resistencia y dureza de la aleación.

Propiedades físicas

• La densidad es de aproximadamente 2,81 g/cm³, la conductividad térmica es buena, el coeficiente de expansión térmica es relativamente bajo y aún puede mantener una cierta estabilidad de rendimiento en ambientes de alta temperatura.

Propiedades mecánicas

• Fuerza: La resistencia a la tracción puede ser tan alta como 570 MPa o más, y el límite elástico es de aproximadamente 500 MPa. Es el de mayor resistencia entre varios materiales de aluminio y tiene una capacidad de carga extremadamente alta.
• Dureza: La dureza Brinell puede alcanzar aproximadamente 150 HB, con alta dureza y buena resistencia al desgaste.
• Tenacidad: Aunque la resistencia es alta, la tenacidad es ligeramente peor que la del 6061 y el 6063. Sin embargo, bajo condiciones razonables de diseño y uso, aún puede cumplir con los requisitos de la mayoría de las aplicaciones de alta resistencia.

Características de procesamiento

• Corte: Cortar es difícil. Debido a su alta resistencia, el desgaste de la herramienta es grave. Es necesario utilizar herramientas de alta dureza y alta resistencia al desgaste, y seleccionar razonablemente los parámetros de corte para garantizar la calidad y eficiencia del procesamiento.
• formando: Puede formarse mediante forjado, laminado y otros procesos, pero debido a su gran resistencia a la deformación, tiene altos requisitos para los equipos y procesos de procesamiento.

Proceso de tratamiento térmico

• Generalmente, se adopta el proceso de tratamiento térmico T6, la temperatura de tratamiento de la solución es de aproximadamente 470 ℃ y la temperatura del tratamiento de envejecimiento es de aproximadamente 120 ℃. Controlando con precisión los parámetros del proceso de tratamiento térmico, se puede obtener la mejor combinación de resistencia y tenacidad.

Resistencia a la corrosión

• La resistencia a la corrosión del aluminio 7075 es relativamente débil, especialmente en un entorno que contiene iones de cloruro, donde es probable que se produzcan fisuras por corrosión bajo tensión. Aunque su alto contenido de cobre ayuda a mejorar la resistencia, reduce en cierta medida la resistencia a la corrosión. Durante el uso, generalmente se requiere un tratamiento superficial especial, como pintura, anodizado, etc., para mejorar su resistencia a la corrosión, y debe evitarse en la medida de lo posible en condiciones ambientales propensas a la corrosión bajo tensión durante el diseño.

Campos de aplicación

• Se utiliza ampliamente en el campo aeroespacial, como vigas, alas, trenes de aterrizaje y otros componentes estructurales clave de aviones; en la industria militar se utiliza para fabricar piezas de armas y equipos; En el campo de los equipos deportivos de alta gama, como cuadros de bicicletas y cabezas de palos de golf, sus características de alta resistencia y ligereza se utilizan para mejorar el rendimiento del producto.

5083 Aluminio

Composición química

• El principal elemento de aleación es el magnesio y también contiene una pequeña cantidad de manganeso (Mn) y otros elementos. El alto contenido de magnesio confiere a la aleación una buena resistencia a la corrosión y solidez.

Propiedades físicas

• La densidad es de aproximadamente 2,66 g/cm³, que es relativamente bajo entre estos materiales de aluminio. Tiene buena conductividad térmica y eléctrica, y un coeficiente de expansión térmica moderado.

Propiedades mecánicas

• Fuerza: La resistencia a la tracción puede alcanzar aproximadamente 315 MPa y el límite elástico es de aproximadamente 230 MPa. La resistencia es alta y puede soportar grandes cargas de tracción y flexión.
• Dureza: La dureza Brinell es de aproximadamente 90 HB y la dureza puede cumplir con los requisitos generales de aplicaciones de ingeniería.
• Tenacidad: Tiene una tenacidad excelente, especialmente en ambientes de baja temperatura, aún puede mantener una buena tenacidad y no es fácil que se rompa por fragilidad. Es adecuado para algunas ocasiones que requieren un rendimiento a baja temperatura.

Características de procesamiento

• Rendimiento de soldadura: El rendimiento de la soldadura es excelente y se pueden utilizar una variedad de métodos de soldadura (como soldadura por arco, soldadura por resistencia, etc.) para soldar. La unión soldada tiene alta resistencia y buena calidad de soldadura. Es muy utilizado en la fabricación de piezas estructurales soldadas.
• Corte: Buen rendimiento de corte, fácil de procesar en piezas de diversas formas.

Proceso de tratamiento térmico

• Por lo general, no se realiza ningún tratamiento térmico para fortalecer y la resistencia mejora mediante el endurecimiento por trabajo. Durante el trabajo en frío, como el laminado en frío y el estirado en frío, la resistencia de la aleación aumentará gradualmente mientras se mantiene cierta plasticidad y tenacidad.

Resistencia a la corrosión

• El aluminio 5083 tiene una excelente resistencia a la corrosión, especialmente en ambientes marinos y medios que contienen iones de cloruro. La composición de sus elementos de aleación le permite formar una película de óxido estable en su superficie, resistiendo eficazmente la erosión del agua de mar, agua salada, etc., y es un material ideal para la construcción naval, la ingeniería marina y otros campos. Incluso cuando se expone a ambientes marinos hostiles durante mucho tiempo, puede mantener una buena integridad estructural y estabilidad de rendimiento.

Campos de aplicación

• Se utiliza principalmente en construcción naval, ingeniería marina, recipientes a presión, equipos de refrigeración y otros campos. En la construcción naval se utiliza para fabricar estructuras de cascos, cubiertas, mamparos, etc.; en ingeniería marina, puede utilizarse para fabricar plataformas marinas, tuberías submarinas, etc.; en el campo de los recipientes a presión, por su buena resistencia a la corrosión y rendimiento de soldadura, puede utilizarse para fabricar recipientes para almacenar diversos líquidos o gases; en equipos de refrigeración, su dureza a bajas temperaturas y resistencia a la corrosión se utilizan para fabricar carrocerías de camiones refrigerados, paneles de pared para almacenamiento en frío, etc.

Onlusión

Los cuatro materiales de aluminio 6061-T6, 6063, 7075 y 5083 tienen diferencias obvias en composición química, propiedades físicas, propiedades mecánicas, características de procesamiento, proceso de tratamiento térmico, resistencia a la corrosión y campos de aplicación. En aplicaciones de ingeniería reales, es necesario considerar y seleccionar exhaustivamente los materiales de aluminio apropiados en función de los requisitos de uso específicos, como resistencia, dureza, tenacidad, resistencia a la corrosión, dificultad de procesamiento, costo y otros factores. Sólo así se podrán aprovechar plenamente las ventajas de los materiales de aluminio para satisfacer las necesidades de diferentes campos y proyectos de ingeniería y promover el desarrollo y el progreso de las industrias relacionadas. Ya sea en el campo de alta tecnología aeroespacial o en industrias ordinarias como la decoración de edificios y la fabricación de artículos de primera necesidad, estos materiales de aluminio desempeñan un papel importante e irremplazable. Con el desarrollo continuo de la ciencia y la tecnología de los materiales, su rendimiento se optimizará y ampliará aún más, y sus perspectivas de aplicación serán más amplias.