Che si tratti del telaio della bicicletta che usi tutti i giorni, di un complesso componente aerospaziale che vola a migliaia di metri di altezza o dell'elegante involucro di un dispositivo elettronico al polso, è molto probabile che al suo interno si trovi dell'alluminio 6061-T6. La sua popolarità non è casuale. Pochi materiali ingegneristici offrono una combinazione così equilibrata di resistenza, lavorabilità, resistenza alla corrosione e convenienza.
Infatti, il 6061-T6 è così comune che è diventato un materiale standard in praticamente ogni officina meccanica, produttore di prototipi e stabilimento di produzione conto terzi. Se hai mai ordinato un Prototipo lavorato a CNCLa prima raccomandazione sul materiale che hai ricevuto è stata l'alluminio 6061-T6.
Cos'è l'alluminio 6061?
Le leghe di alluminio della serie 6000 sono leghe di alluminio-magnesio-silicio (Al-Mg-Si). La loro fase di rinforzo è Mg₂Si. Queste leghe appartengono alla famiglia delle leghe di alluminio trattabili termicamente e offrono un buon equilibrio tra resistenza, resistenza alla corrosione, saldabilità e formabilità. Tra le leghe della serie 6000, la 6061 e la 6063 sono i gradi più utilizzati. L'alluminio 6061 è popolare per la lavorazione CNC, mentre la 6063 è popolare per estrusione di alluminio per applicazioni architettoniche e industriali.
L'alluminio 6061 è una lega Al-Mg-Si trattabile termicamente, la cui composizione chimica nominale comprende dallo 0.8% all'1.2% di magnesio, dallo 0.4% allo 0.8% di silicio, dallo 0.15% allo 0.40% di rame e dallo 0.04% allo 0.35% di cromo in peso. Il componente che conferisce resistenza è il precipitato di Mg₂Si formatosi durante l'invecchiamento. Il rame viene aggiunto per aumentare la resistenza meccanica della lega, mentre il cromo viene introdotto per compensare la riduzione della resistenza alla corrosione causata dal rame e per migliorare la stabilità microstrutturale. Poiché l'alluminio 6061 presenta una sensibilità alla tempra relativamente elevata, richiede un processo di trattamento termico attentamente controllato per ottenere proprietà meccaniche ottimali. Dopo l'estrusione, la lega viene tipicamente sottoposta a trattamento termico di solubilizzazione, tempra rapida e invecchiamento artificiale per sviluppare la resistenza e la durezza desiderate.
Trattamento termico T6 dell'alluminio 6061
La resistenza dell'alluminio 6061 deriva dal trattamento termico. Attraverso una combinazione di trattamento termico di solubilizzazione e invecchiamento, elementi di lega come magnesio e silicio precipitano dalla matrice di alluminio, formando fini particelle di rinforzo di Mg₂Si. Questi precipitati aumentano significativamente la resistenza meccanica della lega, mantenendone al contempo l'eccellente resistenza alla corrosione, la lavorabilità e la saldabilità.
La condizione T6 è la più comune tra tutte le condizioni di tempra. La designazione "T6" indica che la lega è stata sottoposta a trattamento termico di solubilizzazione e successivamente a invecchiamento artificiale per raggiungere il suo equilibrio ottimale di proprietà.
Come illustrato nella figura sottostante, il trattamento termico T6 offre in genere un livello di resistenza più elevato senza compromettere le caratteristiche chiave che rendono la lega 6061 attraente per le applicazioni ingegneristiche. Decenni di esperienza industriale hanno dimostrato che le proprietà meccaniche raggiunte nello stato T6 sono sufficienti per la stragrande maggioranza delle applicazioni strutturali, automobilistiche e aerospaziali. Questa combinazione di prestazioni, disponibilità e convenienza economica è uno dei motivi principali per cui la lega 6061-T6 è diventata la lega di alluminio più comunemente specificata.
Altre designazioni di tempra dell'alluminio
Le leghe di alluminio trattabili termicamente utilizzano comunemente una designazione di tempra composta dalla lettera "T" seguita da uno o più numeri. La "T" indica che il materiale è stato sottoposto a trattamento termico per ottenere proprietà meccaniche stabili. Numeri diversi indicano diverse combinazioni di trattamento termico, invecchiamento e processi di lavorazione a freddo.
| temperamento | Descrizione |
|---|---|
| T1 | Raffreddato dopo un processo di formatura ad alta temperatura e invecchiato naturalmente fino a raggiungere una condizione sostanzialmente stabile. |
| T2 | Raffreddato tramite un processo di formatura ad alta temperatura, lavorato a freddo e invecchiato naturalmente. |
| T3 | Trattamento termico di solubilizzazione, lavorazione a freddo e invecchiamento naturale. |
| T4 | Soluzione trattata termicamente e invecchiata naturalmente fino al raggiungimento di una condizione stabile. |
| T5 | Raffreddato dopo un processo di formatura ad alta temperatura e successivamente invecchiato artificialmente. |
| T6 | Trattamento termico di solubilizzazione e invecchiamento artificiale. |
| T7 | Soluzione trattata termicamente e sovrainvecchiata (stabilizzata). |
| T8 | Trattamento termico di solubilizzazione, lavorazione a freddo e invecchiamento artificiale. |
| T9 | Soluzione sottoposta a trattamento termico, invecchiamento artificiale e successiva lavorazione a freddo. |
| T10 | Raffreddato tramite un processo di formatura ad alta temperatura, lavorato a freddo e invecchiato artificialmente. |
Proprietà meccaniche dell'alluminio 6061 T6
| Proprietà | Metrico |
|---|---|
| Carico di rottura | 290 ~ 310 MPa |
| Resa di snervamento (0.2%) | 240 ~ 276 MPa |
| Resistenza al taglio | 207 MPa |
| Resistenza alla fatica (10⁷ cicli) | 96 MPa |
| Allungamento | 8 ~ 12% |
| Modulo di elasticità | Da 69 a 70 GPa |
| Modulo di taglio | 26 GPa |
| Durezza Brinell | 95 HB/107 HV |
Proprietà fisiche dell'alluminio 6061 T6
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Densità | 2.70 g / cm³ |
| Struttura di cristallo | Struttura FCC |
| Intervallo di fusione | 582 ~ 652 ° C |
| Resistività elettrica | 0.039 ~ 0.040 μΩ·m |
| Conduttività elettrica | 40 ~ 43 % IACS |
| Modulo elastico | Da 69 a 70 GPa |
| Rapporto di Poisson | 0.33 |
Proprietà termiche dell'alluminio 6061 T6
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Conduttività Termica | 166 ~ 167 W/m·K |
| Capacità termica specifica | 896J/kg·K |
| Coefficiente di dilatazione termica | 23.3 ~ 23.6 ×10⁻⁶ /K |
| Diffusività termica | 68 mm²/sec |
| Temperatura di Solidus | 582 ° C |
| Temperatura di Liquidus | 652 ° C |
Resistenza alla corrosione dell'alluminio 6061 T6
| Ambiente | Valutazione |
|---|---|
| atmosferico | Ottimo |
| Acqua Fresca | Ottimo |
| Atmosfera industriale | Buone |
| Tensocorrosione | Molto Buone |
| Corrosione per vaiolatura | Moderato |
| Corrosione nelle fessure | Moderato |
Piastra in alluminio 6061 T6
La tempra T6 è la più comune per le lamiere di alluminio 6061. Per le lamiere di medio o alto spessore in 6061, la tempra T6 si ottiene attraverso un processo che comprende trattamento termico di solubilizzazione, taglio, stiramento, invecchiamento artificiale, segatura, finitura superficiale e confezionamento. L'intero ciclo di produzione richiede generalmente circa 10 giorni.
Dopo il trattamento termico di solubilizzazione, non è necessaria alcuna ulteriore lavorazione a freddo. Se necessario, è possibile eseguire operazioni di raddrizzamento e livellamento, purché non compromettano le proprietà meccaniche del materiale.
Tra le altre lamiere di alluminio 6061 si annoverano le lamiere di alluminio 6061-F e 6061-O:
La lamiera di alluminio 6061-F è la lamiera di alluminio 6061 allo stato grezzo di fabbricazione. È adatta per prodotti con requisiti speciali relativi all'incrudimento o al successivo trattamento termico durante le operazioni di formatura. In condizioni di normale programmazione della produzione, la spedizione può essere generalmente completata entro tre giorni. Le proprietà meccaniche non sono specificate per la tempra F. I clienti possono eseguire i propri processi di trattamento termico per convertire il materiale alla tempra desiderata per applicazioni specifiche. Di conseguenza, la lamiera di alluminio 6061 con tempra F è generalmente l'opzione più economica tra le tempere disponibili.
La lamiera di alluminio 6061-O è la lega di alluminio 6061 completamente ricotta e offre il livello di resistenza più basso tra tutti i temperi. Viene utilizzata principalmente per lamiere sottili con spessori inferiori a 8.0 mm, dove è richiesta un'eccellente formabilità. Il ciclo di produzione del materiale con tempra O è generalmente più breve di quello con tempra T6, ma più lungo di quello con tempra F. Grazie al processo di ricottura completa, la lamiera di alluminio 6061 con tempra O offre la massima duttilità e formabilità, risultando particolarmente adatta per applicazioni che prevedono piegatura, imbutitura profonda e operazioni di formatura complesse.
