В чем разница между алюминием 6061 и 3003?

Что такое алюминий?

Алюминий является самым распространенным металлом на Земле, что дает материаловедам множество возможностей для экспериментов с ним в процессе легирования.

Сплавы — это металлы с улучшенными свойствами материала (прочностью, сопротивляемостью, обрабатываемостью и т. д.), создаваемые путем добавления металлических элементов в базовый металл. Алюминиевые сплавы бывают в различных формах в зависимости от их легирующих компонентов, и Ассоциация алюминия Inc. организовала эти сплавы в серии на основе этих элементов легирования. Эти серии обозначаются четырехзначными номерами, и в этой статье основное внимание уделяется сериям 3xxx и 6xxx.

Два рассматриваемых сплава — алюминий 6061 и 3003 — являются одними из самых популярных вариантов алюминия, и на первый взгляд кажутся взаимозаменяемыми. В этой статье надеемся провести различие между этими двумя сплавами, сравнив их свойства материала, сосредоточившись на их преимуществах и недостатках. В ходе этого обсуждения статья определит области применения, наиболее подходящие для каждого из этих сплавов, чтобы помочь проектировщикам делать более информированный выбор материалов для своих проектов.

Сплав алюминия 6061

Алюминий 6061 известен своей высокой прочностью, хорошей свариваемостью и обрабатываемостью, а также хорошей коррозионной стойкостью. Он особенно полезен в конструкционных материалах, поскольку прочность алюминия 6061 помогает удерживать высокие здания от падения. Как и другие сплавы серии 6xxx, алюминий 6061 содержит магний и кремний в качестве основных легирующих элементов, отвечающих за его благоприятные характеристики прочности. Распределение легирующих элементов в алюминии 6061 выглядит следующим образом: 0,61% Si, 1,01% Mg, 0,21% Cr, 0,28% Cu и 97,91% Al, а его плотность примерно такая же, как у чистого алюминия (2,7 г/см³, 0,0975 фунта/дюйм³). Алюминий 6061 достигает еще больших показателей прочности после термической обработки и обычно встречается в состояниях T6 и T4. Его преимущества позволяют использовать алюминий 6061 во многих ситуациях, делая его отличным универсальным сплавом. Его можно найти на большинстве станочных мастерских и он является предпочтительным выбором для сварных сборок, каркасов зданий или любой конструкции, требующей надежного каркаса. Для получения дополнительной информации об этом металле, ознакомьтесь с нашей статьей о сплаве алюминия 6061.

Сплав алюминия 3003

Алюминий 3003 сплав — один из наиболее широко распространенных видов алюминия на рынке сегодня и по уважительным причинам. Он хорошо обрабатывается, имеет отличную формуемость, хорошо сваривается, обладает умеренной прочностью и устойчив к коррозии. Эти свойства позволяют этому металлу успешно применяться в различных сферах, и именно поэтому он считается самым популярным универсальным алюминиевым сплавом. Алюминий 3003 относится к серии 3xxx, что означает, что его основным легирующим элементом является марганец, а его химический состав — 0,12% Cu, 1,21% Mn и 98,61% Al (обратите внимание, что эти цифры могут меняться в зависимости от факторов и дают лишь общее представление). Плотность алюминия 3003 составляет 2,73 г/см³ (0,0986 фунта/дюйм³), что примерно соответствует чистому алюминию, и он не реагирует на термическую обработку. Вместо этого этот сплав можно упрочнять методом деформационного упрочнения для повышения прочности, и обычно он выпускается в состояниях 3003-H18 и 3003-H22. Хотя он не особенно прочен, алюминий 3003 широко применяется в пищевой и химической промышленности и является полезным как высокообрабатываемый и устойчивый материал. Для получения дополнительной информации об этом сплаве, ознакомьтесь с нашей статьей о сплаве алюминия 3003.

Сравнение алюминиевых сплавов 6061 и 3003

Выбор между этими двумя алюминиевыми сплавами часто бывает сложным, поскольку оба являются отличным выбором для большинства проектов и имеют схожие свойства. В этой статье сравнятся некоторые важные механические показатели, чтобы помочь отличить эти два металла, и эти сравнения помогут определить, какой из них лучше подходит для конкретного применения. Значения, приведенные в Таблице 1, взяты из обработанных сплавов 6061-T6 и 3003-H18, но помните, что эти цифры могут колебаться в зависимости от выбранного состояния. Эти значения суммированы в таблице ниже, и вскоре последует обсуждение их сравнений.

Сравнение свойств материалов между алюминиевыми сплавами 6061 и 3003

Основная причина выбора алюминия 6061 вместо алюминия 3003 — его превосходная прочность. Это подтверждается сравнением их пределов текучести, который является минимальным уровнем напряжения, вызывающим постоянное деформирование материалов. Предел текучести — полезная характеристика для конструкционных деталей, поскольку любое постоянное деформирование вызывает нестабильность (а зачастую и разрушение) в здании. Повышенная прочность алюминия 6061 обусловлена его легирующими элементами (магний/кремний), а также возможностью термической обработки. Если прочность — главный критерий, выбирайте алюминий 6061; он является прочным, более устойчивым альтернативой мягким сталям и значительно прочнее алюминия 3003.

Аналогично, Алюминий 6061 он прочнее при соединении с помощью болтов и винтов, что подтверждается его увеличенной предельной прочностью на разрыв (386 МПа против 262 МПа). Предел прочности на сжатие описывает минимальное напряжение, вызывающее деформацию соединения, например, когда две пластины соединены винтом через отверстие в обеих пластинах. Эти соединения могут растягиваться или трескаться при чрезмерной нагрузке, и показатель прочности на сжатие — полезный критерий для оценки реакции материала при соединении. Предельная прочность на сжатие алюминия 6061 значительно выше, чем у алюминия 3003, что не только логично, но и объясняет, почему алюминий 6061 широко используется в строительных лесах и каркасах зданий. Если многие детали будут скрепляться заклепками или соединяться через отверстия, алюминий 3003 все еще сможет выдержать нагрузку, но алюминий 6061 прослужит дольше.

Прочность не всегда является желательной характеристикой, и показатели shear strength (срезающая прочность) этих материалов отлично иллюстрируют эту концепцию. Срезающая прочность — это мера сопротивления материала срезающим нагрузкам, таким как резка, штамповка или любые ситуации, когда встречаются противоположные силы на поперечном сечении. Легко представить это на примере ножниц, режущих бумагу, где две противоположные лезвия срезают или «режут» бумагу по ее тонкому измерению. Более низкая срезающая прочность алюминия 3003 — это преимущество, так как его легче резать из листового металла, чем алюминий 6061 благодаря меньшей срезающей прочности (207 МПа против 110 МПа). В сочетании с отличной формуемостью эти характеристики делают алюминий 3003 особенно универсальным в формовочных приложениях и часто являются причиной его выбора вместо других сплавов.

Твердость — это мера того, как поверхность материала реагирует на локальные вмятины, такие как царапины, полировка и проникновение, а также показывает, как внешние силы повлияют на материал. Инженеры разработали различные шкалы твердости, описывающие реакцию материалов на вдавливающие нагрузки с помощью приборов для измерения твердости. Шкала твердости Бринелля — это широко используемая система измерений, где, например, стекло имеет твердость около 1550 по шкале Бринелля, а мягкий металл, такой как медь, — около 10. Эти сплавы достаточно тверды, при этом алюминий 6061 тверже (95 против 55), что повышает его обрабатываемость, но ухудшает качество поверхности. Несмотря на то, что его легче вмять, алюминий 3003 может иметь хромированное покрытие, что эстетически привлекательно и легко очищается. Алюминий 3003 часто используют в фургонах для еды, так как отражающие поверхности легко очищаются и не собирают грязь. Алюминий 6061 следует выбирать, если важна устойчивость к царапинам, но он уступает (буквально) 3003 в вопросах отделки и полировки.

Алюминий 6061 можно найти практически в каждом машиностроительном цехе, так как это один из лучших сплавов для механической обработки. Обрабатываемость — это характеристика того, насколько хорошо металл поддается обработке из исходного материала, и в этой статье используется качественная оценка (отлично/хорошо/удовлетворительно/плохо), чтобы дать представление о том, какие сплавы обычно обрабатывают. Существуют шкалы, количественно оценивающие обрабатываемость, но они обычно интересуют только машинистов, ищущих подходящий инструмент, и не имеют значения для обычного проектировщика. Алюминий 6061 — первоочередной выбор для механической обработки, поскольку он хорошо обрабатывается и принимает отделки, в то время как алюминий 3003 обычно предназначен для штамповки листового металла. Алюминий 3003 также можно обрабатывать, но 6061 — более универсальный выбор благодаря своим другим преимуществам.

XTJ — ведущий OEM-производитель, который занимается предоставлением комплексных решений от прототипа до производства. Мы гордимся тем, что являемся сертифицированной системой управления качеством ISO 9001, и стремимся создавать ценность в каждом клиентском взаимодействии. Мы достигаем этого через сотрудничество, инновации, улучшение процессов и исключительное мастерство.