Um construtor de máquinas de embalagem recentemente citou um pórtico transportador de 6 metros de duas maneiras: uma estrutura de aço macio soldada para 340 kg ou uma estrutura aparafusada construída com perfis de alumínio 6061-T6 para aproximadamente 120 kg. Ambos carregavam a mesma carga móvel de 250 kg e permaneceram dentro do limite de deflexão de 1,5 mm, mas a versão de alumínio foi enviada como um kit plano, montado em um turno, e pulou totalmente a oficina de pintura.
Esse estudo comercial é, em miniatura, o caso completo a favor do vantagens do alumínio de liga dura : mais resistência por quilograma, tolerâncias usinadas previsíveis e lógica de união que favorece parafusos em vez de soldas. Como fabricante industrial de perfil T-slot e extrusão personalizada, Tecnologia Co. da indústria de alumínio de Shanghai Huishuo, Ltd. responde esta questão aos fabricantes de equipamentos que decidem onde as ligas duras justificam seu prêmio e onde não. As seções abaixo apresentam números sobre essa decisão.
572 MPa
Resistência à tração típica de 7075-T6, a liga dura de alumínio mais forte, contra cerca de 80 MPa para 1050-O comercialmente puro.
O que conta como liga de alumínio duro? Códigos e temperamentos da série
O alumínio de liga dura não tem uma definição oficial única; no uso diário da engenharia, significa as famílias forjadas tratáveis termicamente, principalmente classes estruturais 2xxx, 6xxx, como 6061 e 7xxx, que ganham resistência a partir de elementos de liga e tratamento térmico controlado, em vez de apenas pelo trabalho a frio.
Alumínio de liga dura: uma liga de alumínio forjado com adições deliberadas de cobre, magnésio, silício ou zinco que é reforçada por tratamento térmico em solução e envelhecimento artificial (têmperas T5 a T7), atingindo resistências à tração bem acima daquelas de classes puras ou não tratáveis termicamente.
O sistema de designação de quatro dígitos facilita a leitura da divisão, porque o primeiro dígito nomeia o principal elemento de liga, e essa escolha determina a resistência, o comportamento de corrosão e a extrusabilidade:
- Séries 1xxx, 3xxx e 5xxx: ligas macias, não tratáveis termicamente, com excelente conformabilidade e resistência à corrosão, mas com resistência à tração principalmente entre 70 e 260 MPa.
- 2xxx (cobre) e 7xxx (zinco): ligas duras de grau aeroespacial, com 2024-T4 próximo a 470 MPa e 7075-T6 próximo a 572 MPa.
- 6xxx (magnésio e silício): os cavalos de batalha da extrusão de perfis, abrangendo 6063-T5 para acabamento e complexidade até 6061-T6 para estrutura em cerca de 310 MPa.
- Os temperamentos são tão importantes quanto as séries: o mesmo tarugo 6061 fornecido com T4 em vez de T6 oferece aproximadamente 70 MPa de resistência à tração.
Para compradores que comparam os dois tipos de extrusão mais comuns, este comparação técnica da seleção de perfis 6061 e 6063 percorre onde cada nota ganha em resistência, acabamento e custo.
As seis vantagens da liga de alumínio dura que justificam o prêmio
As vantagens da liga de alumínio duro são mensuráveis e não cosméticas: resistência à tração cerca de 65% maior do que a classe de acabamento 6063, melhor resistência à fadiga, maior resistência ao desgaste, maior estabilidade dimensional e maior capacidade de carga em uma seção transversal menor.
310 MPa Resistência à tração típica 6061-T6
2,70g/cm3 densidade, cerca de um terço do aço
96 MPa Resistência à fadiga do 6061-T6 em 500 milhões de ciclos de carga
- Relação resistência-peso. Com 2,70 g/cm3, a liga dura oferece classificações de carga com muito menos massa de estrutura do que o aço, o que reduz os custos de transporte e permite que os sistemas de movimento acelerem mais rapidamente.
- Resistência à fadiga. Cargas vibratórias e alternativas, não peso estático, quebram estruturas; O 6061-T6 possui cerca de 40% mais resistência à fadiga do que o 6063-T5.
- Resistência ao desgaste e à indentação. Mesas de fixação, batentes rígidos e pontos de contato deslizantes resistem a marcas de fixação e impacto de peças muito melhor do que ligas puras ou 3xxx.
- Controle de temperamento. Como a resistência é definida no forno de têmpera e envelhecimento, uma parede de 3,2 mm pode ser certificada para cargas médias, onde uma liga macia precisaria de uma seção muito mais pesada.
- Estabilidade dimensional. Uma resistência ao escoamento de 276 MPa versus 145 MPa para 6063-T5 mantém as estruturas aparafusadas retas sob pré-carga, protegendo o alinhamento em equipamentos multieixos.
- Precisão de usinagem. Máquinas de maior dureza com menos vibração e arestas postiças, de modo que os furos dos pinos e as faces correspondentes mantêm a tolerância em configurações repetidas.
O gráfico abaixo coloca as famílias de ligas lado a lado, e o salto de 6063 para 6061-T6 e para 7075-T6 é exatamente o que um comprador paga ao especificar uma liga dura:
Resistência à tração final por liga, valores típicos
Valores típicos extraídos dos padrões da Associação de Alumínio.
No chão de fábrica, esses números tornam-se opções de catálogo: um perfil 4040 de alta resistência com uma parede de 3,2 mm, por exemplo, suporta cargas médias de máquinas que, de outra forma, forçariam o projeto a uma seção mais pesada da série 45 ou 50.
HS-8-4040D Perfil de alumínio com ranhura em T 4040 de alta resistência com parede de 3,2 mm de espessura Este perfil 6063-T5 de 40 x 40 mm com uma parede espessa de 3,2 mm suporta cargas de máquinas de serviço médio, tornando-o uma opção prática de catálogo para estruturas que, de outra forma, exigiriam seções mais pesadas da série 45 ou 50. Ver Produto → Onde o alumínio de liga dura supera: dados e casos de uso de estrutura
As ligas duras ganham destaque sempre que uma estrutura transporta carga, se move ou mantém o alinhamento: bases de máquinas, pórticos, racks de armazenamento para serviços pesados, elevadores de robôs e proteção do lado da prensa. Protetores estáticos e estações de trabalho leves raramente precisam deles.
Fatores de seleção comparados: perfis de liga macia 6063-T5 versus perfis de liga dura 6061-T6 | Fator de seleção | Liga macia 6063-T5 | Liga dura 6061-T6 |
| Resistência à tração típica | 186 MPa | 310 MPa |
| Força de rendimento típica | 145 MPa | 276 MPa |
| Velocidade de extrusão e complexidade da forma | Excelente, adapta-se a seções finas e complexas | Velocidades mais baixas, paredes mínimas mais espessas |
| Qualidade de acabamento anodizado | Brilhante e uniforme | Um pouco mais opaco, mas uniforme |
| Melhor uso de enquadramento | Guardas, bancos, racks leves | Bases, pórticos, racks pesados |
Regra de triagem: assim que um vão carregado ultrapassar cerca de 1,5 metros, ou a estrutura suportar um eixo móvel, passe das seções 6063 de serviço padrão para perfis de liga dura para serviços pesados.
Para estruturas de base e coluna da série 80, a resposta usual para serviços pesados é um perfil 8080 de parede extraespessa, que combina uma ampla área de ranhura em T com paredes dimensionadas para juntas aparafusadas de alta carga.
HS-8-8080W Parede Extra-Espessa 8080 Perfil de Alumínio com Ranhura em T para Cargas Pesadas Com uma parede extra-espessa de 5 mm e seção transversal de 80x80 mm, este perfil é adequado para estruturas de base e coluna aparafusadas e de alta carga na série 80, combinando uma ampla área de ranhura em T com capacidade de carga extra-pesada. Ver Produto → Usinagem, união e anodização: como as ligas duras se comportam na produção
Na oficina, o alumínio de liga dura é mais fácil de usinar com precisão, mas é menos tolerante à soldagem; portanto, o método de união deve ser decidido antes dos perfis serem encomendados, e não depois.
- Usinagem CNC: as famílias 6061-T6 e 2xxx e 7xxx cortam de forma limpa com taxas de remoção mais altas do que o alumínio puro, e as faces usinadas permanecem planas porque as tensões residuais são menores após a têmpera controlada.
- Fixação por ranhura em T: as juntas aparafusadas preservam toda a resistência do metal base e podem ser desmontadas para retrabalho, razão pela qual a estrutura do perfil evita quase totalmente a soldagem.
- Anodização: 6063 anodiza o mais brilhante, enquanto 6061 e 7xxx saem um pouco mais escuros e precisam de um controle de banho mais próximo; acabamentos prateados, pretos e bicolores são rotina nas estruturas estruturais 6xxx.
- Roscas e montagem repetida: os furos roscados em ligas duras mantêm sua forma durante muito mais ciclos de instalação e remoção do que as classes mais macias.
T6
Aparafuse, não solde: uma junta soldada 6061-T6 perde cerca de 30 a 40 por cento de sua resistência na zona afetada pelo calor e não pode ser totalmente revenida posteriormente, enquanto uma junta aparafusada com ranhura em T mantém a classificação completa do metal original.
Compensações de custos: quando 6063 ainda é a escolha mais inteligente
Para proteções de luz, estruturas de estações de trabalho e bancadas de laboratório, os perfis de liga macia de serviço padrão oferecem a mesma vida útil a um custo mais baixo, e pagar preços de liga dura compra uma resistência que a estrutura nunca utiliza.
Especifique liga dura quando
- Vãos transportam cargas móveis ou concentradas
- As estruturas mantêm o alinhamento ou a precisão da máquina
- As peças são usinadas CNC após extrusão
- Estruturas enfrentam ciclos de vibração ou fadiga
Fique com 6063 quando
- As cargas são estáticas e leves
- O acabamento da superfície lidera a especificação
- São necessárias seções transversais finas e complexas
- O orçamento é a restrição vinculativa
A matemática de aquisição também é importante: o tarugo de liga dura normalmente carrega um prêmio de 10 a 20 por cento e é extrusado mais lentamente, mas a redução para uma seção menor de liga dura que carrega a mesma carga muitas vezes recupera apenas a diferença no peso do material.
Uma bancada de laboratório é o caso clássico para permanecer leve: um perfil leve 3030 projetado para estrutura de laboratório mantém a bancada rígida ao custo padrão e economiza o orçamento de liga dura para instrumentos que realmente precisam dela.
HS-8-3030QL Perfil de alumínio leve com ranhura em T 3030 para estrutura de laboratório Esta extrusão leve 3030 mantém as bancadas de laboratório e as estruturas leves rígidas ao custo padrão, de modo que o orçamento da liga dura pode ser reservado para estruturas que realmente precisam de maior resistência. Ver Produto → Perguntas frequentes sobre liga de alumínio duro
O 6063 é considerado uma liga de alumínio dura?
Ele fica no limite suave. O 6063 é tratável termicamente como o resto da família 6xxx, mas com cerca de 186 MPa de tração ele é escolhido pela complexidade do acabamento e da forma, em vez da estrutura, e a maioria das equipes de engenharia trata o 6061-T6 como o ponto de entrada para estruturas de liga dura.
Quão mais forte é o 6061-T6 do que o 6063-T5?
Cerca de 65% maior na resistência à tração, 310 versus 186 MPa, e cerca de 90% maior na resistência ao escoamento, 276 versus 145 MPa, que é o que permite seções menores ou mais finas sob a mesma carga.
A liga de alumínio dura resiste à corrosão tão bem quanto as ligas macias?
Todas as ligas de alumínio formam uma película protetora de óxido, e as classes pura e 5xxx fazem isso melhor. As ligas duras correspondem a esse desempenho em ambientes internos e quando anodizadas, razão pela qual a anodização é o acabamento padrão em perfis estruturais.
Os perfis de liga dura podem ser cortados e retrabalhados tão facilmente quanto o 6063?
Sim, para serrar, furar e montar ranhuras em T, e a dureza mais alta realmente melhora a qualidade da aresta usinada. O único cuidado é a soldagem, onde alguma resistência do tratamento térmico é perdida ao redor da junta.
