limite de escoamento do alumínio: aplicações, critérios de seleção e orientações práticas
Quando a estrutura de uma máquina é construída com extrusão de alumínio 6061-T6, o número que prevê a primeira dobra permanente é o resistência ao escoamento do alumínio , não a resistência à tração. No temperamento T6, o 6061 tem uma resistência ao escoamento típica de 276 MPa, de modo que um membro estrutural começa a sofrer uma deformação próxima dessa tensão, bem antes de a classificação de tração de 290 MPa ser atingida.
A força de escoamento informa onde termina o comportamento elástico; acima dessa tensão, o perfil não retorna.
Isso é importante na estrutura da ranhura em T porque a maioria das juntas e vigas são projetadas para permanecerem elásticas. Se um engenheiro dimensionar um vão apenas com a resistência à tração máxima, a estrutura poderá ceder permanentemente muito antes de fraturar. O limite de escoamento é o limite prático de projeto para estruturas de alumínio resistentes.
O que é o limite de escoamento do alumínio e por que ele determina os limites da estrutura?
A resistência ao escoamento do alumínio é a tensão na qual o material começa a se deformar plasticamente, expressa em MPa ou ksi. Como o alumínio não tem limite de escoamento acentuado, os engenheiros usam a tensão de prova de deslocamento de 0,2%.
Tensão de prova de deslocamento de 0,2% é a tensão que produz uma deformação plástica permanente de 0,2% após a remoção da carga. É a definição aceita de limite de escoamento para ligas de alumínio.
Um exemplo simples: um perfil 6061-T6 com limite de escoamento de 276 MPa pode ser carregado até 180 MPa e retornar ao seu formato original com uma margem confortável. A 250 MPa, a margem é fina e as concentrações de tensão local nas bordas da ranhura podem levar o material a ultrapassar o rendimento.
A consequência prática é que o limite de escoamento, e não a dureza ou a resistência à tração, deve orientar a primeira etapa da seleção de perfis para estruturas industriais, estações de trabalho, gabinetes e estruturas de movimento linear.
Valores de resistência ao escoamento do alumínio por liga e têmpera
A resistência ao escoamento típica para ligas de alumínio extrudado comuns varia de 34 MPa para 1100-O a 503 MPa para 7075-T6. A tabela abaixo coleta valores que você encontrará em fichas técnicas de fornecedores e certificados de fábricas.
Limite de escoamento típico de ligas de alumínio comuns usadas para extrusões.
Liga e temperamento
Força de rendimento (MPa)
Força de rendimento (ksi)
Aplicação típica
1100-O
34
5
Guarnições, placas de identificação, equipamentos químicos
3003-H14
145
21
Trocadores de calor, tanques de armazenamento
5052-H32
193
28
Painéis marítimos, tanques de combustível
6063-T5
110
16
Molduras arquitetônicas, trilhos
6063-T6
214
31
Estruturas estruturais leves
6061-T6
276
40
Estruturas de máquinas, gabaritos, perfis para serviços pesados
7075-T6
503
73
Aeroespacial, peças de alto estresse
Valores típicos de limite de escoamento da tabela acima, plotados em uma escala comum.
Para barreiras luminosas e divisórias, 6063-T5 é suficiente. Para colunas e vigas estruturais, 6061-T6 é o padrão comum. Quando a estrutura precisa suportar cargas de serviço mais altas, um perfil de ranhura em T 3030 de alta resistência costuma ser a seção menor que funciona sem passar para uma série maior.
Se a estrutura usar braços em balanço ou suportes suspensos, não dimensione esses membros nos dados 6063-T5; use 6061-T6 ou um perfil da série 30 de alta resistência.
6061 vs 6063: Como o limite de escoamento altera sua escolha de extrusão
Para enquadramento de slot t, a escolha prática é quase sempre entre 6061-T6 e 6063-T6. 6061 oferece maior resistência ao escoamento e melhores arestas usinadas; 6063 oferece uma superfície mais lisa e extrusão mais fácil de seções finas ou complexas.
6061-T6 para estrutura
Limite de escoamento típico de 276 MPa; mínimo 240 MPa em T6.
Maior dureza e melhor resistência ao desgaste da rosca em furos roscados.
Preferido para bases de máquinas, gabaritos e colunas portantes.
6063-T6 para aparência
Limite de escoamento típico de 214 MPa em T6; inferior a 6061.
Superfície mais lisa para anodização transparente ou colorida.
Melhor preenchimento de cantos e extrusão mais fácil de paredes finas.
Para uma junta aparafusada em uma coluna de máquina, a maior resistência ao escoamento do 6061 reduz o risco de os dentes da ranhura recuarem sob pré-carga. Se a peça for um invólucro com acabamento anodizado, o 6063 é mais fácil de extrusar em seções de parede fina e produz uma superfície mais uniforme. Para cargas de coluna acima de aproximadamente 25 kN, um perfil 6061 resistente com uma parede mais espessa é o ponto de partida mais seguro.
O que altera o limite de escoamento em um perfil de alumínio extrudado?
Depois que a liga é fixada, o revenido tem o maior efeito na resistência ao escoamento, seguido pelo trabalho a frio, temperatura e formato da seção transversal. A liga base define o teto; o processamento define o valor real.
Composição da liga: Magnésio e silício em ligas 6xxx produzem fases de endurecimento por envelhecimento; cobre e lítio aumentam a resposta em 2xxx; zinco com magnésio conduz 7xxx às mais altas resistências.
Tratamento térmico: T5 é resfriado após extrusão e envelhecido artificialmente; T6 é tratado termicamente em solução, temperado e envelhecido. Nas ligas 6xxx, o T6 aumenta o limite de escoamento em 40-60% em comparação com o T5.
Trabalho a frio: O estiramento e o endireitamento após a extrusão aumentam ligeiramente o limite de escoamento, mas reduzem o alongamento. É por isso que a sequência final de têmpera e endireitamento fazem parte do certificado do laminador.
Temperatura de serviço: A exposição prolongada acima de 150 C pode reduzir o limite de escoamento do 6061-T6 abaixo de 200 MPa. Para ambientes quentes, selecione uma liga termicamente estável.
Geometria da seção: O limite de escoamento é uma propriedade do material, mas o limite prático de carga de um perfil também depende da espessura e da forma da parede, que controlam a encurvadura local antes do escoamento em seções finas.
Regra de projeto: Use o limite de escoamento mínimo da especificação de têmpera e, em seguida, aplique uma verificação separada para flambagem em perfis de ranhura em T de paredes finas.
Como aplicar dados de limite de escoamento ao comprar extrusões
Ao comprar extrusões de alumínio para uma estrutura de suporte de carga, use o limite de escoamento mínimo do certificado da fábrica, e não o valor típico de uma página de marketing.
Solicite o relatório do ensaio de tração do lote; ASTM B557 ou EN ISO 6892-1 são padrões comuns.
Verifique o código de temperamento completo. T6 e T651 possuem diferentes níveis de tensão residual, o que afeta a estabilidade da usinagem.
Compare o limite de escoamento mínimo com a tensão aplicada no pior caso. Um fator de segurança de 1,5 é o piso para estruturas internas estáticas; use 2.0 ou superior para cargas cíclicas ou dinâmicas.
Verifique as classificações de carga do conector separadamente. Um perfil com limite de escoamento de 276 MPa ainda falhará na junta se o conector de canto ou a pré-carga do parafuso estiverem subdimensionados.
Uma folha de dados que diz "limite de escoamento de 276 MPa" para 6061-T6 geralmente se refere a um valor típico. A mesma liga pode ter um mínimo de 240 MPa no certificado do moinho, portanto, um projeto que utiliza 276 MPa pode estar 13% mais próximo do rendimento do que o esperado.
Fornecedores como Shanghai Huishuo Aluminum Industry Technology Co., Ltd. listam o peso da seção, a têmpera e o acabamento superficial em cada página de perfil, o que torna mais fácil comparar as suposições de resistência ao rendimento antes de solicitar comprimentos personalizados. No topo da faixa de extrusão padrão, um perfil extrapesado de 90 x 90 costuma ser a última seção padrão selecionada antes que um molde personalizado se torne justificado.
Perguntas frequentes sobre resistência ao escoamento do alumínio
Qual é o limite de escoamento do alumínio 6061?
No temperamento T6, o 6061 tem um limite de escoamento típico de 276 MPa e um limite de escoamento mínimo de 240 MPa. Na têmpera O recozida, cai para cerca de 55 MPa.
Qual é o limite de escoamento do alumínio 6063?
O 6063-T6 tem um limite de escoamento típico de cerca de 214 MPa, enquanto o 6063-T5 tem cerca de 110 MPa. 6063 é geralmente mais fraco que 6061, mas mais fácil de extrusar e com melhor acabamento superficial.
O tratamento térmico aumenta o limite de escoamento do alumínio?
Sim. Para ligas 6xxx, o tratamento térmico em solução seguido de envelhecimento artificial aumenta drasticamente o limite de escoamento. As têmperas T6 normalmente fornecem resistência ao escoamento 40-60% maior do que as têmperas T5 na mesma liga.
Como é medido o limite de escoamento do alumínio?
É medido com um teste de tração usando o método de deslocamento de 0,2%, geralmente de acordo com ASTM B557 ou ISO 6892-1. O teste registra a tensão na qual o material apresenta deformação plástica permanente de 0,2%.
