Žica od aluminijske legure: 5056, razredi visoke čvrstoće i vodič za odabir

Žica od aluminijske legure isporučuje kombinaciju svojstava kojima čista aluminijska žica i bakrena žica ne mogu odgovarati same: značajna vlačna čvrstoća, niska gustoća, dobra električna ili mehanička izvedba ovisno o seriji legura i otpornost na koroziju bez površinske obrade. Kompromis u usporedbi s čistim aluminijem je skromno povećanje cijene i, u nekim serijama, blago smanjenje vodljivosti - kompromisi koji su opravdani u primjenama gdje su zamor žice, nosivost ili težina primarna ograničenja dizajna.

Tri serije legura pokrivaju veliku većinu komercijalne žice od aluminijske legure: serija 5xxx (Al-Mg), serija 6xxx (Al-Mg-Si) i serija 8xxx (Al-Fe). Svaki cilja na različitu ravnotežu mehaničkih i električnih svojstava, zbog čega je određivanje ispravne legure—ne samo "aluminijske žice"—ključno u fazi projektiranja.

Pregled serije slitina i njihove razlike

Razumijevanje klasifikacije serija najbrži je način da se suzi izbor žice od aluminijske legure koja je prikladna za određeni slučaj upotrebe.

Serija 5xxx (Al-Mg): visoka čvrstoća, ne može se toplinski obraditi

Serija 5xxx svoju čvrstoću postiže otvrdnjavanjem u čvrstoj otopini i otvrdnjavanjem radije nego toplinskom obradom taloženjem. Sadržaj magnezija obično se kreće od 0,5% do 5,5%. Veći sadržaj magnezija izravno je u korelaciji s većom vlačnom čvrstoćom i granicom tečenja, ali smanjuje rastezljivost i lakoću hladnog oblikovanja. 5056 žica od aluminijske legure , s približno 4,5–5,6% Mg, nalazi se pri vrhu niza u smislu snage i detaljno je obrađeno u sljedećem odjeljku. Ostali članovi kao što su 5154 i 5356 naširoko se koriste kao žice za MIG zavarivanje jer njihov sastav blisko odgovara sastavu kovanih proizvoda serije 5xxx, smanjujući gubitak čvrstoće zavarenog spoja.

Serija 6xxx (Al-Mg-Si): može se toplinski obraditi, dobra ravnoteža vodljivosti

6201 žica od aluminijske legure dominantan je proizvod u ovoj seriji za električne primjene. Nakon izvlačenja i obrade T81 kaljenjem, 6201 postiže minimalnu vlačnu čvrstoću od 295 MPa s električnom vodljivošću od približno 52,5% IACS—dovoljno za nadzemne prijenosne vodiče gdje su kritična mehanička opterećenja i kontrola progiba. Koristi se u AAAC (vodičima od cijele aluminijske legure) kabelima upravo zato što nadmašuje 1350 čisti aluminij u čvrstoći dok zadržava prihvatljivu vodljivost za nadzemne vodove velikog raspona.

Serija 8xxx (Al-Fe): Električni stupanj s niskim progibom

Legure 8030 i 8176 sadrže željezo i ponekad silicij za poboljšanje otpora na puzanje i vlačnu čvrstoću u usporedbi s čistim aluminijem 1350, dok zadržavaju vodljivost iznad 61% IACS. Ove legure su standardni izbor za izradu žica i vodiča za distribuciju komunalnih usluga gdje žica mora biti u skladu s NEC ili IEC standardima i nuditi poboljšanu dugotrajnu stabilnost pod toplinskim ciklusima.

5056 Žica od aluminijske legure : Svojstva i primjene

5056 žica od aluminijske legure jedna je od najčvršćih aluminijskih legura koje se ne mogu toplinski obrađivati u obliku žice. Njegov nominalni sastav prema standardima AA i ASTM uključuje 4,5–5,6% magnezija, 0,05–0,20% kroma i 0,05–0,20% mangana, uz željezo, silicij, bakar i cink koji se drže do maksimuma radi očuvanja otpornosti na koroziju i duktilnosti.

Kombinacija visoke vlačne čvrstoće i niske gustoće daje 5056 specifičnu čvrstoću (omjer čvrstoće i težine) koja se natječe s nekom mekom čeličnom žicom s otprilike jednom trećinom težine. Njegova električna vodljivost na ~29% IACS je preniska za prijenos energije, tako da se 5056 ne koristi kao žica vodič—njegova vrijednost u potpunosti leži u mehaničkim primjenama.

Primarna upotreba žice od aluminijske legure 5056

• Zupci zatvarača i komponente lanca — 5056 je dominantna legura za proizvodnju aluminijskih patentnih zatvarača na globalnoj razini. Njegova čvrstoća podnosi ponovljene mehaničke cikluse bez deformiranja zuba, a njegov odgovor na eloksiranje proizvodi dosljedne slojeve oksida koji su osjetljivi na boju u punom spektru boja. YKK i drugi veliki proizvođači patentnih zatvarača oslanjaju se na njega kao primarni ulazni materijal.
• Pleteni i tkani štit — H19 ekstra tvrdoća žice 5056 koristi se kao pletenica preko kabelskog omotača u vojnim, zrakoplovnim i pomorskim kabelima gdje EMI zaštita mora preživjeti savijanje i vibracije bez loma uslijed zamora.
• Spojnica i žica za zakovice — vučena 5056 šipka i žica se oblikuju u slijepe zakovice za zrakoplove i konstrukcijske sklopove. Kombinacija čvrstoće, otpornosti na koroziju i galvanske kompatibilnosti s aluminijskim limom čini ga boljim od čeličnih zakovica u strukturama s aluminijskom oblogom.
• Mreža protiv insekata i filtracija — fino vučena žica 5056 utkana u mrežu pruža bolju otpornost na koroziju u vlažnim i obalnim okruženjima u usporedbi s legurama 3003 ili 1100, po prihvatljivoj cijeni.
• Oklopna pletenica za crijeva i fleksibilni vod — žica s visokim sadržajem magnezija 5xxx koristi se tamo gdje je potreban lagan, ali robustan vanjski zaštitni sloj preko sklopova hidrauličkih ili pneumatskih fleksibilnih crijeva.

Žica od aluminijske legure visoke čvrstoće : Definiranje kategorije

Žica od aluminijske legure visoke čvrstoće ne odnosi se na jednu leguru, već na razinu performansi—žičani proizvodi projektirani da premašuju vlačnu čvrstoću koja se može postići s čistim aluminijem (obično 80-100 MPa) uz značajnu marginu, općenito ciljajući na 250 MPa i više, ovisno o temperamentu i primjeni. Nekoliko različitih obitelji legura doseže ovu razinu:

• 5xxx-H1x kaljena žica (5056, 5154, 5183) — postiže 300–435 MPa hladnim izvlačenjem bez toplinske obrade. Nije moguće stvrdnjavanje starenjem, tako da se čvrstoća postavlja u fazi crtanja i stabilna je tijekom vremena.
• 6201-T81 toplinski obrađena žica — čvrstoća u rasponu od 295–330 MPa s vodljivošću iznad 52% IACS, standard za AAAC nadzemne vodiče.
• Žica serije 7xxx (7075, 7150) — vlačna čvrstoća do 570 MPa u obliku vučene žice, postignuta taloženjem cink-magnezij-bakar. Koristi se u žici za pričvršćivanje u zrakoplovstvu i konstrukcijskim primjenama visokih performansi gdje su uštede na težini u odnosu na čelik kritične, a cijena sekundarna.

Razlika između ovih obitelji je važna jer ista nazivna vlačna čvrstoća postignuta različitim mehanizmima ima različite karakteristike stabilnosti . Kaljena žica može omekšati ako je izložena temperaturama iznad ~150°C. Taloženjem otvrdnuta 7xxx žica zadržava svoju čvrstoću do svoje temperature starenja, ali je osjetljiva na pucanje od korozije u dugotrajnim rastezljivim okruženjima, osim ako nije specificirana T73 temperatura prestarjela. Nijedno pitanje ne odnosi se na 6201 u njegovoj primarnoj primjeni kao nadzemnog vodiča.

Proces izvlačenja žice i kako on utječe na konačna svojstva

Žica od aluminijske legure proizvodi se provlačenjem šipke kroz niz progresivno manjih matrica od volfram karbida ili polikristalnog dijamanta, smanjujući promjer u kontroliranim koracima. Primijenjeni stupanj hladnog rada—izražen kao smanjenje površine poprečnog presjeka od početne šipke do konačnog promjera žice—izravno određuje mehanička svojstva gotove žice.

Za legure koje se ne mogu toplinski obrađivati ​​kao što je 5056, svaki prolaz izvlačenja povećava vlačnu čvrstoću i tvrdoću dok smanjuje istezanje. Žica izvučena na temperaturu H18 (potpuno otvrdnuta) bit će podvrgnuta dovoljnoj redukciji da postigne maksimalnu čvrstoću za tu leguru, po cijenu duktilnosti. Srednja stanja (H12, H14, H16) predstavljaju djelomično otvrdnjavanje pri obradi i nude korisna poboljšanja čvrstoće uz zadržavanje dovoljno istezanja za nizvodne operacije oblikovanja kao što su tkanje, pletenje ili postavljanje glave zakovice.

Ključne kontrole procesa koje određuju konačnu kvalitetu žice uključuju:

• Kut matrice i omjer smanjenja po prolazu — pretjerano smanjivanje po prolazu povećava unutarnje naprezanje i rizik od defekata pucanja u središtu u legurama s višim sadržajem magnezija.
• Podmazivanje — suhi sapun, mokra emulzija ili maziva na bazi ulja odabiru se na temelju legure, materijala matrice i brzine izvlačenja kako bi se kontroliralo trošenje matrice i završna obrada površine.
• Srednje žarenje — za sekvence vrlo fine žice ili dubokog izvlačenja, kontrolirano žarenje između prolaza vraća duktilnost i sprječava lomove, a zatim se izvlačenje nastavlja do ciljane temperature.
• Kvaliteta površine — šavovi, preklopi ili uključci u dovodu šipke šire se u pukotine u gotovoj žici. Kvaliteta sirovine za šipku, posebno stanje površinskog oksida i stupanj inkluzije, primarna je determinanta iskoristivosti žice u proizvodnji finog promjera.

Otpornost na koroziju: što žica od aluminijske legure može, a što ne može tolerirati

Žica od aluminijske legure stvara samoobnavljajući sloj pasivnog oksida pri izlaganju zraku, što joj daje dobru opću otpornost na atmosfersku koroziju bez površinske obrade. Međutim, sastav legure značajno utječe na performanse u određenim okruženjima:

• 5056 i druge legure s visokim sadržajem magnezija 5xxx — izvrsna otpornost na morsku vodu i morsku atmosferu; široko specificiran za brodski hardver i zaštitu kabela na plovilima. Međutim, legure s udjelom magnezija iznad ~3,5% podložne su senzibilizaciji (interkristalnoj koroziji) ako se drže u temperaturnom rasponu od 65–175°C dulje vrijeme. To ograničava njihovu upotrebu u okruženjima s trajnom povišenom temperaturom.
• Žica serije 6xxx — dobra opća i pomorska otpornost na koroziju s manjim rizikom od preosjetljivosti. Kromirani pretvorbeni premaz ili eloksiranje dodatno poboljšava učinkovitost za zrakoplovne i vanjske konstrukcijske primjene.
• Žica serije 7xxx — sadržaj cinka koji daje visoku čvrstoću također povećava osjetljivost na pucanje uslijed korozije. Žica 7075-T6 u trajnoj napetosti u vlažnim okruženjima može otkazati pri naprezanjima znatno ispod nazivne vlačne čvrstoće; T73 temperament ispravan je izbor za konstrukcijske primjene gdje postoji opasnost od korozije na naprezanje .

Galvanska kompatibilnost također je kritična kada žica od aluminijske legure dolazi u kontakt s različitim metalima. Izravni kontakt s bakrom, mesingom ili čelikom u prisutnosti vlage ubrzava koroziju aluminija. Konektori čahura, spojnice i završeci u sklopovima od miješanih metala trebaju sadržavati bimetalne prijelazne spojeve ili izolacijske čahure.

Odabir prave žice od aluminijske legure: okvir za odlučivanje

Odgovarajuća legura i temperament za bilo koju primjenu žice od aluminijske legure može se suziti radom na kratkom nizu pitanja u nizu:

1. Je li potrebna električna vodljivost? Ako da, održive opcije su 6201-T81, 8030 ili 8176. Ako ne, dostupan je cijeli niz mehaničkih legura.
2. Kolika je vlačna čvrstoća potrebna? Ispod 250 MPa: 5154 ili 5356 u H1x temperatu su isplativi. 250–400 MPa: 5056-H18 ili 6061-T81. Iznad 400 MPa: serija 7xxx, prihvaćanje kompromisa troškova i korozije na naprezanje.
3. Hoće li se žica zavarivati ​​ili koristiti kao dodatni materijal za zavarivanje? Ako da, žica za punjenje 5356 ili 5183 je standardni izbor; 5056 se također koristi tamo gdje je potrebna veća čvrstoća zavara za 5xxx osnovne materijale.
4. Hoće li žica biti anodizirana ili dekorativno završena? 5056 dobro reagira i daje svijetle, ujednačene anodizirane površine. 6xxx legure također dobro anodiziraju. 7xxx legure anodiziraju, ali sa smanjenom konzistencijom zbog većeg sadržaja legure.
5. Je li aplikacija podložna trajnom vlačnom naprezanju u korozivnom okruženju? Izbjegavajte nesenzibilizirani visoki Mg 5xxx na povišenoj temperaturi; izbjegavajte 7xxx-T6; navedite 7xxx-T73 ili prijeđite na legure 6xxx.
6. Je li potreban fini promjer (<0,5 mm)? 5056 i 6xxx legure se rutinski izvlače na fine mjerne dijelove za zaslone i pletenice. 7xxx legure su rjeđe dostupne u vrlo finom promjeru zbog manje duktilnosti.

Provjera ovih kriterija prije nego što se obratite dobavljačima smanjuje rizik od primanja žice koja zadovoljava nominalne specifikacije, ali ne funkcionira zbog neusklađenosti između temperamenta, okoline i uvjeta opterećenja.