Какова температура перехода из вязкого состояния в хрупкое для алюминия 6061?

Важно понимать температуры перехода металлов от пластичности к хрупкости (DBTT) при рассмотрении вопроса о том, какие материалы использовать для приложений, работающих в криогенных средах. Некоторые металлы, более пластичные при комнатной температуре, могут стать хрупкими при низких температурах. В результате в них образуются трещины, и конструкция может разрушиться. Например, DBTT низкоуглеродистой стали, использованной при строительстве Титаника, могла способствовать затоплению корабля при температуре окружающей среды всего -4 °F.

Однако применима ли DBTT ко всем металлам, включая алюминий 6061? Ниже мы более подробно рассмотрим DBTT и почему на самом деле нет температуры перехода от пластичного к хрупкому алюминию 6061.

Понимание температуры перехода от пластичного к хрупкому

DBTT относится к температуре материала, при которой он переходит в хрупкую фазу из пластичной фазы. В этот момент материал больше не может выдерживать нагрузку без образования трещин.

Чистые металлы, как правило, имеют определенную температуру перехода, в то время как в сплавах эта температура перехода однозначно определена — она может происходить в ограниченном диапазоне.

В связи с этим испытание на удар по Шарпи, также известное как испытание с V-образным надрезом по Шарпи, проводится для определения ударной вязкости материала. Однако, что удивительно, алюминий не имеет DBTT.

Температура вязко-хрупкого перехода алюминия 6061

Алюминий имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру. Гранецентрированные кубические материалы не имеют перехода от пластичного к хрупкому; они всегда склонны оставаться в хрупком состоянии.

Почему? Для этого нам нужно понять систему скольжения материала. Металлы деформируются в наиболее плотно упакованных направлениях на наиболее плотно упакованных плоскостях скольжения, также известных как системы скольжения. Дислокация скольжения происходит, когда угловой атом перескакивает в центр куба.

Давайте взглянем на элементарную ячейку материалов BCC и FCC, как показано ниже.

<я> Alt-text:решетчатая структура FCC и BCC 

Ссылка

Обе конструкции имеют одинаковое количество систем скольжения (12). Однако, в отличие от BCC, FCC имеет плотно упакованные плоскости, принадлежащие каждой системе скольжения.

При высоких температурах как ГЦК, так и ОЦК структуры имеют подвижные дислокации, что означает, что они могут подвергаться пластической деформации без разрушения. Однако при низких температурах для активации дислокаций в ОЦК-структурах требуется определенное количество тепловой энергии, а в ГЦК-дислокациях они возникают независимо от температуры окружающей среды. В результате FCC остается пластичным даже при низких температурах и не проявляет явления DBTT.

Вот почему вы не можете найти никаких данных о температуре перехода из пластичного состояния в хрупкое для алюминия 6061.

Уникальные низкотемпературные применения алюминия

В отличие от других металлов, алюминий более пластичен и прочен при низких температурах благодаря FCC-структуре металла. Это уникальное свойство является преимуществом для морских установок в северном полушарии, где температура легко достигает -40°F.

Алюминиевые сплавы серий 5000 и 6000 считаются наиболее подходящими для криогенных применений из-за их высокого отношения предела текучести к надрезу, которое представляет собой соотношение между пределом прочности при растяжении надрезом и пределом текучести при растяжении для контрольного испытания материала на испытание на излом.

Однако важно отметить, что не все алюминиевые сплавы ведут себя одинаково при низких температурах. Например, прочность сплава 6061 увеличивается при понижении температуры, тогда как для алюминия 5456 она остается почти постоянной.

Для большей ясности на приведенном ниже графике показан предел текучести при растяжении при усилии 4K (ksi) для различных алюминиевых сплавов.

<я> <я> В некоторых отраслях промышленности для достижения желаемых условий работы используются низкотемпературные жидкости. В связи с этим оборудование и установки, изготовленные из алюминия, обладают исключительной прочностью и пластичностью даже при температуре -320,8 °F.

В таблице ниже перечислены различные марки алюминия, используемые в широком диапазоне криогенных температур.

В то время как отсутствие у алюминия 6061 температуры перехода от пластичного к хрупкому является преимуществом для отраслей, работающих с криогенными приложениями, его мягкий характер представляет собой проблему для операторов станков. Низкая температура плавления сплава может привести к образованию смолистых отложений вокруг кромки инструмента.

Покупайте высококачественный алюминий у надежного поставщика

Industrial Metal Services уже более двух десятилетий поставляет различные алюминиевые сплавы в район залива Сан-Франциско и за его пределы. Мы можем предоставить вам алюминиевые листы, прутки и круги 6061, а также другие алюминиевые сплавы, включая MIC-6, ALCA 5, ATP-5 и K100-S. В нашем ассортименте также есть другие популярные металлы, такие как железо, медь, сталь и титан, а также новые материалы заводского производства и проверенные остатки, доступные для покупки. Чтобы избавить вас от обработки сложных металлов, таких как алюминий, у нас также есть современное оборудование для резки металла, которое может с легкостью разрезать даже алюминиевые листы толщиной 12 дюймов.