ลวดอลูมิเนียมอัลลอยด์: 5056 เกรดความแข็งแรงสูงและคู่มือการเลือก

ลวดโลหะผสมอลูมิเนียม นำเสนอคุณสมบัติที่ลวดอลูมิเนียมบริสุทธิ์และลวดทองแดงแต่ละเส้นไม่สามารถจับคู่กันได้: ความต้านทานแรงดึงที่ดี ความหนาแน่นต่ำ ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าหรือทางกลที่ดีขึ้นอยู่กับซีรีย์ของโลหะผสม และความต้านทานต่อการกัดกร่อนโดยไม่ต้องมีการปรับสภาพพื้นผิว ข้อดีข้อเสียเมื่อเปรียบเทียบกับอะลูมิเนียมบริสุทธิ์คือต้นทุนที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย และในบางซีรีส์ ค่าการนำไฟฟ้าลดลงเล็กน้อย ซึ่งเป็นข้อดีที่สมเหตุสมผลในการใช้งานที่ความล้าของสายไฟ ความสามารถในการรับน้ำหนัก หรือน้ำหนักเป็นข้อจำกัดในการออกแบบหลัก

ซีรีส์โลหะผสมสามชุดครอบคลุมลวดโลหะผสมอลูมิเนียมเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่อย่างล้นหลาม: ซีรีส์ 5xxx (Al-Mg), ซีรีส์ 6xxx (Al-Mg-Si) และซีรีส์ 8xxx (Al-Fe) แต่ละเป้าหมายจะมีความสมดุลที่แตกต่างกันระหว่างคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการระบุโลหะผสมที่ถูกต้อง ไม่ใช่แค่ "ลวดอลูมิเนียม" จึงมีความสำคัญในขั้นตอนการออกแบบ

ภาพรวมซีรี่ส์อัลลอยด์และความแตกต่าง

การทำความเข้าใจการจำแนกประเภทซีรีส์เป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการจำกัดว่าลวดโลหะผสมอะลูมิเนียมชนิดใดที่เหมาะกับกรณีการใช้งานที่กำหนด

ซีรีส์ 5xxx (Al-Mg): มีความแข็งแรงสูง ทนความร้อนไม่ได้

ซีรีส์ 5xxx มีความแข็งแกร่งผ่านการชุบแข็งด้วยสารละลายของแข็งและการชุบแข็งในงาน แทนที่จะใช้การบำบัดความร้อนแบบตกตะกอน โดยทั่วไปปริมาณแมกนีเซียมจะอยู่ระหว่าง 0.5% ถึง 5.5% ปริมาณแมกนีเซียมที่สูงขึ้นมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความต้านทานแรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิตที่สูงขึ้น แต่ลดความเหนียวและการขึ้นรูปเย็นได้ง่าย ลวดโลหะผสมอลูมิเนียม 5056 โดยมีประมาณ 4.5–5.6% Mg อยู่ใกล้กับด้านบนสุดของซีรีส์ในแง่ของความแข็งแกร่ง และมีรายละเอียดครอบคลุมไว้ในส่วนต่อไปนี้ สมาชิกอื่นๆ เช่น 5154 และ 5356 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นลวดเชื่อม MIG เนื่องจากองค์ประกอบของลวดเชื่อมนั้นใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในซีรีส์ 5xxx อย่างมาก ช่วยลดการสูญเสียความแข็งแรงของรอยเชื่อมให้เหลือน้อยที่สุด

ซีรีส์ 6xxx (Al-Mg-Si): ปรับสมดุลการนำความร้อนได้ดี

ลวดโลหะผสมอลูมิเนียม 6201 เป็นผลิตภัณฑ์ที่โดดเด่นในชุดนี้สำหรับการใช้งานทางไฟฟ้า หลังจากการวาดและการอบชุบด้วยอุณหภูมิ T81 แล้ว 6201 จะมีความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำ 295 MPa โดยมีค่าการนำไฟฟ้าประมาณ 52.5% IACS ซึ่งเพียงพอสำหรับตัวนำส่งผ่านเหนือศีรษะที่ซึ่งภาระทางกลและความหย่อนคล้อยเป็นสิ่งสำคัญ ใช้ในสายเคเบิล AAAC (ตัวนำโลหะผสมอลูมิเนียมทั้งหมด) ได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากมีความแข็งแกร่งกว่าอลูมิเนียมบริสุทธิ์ 1350 ในด้านความแข็งแกร่ง ในขณะที่ยังคงค่าการนำไฟฟ้าที่ยอมรับได้สำหรับเส้นเหนือศีรษะที่มีช่วงยาว

ซีรีส์ 8xxx (Al-Fe): เกรดทางไฟฟ้าที่มีความหย่อนต่ำ

โลหะผสม 8030 และ 8176 ประกอบด้วยเหล็กและซิลิคอนในบางครั้งเพื่อปรับปรุงความต้านทานการคืบและความต้านทานแรงดึง เมื่อเทียบกับอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ 1350 ในขณะที่ยังคงค่าการนำไฟฟ้าไว้สูงกว่า 61% IACS โลหะผสมเหล่านี้เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการสร้างสายไฟและตัวนำกระจายสาธารณูปโภค โดยที่ลวดจะต้องเป็นไปตามมาตรฐาน NEC หรือ IEC และให้ความเสถียรในระยะยาวที่ดีขึ้นภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อน

ลวดโลหะผสมอลูมิเนียม 5056 : คุณสมบัติและการใช้งาน

ลวดโลหะผสมอลูมิเนียม 5056 เป็นหนึ่งในอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ไม่ผ่านการอบชุบที่มีความแข็งแรงสูงที่สุดในรูปแบบลวด องค์ประกอบที่ระบุภายใต้มาตรฐาน AA และ ASTM ประกอบด้วยแมกนีเซียม 4.5–5.6% โครเมียม 0.05–0.20% และแมงกานีส 0.05–0.20% โดยมีเหล็ก ซิลิคอน ทองแดง และสังกะสีมีค่าสูงสุดที่แน่นเพื่อรักษาความต้านทานการกัดกร่อนและความเหนียว

การรวมกันของความต้านทานแรงดึงสูงและความหนาแน่นต่ำทำให้ 5056 มีความแข็งแรงเฉพาะ (อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก) ที่สามารถแข่งขันกับลวดเหล็กเหนียวบางชนิดที่มีน้ำหนักประมาณหนึ่งในสาม ค่าการนำไฟฟ้าที่ ~29% IACS ต่ำเกินไปสำหรับการส่งกำลัง ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้ 5056 เป็นลวดตัวนำ เนื่องจากค่าของมันอยู่ที่การใช้งานเชิงกลทั้งหมด

การใช้งานหลักของลวดโลหะผสมอลูมิเนียม 5056

• ฟันซิปและส่วนประกอบโซ่ — 5056 เป็นโลหะผสมที่โดดเด่นสำหรับการผลิตซิปอะลูมิเนียมทั่วโลก ความแข็งแรงทนทานต่อการหมุนเวียนเชิงกลซ้ำๆ โดยไม่ทำให้ฟันเสียรูป และการตอบสนองของอโนไดซ์จะสร้างชั้นออกไซด์ที่รับสีย้อมได้สม่ำเสมอในสเปกตรัมสีทั้งหมด YKK และผู้ผลิตซิปรายใหญ่อื่นๆ อาศัยซิปดังกล่าวเป็นวัสดุป้อนหลัก
• เกราะป้องกันแบบถักและทอ — ลวด 5056 ที่มีความแข็งเป็นพิเศษ H19 ถูกใช้เป็นเปียบนแจ็คเก็ตสายเคเบิลในสายเคเบิลทางการทหาร การบินและอวกาศ และทางทะเล ซึ่งการป้องกัน EMI จะต้องทนทานต่อการงอและการสั่นสะเทือนโดยไม่แตกหักเมื่อยล้า
• ลวดยึดและหมุดย้ำ - แท่งและลวดดึง 5056 ถูกขึ้นรูปเป็นหมุดย้ำสำหรับเครื่องบินและส่วนประกอบโครงสร้าง การผสมผสานระหว่างความแข็งแรง ความต้านทานการกัดกร่อน และความเข้ากันได้ทางไฟฟ้ากับแผ่นอะลูมิเนียม ทำให้เลือกใช้หมุดเหล็กในโครงสร้างผิวอะลูมิเนียมมากกว่า
• ตะแกรงกรองและกรองแมลง — ลวด 5056 ดึงละเอียดทอเป็นตาข่ายให้ความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีขึ้นในสภาพแวดล้อมชื้นและชายฝั่งเมื่อเทียบกับโลหะผสม 3003 หรือ 1100 ในราคาที่ยอมรับได้
• เกราะถักสำหรับท่อและท่ออ่อน — ใช้ลวด 5xxx ที่มีแมกนีเซียมสูง โดยต้องใช้ชั้นป้องกันภายนอกที่มีน้ำหนักเบาแต่แข็งแกร่งบนชุดท่ออ่อนแบบไฮดรอลิกหรือแบบนิวแมติก

ลวดโลหะผสมอลูมิเนียมความแข็งแรงสูง : การกำหนดหมวดหมู่

ลวดโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูง ไม่ได้หมายถึงโลหะผสมชนิดเดียว แต่เป็นระดับประสิทธิภาพ นั่นคือผลิตภัณฑ์ลวดที่ออกแบบมาให้เกินความต้านทานแรงดึงที่สามารถทำได้ด้วยอลูมิเนียมบริสุทธิ์ (โดยทั่วไปคือ 80–100 MPa) ด้วยอัตรากำไรขั้นต้นที่สำคัญ โดยทั่วไปมีเป้าหมายอยู่ที่ 250 MPa ขึ้นไป ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและการใช้งาน ตระกูลโลหะผสมที่แตกต่างกันหลายตระกูลมาถึงระดับนี้:

• 5xxx-H1x ลวดชุบแข็งสำหรับงาน (5056, 5154, 5183) — บรรลุ 300–435 MPa ผ่านการดึงเย็นโดยไม่ต้องใช้ความร้อน ไม่มีการชุบแข็งตามอายุ ดังนั้นความแข็งแรงจึงถูกกำหนดไว้ที่ขั้นตอนการดึงและจะคงที่เมื่อเวลาผ่านไป
• ลวดอบร้อน 6201-T81 — ความแข็งแกร่งในช่วง 295–330 MPa ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่า 52% IACS ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับตัวนำไฟฟ้าเหนือศีรษะ AAAC
• สายไฟซีรีย์ 7xxx (7075, 7150) — ความต้านทานแรงดึงสูงสุด 570 MPa ในรูปแบบลวดดึง ซึ่งทำได้โดยการชุบแข็งด้วยการตกตะกอนของสังกะสี แมกนีเซียม และทองแดง ใช้ในลวดยึดการบินและอวกาศและการใช้งานโครงสร้างประสิทธิภาพสูง ซึ่งการลดน้ำหนักมากกว่าเหล็กเป็นสิ่งสำคัญและต้นทุนเป็นเรื่องรอง

ความแตกต่างระหว่างครอบครัวเหล่านี้มีความสำคัญเพราะ ความต้านทานแรงดึงที่ระบุเท่ากันซึ่งได้รับจากกลไกที่แตกต่างกันจะมีลักษณะความเสถียรที่แตกต่างกัน . ลวดที่ชุบแข็งแล้วอาจอ่อนตัวลงได้หากสัมผัสกับอุณหภูมิสูงกว่า ~150°C ลวด 7xxx ที่ชุบแข็งด้วยการตกตะกอนจะคงความแข็งแรงไว้จนถึงอุณหภูมิที่เสื่อมสภาพ แต่ไวต่อความเครียดจากการกัดกร่อน การแตกร้าวในสภาพแวดล้อมแรงดึงที่ยั่งยืน เว้นแต่จะระบุอุณหภูมิที่เกินกำหนดของ T73 ไม่มีข้อกังวลใดๆ ที่ใช้กับ 6201 ในการประยุกต์ใช้หลักในฐานะตัวนำไฟฟ้าเหนือศีรษะ

กระบวนการวาดลวดและผลกระทบต่อคุณสมบัติขั้นสุดท้ายอย่างไร

ลวดโลหะผสมอลูมิเนียมผลิตขึ้นโดยการดึงสต็อกแท่งผ่านชุดแม่พิมพ์ทังสเตนคาร์ไบด์หรือเพชรโพลีคริสตัลไลน์ที่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ เพื่อลดเส้นผ่านศูนย์กลางโดยควบคุมทีละขั้น ระดับของงานเย็นที่ใช้ ซึ่งแสดงเป็นการลดพื้นที่หน้าตัดตั้งแต่แกนสตาร์ทไปจนถึงเส้นผ่านศูนย์กลางเส้นลวดสุดท้าย จะกำหนดคุณสมบัติทางกลของเส้นลวดที่เสร็จแล้วโดยตรง

สำหรับโลหะผสมที่ไม่ผ่านการบำบัดความร้อน เช่น 5056 การผ่านการวาดแต่ละครั้งจะเพิ่มความต้านทานแรงดึงและความแข็งในขณะที่ลดการยืดตัว ลวดที่ดึงไปที่ Temper H18 (ชุบแข็งเต็มที่) จะต้องได้รับการลดลงเพียงพอเพื่อให้ได้ความแข็งแรงสูงสุดสำหรับโลหะผสมนั้น โดยมีค่าใช้จ่ายด้านความเหนียว เทมเปอร์ขั้นกลาง (H12, H14, H16) แสดงถึงการแข็งตัวของงานบางส่วนและให้การปรับปรุงความแข็งแรงที่เป็นประโยชน์ ขณะเดียวกันก็รักษาการยืดตัวที่เพียงพอสำหรับการขึ้นรูปขั้นปลายน้ำ เช่น การทอ การถักเปีย หรือการตอกหมุดย้ำ

การควบคุมกระบวนการสำคัญที่กำหนดคุณภาพสายไฟขั้นสุดท้าย ได้แก่:

• มุมแม่พิมพ์และอัตราส่วนการลดต่อการผ่าน — การลดลงต่อรอบที่มากเกินไปจะเพิ่มความเครียดภายในและความเสี่ยงของข้อบกพร่องจากจุดศูนย์กลางในโลหะผสมที่มีแมกนีเซียมสูง
• การหล่อลื่น — สบู่แห้ง อิมัลชันแบบเปียก หรือน้ำมันหล่อลื่นที่ใช้น้ำมัน จะถูกเลือกโดยพิจารณาจากโลหะผสม วัสดุแม่พิมพ์ และความเร็วในการดึง เพื่อควบคุมการสึกหรอของแม่พิมพ์และผิวสำเร็จ
• การหลอมระดับกลาง — สำหรับลำดับการวาดลวดที่ละเอียดมากหรือการวาดแบบลึก การหลอมแบบควบคุมระหว่างรอบจะช่วยคืนความเหนียวและป้องกันการแตกหัก จากนั้นวาดประวัติต่อตามอุณหภูมิที่กำหนด
• คุณภาพพื้นผิว — ตะเข็บ รอบ หรือสิ่งเจือปนในตัวป้อนแท่งจะลุกลามไปสู่รอยแตกในลวดสำเร็จรูป คุณภาพวัตถุดิบที่เป็นแกน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสภาพพื้นผิวออกไซด์และระดับการรวมเป็นปัจจัยหลักของผลผลิตลวดในการผลิตแบบละเอียด

ความต้านทานการกัดกร่อน: ลวดโลหะผสมอลูมิเนียมชนิดใดที่สามารถและไม่สามารถทนต่อได้

ลวดโลหะผสมอลูมิเนียมจะสร้างชั้นพาสซีฟออกไซด์ที่ซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อสัมผัสกับอากาศ ทำให้มีความต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศโดยทั่วไปได้ดีโดยไม่ต้องมีการบำบัดพื้นผิว อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบของโลหะผสมมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงานในสภาพแวดล้อมเฉพาะ:

• 5056 และโลหะผสมที่มี Mg 5xxx สูงอื่นๆ - ทนทานต่อน้ำทะเลและบรรยากาศทางทะเลได้ดีเยี่ยม ระบุไว้อย่างกว้างขวางสำหรับฮาร์ดแวร์ทางทะเลและการป้องกันสายเคเบิลบนเรือ อย่างไรก็ตาม โลหะผสมที่มีปริมาณแมกนีเซียมสูงกว่า ~3.5% จะไวต่ออาการแพ้ (การกัดกร่อนตามขอบเกรน) หากเก็บไว้ในช่วงอุณหภูมิ 65–175°C เป็นเวลานาน สิ่งนี้จะจำกัดการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง
• สายไฟซีรีส์ 6xxx — ต้านทานการกัดกร่อนทั่วไปและทางทะเลได้ดีพร้อมความเสี่ยงต่อการเกิดอาการแพ้ต่ำ การเคลือบแปลงโครเมตหรืออโนไดซ์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศและโครงสร้างกลางแจ้ง
• สายไฟซีรีย์ 7xxx — ปริมาณสังกะสีที่ขับเคลื่อนความแข็งแรงสูงยังเพิ่มความอ่อนไหวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด ลวด 7075-T6 ที่มีความตึงอย่างต่อเนื่องในสภาพแวดล้อมที่ชื้นอาจล้มเหลวได้ที่ความเค้นต่ำกว่าค่าความต้านทานแรงดึงที่ระบุ การปรับอุณหภูมิ T73 เป็นตัวเลือกที่ถูกต้องสำหรับงานโครงสร้างที่มีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนจากความเค้น .

ความเข้ากันได้ทางไฟฟ้าก็มีความสำคัญเช่นกันเมื่อลวดโลหะผสมอะลูมิเนียมสัมผัสกับโลหะที่ไม่เหมือนกัน การสัมผัสโดยตรงกับทองแดง ทองเหลือง หรือเหล็กในที่ที่มีความชื้นจะช่วยเร่งการกัดกร่อนของอลูมิเนียม ขั้วต่อปลอก หางปลา และส่วนปลายในชุดประกอบโลหะผสมควรรวมอุปกรณ์เปลี่ยนผ่านโลหะคู่หรือปลอกแยก

การเลือกลวดอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่เหมาะสม: กรอบการตัดสินใจ

โลหะผสมและอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานลวดโลหะผสมอลูมิเนียมสามารถจำกัดให้แคบลงได้โดยตอบคำถามสั้นๆ ตามลำดับ:

1. จำเป็นต้องมีการนำไฟฟ้าหรือไม่? หากใช่ ตัวเลือกที่ใช้ได้คือ 6201-T81, 8030 หรือ 8176 หากไม่ใช่ คุณสามารถเลือกโลหะผสมเชิงกลได้ทุกประเภท
2. ต้องใช้แรงดึงเท่าใด? ต่ำกว่า 250 MPa: 5154 หรือ 5356 ในอุณหภูมิ H1x มีความคุ้มค่า 250–400 MPa: 5056-H18 หรือ 6061-T81 มากกว่า 400 MPa: ซีรีส์ 7xxx ยอมรับการแลกเปลี่ยนต้นทุนและความเค้นจากการกัดกร่อน
3. ลวดจะเชื่อมหรือใช้เป็นวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมหรือไม่? หากใช่ ลวดเติม 5356 หรือ 5183 คือตัวเลือกมาตรฐาน 5056 ยังใช้เมื่อต้องการความแข็งแรงในการเชื่อมที่สูงกว่าสำหรับวัสดุฐาน 5xxx
4. ลวดจะชุบอโนไดซ์หรือตกแต่งเสร็จแล้ว? 5056 ตอบสนองได้ดีและสร้างพื้นผิวอะโนไดซ์ที่สว่างสม่ำเสมอ โลหะผสม 6xxx ก็ชุบอโนไดซ์ได้ดีเช่นกัน 7xxx ผสมอโนไดซ์แต่มีความสม่ำเสมอลดลงเนื่องจากมีปริมาณการผสมสูงกว่า
5. การใช้งานต้องได้รับความเค้นดึงอย่างต่อเนื่องในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือไม่? หลีกเลี่ยง Mg 5xxx สูงที่ไม่ไวต่อความรู้สึกที่อุณหภูมิสูง หลีกเลี่ยง 7xxx-T6; ระบุ 7xxx-T73 หรือเปลี่ยนเป็นอัลลอยด์ 6xxx
6. จำเป็นต้องใช้เส้นผ่านศูนย์กลางละเอียด (<0.5 มม.) หรือไม่ อัลลอยด์ 5056 และ 6xxx มักถูกดึงเข้ากับเกจแบบละเอียดสำหรับการใช้งานตะแกรงและแบบถักเปีย โดยทั่วไปแล้วโลหะผสม 7xxx จะมีจำหน่ายน้อยกว่าในเส้นผ่านศูนย์กลางที่ละเอียดมากเนื่องจากความเหนียวที่ต่ำกว่า

การดำเนินการตามเกณฑ์เหล่านี้ก่อนติดต่อซัพพลายเออร์จะช่วยลดความเสี่ยงในการรับสายไฟที่ตรงตามข้อกำหนดที่ระบุแต่ล้มเหลวในการให้บริการเนื่องจากอุณหภูมิ สภาพแวดล้อม และสภาวะในการบรรทุกไม่ตรงกัน