5052-H32 hay 6061-T6 cho vỏ hộp tấm kim loại uốn và hàn: khi nào mức nâng cấp độ bền xứng đáng với cái giá tạo hình và hàn phải trả

Trước hết hãy xác định vỏ hộp thuộc loại chi tiết nào

Lựa chọn hợp kim đi theo công dụng của vỏ hộp, không đi theo bảng xếp hạng tính chất. Một vỏ hộp tạo hình và hàn là một bài toán gia công: tấm phải uốn không nứt và các đường mối nối phải giữ vững sau hàn.

5052-H32 là điểm khởi đầu thường được khuyến nghị cho công việc đó vì khả năng tạo hình và khả năng hàn của nó khớp với yêu cầu^2,6,22,31. 6061-T6 là lựa chọn theo định hướng độ bền, và các cái giá của nó rơi đúng vào những nơi vỏ hộp yếu nhất.

Hàn 6061-T6 làm mềm vùng chịu nhiệt, và khôi phục tính chất T6 đòi hỏi xử lý nhiệt dung dịch cộng ấm già hóa, điều mà các nguồn mô tả là chi phí cao^7,14,26,27.

Vì vậy một bên mua chỉ định 6061-T6 cho vỏ hộp hàn thực chất đang lựa chọn giữa một công đoạn xử lý nhiệt sau hàn hoặc một thiết kế được tính toán quanh độ bền vùng hàn giảm sút. Nếu cả hai đều không chấp nhận được, quyết định hợp kim đã xong.

Loại trừ 6061-T6 nếu bán kính uốn trên bản vẽ là khít

Khả năng tạo hình là nơi hai hợp kim tách xa nhau nhất.

5052-H32 được đánh giá xuất sắc cho uốn và có thể tạo hình đến bán kính khít hơn mà không nứt, trong khi 6061-T6 được đánh giá trung bình và dễ nứt nếu không dùng bán kính lớn hơn hay làm mềm vật liệu^2,4,6,18.

Hệ quả thực tiễn là một vỏ hộp 6061-T6 với các góc khít có thể không tạo hình được chút nào ở trạng thái T6.

Các nguồn không thống nhất bán kính phải lớn đến đâu: bán kính tối thiểu được báo cáo cho 6061-T6 dao động từ 1.0x đến 5x độ dày vật liệu, và một nguồn khuyến nghị bán kính trong tối thiểu 2x đến 3x độ dày riêng cho uốn góc 90 độ^4,9,14,29.

Vì không có con số duy nhất nào được xác lập, bản vẽ phải nêu rõ bán kính uốn trong cụ thể thay vì mặc định để đơn vị gia công tự quyết.

Nếu thiết kế không thể dung nạp bán kính thoải mái, vẫn còn một con đường: tạo hình chi tiết ở trạng thái T4 hay O rồi xử lý nhiệt lên T6 sau đó¹⁴.

Điều này thêm một công đoạn xử lý nhiệt vào tiến độ và nên được báo giá trước khi chốt hợp kim.

Quyết định xem cụm hàn có thể giữ nguyên trạng thái sau hàn hay không

Hàn làm thay đổi độ bền mối nối, và hai hợp kim mất khác nhau.

Ở trạng thái sau hàn, 6061-T6 mất khoảng 30-50% độ bền T6 trong vùng chịu nhiệt và giữ lại khoảng 60% độ bền T6; khôi phục đầy đủ tính chất đòi hỏi xử lý nhiệt dung dịch cộng ấm già hóa^7,14,26,27.

5052 giữ lại nhiều độ bền hơn trong cùng vùng đó và không cần xử lý sau hàn^7,14. Chính sự khác biệt đó quyết định con đường gia công.

Nếu cụm 6061 hàn không thể xử lý nhiệt lại, thiết kế phải được tính toán quanh độ bền vùng hàn giảm sút hoặc tăng tiết diện, và 5052 có thể là lựa chọn tốt hơn^7,27.

Nếu xử lý nhiệt sau hàn khả thi, 6061 giữ lợi thế có thể xử lý nhiệt trở lại T6¹⁴.

Các giá trị độ bền duy trì cụ thể thay đổi theo từng nguồn và không có tiêu chuẩn hàn chi phối nào được trích dẫn để cố định một con số bắt buộc, nên độ bền vùng hàn dùng trong thiết kế nên được xác nhận với đơn vị gia công thay vì giả định.

Ghép hợp kim với môi trường làm việc

Khả năng chống ăn mòn là tính chất duy nhất mà các nguồn cùng hướng về một phía. 5052 được đánh giá vượt trội so với 6061, đặc biệt trong phơi môi trường biển và nước mặn, nơi 6061 được đánh giá tốt nhưng kém chống chịu hơn^2,17–19,28.

Với một vỏ hộp sẽ phơi ngoài trời, ven biển hay hóa chất, đánh giá đó nghiêng về 5052 và giảm sự phụ thuộc vào lớp phủ cho tuổi thọ sử dụng.

6061 vẫn được đánh giá tốt cho dịch vụ khí quyển thông thường, nên một vỏ hộp 6061 có phủ không bị loại chỉ vì ăn mòn^17,18.

Điều các nguồn không cung cấp là tốc độ ăn mòn định lượng hay ngưỡng yêu cầu phủ cho bất kỳ môi trường nào, nên quyết định giữa 5052 trần và 6061 có phủ dựa trên mức độ phơi mà bên mua biết và lớp hoàn thiện mà đơn vị gia công áp được, chứ không dựa trên một giới hạn công bố.

Xác nhận vỏ hộp thực sự cần độ bền của 6061-T6

Khoảng cách độ bền là lý do cơ học duy nhất để chấp nhận các cái giá tạo hình và hàn của 6061. Độ bền chảy của 6061-T6 cao hơn 5052-H32 khoảng 43%, và độ bền kéo cũng cao hơn, nhưng độ giãn dài của hai hợp kim là tương đương^{2,5,12,16,23,25}.

Nếu tải của vỏ hộp có thể do 5052-H32 gánh vác, độ bền cao hơn không mua được gì và các cái giá tạo hình và hàn bị trả một cách vô lý.

Nếu tải thực sự đòi hỏi 6061-T6, thiết kế phải dung nạp các bán kính uốn và tổn thất độ bền vùng hàn đã mô tả ở trên.

Kiểm tra các giả định về chi phí và nguồn cung trước khi phát hành RFQ

Chỉ hướng của chênh lệch chi phí được xác lập: 5052 nhìn chung có chi phí mỗi pound thấp hơn 6061¹⁸.

Không có con số mỗi pound hay mỗi feet vuông cho hợp kim nào ở các độ dày và số lượng liên quan, nên bên mua phải báo giá cả hai hợp kim với nhà cung cấp thay vì giả định một tỷ lệ phần trăm.

Các phép kiểm tra dưới đây bao quát những gì các nguồn hỗ trợ được và không hỗ trợ được.

Nơi các nguồn bất đồng về bán kính uốn của 6061-T6

Bán kính uốn tối thiểu cho 6061-T6 là con số mà bên mua không thể lấy từ một nguồn duy nhất. Các giá trị được báo cáo dao động từ 1.0x đến 5x độ dày vật liệu, và giá trị cụ thể phụ thuộc vào trạng thái biến cứng, độ dày và góc uốn.

Vì không có tiêu chuẩn chi phối nào được trích dẫn, bản vẽ nên nêu một bán kính mà đơn vị gia công xác nhận giữ được, và bên mua nên xác minh con số nào áp dụng cho độ dày và góc uốn thực tế.

Những gì nguồn không xác lập

• Không có dữ liệu chi phí định lượng (mỗi pound hay mỗi feet vuông) cho tấm 5052 so với 6061 ở độ dày và số lượng cụ thể.
• Không có dữ liệu nguồn cung hay thời gian giao hàng cụ thể cho tấm 5052 và 6061 ở độ dày và trạng thái biến cứng yêu cầu ngoài các nhận định chung.
• Không có tốc độ ăn mòn định lượng hay ngưỡng yêu cầu phủ cho môi trường khí quyển hay biển.
• Không có dữ liệu dung sai uốn hay mài mòn khuôn dụng cụ riêng cho 5052 so với 6061.
• Không có tiêu chuẩn chi phối hay nguồn kỹ thuật có thẩm quyền nào được trích dẫn cho bán kính uốn tối thiểu hay các giá trị độ bền hàn duy trì.
• Không có chi phí xử lý nhiệt sau hàn hay tác động tiến độ nào được định lượng cho 6061.