6061 アルミニウムの延性から脆性への遷移温度は?

極低温環境下で機能するアプリケーションに使用する材料を検討する際には、金属の延性から脆性への転移温度 (DBTT) を理解することが重要です。室温で延性が高い一部の金属は、低温では脆くなることがあります。その結果、それらは骨折を起こし、構造が壊れる可能性があります。たとえば、タイタニック号の建造に使用された低炭素鋼の DBTT が、華氏マイナス 4 度の環境で船を沈めた可能性があります。

しかし、DBTT はアルミニウム 6061 を含むすべての金属に適用できますか?以下では、DBTT と、6061 アルミニウムの延性から脆性への遷移温度が実際に存在しない理由について詳しく説明します。

延性から脆性への遷移温度を理解する

DBTT は、延性相から脆性相に入る材料の温度を指します。この時点で、材料は破壊を起こさずに荷重に耐えることができなくなります。

純粋な金属は明確な転移温度を持つ傾向がありますが、合金では、この転移温度は一意に定義されており、有限の範囲で発生する可能性があります.

これに関して、シャルピーVノッチ試験としても知られるシャルピー衝撃試験は、材料の靭性を決定するために実施されます。しかし、驚くべきことに、アルミニウムには DBTT がありません。

6061 アルミニウムの延性から脆性への遷移温度

アルミニウムは、面心立方 (FCC) 構造を持っています。面心立方材料には、延性から脆性への遷移はありません。それらは常に脆弱な状態のままになる傾向があります.

なんで？そのためには、材料のすべり系を理解する必要があります。金属は、すべり系とも呼ばれる最密すべり面で最密密方向に沿って変形します。角の原子が立方体の中心にジャンプすると、スリップの転位が発生します。

以下に示すように、BCC および FCC 材料の単位セルを見てみましょう。

代替テキスト:FCC と BCC の格子構造

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両方の構造に同じ数のスリップ システム (12) があります。ただし、BCC とは異なり、FCC には各スリップ システムに属するプレーンが密集しています。

高温では、FCC 構造と BCC 構造の両方に可動転位があります。つまり、破壊することなく塑性変形を行うことができます。ただし、低温では、BCC構造の転位を活性化するためにある程度の熱エネルギーが必要ですが、FCCでは転位は周囲の温度とは関係なく発生します.その結果、FCC は低温でも延性を維持し、DBTT 現象を示しません。

これが、6061 アルミニウムの延性から脆性への遷移温度に関するデータが見つからない理由です。

独自の低温アルミニウム アプリケーション

他の金属とは異なり、アルミニウムは金属の FCC 構造のおかげで、低温での延性と強靭性に優れています。このユニークな特性は、容易に -40°F に達する北半球でのオフショア設置の利点となります。

5000 および 6000 シリーズのアルミニウム合金は、破断試験に対する材料の品質管理試験用のノッチ引張強度と引張降伏強度の比率であるノッチ降伏比が高いため、極低温用途に最も適していると考えられています。

ただし、すべてのアルミニウム合金が低温下で同じように振る舞うわけではないことに注意することが重要です。たとえば、6061 の強度は温度が下がるにつれて増加しますが、5456 アルミニウムの強度はほぼ一定のままです。

さらに明確にするために、下のグラフは、さまざまなアルミニウム合金の 4K (ksi) 力での引張降伏強度を示しています。

一部の産業では、望ましい作業条件を達成するために低温流体を使用しています。この点で、アルミニウム製の機器と設備は、-320.8 °F でも、並外れた強度と延性を提供できます。

以下の表は、幅広い極低温で使用されるさまざまなグレードのアルミニウムを示しています。

気温	適切なアルミニウム合金
-45 °C	7075-T6 と 7178-T6 を除くほぼすべて
-100 °C	7079-T6
-196 °C	2024-T6、7039-T6、5456-H343
-253 °C	2024-T4、6061-T6、2219-T87、5052-H38、5083-H38

6061 アルミニウムの延性から脆性への遷移温度がないことは、極低温アプリケーションを扱う産業にとって有益ですが、その柔らかい性質は機械オペレーターにとって課題です。合金の融点が低いため、ツール エッジの周りに粘着性が蓄積する可能性があります。

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