6061 Aluminium Warmtegeleiding: T4 vs T6
Bij ongeveer 20 °C (68 °F) geeft Kaiser een typische thermische geleidbaarheid van 154 W/(m·K) voor 6061-T4/T451 en 167 W/(m·K) voor 6061-T6/T651. De T6-variant heeft in deze dataset een waarde die ongeveer 8.4% hoger ligt. Dit zijn nuttige voorlopige ontwerpwaarden, geen gegarandeerde minimumwaarden of bewijs dat een afgewerkt koelblok 8.4% koeler zal werken.
6061 Aluminium Thermische geleidbaarheid bij 20 ° C
Lees de volledige temperatuur en testtemperatuur voordat u een waarde overneemt. De onderstaande tabel gebruikt de typische waarden van Kaiser bij 20 °C . De staaf- en profielplaten van Kaiser vallen onder T4 met T451; in het document voor plaat- en profielplaten wordt specifiek T451 vermeld.
| 6061 voorwaarde | Typische k-waarde bij 20°C | BtuIT/(h·ft·°F) | BtuIT·in/(h·ft²·°F) | Hoe te gebruiken |
|---|---|---|---|---|
| O humeur | 180 W / (m · K) | 104 | Over 1,250 | Referentie voor gegloeid materiaal; niet de gebruikelijke sterktekeuze voor een afgewerkt constructieonderdeel. |
| T4/T451 | 154 W / (m · K) | 89.0 | Over 1,070 | Voorafgaande invoer bij kamertemperatuur, wanneer natuurlijk verouderd materiaal en de bronomstandigheden overeenkomen. |
| T6/T651 | 167 W / (m · K) | 96.5, vaak afgerond naar 97 | Over 1,160 | Voorlopige invoer bij kamertemperatuur voor kunstmatig verouderd materiaal onder overeenkomende omstandigheden. |
Primaire waarden: Kaiser 6061 plaat, spoel en vel en Kaiser 6061 staaf en profiel . Beide geven de geleidbaarheidswaarden aan als typisch.
T6 heeft in deze tabel een 13 W/(m·K) hogere geleidbaarheid: (167 − 154) ÷ 154 × 100 ≈ 8.4%. Voor een identiek eenvoudig metalen pad betekent dit ongeveer 7.8% minder thermische weerstand , en niet een verlaging van de temperatuur van een compleet apparaat met 8.4%.
De O-temperatuur is gegloeid en zachter. De hogere opgegeven geleidbaarheid laat zien waarom sterkte en warmtegeleiding niet met één simpele regel te vergelijken zijn. Kies eerst de mechanische conditie en beoordeel vervolgens het warmtepad.
Wat betekent thermische geleidbaarheid? eigenlijk bedoel je?
De thermische geleidbaarheid, aangeduid met k of λ , geeft aan hoe gemakkelijk warmte zich door het materiaal verplaatst. Een hogere waarde betekent dat dezelfde vorm meer warmte kan geleiden bij hetzelfde temperatuurverschil.
Een handige manier om het te visualiseren: warmte geleidt gemakkelijker door een breed, kort stuk dan door een smal, lang stuk. De geleidbaarheid beschrijft het materiaal; de vorm bepaalt in hoeverre het onderdeel van dat voordeel gebruik kan maken.
Q̇ = kAΔT / LQ̇ is de warmtestroom in W, A is de dwarsdoorsnede in m², ΔT is het temperatuurverschil tussen warm en koud in K, en L is de weglengte in m.
R = L / (kA)R is de thermische weerstand in kJ/W: het temperatuurverschil dat nodig is om één watt door dit pad te transporteren. Deze formules gaan uit van een stationaire, eendimensionale warmtestroom en een constante k.
Drie termen die vaak door elkaar worden gehaald.
- Geleidbaarheid k is een materiaaleigenschap in W/(m·K).
- Geleidbaarheid G = kA/L Dit omvat de feitelijke geometrie en wordt weergegeven in W/K.
- Thermische diffusiviteit α = k/(ρcp) beschrijft hoe snel een temperatuurverandering zich verspreidt. Hier is ρ de dichtheid en cp De soortelijke warmtecapaciteit is de diffusiviteit. De diffusiviteit heeft de eenheid m²/s; het is niet dezelfde grootheid als de geleidbaarheid.
Warmtegeleidingsdiagram: Chcastan / Wikimedia Commons , publiek domein.
Waarom kan 6061-T6 warmte geleiden? Beter dan T4?
Warmte in aluminium wordt grotendeels overgedragen door bewegende elektronen. Opgeloste legeringsatomen kunnen die beweging verstoren. Warmtebehandeling verandert de verdeling van magnesium, silicium en andere elementen – niet de naam van de legering of de zuiverheidsgraad.
Oplossingsbehandeling en afkoeling
Door de oplossingsbehandeling worden meer legeringselementen in het aluminium opgelost. Snelle afkoeling, ook wel afschrikken genoemd, zorgt ervoor dat veel van die atomen tijdelijk op hun plaats worden vastgehouden.
T4: natuurlijke veroudering bij kamertemperatuur
Tijdens natuurlijke veroudering vormen zich kleine groepjes atomen bij kamertemperatuur. Dit verandert de sterkte, maar is niet hetzelfde proces als een gecontroleerde, kunstmatige verouderingscyclus.
T6: gecontroleerde kunstmatige veroudering
Kunstmatige veroudering vormt fijne deeltjes, precipitaten genaamd. Dit kan de hoeveelheid opgeloste stoffen die elektronen verstrooien verminderen, terwijl de deeltjes de legering versterken. Dit helpt het verschil in geleidbaarheid in de genoemde tabellen te verklaren.
Mechanisme: Metallurgie van warmtebehandeling, gehost door NIST . De relatie hangt af van de feitelijke verouderingsgeschiedenis; sterkte alleen bepaalt k niet.
Dit diagram toont het hoofdpad naar T6. De daadwerkelijke procedures voor weken, afkoelen en rijpen zijn afhankelijk van het product en de gekwalificeerde procedure.
Diagram: Bob Clemintime / Wikimedia Commons , CC BY-SA 4.0.
Een geëtste microstructuur van 6061-T6 toont korrelgrenzen en secundaire fasen. Het is geen directe warmtestroomkaart of een universele structuur voor elk 6061-product.
Afbeelding: Bob Clemintime / Wikimedia Commons , CC BY-SA 4.0.
Waarom de werkelijke waarde kan variëren
De samenstelling binnen de 6061-limieten, de afkoelsnelheid, de verouderingsgeschiedenis, de productvorm, defecten en de testtemperatuur kunnen het resultaat beïnvloeden.
- T6 is niet altijd precies 167 W/(m·K).
- T4 is niet altijd precies 154 W/(m·K).
- Elektrische geleidbaarheid is gerelateerd aan warmtegeleiding, maar is niet dezelfde meetwaarde.
- Hete werkzaamheden of laswerkzaamheden kunnen de plaatselijke temperatuur beïnvloeden.
Zet W/(m·K) om naar BTU-eenheden correct
Thermische geleidbaarheid omvat eenheden voor vermogen, lengte en temperatuurinterval. Het vermenigvuldigen van watt met 3.412 alleen is niet voldoende om de volledige grootheid om te rekenen.
BtuIT/(h·ft·°F) = W/(m·K) × 0.577789154 wordt 88.98, meestal weergegeven als 89.0. 167 wordt 96.49, vaak afgerond naar 97.
W/(m·K) = BtuIT/(h·ft·°F) × 1.730735Gebruik deze inverse alleen voor de volledige geleidingseenheid op basis van voet.
BtuIT·in/(h·ft²·°F) = W/(m·K) × 6.93347Het getal in inches is 12 keer het getal in voeten. Schrijf de volledige eenheid op: Btu·in/(h·ft²·°F) is niet hetzelfde als Btu/(h·in·°F).
W/(in·K) = W/(m·K) × 0.0254T4 wordt 3.91 W/(in·K), terwijl T6 4.24 W/(in·K) wordt.
| Startwaarde | BtuIT/(h·ft·°F) | BtuIT·in/(h·ft²·°F) | W/(in·K) | W/(m·°C) |
|---|---|---|---|---|
| 6061-T4/T451: 154 W/(m·K) | 89.0 | Over 1,070 | 3.91 | 154 |
| 6061-T6/T651: 167 W/(m·K) | 96.5 | Over 1,160 | 4.24 | 167 |
De omrekeningsfactoren volgen de NIST-richtlijn voor het SI-stelsel, bijlage B.9 . De tabel maakt gebruik van de internationale tabel Btu, Btu IT.
W/(m·K) en W/(m·°C) hebben dezelfde numerieke geleidbaarheid omdat de intervallen tussen Kelvin en Celsius even groot zijn.
Tel 273.15 alleen op bij het omrekenen van een absolute Celsius-waarde naar Kelvin. Tel het niet op bij een temperatuurverschil.
De afwijking van 32 graden heeft betrekking op absolute temperatuurmetingen, niet op temperatuurverschillen die in geleidingsformules worden gebruikt.
Hoe beïnvloedt T4 versus T6 dit? de temperatuur van een onderdeel?
Illustratieve berekening – geen producttest. Beschouw een massief pad van 50 mm lang met een doorsnede van 20 mm × 20 mm. Houd het koude uiteinde op 20 °C en stuur er 10 W doorheen. In SI-eenheden is L = 0.050 m en A = 0.000400 m².
R = L/(kA)Dit voorbeeld gaat uit van stationaire, eendimensionale geleiding, een constante k, geen contactweerstand en geen interne warmteontwikkeling.
| Resultaat | T4 bij 154 W/(m·K) | T6 bij 167 W/(m·K) |
|---|---|---|
| Bulk weerstand | 0.812 K/W | 0.749 K/W |
| Temperatuurverschil bij 10 W | 8.12 K | 7.49 K |
| Verschil | T6 verlaagt de berekende temperatuur van het hete uiteinde met ongeveer 0.63 °C. | |
Het gebruik van deze constante kamertemperatuurwaarden levert temperaturen aan de warme uiteinden op van ongeveer 28.1 °C en 27.5 °C. De geringe temperatuurstijging zorgt ervoor dat de illustratie dicht bij de referentieomstandigheden blijft; het vervangt echter nog steeds geen temperatuurafhankelijke materiaaldatagegevens voor een kritisch ontwerp.
Een echt warmtepad bevat meerdere weerstanden, niet alleen het aluminium. Diagram: Dtc5341 / Wikimedia Commons , publiek domein.
Waarom zijn de geleidbaarheidswaarden van 6061 zo laag? verschillen de bronnen?
Een afwijkend getal is niet automatisch een fout. Vergelijk het product, de temperatuur en de meetbasis voordat u besluit welke bron het beste bij uw onderdeel past.
k verandert met de temperatuur.
De Kaiser-waarden zijn bij 20 °C. Een waarde bij kamertemperatuur mag niet worden overgenomen voor gebruik bij cryogene temperaturen of hoge temperaturen zonder een bijbehorende k(T)-dataset.
De plaat wordt niet automatisch geëxtrudeerd.
Hydro vermeldt een typische geleidbaarheid van geëxtrudeerd T4/T4511 van 155 W/(m·K) bij 25 °C, terwijl Kaiser een waarde van 154 W/(m·K) voor staven/profielen bij 20 °C aangeeft. Zowel de productbasis als de temperatuur verschillen.
Behoud het achtervoegsel 'stressverlichtend'.
T451, T651, T4511 en T6511 registreren verschillende verwerkingsroutes. Verkort de volgorde niet, omdat de geleidbaarheidstabel sommige waarden groepeert.
Voor kritische ontwerpen zijn overeenkomende exemplaren nodig.
Textuur, porositeit, coatings, de oriëntatie van het monster en lokale defecten kunnen de gemeten of effectieve geleidbaarheid beïnvloeden.
Lassen en blootstelling aan hitte zijn van belang.
Een lasproces, soldeerproces, oplossingsbehandeling, verouderingscyclus of langdurig bakken op hoge temperatuur kunnen de plaatselijke neerslagtoestand en het uiteindelijke onderdeel veranderen.
Koppel het bewijsmateriaal aan het ontwerprisico.
Ga van handboekwaarde → leverancierspecifieke waarde → temperatuurcurve → batchtest → assemblagevalidatie naarmate het risico en de thermische gevoeligheid toenemen.
De hoogte van de vinnen, de afstand ertussen, de dikte van de basis, de afmetingen van de lichtbron en de luchtstroom bepalen vaak een groter deel van het totale resultaat dan 13 W/(m·K).
Aluminium koelprofielen; legering en hardheid worden niet door de afbeelding bevestigd. Ulfbastel / Wikimedia Commons , publiek domein.
Mocht u kiezen T4 of T6?
Kies de hardheid niet alleen op basis van de geleidbaarheid. Het productieproces en de uiteindelijke mechanische eisen zijn doorgaans doorslaggevend.
Kies T4 of T451 wanneer
- Het onderdeel moet nog zinvol gevormd worden voordat het zijn uiteindelijke leeftijd bereikt.
- De producent of fabrikant zal het na het vormen kunstmatig verouderen.
- Een lagere sterkte in de geleverde staat is acceptabel.
- Uw voorlopige model kan de lagere typische k-waarde verdragen.
Kies T6 of T651 wanneer
- Het uiteindelijke onderdeel moet de sterkte bezitten die hoort bij de gespecificeerde, kunstmatig verouderde toestand.
- Een spanningsarm product zoals T651 wordt gespecificeerd voor bewerkingsstabiliteit; T6 alleen betekent niet dezelfde spanningsarme behandeling.
- De bescheiden toename in geleidbaarheid draagt bij aan een geleidingspad in het bulkvolume.
- Het later lassen of verwarmen is opgenomen in het materiaal- en procesplan.
Behoud het volledige achtervoegsel
T651 en T6511 zijn geen decoratieve benamingen. De Aluminiumvereniging merkt op dat de aanduidingen voor hardheid verschillende verwerkingsparameters vertegenwoordigen en niet automatisch als synoniemen mogen worden beschouwd.
Waar komt de thermische geleidbaarheid van 6061 vandaan? het belangrijkst?
Dezelfde legeringswaarde kan belangrijk zijn voor het ene product en vrijwel irrelevant voor het andere. Bepaal welk deel van het warmtepad de temperatuur bepaalt.
Warmteverspreiders en koelplaten
Het voordeel neemt toe naarmate de warmte over een langere afstand in het vlak van het aluminium wordt afgevoerd. Controleer ook de kanaalwanden, de stroomverdeling, de afdichting en de aansluiting op de warmtebron.
Elektronica behuizingen
Montagepads, vlakheid, thermisch geleidend materiaal en externe convectie kunnen een groter verschil maken dan het verschil tussen T4 en T6.
Geëxtrudeerde koellichamen
De basisspreiding, vinrendement, profieltolerantie en luchtstroom bepalen samen met de geleidbaarheid de uiteindelijke temperatuur.
Batterijhouders en -platen
Geleidbaarheid kan de temperatuuruniformiteit beïnvloeden, maar verbindingen, celcontact, koelstroom, botsingsbelastingen en lekdichtheid blijven bepalend voor het ontwerp.
Verdeelstukken en kleppenhuizen
De warmtegeleiding door de wand kan kleiner zijn dan de weerstand van de vloeistoffilm. Druk, vermoeiing, corrosie en afdichting blijven belangrijke factoren.
Bewerkte gereedschappen en hulpstukken
Geleidbaarheid kan helpen bij het opwarmen en de temperatuurregeling, terwijl restspanning, de plaatsing van de verwarmingselementen, regelsensoren en de nauwkeurigheid van de cyclusregeling van belang zijn.
Hoe moet de kritische geleidbaarheid worden beoordeeld? getest worden?
Kies een methode die past bij de temperatuur, het monster en de vereiste onzekerheid. Een flashmeting en een steady-state geleidbaarheidsmeting zijn niet dezelfde meetmethode.
Geleidbaarheidstest: ASTM E1225
De methode bepaalt de geleidbaarheid van homogene, ondoorzichtige vaste stoffen met behulp van een gecontroleerde, vergelijkende longitudinale warmtestroombenadering. Controleer de gemiddelde temperatuur van het monster, de oriëntatie, de contacten, de referentiematerialen en de onzekerheid.
Diffusietest: ASTM E1461
De flashmethode meet voornamelijk de thermische diffusiviteit. De geleidbaarheid wordt vervolgens afgeleid uit k = αρc p , dus de dichtheid en warmtecapaciteit moeten overeenkomen met de omstandigheden en de temperatuur.
Temperatuurtest van de voltooide assemblage
Een test van een afgewerkt onderdeel kan verbindingen, coatings, interfaces en convectie omvatten. Het is vaak nuttiger voor het meten van de producttemperatuur, maar het isoleert de bulk-k niet zonder een geschikt model.
Wanneer geleidbaarheid een aankoopvereiste is
De typische waarde in een datasheet is geen garantie voor een specifieke batch. Als het ontwerp een gegarandeerde limiet vereist, moeten deze punten vóór de bestelling worden afgesproken.
| Record | Wat de eis moet inhouden |
|---|---|
| Materiaal en eindtoestand | Legering, volledige harding, productvorm, afmetingen, productspecificaties en eventuele latere vorming, lassen of veroudering. |
| Thermische limiet | Of k nu een ontwerpreferentie is of een vereist minimum/bereik; vermeld de metaaltemperatuur en de richting van de warmtestroom. |
| Testplan | Overeengekomen methode en editie, locatie en aantal monsters, testtemperatuur en de dichtheid/warmtecapaciteit die worden gebruikt bij het bepalen van de geleidbaarheid. |
| Acceptatie en registratie | De vereiste onzekerheid, de regel voor grensgevallen, de traceerbaarheid van partijen en de rapporten die de leverancier zal verstrekken. |
| Gedeeltelijke uitvoering | Warmtebelasting, interfaces, luchtstroom- of koelvloeistofomstandigheden en de maximaal toelaatbare componenttemperatuur. |
Wat gebeurt er na het bewerken en lassen? Of anodiseren?
Verspaning verandert de geometrie, niet normaal gesproken de genoemde temper.
Door metaal te verwijderen verandert het oppervlak en de padlengte, waardoor de geleidbaarheid verandert, zelfs als de bulk-k niet verandert. Sterke bewerking kan ook restspanningen aan het licht brengen, waardoor de juiste spanningsarme achtervoeging waardevol is.
Lassen creëert een lokale thermische geschiedenis.
Het lasmetaal en de warmtebeïnvloede zone behouden niet automatisch de T6-conditie van het basismateriaal. Ook de voeggeometrie, porositeit, oxide en het contactoppervlak zorgen voor een ongelijkmatige warmteoverdracht.
Anodiseren is een aparte laag.
Een oxide- of coatinglaag moet normaal gesproken worden gemodelleerd als een eigen laag en grensvlak. Verlaag de geleidbaarheid van het gehele aluminium onderdeel niet alleen omdat één oppervlak geanodiseerd is.
Het thermische geleidende materiaal verandert niet van aluminium k
Het verandert de voegweerstand. De dikte van de lijmlaag, de druk, holtes en veroudering kunnen het verschil van 13 W/(m·K) tussen T4 en T6 gemakkelijk tenietdoen.
Bent u van plan een 6061-component te laserlassen?
Deel de tekening, legering en hardingsgraad, wanddikte, verbindingstype en eisen aan de laskwaliteit met Oceanplayer Laser. Als er warmte door de las gaat, vermeld dan de warmtebelasting en temperatuurlimieten, zodat de thermische prestaties onderdeel uitmaken van de bespreking van de proefproef.
Gerelateerd materiaal en lashandleidingen
Deze gepubliceerde pagina's bieden extra context over legeringsselectie, fabricage en thermische eigenschappen.
Bronnen gebruikt voor Deze gids
Raadpleeg de specificaties van de fabrikant voor de vermelde materiaalwaarden, de NIST-gegevens voor eenheden en temperatuurafhankelijke informatie, en de testnormen voor de bijbehorende meetmethoden.
- Technische gegevens van Kaiser Aluminium 6061 plaat, rol en profiel: typische waarden voor de fysische eigenschappen bij 20 °C voor O, T451, T6 en T651.
- Kaiser Aluminium — Technische gegevens voor staven en profielen van 6061 aluminium: typische waarden bij 20 °C voor T4/T451 en T6/T651.
- Hydro — Gegevensblad legering 6061: product-, fabricage- en tempercontext voor geëxtrudeerd 6061.
- NIST-handleiding voor de SI, bijlage B.9: omrekeningsfactoren voor geleidbaarheid en thermische weerstand.
- NIST Cryogene Materialen — 6061-T6 Aluminium: temperatuurafhankelijke correlatie binnen het aangegeven bereik.
- Metallurgie van warmtebehandeling — NIST-gehoste referentie: opgeloste stoffen, veroudering en geleidingsmechanisme.
- Aluminiumvereniging — ANSI H35.1/H35.1M: huidig systeem voor de aanduiding van aluminiumlegeringen en hardingsgraden.
- ASTM E1225-25a: bewaakte vergelijkende longitudinale warmtegeleidingsmethode.
- ASTM E1461: context van thermische diffusiviteit en afgeleide geleidbaarheid volgens de flitsmethode.
- MIT Unified Engineering — WarmtegeleidingDe wet van Fourier en de rol van temperatuurafhankelijke geleidbaarheid.