gracz oceaniczny

Gracz oceaniczny Przemysłowy sprzęt laserowy | Czyszczenie, spawanie, znakowanie, automatyzacja Testowanie próbek | Wysyłka globalna
Główne systemy
Best Seller Urządzenie czyszczące laserem impulsowym Oceanplayer 500W
Prezentowany model
500W impulsowy laser czyszczący

Wyższa prędkość czyszczenia pulsacyjnego z kontrolowanym oddziaływaniem na powierzchnię.

500W impulsowyDobra kontrolaBest Seller
Zastosowania
Branże
Studia Przypadków
Zasoby

6061 Aluminium Przewodność cieplna:T4 kontra T6

Przy temperaturze około 20°C (68°F) Kaiser podaje typową przewodność cieplną wynoszącą 154 W/(m·K) dla 6061-T4/T451 i 167 W/(m·K) dla 6061-T6/T651. W tym zestawie danych T6 jest o około 8.4% wyższe. Są to użyteczne wartości wstępnego projektu, a nie gwarantowane wartości minimalne ani dowód na to, że gotowy radiator będzie pracował o 8.4% chłodniej.

Przez Oceanplayer LaserZaktualizowano
Cięty pręt kwadratowy ze stopu aluminium 6061 ukazujący powierzchnię metalu
Pręt aluminiowy 6061. Zdjęcie: Robert.Baruch / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0. Wyświetlane z przycięciem.
154 W/(m·K)6061-T4 / T451 typowo w temperaturze 20°C
167 W/(m·K)6061-T6 / T651 typowo w temperaturze 20°C

Przewodność cieplna aluminium 6061 w 20°C

Przed skopiowaniem wartości należy zapoznać się z pełną temperaturą odpuszczania i testowania. Poniższa tabela wykorzystuje typowe wartości firmy Kaiser w temperaturze 20°C . Grupa blach prętowych i prętowych firmy Kaiser grupuje T4 z T451; dokument dotyczący blach i płyt zawiera wyszczególnienie T451.

6061 stanTypowe k w 20°CBtuIT/(h·ft·°F)BtuIT·in/(h·ft²·°F)Jak go używać
O temper180 W/(m·K)104O 1,250Odniesienie do materiału wyżarzanego; nie jest to normalny wybór wytrzymałości dla gotowego elementu konstrukcyjnego.
T4/T451154 W/(m·K)89.0O 1,070Wstępne dane wejściowe dotyczące temperatury pokojowej, gdy materiał starzony naturalnie i warunki źródłowe są zgodne.
T6/T651167 W/(m·K)96.5, często zaokrąglane do 97O 1,160Wstępne dane wejściowe dotyczące temperatury pokojowej dla materiału sztucznie starzonego w dopasowanych warunkach.

Wartości podstawowe: blachy, zwoje i płyty Kaiser 6061 oraz pręty i pręty Kaiser 6061. Oba określają wartości przewodnictwa jako typowe.

W tej tabeli przewodnictwo T6 jest o 13 W/(m·K) wyższe: (167 − 154) ÷ 154 × 100 ≈ 8.4%. Dla identycznej, prostej ścieżki metalowej oznacza to około 7.8% mniejszy opór cieplny , a nie 8.4% spadek temperatury całego urządzenia.

Stop O jest wyżarzany i bardziej miękki. Jego wyższa przewodność cieplna pokazuje, dlaczego wytrzymałości i przewodzenia ciepła nie da się ocenić jedną prostą regułą. Najpierw wybierz stan mechaniczny, a następnie oceń ścieżkę cieplną.

Przenoszenie ciepła przez ciało stałe od strony gorącej do strony zimnej

Co oznacza przewodnictwo cieplne? właściwie znaczy?

Przewodność cieplna, oznaczana jako k lub λ , informuje, jak łatwo ciepło przenika przez materiał. Wyższa wartość oznacza, że ​​ten sam kształt może przenosić więcej ciepła przy tej samej różnicy temperatur.

Użyteczny sposób, aby to zobrazować: ciepło łatwiej przenika przez szeroki, krótki element niż przez wąski, długi. Przewodność opisuje materiał; kształt decyduje, ile z tej przewagi może wykorzystać dana część.

Stałe przewodzenie jednowymiaroweQ̇ = kAΔT / L

Q̇ to przepływ ciepła w W, A to powierzchnia przekroju poprzecznego w m², ΔT to różnica temperatur między strefą ciepłą i zimną w K, a L to długość ścieżki w m.

Masowy opór cieplnyR = L / (kA)

R to opór cieplny w K/W: różnica temperatur potrzebna do przeniesienia jednego wata tą drogą. Wzory te zakładają stały, jednowymiarowy przepływ ciepła i stałą wartość k.

Trzy często mylone terminy

  • Przewodność k jest właściwością materiału wyrażoną w W/(m·K).
  • Przewodność G = kA/L obejmuje rzeczywistą geometrię i jest podawana w W/K.
  • Dyfuzyjność cieplna α = k/(ρcp) Opisuje, jak szybko rozprzestrzenia się zmiana temperatury. Tutaj ρ to gęstość, a cp to ciepło właściwe. Jednostką dyfuzyjności jest m²/s; nie jest to ta sama wartość co przewodność.

Diagram przewodzenia ciepła: Chcastan / Wikimedia Commons , domena publiczna.

Dlaczego 6061-T6 może przewodzić ciepło lepszy niż T4?

Ciepło w aluminium jest przenoszone głównie przez poruszające się elektrony. Rozpuszczone atomy stopu mogą zakłócić ten ruch. Obróbka cieplna zmienia sposób rozmieszczenia magnezu, krzemu i innych pierwiastków – nie zmienia nazwy stopu ani jego stopnia czystości.

Obróbka roztworów i hartowanie

Obróbka w roztworze rozpuszcza więcej pierwiastków stopowych w aluminium. Szybkie chłodzenie, zwane hartowaniem, tymczasowo zatrzymuje wiele z tych atomów.

T4: naturalne starzenie w temperaturze pokojowej

Podczas naturalnego starzenia w temperaturze pokojowej tworzą się małe grupy atomów. Zmienia to wytrzymałość, ale nie jest to ten sam proces, co kontrolowany cykl sztucznego starzenia.

T6: kontrolowane sztuczne starzenie

Sztuczne starzenie powoduje powstawanie drobnych cząstek zwanych osadami. Może ono zmniejszyć ilość rozpuszczonej substancji rozpraszającej elektrony, a jednocześnie wzmacnia stop. Pomaga to wyjaśnić różnicę w przewodności elektrycznej w cytowanych tabelach.

Mechanizm: Metalurgia obróbki cieplnej, prowadzony przez NIST . Zależność zależy od rzeczywistej historii starzenia; sama wytrzymałość nie determinuje współczynnika k.

Schemat procesu obróbki cieplnej, hartowania i starzenia sztucznego aluminium 6061

Ten diagram przedstawia główną ścieżkę do T6. Rzeczywista praktyka moczenia, hartowania i starzenia zależy od produktu i odpowiedniej procedury.

Schemat: Bob Clemintime / Wikimedia Commons , CC BY-SA 4.0.

Wytrawiona mikrostruktura aluminium 6061-T6 ukazująca granice ziaren i fazy wtórne

Wytrawiona mikrostruktura 6061-T6 ukazuje granice ziaren i fazy wtórne. Nie jest to bezpośrednia mapa przepływu ciepła ani struktura uniwersalna dla każdego produktu 6061.

Zdjęcie: Bob Clemintime / Wikimedia Commons , CC BY-SA 4.0.

Dlaczego rzeczywista wartość może się różnić

Skład w granicach normy 6061, szybkość hartowania, historia starzenia, forma produktu, wady i temperatura badania mogą wpłynąć na zmianę wyniku.

  • T6 nie zawsze wynosi dokładnie 167 W/(m·K).
  • T4 nie zawsze wynosi dokładnie 154 W/(m·K).
  • Przewodność elektryczna jest związana z przewodzeniem ciepła, ale nie jest tym samym pomiarem.
  • Obróbka na gorąco lub spawanie mogą zmienić miejscowy stan techniczny.

Przelicz W/(m·K) na Jednostki BTU poprawnie

Przewodność cieplna obejmuje jednostki mocy, długości i przedziału temperatur. Samo pomnożenie watów przez 3.412 nie przelicza pełnej wartości.

Przeliczanie jednostek SI na stopy IT-BtuBtuIT/(h·ft·°F) = W/(m·K) × 0.577789

154 zmienia się w 88.98, zwykle pokazywane jako 89.0. 167 zmienia się w 96.49, często zaokrąglane do 97.

IT-Btu w stopach do SIW/(m·K) = BtuIT/(h·ft·°F) × 1.730735

Używaj tej odwrotności tylko w przypadku jednostek przewodnictwa wyrażonych w stopach.

IT-Btu w oparciu o jednostki SI na caleBtuIT·in/(h·ft²·°F) = W/(m·K) × 6.93347

Liczba w calach jest 12 razy większa od liczby w stopach. Zapisz pełną jednostkę: Btu·in/(h·ft²·°F) to nie Btu/(h·in·°F).

SI na waty na calW/(in·K) = W/(m·K) × 0.0254

T4 osiąga 3.91 W/(in·K), podczas gdy T6 osiąga 4.24 W/(in·K).

Wartość początkowaBtuIT/(h·ft·°F)BtuIT·in/(h·ft²·°F)Puścić oczko)W/(m·°C)
6061-T4/T451: 154 W/(m·K)89.0O 1,0703.91154
6061-T6/T651: 167 W/(m·K)96.5O 1,1604.24167

Współczynniki konwersji są zgodne z Przewodnikiem NIST po układzie SI, Załącznik B.9 . Tabela wykorzystuje międzynarodową tabelę Btu, Btu IT.

Pułapka współczynnika 12: 96.5 Btu/(h·ft·°F) i około 1,160 Btu·in/(h·ft²·°F) opisują tę samą przewodność 6061-T6. Wyglądają one bardzo różnie, ponieważ jeden z nich używa stóp, a drugi cali w liczniku długości. Nigdy nie porównuj liczb, dopóki wszystkie jednostki się nie zgadzają.
Różnice temperatur: 1 K = 1°C

W/(m·K) i W/(m·°C) mają taką samą wartość przewodnictwa liczbowego, ponieważ jednostki Kelvina i Celsjusza mają taką samą wielkość.

Temperatura bezwzględna: 20°C = 293.15 K

Dodaj 273.15 tylko przy przeliczaniu bezwzględnego odczytu w stopniach Celsjusza na kelwiny. Nie dodawaj tej wartości do różnicy temperatur.

Różnice Fahrenheita: Δ°F = 1.8 × Δ°C

Przesunięcie o 32 stopnie odnosi się do odczytów temperatury bezwzględnej, a nie do różnic temperatur stosowanych we wzorach na przewodnictwo.

Jak T4 i T6 wpływają temperatura części?

Obliczenia ilustracyjne – nie jest to test produktu. Rozważmy ścieżkę o długości 50 mm i przekroju 20 mm × 20 mm. Utrzymuj zimny koniec w temperaturze 20°C i przepuść przez niego prąd o natężeniu 10 W. W jednostkach SI: L = 0.050 m, a A = 0.000400 m².

Idealna ścieżka masowaR = L/(kA)

W tym przykładzie założono stałe, jednowymiarowe przewodzenie, stałe k, brak oporu styku i brak wytwarzania ciepła wewnętrznego.

WynikT4 przy 154 W/(m·K)T6 przy 167 W/(m·K)
Masowy opór0.812 K/W0.749 K/W
Różnica temperatur przy 10 W8.12 K7.49 K
RóżnicaT6 obniża obliczoną temperaturę gorącego końca o około 0.63°C.

Użycie tych stałych wartości temperatury pokojowej daje temperatury nagrzewania około 28.1°C i 27.5°C. Niewielki wzrost temperatury utrzymuje ilustrację blisko warunków odniesienia, ale nie zastępuje on danych materiałowych zależnych od temperatury w przypadku projektu krytycznego.

Przykład na poziomie systemu: Jeśli metal T4 ma wkład tylko 0.20 K/W z całkowitej ścieżki 1.00 K/W, zastąpienie jego współczynnika K wartością T6 obniża rezystancję metalu do około 0.184 K/W. Całkowita rezystancja wynosi około 0.984 K/W — co stanowi poprawę tylko o 1.6%.
Schemat radiatora pokazujący rezystancję cieplną komponentów, interfejsu i konwekcji

Prawdziwa ścieżka cieplna składa się z kilku oporników, nie tylko aluminium. Schemat: Dtc5341 / Wikimedia Commons , domena publiczna.

Dlaczego wartości przewodnictwa 6061 różnią się między źródłami?

Inna liczba nie oznacza automatycznie błędu. Porównaj produkt, temperaturę, rodzaj pomiaru i metodę pomiaru, zanim zdecydujesz, które źródło jest odpowiednie dla Twojej części.

k zmienia się wraz z temperaturą

Wartości Kaisera podano dla temperatury 20°C. Wartości temperatury pokojowej nie należy przenosić do środowiska kriogenicznego lub wysokotemperaturowego bez odpowiedniego zestawu danych k(T).

Płyta nie jest automatycznie wytłaczana

Hydro podaje typową przewodność T4/T4511 dla wytłaczanego materiału na poziomie 155 W/(m·K) w temperaturze 25°C, podczas gdy wartość Kaisera dla pręta/sztaby wynosi 154 w temperaturze 20°C. Różnią się zarówno baza produktu, jak i temperatura.

Zachowaj przyrostek łagodzący stres

T451, T651, T4511 i T6511 rejestrują różne ścieżki przetwarzania. Nie należy skracać warunku uporządkowanego, ponieważ tabela przewodnictwa grupuje niektóre wartości.

Krytyczne projekty wymagają dopasowanych okazów

Tekstura, porowatość, powłoki, kierunek próbki i lokalne defekty mogą mieć wpływ na mierzoną lub efektywną przewodność.

Spawanie i narażenie na działanie wysokiej temperatury

Spawanie, lutowanie twarde, obróbka roztworem, cykl starzenia lub długie wypalanie w wysokiej temperaturze mogą zmienić lokalny stan wytrącania i gotową część.

Dopasuj dowody do ryzyka projektowego

Przejście od wartości podręcznikowej → wartości specyficznej dla dostawcy → krzywa temperatury → test partii → walidacja montażu w miarę wzrostu ryzyka i wrażliwości termicznej.

Profil temperatury wzdłuż żebra chłodzącego ze zmiennymi przewodności i konwekcji
Temperatura żeber zależy od przewodnictwa, geometrii i konwekcji. Diagram: Harke / Wikimedia Commons, domena publiczna.
Nie należy rozciągać krzywej temperatury poza jej zakres. Strona 6061-T6 NIST oddziela Zakres danych 4–300 K z Zakres równania 1–300 KDopasowanie nie jest modelem wysokotemperaturowym. Jego wynik w temperaturze bliskiej temperaturze pokojowej różni się również od typowej wartości Kaisera; nie należy łączyć tych dwóch zbiorów danych bez uzasadnionej metody. Wyświetl dane i limity NIST.
Kilka profili radiatora z wytłaczanego aluminium o różnych geometriach żeber
Geometria może przeważyć nad różnicą temperamentu.

Wysokość żeber, rozstaw, grubość podstawy, powierzchnia źródła ciepła i przepływ powietrza często mają większy wpływ na całkowity wynik niż 13 W/(m·K).

Profile radiatorów aluminiowych; stop i hartowanie nie są certyfikowane przez obraz. Ulfbastel / Wikimedia Commons , domena publiczna.

Powinieneś wybrać T4 czy T6?

Nie wybieraj stopnia twardości wyłącznie na podstawie przewodności. Zazwyczaj na pierwszym miejscu stawiamy metodę produkcji i ostateczne wymagania mechaniczne.

Wybierz T4 lub T451, gdy

  • Część wymaga znaczącego uformowania przed osiągnięciem ostatecznego wieku.
  • Producent lub wytwórca sztucznie postarza produkt po jego uformowaniu.
  • Dopuszczalna jest niższa wytrzymałość w stanie dostarczonym.
  • Twój wstępny model może tolerować niższą typową wartość k.

Wybierz T6 lub T651, gdy

  • Gotowy element musi mieć wytrzymałość odpowiadającą określonemu stanowi sztucznego starzenia.
  • Produkt odprężony, taki jak T651, jest określony pod kątem stabilności obróbki; samo T6 nie oznacza takiego samego sposobu obróbki odprężającej.
  • Niewielki wzrost przewodności ułatwia przewodzenie masowe.
  • Późniejsze spawanie i podgrzewanie jest uwzględniane w planie materiałowo-procesowym.

Zachowaj pełny sufiks

T651 i T6511 nie są nazwami dekoracyjnymi. Stowarzyszenie Aluminium zauważa, że ​​oznaczenia stanu utwardzenia reprezentują różne parametry przetwarzania i nie należy ich traktować jako automatycznych zamienników.

Gdzie jest przewodność cieplna 6061 co jest najważniejsze?

Ta sama wartość stopu może być istotna w jednym produkcie, a praktycznie nieistotna w innym. Określ, która część ścieżki cieplnej kontroluje temperaturę.

Rozpraszacze ciepła i płyty chłodzące

Korzyści rosną, gdy ciepło przemieszcza się na dużą odległość w płaszczyźnie aluminium. Należy również sprawdzić ścianki kanałów, rozkład przepływu, uszczelnienie i interfejs źródła.

Obudowy elektroniki

Podkładki montażowe, płaskość, materiał interfejsu termicznego i konwekcja zewnętrzna mogą mieć większe znaczenie niż różnica między T4 a T6.

Wytłaczane radiatory

Rozprzestrzenianie się pary wodnej, wydajność żeber, tolerancja profilu i przepływ powietrza, a także przewodność cieplna decydują o końcowej temperaturze.

Tacki i płyty akumulatorowe

Przewodność może mieć wpływ na jednorodność temperatury, ale połączenia, kontakt ogniw, przepływ chłodzenia, obciążenia zderzeniowe i szczelność nadal mają decydujący wpływ na projekt.

Rozdzielacze i korpusy zaworów

Przewodnictwo ścianek może być mniejsze niż opór filmu płynnego. Ciśnienie, zmęczenie, korozja i uszczelnienie pozostają kluczowe.

Narzędzia i osprzęt obrabiany mechanicznie

Przewodnictwo może pomóc w nagrzewaniu i wyrównywaniu temperatury, podczas gdy naprężenia szczątkowe, rozmieszczenie grzejników, czujniki kontrolne i cykle kontrolują dokładność.

Jak powinna wyglądać krytyczna przewodność? zostać przetestowanym?

Wybierz metodę dopasowaną do temperatury, próbki i wymaganej niepewności. Wynik pomiaru błyskawicznego i wynik pomiaru przewodnictwa w stanie ustalonym to nie to samo.

Badanie przewodności: ASTM E1225

Metoda ta pozwala na określenie przewodnictwa jednorodnych, nieprzezroczystych ciał stałych za pomocą metody ostrożnego, porównawczego, podłużnego przepływu ciepła. Należy przeanalizować średnią temperaturę próbki, orientację, kontakty, materiały odniesienia i niepewność pomiaru.

Badanie dyfuzyjności: ASTM E1461

Metoda błyskowa mierzy przede wszystkim dyfuzyjność cieplną. Przewodność jest następnie wyprowadzana z k = αρc p , więc dane dotyczące gęstości i pojemności cieplnej muszą być dopasowane do warunków i temperatury.

Badanie temperatury gotowego montażu

Badanie gotowego elementu może obejmować połączenia, powłoki, interfejsy i konwekcję. Często jest bardziej przydatne w przypadku temperatury produktu, ale nie pozwala na wyizolowanie masy k bez odpowiedniego modelu.

Przewodność elektryczna nie jest uniwersalną metodą na skróty. Odczyt elektryczny w % IACS (procentach Międzynarodowego Standardu Miedzi Wyżarzanej) może pomóc w monitorowaniu znanej metody obróbki cieplnej. Nie należy przeliczać go na gwarantowane W/(m·K) bez zweryfikowanej zależności między stopem, stanem utwardzenia i temperaturą.

Kiedy przewodność musi być wymogiem zakupu

Typowa wartość podana w karcie katalogowej nie jest obietnicą dotyczącą konkretnej partii. Jeśli projekt wymaga gwarantowanego limitu, należy uzgodnić te punkty przed złożeniem zamówienia.

RekordCo powinno zawierać wymaganie
Materiał i stan końcowyStop, całkowity stan odpuszczenia, forma produktu, wymiary, specyfikacja produktu oraz wszelkie późniejsze formowanie, spawanie lub starzenie.
Limit termicznyCzy k jest wartością odniesienia projektowego czy wymaganym minimum/zakresem; należy uwzględnić temperaturę metalu i kierunek przepływu ciepła.
Plan testowyUzgodniona metoda i wydanie, lokalizacja i ilość próbki, temperatura badania oraz dane wejściowe dotyczące gęstości/pojemności cieplnej w przypadku wyznaczania przewodności.
Akceptacja i zapisyWymagana niepewność, reguła dotycząca wyników granicznych, możliwość śledzenia partii i raporty dostarczone przez dostawcę.
Wydajność częściObciążenie cieplne, interfejsy, przepływ powietrza lub warunki chłodziwa i maksymalna dopuszczalna temperatura komponentu.

Co się dzieje po obróbce mechanicznej i spawaniu czy anodowanie?

Obróbka zmienia geometrię, a nie zazwyczaj określony stan skupienia

Usunięcie metalu zmienia powierzchnię i długość ścieżki, więc przewodność zmienia się, nawet jeśli k nie ulega zmianie. Intensywne cięcie może również ujawnić problemy z naprężeniami szczątkowymi, dlatego właściwy przyrostek „odprężony” jest cenny.

Spawanie tworzy lokalną historię termiczną

Metal spoiny i strefa wpływu ciepła nie utrzymują automatycznie stanu spoiny macierzystej T6. Geometria złącza, porowatość, tlenek i powierzchnia styku również powodują nierównomierną ścieżkę cieplną.

Anodowanie to osobna warstwa

Tlenek lub powłoka powinny być zazwyczaj modelowane jako osobna warstwa i interfejs. Nie należy obniżać przewodności całego elementu aluminiowego tylko dlatego, że jedna powierzchnia jest anodowana.

Materiał interfejsu termicznego nie zmienia aluminium k

Zmienia to rezystancję spoiny. Grubość spoiny, ciśnienie, pustki i starzenie mogą z łatwością przeważyć różnicę 13 W/(m·K) w zakresie temperatur T4 i T6.

Przepływ ciepła przez spawany element 6061 Ścieżka cieplna przebiega przez metal macierzysty, strefę wpływu ciepła, metal spoiny i przeciwległą strefę wpływu ciepła. Obszary te nie muszą mieć takich samych właściwości termicznych. Ścieżka cieplna przez staw Przepływ ciepła Rodzicmetal Rodzicmetal Metal spoiny Cyjan = strefy dotknięte ciepłem
Schemat, a nie zmierzony przekrój; szerokości mają charakter poglądowy. Modeluj lub testuj obszar połączenia, gdy kontroluje on ścieżkę cieplną, zamiast przypisywać wszędzie współczynnik k do metalu macierzystego.

Planujesz spawać laserowo element 6061?

Udostępnij firmie Oceanplayer Laser rysunek, stop i stopień utwardzenia, grubość ścianki, rodzaj złącza oraz wymagania dotyczące jakości spoiny. Jeśli ciepło przenika przez spoinę, uwzględnij obciążenie cieplne i ograniczenia temperatury, aby wydajność cieplna została uwzględniona w omówieniu testu próbki.

Źródła wykorzystane do ten przewodnik

Skorzystaj z arkuszy producenta, aby poznać podane przez niego wartości dotyczące materiałów, z arkuszy NIST, aby poznać jednostki i dane zależne od temperatury, oraz z arkuszy norm testowych, aby poznać odpowiadające im metody pomiaru.