Алюминиевые сплавы АМц, АМг, Д16, АД31, АД33: состав, состояния М, Н, Т, Т1 и выбор

Две группы сплавов

ГОСТ 4784-2019 устанавливает марки и химический состав деформируемого алюминия и сплавов — тех, из которых катают лист, прессуют профиль и тянут пруток. Механические свойства в нём не задаются: их дают стандарты на конкретный полуфабрикат — лист, профиль, пруток.

По способу упрочнения сплавы делятся на две группы, и от этого зависит почти всё: какое состояние заказывать, как сплав ведёт себя при сварке и что будет после нагрева.

• Термически неупрочняемые — АМц (система Al-Mn) и АМг (Al-Mg). Закалкой их не упрочнить. Прочность дают элементы в твёрдом растворе и нагартовка — холодная деформация при прокатке.
• Термически упрочняемые — Д16 (Al-Cu-Mg), АД31 и АД33 (Al-Mg-Si). После закалки из пересыщенного раствора при старении выделяются мелкие частицы, они и дают прочность.

Состав по ГОСТ 4784-2019

Основные легирующие элементы, % по массе. Остальные элементы и примеси ограничены в стандарте.

Число в марке АМг примерно равно среднему содержанию магния. Чем больше магния, тем прочнее сплав, но тем осторожнее с ним при нагреве (см. раздел о сварке).

Аналоги по EN и AA

В ГОСТ 4784-2019 европейские марки приведены отдельными строками со своими пределами состава. Если их сравнить с отечественными, картина такая:

• Д16 ↔ 2024: пределы по меди, магнию, марганцу, кремнию и железу совпадают.
• АД33 ↔ 6061: пределы по основным элементам совпадают.
• АД31 ↔ 6063: совпадают кремний и магний, но по железу, цинку и титану у АД31 допуски шире.
• АМц ↔ 3003: марганец тот же, но в 3003 медь ограничена и снизу (0,05–0,20 %).
• АМг2 ↔ 5052 и АМг3 ↔ 5754: диапазоны магния только перекрываются (у 5052 — 2,2–2,8 %, у 5754 — 2,6–3,6 %), различаются марганец и хром.
• АМг5 ↔ 5056: магний близок (4,5–5,6 % у 5056), марганца в 5056 заметно меньше.
• АМг6 аналога нет: европейских марок с магнием 5,8–6,8 % в стандарте нет.

Что значат М, Н2, Н, Т, Т1

Буквы после марки — состояние материала. Для листов их задаёт ГОСТ 21631-76, для профилей ограждающих конструкций — ГОСТ 22233-2018.

Соответствие с EN — по смыслу обработки, а не по нормам свойств. Для листов ГОСТ 21631-76 отдельно обозначает плакировку — защитный слой на поверхности листа: А — нормальная, У — утолщённая, Б — технологическая.

Практическое правило: М — под гибку и вытяжку; Н2 и Н — когда нужна жёсткость готового листа без термообработки; Т и Т1 — для нагруженных деталей из Д16, АД31, АД33. Гнуть Д16Т и АД33Т1 по малому радиусу рискованно: пластичность после старения ниже.

Сварка

Нагрев при сварке снимает то, что дало упрочнение. По данным ESAB, у неупрочняемых сплавов зона термического влияния возвращается к состоянию, близкому к отожжённому. У упрочняемых теряется эффект старения, и именно ослабленная зона у шва обычно определяет допустимое напряжение соединения.

• АМц, АМг2, АМг3 — хорошо свариваются аргонодуговой сваркой.
• АМг5, АМг6 — тоже хорошо свариваются. Сплавы Al-Mg, по ESAB, — основной материал сварных конструкций в судостроении и транспорте. Присадку для сплавов с магнием выше примерно 2,5 % берут из системы Al-Mg, кремнистые присадки для них не рекомендуются.
• АД31, АД33 — свариваются, но склонны к трещинам при кристаллизации: без присадки их не варят.
• Д16 — сварку плавлением переносит плохо: склонен к горячим трещинам, а прочность у шва без полной повторной термообработки не вернуть. Поэтому узлы из Д16 проектируют без сварки.

Подготовка кромок и режимы — в разделе «Сварка».

Анодирование и коррозия

По Aluminum Anodizers Council, сплавы системы Al-Mg-Si анодируются отлично, а 6063 — один из основных прессовых сплавов под анодирование. Значит, для анодированных профилей и корпусов логичный выбор — АД31 и АД33.

С ростом содержания меди анодировать сложнее: плёнка на сплавах серии 2xxx мягче и хуже защищает от коррозии. Д16 анодируют, но ждать от покрытия того же, что на АД31, не стоит. Сплавы Al-Mg по ESAB обладают отличной коррозионной стойкостью, в том числе в морской среде; медь в Д16 её, наоборот, снижает.

Как заказать анодирование и другие покрытия — в разделе «Покрытия и термообработка».

Обработка резанием

Sandvik Coromant относит алюминий к группе ISO N: силы резания низкие, но чистый алюминий вязкий и налипает на кромку, поэтому нужны острые кромки и высокая скорость резания. Для сплавов с кремнием до 7–8 % подходит мелкозернистый твёрдый сплав без покрытия.

Из той же классификации видно, что состаренный материал твёрже неупрочнённого. Поэтому под фрезеровку деталей обычно берут упрочнённые состояния — Д16Т, АД33Т1, а не мягкое М, которое сильнее налипает на кромку. Aluminum Anodizers Council отдельно выделяет 6061 (аналог АД33) как распространённый сплав для механически обработанных деталей, в том числе под твёрдое анодирование.

Как выбрать

Массу листа, плиты или профиля из выбранного сплава посчитает калькулятор массы металла. Про нержавеющую сталь как альтернативу алюминию в агрессивной среде — в статье «Нержавеющая сталь: 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 03Х17Н14М3 и 12Х17».