Сплав АМг6: состав, прочность, сварка и применение

Что это за сплав

АМг6 — деформируемый сплав системы алюминий — магний. ВИАМ, разработчик сплава, описывает его как термически неупрочняемый, коррозионностойкий и свариваемый, наиболее высокопрочный в группе магналиев; из него делают все виды полуфабрикатов. Общая картина по сплавам АМц, АМг, Д16 и АД31 и по обозначениям состояний — в статье «Алюминиевые сплавы АМц, АМг, Д16, АД31, АД33». Здесь — подробности именно по АМг6.

Область применения листов по каталогу ВИАМ: обшивка и сварные конструкции средней прочности и повышенной коррозионной стойкости, работающие длительно при температуре от −196 до 70 °C и кратковременно до 300 °C. Для штамповок и поковок ВИАМ называет также внутренний набор фюзеляжа.

Химический состав по ГОСТ 4784-2019

Плотность сплава в ГОСТ 4784-2019 — 2,65 г/см³; то же значение ГОСТ 21631-2023 берёт для расчёта теоретической массы листа (приложение Б). В паспортах ВИАМ на полуфабрикаты указана 2640 кг/м³. Для массы партии разница в 0,4 % несущественна.

Пример. Лист 2000 × 1000 × 5 мм: 2 · 1 · 0,005 = 0,01 м³, масса 0,01 · 2650 = 26,5 кг. Для других профилей воспользуйтесь калькулятором массы металла.

Прочность листов, плит и профилей

ГОСТ 4784 задаёт только состав. Механические свойства дают стандарты на полуфабрикат, и для АМг6 они заметно зависят от вида продукции и толщины.

Листы — ГОСТ 21631-2023, таблица 7. Листы из АМг6 выпускают толщиной до 10,5 мм, с утолщённой плакировкой (АМг6У) — от 2 до 6 мм.

Буква Б — технологическая плакировка (не более 1,5 % толщины на сторону), У — утолщённая: для АМг6 не менее 4,0 % толщины на каждую сторону (таблица 6 и примечание к ней). Плакируют алюминием чистотой не ниже 99,30 % (таблица 5): он мягче сплава, и при утолщённом слое нормы листа ниже.

Плиты — ГОСТ 17232-2023, таблица 5, образцы поперёк направления прокатки. Нормы одинаковы для плит без термообработки и отожжённых:

Удлинение у толстой плиты — 4 % против 15 % у листа. Если деталь из плиты будут гнуть или она работает на удар, это надо учитывать при выборе заготовки. Свойства плит толще 80 мм стандарт не нормирует — их согласуют при заказе.

Профили, панели, поковки. По каталогу ВИАМ отожжённые профили по ОСТ 1 90113-86 имеют σв не менее 315 МПа, σ0,2 не менее 155 МПа и δ не менее 15 % на продольных образцах; панели по ОСТ 1 90177-75 — 314 и 157 МПа при 15 %; штамповки и поковки толщиной свыше 75 до 100 мм по ОСТ 1 90073-85 — σв не менее 295 МПа при δ не менее 14 % на поперечных образцах. Модуль упругости по паспорту — 69,6 ГПа.

Нагартовка и отжиг

Закалкой АМг6 не упрочнить. По ESAB прочность сплавов серии 5xxx создают твёрдый раствор магния и холодная деформация — наклёп (нагартовка) при прокатке. Отсюда два рабочих состояния:

• отожжённое М — самое пластичное, для гибки, вытяжки и сварных конструкций; для листов АМг6 ГОСТ 21631-2023 нормирует именно его и состояние без термообработки;
• нагартованное — прочнее, но пластичность ниже. Для плит из АМг6 ГОСТ 17232-2023 свойства в нагартованном состоянии не нормирует: их устанавливают изготовитель и заказчик при заказе и определяют не позднее двух месяцев со дня изготовления.

Отжиг снимает нагартовку и возвращает металл к состоянию М. Режим отжига для конкретного полуфабриката задаёт технология изготовителя — стандарты на лист и плиты его не приводят.

Сварка

Присадка

ГОСТ 7871-2019 даёт для сварки проволоку СвАМг6: магний 5,8–6,8 %, марганец 0,5–0,8 %, титан 0,1–0,2 %, бериллий 0,002–0,005 % (таблица 2). В документе о качестве на партию СвАМг6 изготовитель обязан указать содержание водорода в плавке (п. 6.4). Рекомендации справочного приложения Б:

• для коррозионной стойкости и совпадения цвета после анодирования магний в присадке должен совпадать с основным металлом, для прочности шва — быть выше;
• для сплавов с магнием больше 3,5 % в условиях, опасных по межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением, магний в присадке — такой же или немного выше, чем в основном металле;
• хром, титан и цирконий снижают склонность шва к трещинам;
• при сварке основного металла с магнием больше 2 % кремнистой присадкой может образоваться Mg2Si, который охрупчивает шов; такие соединения не рекомендуют для динамически нагруженных конструкций.

ESAB говорит о том же: сплавы 5xxx с высоким магнием сваривают только присадками серии 5xxx близкого состава, а кремнистые 4xxx для них не годятся из-за эвтектического оплавления и низких свойств шва. Как варить алюминий переменным током TIG и импульсным MIG — в статье «Сварка алюминия».

Разупрочнение ЗТВ

По ESAB у термически неупрочняемых сплавов нагрев при сварке снимает нагартовку, и зона термического влияния возвращается к состоянию, близкому к отожжённому. Вернуть прочность можно только новой холодной деформацией, что в готовой конструкции почти никогда не выполнимо. Поэтому соединение рассчитывают по свойствам ЗТВ, а не по нормам нагартованного полуфабриката. Для АМг6 в состоянии М разница невелика: основной металл уже отожжён.

Поры

Главный дефект алюминиевых швов — пористость. По ESAB её источник — прежде всего водород из влаги, масел и загрязнений, а также оксиды и подсос воздуха при плохой защите. Порядок подготовки:

1. Обезжирить кромки и зону у шва растворителем или щелочным очистителем.
2. Непосредственно перед сваркой снять оксид отдельной щёткой из нержавеющей стали или чистым абразивом.
3. Хранить проволоку сухой и чистой, чтобы на ней не конденсировалась влага.
4. Следить за газовой защитой: закрывать место сварки от сквозняков, держать сопло чистым.

Коррозия и опасность нагрева

В отожжённом состоянии АМг6 стоек: паспорта ВИАМ указывают, что склонности к межкристаллитной коррозии нет, а склонность к расслаивающей коррозии оценена в 3 балла по методике изготовителя паспорта.

Риск появляется при длительном нагреве. ASTM G67 описывает механизм для сплавов серии 5xxx: по границам зёрен выделяется β-фаза алюминий — магний. Если она образует почти сплошную сетку, в хлоридной среде — морском воздухе или воде — она растворяется первой и коррозия обходит зёрна. Внешне это проявляется как питтинг, расслаивание или коррозионное растрескивание — в зависимости от формы зёрен и наличия длительных растягивающих напряжений.

Ограничения из трёх источников сходятся:

• ESAB не рекомендует сплавы 5xxx с магнием больше 3 % для длительной работы выше 150 °F (около 65 °C) из-за сенсибилизации и последующего коррозионного растрескивания;
• ГОСТ 7871-2019 отмечает, что при работе выше 65 °C сплавы с магнием 3 % и более могут быть склонны к межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением, тем сильнее, чем выше магний и степень нагартовки; в таблице Б.2 для соединений сплавов с магнием больше 3,5 % характеристика «длительная работа при температуре свыше 65 °C» помечена как «не рекомендуется»;
• ВИАМ ограничивает длительную работу полуфабрикатов из АМг6 температурой 70 °C.

Механообработка

Sandvik Coromant относит алюминиевые сплавы к группе ISO N: материал даёт длинную стружку, чистый алюминий липкий, поэтому нужны острые кромки и высокая скорость резания. Для сплавов с кремнием до 7–8 % Sandvik рекомендует мелкозернистый твёрдый сплав без покрытия — у АМг6 кремния не более 0,4 %.

Режимы, геометрию инструмента и борьбу с налипанием разбирает статья «Фрезерование алюминия»; для отожжённого АМг6 выбирайте рекомендации для мягких, вязких сплавов.

Аналоги

В справочнике сайта у АМг6 зарубежный аналог не задан, и это не случайно. В ГОСТ 4784-2019 европейские марки приведены отдельными строками, и ни у одной магний не доходит до 5,8 %:

Ближе всех по магнию 5456, часто упоминаемый 5083 легирован ещё слабее. Поэтому замена возможна только со сверкой норм прочности конкретного полуфабриката — листа, плиты, профиля — и согласованием с конструктором.