АМц, АД0 и АД1: состав, прочность листов, штамповка, сварка и электропроводность

Что это за материалы

АД0 и АД1 — деформируемый технический алюминий: почти чистый металл с ограниченными примесями. АМц — сплав системы алюминий — марганец. Обе группы — по международной классификации серии 1xxx и 3xxx — термически не упрочняются: прочность им дают только состав и нагартовка. Место этих марок среди других алюминиевых сплавов и обозначения состояний — в статье «Алюминиевые сплавы АМц, АМг, Д16, АД31, АД33».

Практический смысл простой. Если нужна максимальная пластичность, электро- или теплопроводность — берут АД0 или АД1. Если нужен такой же технологичный, но заметно прочнее материал — АМц. Если и этого мало — сплавы АМг, о них в статье «Сплавы АМг2, АМг3, АМг5».

Химический состав по ГОСТ 4784-2019

Таблицы 1 и 3 стандарта, % по массе. Одно число — верхний предел.

В АД0 и АМц для листовых заготовок под дальнейшую формовку стандарт допускает титан до 0,15 и 0,2 % соответственно (примечания к таблицам 1 и 3).

Плотности стандарта использует калькулятор массы металла. Пример. Лист АД0 1000 × 2000 × 1 мм: 1 · 2 · 0,001 = 0,002 м³, масса 0,002 · 2710 = 5,42 кг; такой же лист из АМц — 0,002 · 2730 = 5,46 кг.

Прочность листов по ГОСТ 21631-2023

Механические свойства задаёт таблица 7 стандарта на лист. Значения — не менее, кроме оговорённых. Предел текучести для этих марок стандарт не нормирует.

АД0 и АД1

Нормы одинаковы для всего технического алюминия — А7, А6, А5, А0, АД00, АД0, АД1, АД.

По требованию потребителя отожжённые листы этих марок изготавливают с σв не более 108 МПа (примечание 1 к таблице 7) — это способ ограничить твёрдость листа под глубокую вытяжку.

АМц

Полунагартованный АМц толщиной от 1,0 до 4,0 мм по требованию потребителя поставляют с σв в узком диапазоне — от 147 до 196 МПа (примечание 2 к таблице 7).

Пластичность и штамповка

По удлинению отожжённые АД0 и АД1 — самые пластичные листы в ГОСТ 21631-2023: до 30 %. У АМцМ — до 22 %, у отожжённых сплавов АМг3–АМг6 — 15 %. Отсюда типичное разделение работы:

• вытяжка, отбортовка, глубокая формовка — АД0, АД1 или АМц в состоянии М;
• гибка с малым радиусом — состояние М; у Н удлинение падает до 1–4 %, и радиус приходится увеличивать;
• плоские и малодеформируемые детали, где нужна жёсткость листа — Н2 или Н.

Минимальных радиусов гибки стандарты на эти марки не задают — радиус подтверждают пробным гибом. Нормы на минимальные отверстия, перемычки и зазоры при вырубке для мягкого алюминия — в статье «Основы листовой штамповки», назначение радиуса гиба и полок — в статье «Конструирование гнутых деталей».

Листы с высокой отделкой поверхности (В) ГОСТ 21631-2023 разрешает делать только из технического алюминия и сплавов АМц и АМг2, толщиной до 4,0 мм. Это ещё один довод за эти марки для декоративных и отражающих деталей.

Сварка

Технический алюминий (серия 1xxx) сваривается, но из-за узкого интервала плавления режим подбирают внимательнее. Для него используют присадку того же состава или кремнистую серии 4xxx; сплавы 3xxx сваривают присадками серий 1xxx, 4xxx и 5xxx в зависимости от состава и условий работы. Технику TIG и MIG для алюминия разбирает статья «Сварка алюминия».

Проволока по ГОСТ 7871-2019

К типу 1 стандарт относит также СвА99 и СвА85Т, к типу 4 — СвАК10.

Что выбрать

По таблице Б.2 стандарта:

Две оговорки из приложения Б. Кремнистые проволоки типа 4 после анодирования дают серый шов. Для полного совпадения цвета у технического алюминия присадка должна быть той же чистоты, что и основной металл.

Электропроводность и теплопроводность

Это главная причина выбирать АД0. ГОСТ 15176-89 на прессованные электротехнические шины (п. 1.3.7) ограничивает сопротивление шины сечением 1 мм² и длиной 1 м при 20 °C:

Проводимость в последнем столбце — пересчёт 1 / ρ. АД1 в ГОСТ 15176-89 не входит: шины делают из АД00, АД0, алюминия А5–А7 и сплава АД31.

Для АМц электро- и теплопроводность российские стандарты на лист не нормируют. Ориентир — паспортные данные производителя для аналога 3003 в отожжённом состоянии при 20 °C: электропроводность 29 МСм/м (50 % IACS), теплопроводность 193 Вт/(м·К). Это типичные значения, а не гарантированный минимум, но и они примерно на шестую часть ниже минимума для шины из АД0.

Теплопроводность АД0 стандарты на лист и шины не нормируют. Принцип: в металлах тепло и ток переносят одни и те же электроны, поэтому теплопроводность меняется вместе с электропроводностью — у чистого АД0 она выше, чем у АМц. Если теплопроводность входит в расчёт (радиатор, теплообменник), запросите её у поставщика проката.

Где применяют

• АД0, АД1. Химические ёмкости и трубопроводы, где нужна коррозионная стойкость, и шины, где нужна электропроводность; для силовых конструкций такой алюминий почти не используют из-за низкой прочности. ГОСТ 15176-89 предусматривает электротехнические шины из АД0.
• АМц. Посуда и теплообменники транспорта и энергетики; сплавы серии 3xxx хорошо формуются и работают при повышенной температуре, но умеренная прочность обычно исключает их из несущих конструкций.

Для сварных конструкций, где нужна прочность, выбирают сплавы АМг: у отожжённого АМг2 σв не менее 165 МПа — почти вдвое больше, чем у АМцМ.

Аналоги

Приложение Б ГОСТ 4784-2019 (таблица Б.1):

Чем аналоги отличаются по составу (таблицы 1 и 3 ГОСТ 4784-2019):

• АД0 и 1050 по Aluminum Association: одинаковые кремний, железо, медь, марганец, магний и алюминий не менее 99,50 %; у 1050 строже цинк (0,05 против 0,07 %) и титан (0,03 против 0,05 %), добавлен предел по ванадию 0,05 %.
• АМц и AW-3003: марганец одинаковый — 1,0–1,5 %, но в 3003 медь 0,05–0,20 %, то есть нормирована и снизу.
• АМц и EN AW-3103: марганец 0,9–1,5 %, медь не более 0,10 %, магний не более 0,30 %.

Аналог по составу не означает тех же норм прочности листа — их задают разные стандарты. Замену проверяйте по свойствам состояния и толщины.