Сплавы АМг2, АМг3, АМг5: состав, прочность листов, сварка и отличия от АМг6

Что это за сплавы

АМг2, АМг3 и АМг5 — деформируемые сплавы системы алюминий — магний, из которых катают лист, прессуют профиль и тянут трубу. ВИАМ описывает все три как термически неупрочняемые, коррозионностойкие и свариваемые. Общая картина по алюминиевым сплавам и обозначениям состояний — в статье «Алюминиевые сплавы АМц, АМг, Д16, АД31, АД33», о самом прочном сплаве группы — в статье «Сплав АМг6».

Выбор между ними — это выбор между пластичностью и прочностью. АМг2 мягче всех и лучше гнётся, АМг5 прочнее и ближе к АМг6, АМг3 — середина, которую чаще всего берут для сварных конструкций средней прочности.

Химический состав по ГОСТ 4784-2019

Таблица 5 стандарта, % по массе. Одно число — верхний предел.

Две особенности. У АМг3 кремний нормирован диапазоном 0,5–0,8 %, а не только верхним пределом. В АМг2 для ленты под пищевую тару магний по примечанию к таблице 5 допускается от 1,8 до 3,2 %.

Плотности стандарта использует и калькулятор массы металла. Пример. Лист АМг3 1500 × 3000 × 2 мм: 1,5 · 3 · 0,002 = 0,009 м³, масса 0,009 · 2660 = 23,9 кг.

Прочность листов по ГОСТ 21631-2023

ГОСТ 4784 задаёт только состав, механические свойства листов — таблица 7 ГОСТ 21631-2023. Значения — не менее, поперечные образцы. σв — временное сопротивление, σ0,2 — предел текучести, δ — относительное удлинение.

АМг2

У АМг2Н2 временное сопротивление ограничено и сверху — 314 МПа: лист не должен быть ни мягче, ни твёрже полунагартованного.

АМг3

АМг5

Для сравнения: у отожжённого листа АМг6 толщиной св. 0,6 мм — σв не менее 315 МПа и σ0,2 не менее 155 МПа при том же удлинении 15 %.

Что проверяет изготовитель

По п. 6.6 ГОСТ 21631-2023 механические свойства отожжённых листов изготовитель контролирует только у АМг3, АМг5 и АМг6; у отожжённого АМг2 они «обеспечиваются технологией». Полунагартованные АМг2 и АМг3 и нагартованный АМг2 испытывают выборочно — долю листов от партии задаёт таблица 12. Если для детали из АМг2М важна фактическая прочность, оговорите испытания при заказе.

Чем они отличаются друг от друга и от АМг6

• Прочность растёт с магнием. Отожжённый лист: 165 МПа у АМг2, 195 у АМг3, 275 у АМг5, 315 у АМг6.
• Набор состояний сужается. Лист АМг2 бывает М, Н2 и Н, АМг3 — М и Н2, АМг5 и АМг6 — только М и без термообработки (таблицы 2 и 7 ГОСТ 21631-2023). Нагартовкой прочность АМг2 поднимается до уровня отожжённого АМг5: 265 МПа у АМг2Н против 275 у АМг5М, но удлинение падает до 3–4 %.
• Отожжённые листы тянутся одинаково. Удлинение М у АМг3, АМг5 и АМг6 — 15 %, у АМг2 — 16–18 %.
• Чувствительность к нагреву растёт с магнием. У АМг2 магния меньше 3 %, у АМг3 — около этой границы, у АМг5 и АМг6 — заметно больше (см. раздел о коррозии).

Сварка

Сплавы серии 5xxx — самые прочные среди термически неупрочняемых и хорошо свариваются. Присадку подбирают по содержанию магния в основном металле и условиям работы узла. Как варить алюминий TIG и MIG и бороться с порами — в статье «Сварка алюминия».

Проволока по ГОСТ 7871-2019

Что выбрать для соединения одного сплава

Таблица Б.2 стандарта делит основной металл по магнию: от 1,5 до 3,5 % (группа 22.3 — АМг2, АМг3) и больше 3,5 % (группа 22.4 — АМг5, АМг6). Для соединения внутри группы рекомендации такие:

У АМг3 магний может доходить до 3,8 %, то есть плавка с верхним пределом формально попадает в группу больше 3,5 %. Если узел работает в условиях, опасных по межкристаллитной коррозии, ориентируйтесь на фактический магний из сертификата.

Общие правила приложения Б:

• для коррозионной стойкости и совпадения цвета после анодирования магний в присадке должен совпадать с основным металлом, для прочности шва — быть выше;
• при сварке металла с магнием больше 2 % кремнистой проволокой (тип 4 — СвАК5, СвАК10) может образоваться Mg2Si, который охрупчивает шов; такие соединения не рекомендуют для динамически нагруженных конструкций;
• хром, титан и цирконий в присадке снижают склонность шва к трещинам.

Зарубежная практика сварки такая же: металл с магнием примерно до 2,5 % часто сваривают присадками 5xxx и 4xxx, а более легированный — только присадками 5xxx близкого состава.

Прочность у шва

Нагрев при сварке снимает нагартовку, и зона термического влияния возвращается к свойствам, близким к отожжённым. Для АМг2Н или АМг3Н2 это заметная потеря: нормы падают с 265 до 165 МПа у АМг2 и с 245 до 195 МПа у АМг3. Поэтому прочность у шва нагартованного листа оценивайте по нормам состояния М. У АМг5, который поставляют отожжённым, разница невелика.

Гибка и штамповка

Минимальных радиусов гибки ГОСТ 21631-2023 и ГОСТ 4784-2019 не задают. Поэтому ориентируйтесь на пластичность состояния и пробный гиб:

• состояние М — удлинение 15–18 %, для гибки с малым радиусом, отбортовки и вытяжки;
• Н2 — удлинение 5–7 %, гибка с бо́льшим радиусом;
• Н (только АМг2) — удлинение 3–4 %, гибка с малым радиусом рискованна.

ВИАМ прямо называет у листов АМг3 возможность получать холодной штамповкой детали каркаса. Как назначить радиус гиба, полку и расстояние до отверстий и почему у алюминия важен гиб поперёк прокатки — в статье «Конструирование гнутых деталей». Радиус для конкретной партии подтверждайте пробным гибом на образце.

Коррозия и нагрев

В обычных условиях сплавы стойкие: по каталогу ВИАМ у АМг2 и АМг3 склонности к межкристаллитной (МКК) и расслаивающей коррозии нет.

Ограничение связано с длительным нагревом. ГОСТ 7871-2019 (примечание к таблице Б.2) предупреждает: 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. Зарубежные рекомендации по сварке сплавов 5xxx ставят ту же границу: магний больше 3 % — не для длительной работы выше 150 °F (около 65 °C).

• АМг2 — магний до 2,6 %, ниже этой границы.
• АМг3 — 3,2–3,8 %, на границе. ВИАМ указывает для листов АМг3 длительную работу от −253 до 200 °C, но это паспорт без учёта агрессивной среды. Если узел долго греется выше 65 °C и при этом стоит в морском воздухе или воде, подтвердите стойкость испытанием на МКК.
• АМг5 — 4,8–5,8 %. Для сварных соединений с магнием больше 3,5 % ГОСТ 7871-2019 помечает длительную работу выше 65 °C как «не рекомендуется».

Механизм — выделение β-фазы по границам зёрен — подробно разобран в статье «Сплав АМг6».

Где применяют

По каталогу ВИАМ:

• АМг2 — сварные и несварные малонагруженные изделия, от которых нужна высокая коррозионная стойкость, пластичность и свариваемость;
• АМг3 — сварные и несварные конструкции средней прочности с высокой коррозионной стойкостью, детали каркаса, получаемые холодной штамповкой;
• АМг5 — сварные и несварные конструкции с повышенной коррозионной стойкостью.

Для серии 5xxx в целом типичны судостроение, транспорт, сосуды под давлением, мосты и здания.

Аналоги

Приложение Б ГОСТ 4784-2019 (таблица Б.1) даёт ближайшие зарубежные аналоги:

Частые ошибки при подборе:

• 5052 — не АМг2. Стандарт сопоставляет 5052 с АМг2,5: магний 2,2–2,8 %, хром 0,15–0,35 %. У АМг2 хрома не более 0,05 %.
• 5251 (магний 1,7–2,4 %, марганец 0,10–0,50 %) по составу близок к АМг2, но в таблице аналогов его нет.
• 5754 близок к АМг3, но не равен ему: магний 2,6–3,6 %, марганец не более 0,50 %, хром до 0,30 %, сумма марганца и хрома 0,10–0,6 %.
• 5056 против АМг5: магний 4,5–5,6 %, марганец всего 0,05–0,20 %, есть хром 0,05–0,20 %. 5019 (магний 4,5–5,6 %) приведён в стандарте отдельной строкой, но как аналог АМг5 не указан.

Аналог по составу не гарантирует тех же норм прочности: их задают разные стандарты на полуфабрикат. Замену согласуйте с конструктором по свойствам конкретного листа или профиля.