Алюминий 1050: состав, свойства, условие поставки и области применения

Обширный обзор

Сплав 1050 относится к серии 1xxx штампованных алюминиевых сплавов и классифицируется как коммерчески чистый алюминий с минимальным содержанием алюминия около 99,5%. Содержание легирующих элементов намеренно минимально, чтобы сохранить высокие электропроводность и теплопроводность, а также отличную коррозионную стойкость и хорошую пластичность. Прочность в 1050 достигается в основном за счёт наклёпа (упрочнения пластической деформацией), а не за счёт осадительного или растворного Отжига, поэтому этот сплав считается не поддающимся термообработке. Типичные характеристики включают низкую или среднюю величину временного сопротивления разрыву, очень хорошую пластичность в отожженном состоянии, отличную коррозионную стойкость в различных атмосферных условиях и выдающуюся электрическую и тепловую проводимость, что делает 1050 оптимальным выбором для применений, где важны формуемость, проводимость и коррозионная стойкость.

Отрасли, чаще всего использующие 1050, включают электротехнику (шины, проводники), системы отопления, вентиляции и кондиционирования (радиаторы, ребра теплообмена), химическое производство (коррозионностойкие компоненты), декоративные элементы и вывески, а также некоторые лёгкие конструкционные применения, требующие высокой пластичности. Конструкторы выбирают 1050, когда необходима максимальная пластичность и проводимость, либо когда важнее стоимость и простота изготовления, чем высокая механическая прочность. Этот сплав предпочитают более прочным многокомпонентным системам при необходимости сильной холодной деформации или глубокой вытяжки, а также когда важны гальваническая совместимость и высокая электропроводность.

Варианты термообработки

Степень упрочнения	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкая	Высокое (≈35–45%)	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое состояние с максимальной пластичностью.
H14	Средняя	Умеренное (≈20–30%)	Хорошая	Отличная	Наклёп до состояния четвертьтвёрдого; обычно используется для умеренного повышения прочности.
H16	Средне-высокая	Ниже (≈15–25%)	Средняя	Отличная	Наклёп до состояния полутвёрдого; обеспечивает баланс между прочностью и формуемостью.
H18	Высокая (для 1xxx)	Низкое (≈8–15%)	Ограниченная	Отличная	Наклёп до полного упрочнения; применяется там, где важны прочность и контроль упругой деформации.
T5 / T6 / T651	Не применяется	Не применяется	Не применяется	Не применяется	Не применяется; 1050 — не поддающийся термообработке сплав, осадочное упрочнение отсутствует.

Степень упрочнения напрямую и прогнозируемо влияет на свойства 1050: холодная обработка (термообработка H) повышает предел текучести и временное сопротивление разрыву, при этом постепенно снижая пластичность и формуемость. Отожжённое состояние O обеспечивает наилучшую формуемость и максимальное удлинение, что критично для глубокой вытяжки и сложного штамповочного формования, тогда как термообработки H выбирают, когда требуются высокая размерная стабильность, контроль упругой отдачи и повышенная рабочая прочность.

Химический состав

Элемент	Диапазон, %	Примечания
Si	0,25 макс.	Примесь; контролируется для ограничения хрупкости отливок и сохранения проводимости.
Fe	0,40 макс.	Основная примесь; немного повышает прочность, но может ухудшать пластичность и проводимость.
Mn	0,05 макс.	Низкое содержание; не используется для упрочнения в данной группе сплавов.
Mg	0,03 макс.	Пренебрежимо мало; снижает восприимчивость к некоторым видам коррозии.
Cu	0,05 макс.	Минимальное содержание; малые количества повышают прочность, но ухудшают коррозионную стойкость.
Zn	0,05 макс.	Следы; поддерживаются на низком уровне для сохранения электропроводности и коррозионной стойкости.
Cr	0,05 макс.	Незначительное присутствие; контролирует структуру зерна на уровне примесей.
Ti	0,03 макс.	Используется как раефинер зерна в обработке, присутствует в следовых количествах.
Другие (каждое)	0,05 макс.	Прочие примеси ограничены, чтобы сохранить чистоту сплава.
Al	Остаток (мин. ~99,5%)	Основной компонент; высокочистый алюминий определяет характеристики сплава.

Почти чистый состав 1050 определяет свойства алюминиевого матрикса и соответственно характеристики сплава. Следовые примеси (Fe, Si, Cu) влияют на механическую прочность и электропроводность: более высокое содержание железа и кремния слегка увеличивает прочность, но снижает проводимость и пластичность. Строгий контроль микроэлементов сохраняет ключевые свойства: высокую электропроводность, хорошую коррозионную стойкость и отличную пластичность.

Механические свойства

В отожженном состоянии O 1050 демонстрирует низкий предел текучести и временное сопротивление разрыву, но очень высокое удлинение, что обеспечивает отличную формуемость при глубокой вытяжке и прокатке. Предел текучести в состоянии O низкий и варьируется в зависимости от толщины и технологии обработки, обычно обеспечивая конструкторам большой запас прочности при формовании, но требуя учёта стойкости к изгибу и жёсткости в конструкциях. Холодная деформация путём прокатки, вытяжки или гибки повышает предел текучести и временное сопротивление за счёт наклёпа; термообработки H жертвуют пластичностью ради увеличения прочности и улучшения контроля упругой отдачи.

Твёрдость сплава 1050 низкая в отожженном состоянии, отражая мягкую и пластичную микроструктуру, и увеличивается по мере холодной обработки. Усталостные показатели типичны для коммерчески чистого алюминия: усталостная прочность умеренная и сильно зависит от состояния поверхности, остаточных напряжений после формования и атмосферных условий, включая коррозию. Толщина влияет на механические характеристики: более тонкие листы обычно демонстрируют более высокую видимую прочность вследствие наклёпа в процессе обработки, тогда как более толстые секции могут быть относительно мягче и менее подвержены наклёпу.

Свойство	O/Отожжённое	Основное состояние (например, H14)	Примечания
Временное сопротивление разрыву (MPa)	55–75	95–130	Значения зависят от толщины, способа обработки и точной степени упрочнения; H14 примерно удваивает прочность по сравнению с O.
Предел текучести (0,2% σ, MPa)	20–40	60–100	Предел текучести повышается с ростом степени наклёпа; для ответственных деталей следует использовать опытные образцы.
Относительное удлинение (%)	35–45	15–30	Пластичность уменьшается с упрочнением; для глубокой вытяжки требуется состояние O.
Твёрдость (HB)	15–25	30–45	Значения по Бринеллю для холоднообработанных состояний увеличиваются, как и ожидается для алюминиевых сплавов.

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2,71 г/см³	Типична для алюминиевых сплавов; важна для расчётов массы и жёсткости.
Температура плавления	~660 °C	Температуры солидуса и ликвидуса близки, так как сплав почти чистый алюминий.
Теплопроводность	~220–235 Вт/м·К	Высокая теплопроводность; отлично подходит для радиаторов и теплообменников.
Электропроводность	~58–62 % IACS	Одна из самых высоких проводимостей среди штампованных сплавов, что делает сплав предпочтительным для электротехники и шин.
Удельная теплоёмкость	~0,90 Дж/г·К (900 Дж/кг·К)	Стандартное значение для расчётов теплоёмкости.
Тепловое расширение	~23,6 ×10^-6 /К (20–100 °C)	Умеренный коэффициент; необходимо учитывать при проектировании конструкций с термическими циклами.

Высокие теплопроводность и электропроводность обусловлены низким содержанием легирующих элементов и являются одними из главных причин выбора 1050 для электротехнических и теплопередающих компонентов. Плотность достаточно низкая, что обеспечивает благоприятное удельное соотношение прочности к массе для неструктурных деталей, а характер плавления требует стандартных технологий плавки для литья или пайки. Тепловое расширение типично для алюминия и значительно превышает стальное, поэтому разница коэффициентов расширения должна учитываться при проектировании многоматериальных узлов.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение по прочности	Распространённые состояния прочности	Примечания
Лист	0,2 мм – 6 мм	Холодная деформация при прокатке может создавать состояния прочности типа H	O, H14, H16, H18	Широко используется для глубокой вытяжки, облицовки и декоративных покрытий.
Плита	>6 мм до 25 мм	Толстые сечения мягче и менее чувствительны к холодной обработке	O, H14	Редко встречается в очень толстых плитах; применяется там, где коррозионная стойкость важнее жёсткости.
Экструзия	Профили до больших сечений	Экструзионные профили обычно выпускаются в состоянии O и могут подвергаться холодной обработке	O, H14	Хорошее качество поверхности и стабильность размеров; применимо для лёгких каркасов и токопроводящих рельсов.
Труба	Различные диаметры и толщины стенок	Механические свойства зависят от холодной вытяжки	O, H16	Используется в системах транспортировки жидкостей, конструктивных трубах, где важны коррозионная стойкость и формуемость.
Пруток/круглый профиль	Круглый/шестигранный до больших диаметров	Холодная обработка повышает прочность для пружин и крепёжных изделий	O, H18	Распространён для заклёпок, штифтов и лёгких крепёжных элементов, где требуется высокая пластичность или умеренная прочность.

Различные формы продукции изготавливаются с помощью различных технологических процессов, которые влияют на конечные свойства. Производство листов и фольги включает прокатку и отжиг, которые задают состояние прочности и размер зерна; профили и трубы формуются методом горячей экструзии и часто заканчиваются холодной вытяжкой для достижения точной геометрии. Проектировщики должны указывать состояние прочности и постобработку (например, отжиг после интенсивной формовки) для обеспечения предсказуемых механических характеристик и контроля размеров.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1050	США	Обозначение ASTM/AA для коммерчески чистого алюминия с содержанием Al около 99,5%.
EN AW	1050A	Европа	Вариант стандарта EN, часто маркируемый как EN AW-1050A, с аналогичными химическими пределами.
JIS	A1050	Япония	Эквивалент японского промышленного стандарта, широко используемый в электротехнике и общих применениях.
GB/T	Al99.5 / 1050	Китай	Обозначения китайского стандарта для высокочистых марок алюминия, сравнимых с AA1050.

Эквивалентность между стандартами близка, но небольшие отличия в пределах содержания примесей и обозначениях обработки (например, 1050 против 1050A) могут влиять на конечные свойства, особенно электрическую проводимость и качество поверхности. При замене в разных регионах необходимо проверять точные химические нормы и обозначения состояний прочности, а также подтверждать данные механических испытаний и состояние поверхности для критичных электрических или вытягиваемых изделий.

Коррозионная стойкость

1050 демонстрирует очень хорошую общую коррозионную стойкость в атмосферных и слабоагрессивных средах благодаря образованию стабильной адгезивной пассивной плёнки Al2O3. В нейтральных и щелочных водных средах сплав показывает хорошие свойства и сопротивляется многим органическим веществам и окисляющим солям; однако в морской среде с высоким содержанием хлоридов возможно развитие локальной питтинговой коррозии при наличии щелей или отложений, концентрирующих хлориды на поверхности. Отделка поверхности и наличие холодной обработки влияют на восприимчивость к локальной коррозии, при этом полированные или анодированные поверхности обеспечивают повышенную защиту.

Коррозионное растрескивание под напряжением не является распространённым видом разрушения для коммерчески чистого алюминия типа 1050 в типичных условиях эксплуатации; тем не менее, при длительном воздействии растягивающих напряжений в сочетании с агрессивными средами возможны случаи экологического разрушения. Важны гальванические взаимодействия: 1050 является анодным по отношению к меди и нержавеющей стали, поэтому будет корродировать предпочтительно при электрическом контакте во влажной среде. Проектировщикам рекомендуется изолировать контакт с различными металлами с помощью изоляционных материалов или защитных покрытий во избежание ускоренного гальванического разрушения.

По сравнению с другими семействами сплавов, 1050 часто превосходит многие закаливаемые сплавы по общей коррозионной стойкости благодаря высокой чистоте и меньшему количеству гальванических микроструктурных компонентов. По сравнению со сплавами серии 5xxx (с магнием) 1050 имеет более низкую исходную прочность, но схожее или немного отличающееся поведение в отношении морской питтинговой коррозии; сплавы 5xxx обычно обеспечивают лучшую прочность и общую стойкость в морской воде там, где важна максимальная прочность.

Свойства обрабатываемости

Свариваемость

1050 хорошо сваривается распространёнными методами плавления и сопротивления, такими как TIG (GTAW), MIG (GMAW) и точечная сварка, с низкой склонностью к горячей трещинообразованию из-за низкого легирования. Типичные присадочные материалы включают специально изготовленный пруток из коммерчески чистого алюминия (AA1100) или алюминиево-кремниевые присадки (например, 4043) для улучшения текучести или снижения чувствительности к трещинам. Для этого сплава не характерно размягчение зоны термического влияния, как у закаливаемых сплавов, однако необходимо контролировать деформации и остаточные напряжения при сварке тонких заготовок.

Обрабатываемость резанием

Обрабатываемость 1050 умеренная и обычно ниже, чем у типичных легкообрабатываемых алюминиевых сплавов, а также значительно ниже, чем у некоторых свинцовых или кремнистых сплавов. Рекомендуется использовать острые карбидные инструменты с умеренно положительной геометрией для предотвращения нарастания кромки; скорости и подачи должны быть консервативными, чтобы избежать упрочнения поверхностного слоя. Образование стружки обычно непрерывное и пластичное; эффективное удаление стружки и контроль подачи смазочно-охлаждающей жидкости необходимы для получения качественной поверхности и точности размеров.

Формуемость

Формуемость 1050 отличная в отожженном состоянии O, с очень низкими усилиями при формовке и возможностью осуществления малых радиусов гиба и глубокой вытяжки. Радиусы гиба могут достигать нескольких крат толщины материала в состоянии O для многих операций, но после упрочнения холодной обработкой упругое восстановление увеличивается, поэтому конструкция инструментов должна учитывать состояния типа H. Холодная обработка — основной метод упрочнения, который может быть использован для перехода от состояния O к состояниям типа H после формирования необходимой геометрии.

Особенности термообработки

Поскольку 1050 не является закаливаемым сплавом, он не реагирует на растворяющий отжиг и искусственное старение, как сплавы серий 6xxx или 7xxx. Изменение свойств достигается почти исключительно механическими способами: холодная обработка (прокатка, вытяжка, гибка) увеличивает прочность за счёт повышения плотности дислокаций и искажения зерен. Полный отжиг для восстановления пластичности достигается нагревом до соответствующих температур (обычно в диапазоне 300–415 °C в зависимости от размера сечения и требуемого рекристаллизационного эффекта) с последующим контролируемым охлаждением в печи; это снижает остаточные напряжения и возвращает материал в состояние, близкое к O.

При отжиге следует избегать перегрева, который может вызвать рост зерна и ухудшение поверхностных и механических свойств. Нормализация между проходами формовки и операции снятия напряжений могут применяться для стабилизации размеров и механических характеристик, но классической температуры закалки (T-состояния) для упрочнения, как у закаливаемых сплавов, у 1050 нет.

Работа при высоких температурах

Механическая прочность 1050 быстро снижается с ростом температуры, поэтому для несущих конструкций рекомендуется ограничивать температуру эксплуатации значительно ниже 150 °C, чтобы избежать значительного падения предела текучести и временного сопротивления разрыву. Слой оксида алюминия обеспечивает защиту от окисления при нагреве и в большинстве сред остаётся эффективным, однако повышение температуры в сочетании с агрессивной средой ускоряет потерю массы и деформации, сходные с ползучестью, в тонкостенных заготовках. Сварные соединения и зоны термического влияния могут испытывать локальные изменения механических свойств при нагреве, но отсутствие упрочняющих фаз ограничивает сложные изменения состояний прочности.

Для кратковременного нагрева или термообработок 1050 устойчив, однако длительное сохранение механических свойств при высоких температурах хуже по сравнению с жаропрочными сплавами; при необходимости длительной работы при повышенных температурах рекомендуется выбирать сплавы с повышенной термостойкостью или другие алюминиевые системы.

Области применения

Отрасль	Пример изделия	Почему используется 1050
Электротехника	Шины, проводники, заземляющие полосы	Высокая электрическая проводимость и хорошая формуемость.
ОВК/Теплообмен	Ребра, радиаторы, компоненты конденсаторов	Отличная теплопроводность и удобство формования тонких деталей с большой площадью поверхности.
Химическая промышленность	Ёмкости, облицовка, фитинги	Хорошая общая коррозионная стойкость и чистота для химической совместимости.
Потребительские и декоративные изделия	Отделка, вывески, отражатели	Высококачественная отделка, коррозионная стойкость и удобство штамповки.
Упаковка	Фольга, контейнеры	Пластичность и ковкость для формирования тонких изделий с устойчивостью к герметизации.

1050 выбирают в приложениях, где критичны электрическая или тепловая проводимость, коррозионная стойкость и глубокая вытяжка в ущерб высокой конструкционной прочности. Его широкое применение в электротехнике, ОВК и декоративном секторе объясняется сочетанием высокой чистоты, предсказуемого поведения при формовке и экономической доступности.

Рекомендации по выбору

Выбирайте 1050, если основными требованиями являются максимальная пластичность, высокая электрическая или теплопроводность и отличная коррозионная стойкость, при этом допускается только умеренная механическая прочность. Этот сплав особенно выгоден для деталей, требующих обширной холодной деформации, или там, где важны высокое качество поверхности и проводимость.

По сравнению с 1100, 1050 обычно обладает несколько более высокой чистотой и незначительно улучшенной проводимостью при сопоставимой пластичности, что делает 1050 предпочтительным при приоритете проводимости. В сравнении с упрочненными деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, 1050 отличается меньшей прочностью, но большей проводимостью и, как правило, эквивалентной или слегка отличающейся коррозионной стойкостью; выбирайте 3003/5052 при необходимости повышенной прочности или специфической морской коррозионной устойчивости. По сравнению с сплавами с термообработкой, например 6061 или 6063, 1050 выбирают за простоту деформации, более низкую стоимость и превосходную проводимость, хотя термообрабатываемые сплавы обеспечивают гораздо более высокую максимальную прочность и жесткость.

Итог

Алюминий 1050 по-прежнему остается базовым материалом в тех случаях, когда требуется сочетание очень высокой чистоты, исключительной пластичности и высокой электрической и теплопроводности; его предсказуемое упрочнение при деформации и отличная коррозионная стойкость делают его практичным и экономичным выбором для множества промышленных и потребительских применений.