Алюминий 1060: состав, свойства, руководство по состояниям и области применения

Общий обзор

1060 относится к серии 1000 кованых алюминиевых сплавов, представляющих коммерчески чистый алюминий с минимальным содержанием алюминия примерно 99,6%. Эта серия характеризуется очень низким содержанием легирующих элементов и классифицируется как не поддающаяся термообработке; механическая прочность достигается в основном за счёт упрочнения пластической деформацией и выбора соответствующих состояний поставки.

Основные целенаправленные легирующие элементы в 1060 присутствуют лишь в следовых количествах: железо и кремний — основные остаточные элементы, при этом медь, марганец, магний, цинк, хром и титан ограничены очень низкими максимумами. Отсутствие активных элементов для упрочнения твердого раствора означает, что 1060 опирается на холодную деформацию для повышения прочности, обеспечивая отличную пластичность и формуемость в отожженном состоянии и предсказуемую кривую упрочнения с деформацией.

Ключевые особенности 1060 включают выдающуюся коррозионную стойкость в различных атмосферных условиях, высокую теплопроводность и электропроводность, отличную свариваемость и превосходную формуемость в отожженном состоянии. Основным ограничением сплава является низкая прочность по сравнению с другими коваными сплавами, однако сочетание проводимости, чистоты и легкости обработки делает его привлекательным для отраслей, таких как производство электрических проводов, химическая переработка, упаковка, архитектурные облицовки и теплообменники.

Инженеры выбирают 1060, когда максимизация электропроводности, формуемости или коррозионной стойкости важнее, чем максимальная прочность. Также сплав выбирают для применения, где требуется металлургическая чистота для пайки, гальванизации или химической совместимости, а также когда необходимы низкая стоимость и широкая доступность в виде листа, рулона и профиля.

Состояния поставки

Состояние	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкая	Высокое (20–35%)	Отличная	Отличная	Полностью отожженное, максимальная пластичность
H12	Низкая–средняя	Среднее (10–20%)	Очень хорошая	Отличная	Легкое упрочнение деформацией, сохраняет хорошую формуемость
H14	Средняя	Среднее (6–15%)	Хорошая	Отличная	Распространённое промышленное холоднодеформированное состояние для листов
H18	Средне-высокая	Низкое (2–8%)	Удовлетворительная	Отличная	Полностью упрочнённое холодной деформацией состояние, ограниченная формуемость
H24	Средняя	Ниже среднего (4–10%)	Ограниченная	Отличная	Упрочнённое деформацией и частично отожжённое
H19	Высокая	Очень низкое (≤5%)	Плохая	Отличная	Максимальное упрочнение деформацией для приложений, требующих жёстких и тонких сечений

Состояние поставки оказывает первостепенное влияние на прочность и пластичность 1060, поскольку добавки легирующих элементов минимальны, а термообработка не обеспечивает упрочнение за счёт выделений. Холодная деформация (состояния H) повышает предел текучести и временное сопротивление, снижая пластичность и формуемость, позволяя выбирать между отличной формуемостью (O) и большей жёсткостью или упругим отскоком (H18/H19).

Свариваемость остаётся отличной во всех основных состояниях, ибо сплав практически представляет собой чистый алюминий, однако зона термического влияния может локально снижать упрочненную прочность — конструкторам следует учитывать размягчение возле сварных швов при использовании состояний H.

Химический состав

Элемент	Диапазон содержания, %	Примечания
Al	Баланс (~99,6 мин.)	Основной компонент; определяет электропроводность и коррозионное поведение
Si	≤ 0,25	Остаточная примесь; влияет на текучесть при литье для других сплавов
Fe	≤ 0,35	Наиболее распространённый примесный элемент; может снижать пластичность и немного уменьшать проводимость
Mn	≤ 0,03	Очень низкое содержание; незначительное упрочнение
Mg	≤ 0,03	Незначительно для упрочнения твердого раствора в 1060
Cu	≤ 0,05	Минимизировано для сохранения коррозионной стойкости и проводимости
Zn	≤ 0,03	Поддерживается на низком уровне для предотвращения гальванических и прочностных изменений
Cr	≤ 0,03	Следовые количества; может незначительно влиять на структуру зерна
Ti	≤ 0,03	Обычно добавляется в малых количествах для измельчения зерна в некоторых продуктах
Прочие	≤ 0,15 (всего)	Суммарное содержание остальных примесей; контролируется для поддержания чистоты

Почти бинарный состав алюминия с строго контролируемыми низкими остатками сохраняет высокую электропроводность, теплопроводность и отличную коррозионную стойкость. Даже небольшое увеличение содержания железа или кремния снижает пластичность и проводимость; поэтому в спецификациях 1060 строго ограничивают пределы примесей для обеспечения стабильных характеристик при приложениях, чувствительных к электропроводности и химической совместимости.

Механические свойства

При растяжении отожженный 1060 демонстрирует низкий предел текучести и временное сопротивление с очень высоким удлинением, что обеспечивает отличные возможности для глубокого вытяжки и сложной формовки. Холодная деформация (состояния H) постепенно увеличивает предел текучести и временное сопротивление, снижая удлинение; отклик упрочнения деформацией предсказуем и линеен, что важно для расчётов упругого отскока и остаточных напряжений.

Твердость в отожженном состоянии низкая и обычно увеличивается с упрочнением; значения по Бринеллю или Виккерсу коррелируют с ростом прочности. Усталостная прочность ограничена низкой изначальной прочностью и зависит от состояния поверхности, остаточных напряжений, возникающих при обработке, и наличия концентраторов напряжений; полированные и анодированные поверхности улучшают усталостную жизнь.

Толщина листа играет двойную роль: более тонкие пробы достигают полного отжига и более однородных механических свойств после обработки, тогда как более толстые могут содержать больше остаточных напряжений и неоднородностей от прокатки или экструзии, что слегка повышает минимальную прочность, но может снизить равномерное удлинение.

Свойство	O/Отожжённое	Ключевое состояние (напр., H14/H18)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	70–105 MPa	120–180 MPa	Значения зависят от толщины и уровня упрочнения
Предел текучести	25–60 MPa	80–140 MPa	Предел текучести сильно повышается при холодной деформации
Относительное удлинение	20–35%	2–15%	Максимальное удлинение в отожженном состоянии; в H-состояниях пластичность меняется в пользу прочности
Твёрдость	20–35 HB	30–55 HB	Твёрдость коррелирует с прочностью; отожжённый материал очень мягкий

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2,70–2,71 г/см³	Типично для высокочистых алюминиевых сплавов
Температура плавления	~660–657 °C	Узкий интервал перехода от твердого к жидкому состоянию для чистого алюминия; температура плавления около 660 °C
Теплопроводность	~220–237 Вт/м·К	Очень высокая, немного ниже, чем у чистого алюминия в зависимости от примесей
Электропроводность	~58–61 %IACS	Высокая проводимость, подходящая для шин и проводников
Удельная теплоёмкость	~897 Дж/кг·К (0,897 Дж/г·К)	Типичная для алюминия около комнатной температуры
Коэффициент линейного теплового расширения	~23,4 ×10⁻⁶ /К	Высокий коэффициент; важен при проектировании на термические циклы

Физические свойства 1060 делают его привлекательным там, где важна тепловая отдача или электрическая проводимость. Конструкторы должны учитывать относительно высокий коэффициент теплового расширения при сборках из различных материалов, чтобы избежать деформаций при перепадах температуры.

Почти чистый состав сплава сохраняет теплопроводность и электропроводность на уровне элементарного алюминия, поэтому 1060 часто выбирают для радиаторов, теплоотводов и токоведущих компонентов, где минимальное легирование обеспечивает максимальную эффективность.

Формы выпуска

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение прочности	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0,2–6,0 мм	Однородный, легко холоднодеформируемый	O, H12, H14, H18	Широко применяется для облицовки, упаковки и глубокой вытяжки
Плита	>6,0 до 50 мм	Меньшая однородная прочность в толстых сечениях	O	Толстые плиты используют для химических резервуаров и архитектурных панелей
Экструзия	Профили сечений	Прочность зависит от охлаждения и упрочнения	O, H12	Экструзии сохраняют высокую проводимость и применяются в теплообменных профилях
Труба	Диаметры 6–300 мм	По свойствам похожа на лист; сварная или бесшовная	O, H14	Теплообменники, кабельные каналы и трубопроводы
Пруток/Круг	Ø 4–100 мм	Хорош для ковки и холодной штамповки	O, H12, H14	Применяется для штифтов теплообмена и электрических шин

Листы и рулоны являются доминирующими формами выпуска и обычно проходят обработку с соблюдением строгих допусков по толщине и стабильно высококачественной поверхностью, подходящей для анодирования. Экструзии и трубы требуют тщательного контроля химического состава заготовки и охлаждения для минимизации остаточных напряжений и обеспечения размерной стабильности в узлах сборки.

Выбор формы и термообработки определяется необходимыми конечными свойствами: для глубокорисованных изделий предпочтителен отожжённый лист, для нагруженных, но тонких конструкций с жёсткостью часто требуются H‑температуры, а экструзионные радиаторы обычно используют сплав в состоянии после экструзии или с лёгким упрочнением для баланса электропроводности и геометрической стабильности.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1060	США	Обозначения ASTM и AMS для коммерчески чистого алюминия
EN AW	1060 (Al99.6)	Европа	Стандарт EN соответствует минимум 99,6% содержания Al
JIS	A1050 / A1060	Япония	Японские эквиваленты марок высокого очищения алюминия
GB/T	1060	Китай	Китайские обозначения GB обычно совпадают с номерами деформируемых сплавов

Эквивалентные марки по стандартам имеют схожий химический состав, но могут отличаться пределами содержания примесей, методами сертификации и видами продукции. При указании эквивалентности по разным стандартам необходимо проверять сведения по химическим и механическим допускам, а также нормативные документы для конкретной продукции (лист, плита, экструзия) для гарантии полной взаимозаменяемости. При использовании замещающих материалов в электротехнических или химических применениях рекомендуется наличие документов по прослеживаемости и сертификации.

Коррозионная стойкость

Марка 1060 обладает отличной стойкостью к атмосферной коррозии и хорошо себя проявляет во многих промышленных и городских условиях благодаря устойчивой и адгезионной оксидной плёнке алюминия, которая пассивирует поверхность. В слабоагрессивных и многих химических средах низкое содержание меди и цинка снижает вероятность гальванической коррозии и питтинга, обеспечивая более продолжительный срок службы по сравнению с более прочными сплавами с высоким содержанием меди.

В морских или хлоридсодержащих средах 1060 демонстрирует удовлетворительную стойкость по сравнению с распространёнными конструкционными сплавами. Однако алюминий является анодным металлом относительно многих других и может подвергаться гальваническому воздействию при контакте с катодными материалами без надлежащей изоляции. Повышенная хрупкость вследствие напряжённой коррозии редко встречается у 1060 из-за его мягкости и низкого уровня холодной деформации в типичном использовании; при этом стимулирование (сенситизация), характерное для некоторых сталей и высокопрочных алюминиевых сплавов, не относится к данной марке.

По сравнению с алюминиевыми сплавами серий 3xxx и 5xxx, 1060 обеспечивает сопоставимую или лучшую коррозионную стойкость в нейтральных и слабо-кислотных средах, поскольку не содержит значительных количеств меди или магния. Однако он не обеспечивает жертвенное анодное защитное действие, которое могут давать некоторые покрытия или легированные системы в агрессивных хлорсодержащих средах.

Технологические свойства

Свариваемость

Сварка 1060 выполняется очень хорошо методами плавления, такими как TIG и MIG, поскольку сплав практически чистый алюминий и не склонен к горячим трещинам, как некоторые более прочные сплавы. В качестве присадочных материалов обычно применяют 1100, 4043 (Al-Si) или 5356 (Al-Mg), выбор зависит от требуемой пластичности, коррозионной стойкости и постсварочной отделки; 4043 снижает склонность к горячим трещинам в некоторых геометриях.

Зоны термического влияния сварки снижают локально предшествующую прочность, достигнутую холодной деформацией, поэтому при проектировании необходимо учитывать участки с пониженной твёрдостью рядом со швами для компонентов из H‑температур. Предварительный прогрев редко требуется для тонколистового материала, но может использоваться для толстых деталей с целью предотвращения термических деформаций и искажений.

Обрабатываемость

Обрабатываемость 1060 умеренная или низкая по сравнению с алюминиевыми сплавами, специально предназначенными для механической обработки. Материал мягкий, склонен к пластическому деформированию (смазыванию) вместо разрушения при резании, поэтому необходимы острые режущие инструменты и агрессивные методы формирования стружки. Лучшие результаты дают твердосплавные инструменты с положительными углами резания и хорошей подготовкой режущей кромки; использование СОЖ снижает наросты на кромках и улучшает качество поверхности при точной обработке.

Скорости резания могут быть относительно высокими по сравнению со сталью, но требуется контроль раздробления стружки и подавление вибраций, так как пластичные стружки могут запутываться. Конструкция стружколомов и использование повышенных подач для получения сегментированной стружки являются распространённой практикой.

Обрабатываемость формованием

Формуемость — одна из самых сильных сторон 1060 в состоянии O (отожженный). Сплав демонстрирует отличные характеристики глубокой вытяжки, гибки и растяжки благодаря высокой равномерной пластичности и низкому пределу текучести. Минимальные радиусы гиба обычно составляют 0,5–1,0 толщины листа для отожжённого материала, допускается формирование по малым радиусам и сложным контурам с минимальным растрескиванием.

Основной механизм упрочнения — холодная деформация, которую можно применять для регулировки остаточных напряжений (пружинения) и жёсткости после формования. Однако после упрочнения сплав теряет значительную пластичность и менее пригоден для последующей обработки, поэтому последовательность операций по формованию и упрочнению должна тщательно планироваться.

Термическая обработка

1060 относится к неотверждаемым сплавам; он не подвержен упрочнению при искусственном старении и не может быть усилен растворением и старением. Укрепление достигается путём контролируемой холодной деформации с введением дислокационной структуры либо полной отжигом для возвращения в состояние O с максимальной пластичностью.

Отжиг обычно проводят при температурах 300–415°C в зависимости от толщины и длительности выдержки с последующим контролируемым охлаждением для минимизации деформаций; этот процесс восстанавливает пластичность за счёт рекристаллизации и снижения плотности дислокаций. Поскольку термообработка не приводит к выделению упрочняющих фаз, переходы состояний описываются как сочетание деформационного упрочнения и термической стабилизации (обозначаемой как H‑температуры, указывающие степень упрочнения холодной деформацией).

Работа при повышенных температурах

Прочность 1060 существенно снижается с повышением температуры эксплуатации; значительная потеря механических характеристик начинается выше примерно 150–200°C из-за процессов восстановления и размягчения, снижающих плотность дислокаций. При длительной работе в условиях повышенных температур рекомендуется ограничивать постоянную эксплуатацию температурой ниже ~100–120°C во избежание ползучести и снижения прочности несущих элементов.

Окисление алюминия при высоких температурах образует тонкую защитную оксидную плёнку, но она не обеспечивает структурную защиту от коррозии в окислительных или насыщенных хлоридом атмосферах. Необходимо учитывать размягчение зон термического влияния в сварных и паяных соединениях, подвергающихся высоким температурным нагрузкам.

Области применения

Отрасль	Пример изделия	Причины выбора 1060
Электротехника	Шины, проводники, коллекторные ленты	Высокая электрическая проводимость и низкое содержание примесей
Химическая и пищевая промышленность	Ёмкости, трубопроводы, футеровка	Коррозионная стойкость и химическая совместимость
ОВК / Теплообмен	Радиаторные пластины, ребра теплообменников	Высокая теплопроводность и хорошая формуемость
Архитектура	Обшивка, софиты	Формуемость, отделка поверхности, коррозионная устойчивость
Потребительская упаковка	Фольга, контейнеры	Чистота, ковкость, безопасность для контакта с пищей

1060 часто выбирают, когда ключевыми характеристиками являются электропроводность, коррозионная стойкость и форма, а не максимальная прочность. Широкая доступность в виде листа, рулона и профиля, предсказуемая реакция на холодное упрочнение и лёгкость соединения обеспечивают его устойчивое использование в различных отраслях промышленности.

Рекомендации по выбору

1060 является логичным выбором, если приоритетами являются электропроводность, теплопроводность и выдающаяся формуемость выше прочности. Для шин, радиаторов, глубокорисованных ёмкостей и химически совместимых футеровок чистота сплава и низкий уровень остаточных элементов делают его более подходящим, чем многие легированные альтернативы.

По сравнению с коммерчески чистым 1100, 1060 обычно имеет аналогичную проводимость и немного более высокий минимальный уровень алюминия при заданных условиях, что даёт компромисс между ограничениями по примесям, доступностью и стоимостью; выбор следует делать на основе конкретных требований к сертификации. По сравнению с упрочнёнными холодной деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, 1060 обычно предлагает лучшую проводимость и равную или большую коррозионную стойкость, но имеет более низкую прочность в упрочнённом состоянии, поэтому предпочтителен, когда приоритеты — формование или проводимость. По сравнению с закаливаемыми сплавами, например 6061, 1060 имеет намного меньшую пик прочности, но превосходит по проводимости и формуемости, что делает его лучшим выбором, когда главным является сварка, пайка или тепловой обмен.

Итоговое резюме

1060 остаётся базовым сплавом для применений, где требуются чистота, электропроводность, коррозионная устойчивость и отличная формуемость, а не высокая прочность. Его предсказуемая реакция на холодную деформацию, широкая доступность в различных изделиях и простота обработки сохраняют его востребованность в электротехнике, химической промышленности, архитектуре и теплообменных системах даже в современных портфелях материалов.