Алюминий 1085: состав, свойства, руководство по термообработке и области применения

Подробный обзор

Сплав 1085 относится к серии 1xxx алюминиевых сплавов и классифицируется как коммерчески чистый алюминий с номинальным минимальным содержанием алюминия около 99,85%. Как представитель семейства почти чистого алюминия, сплав принадлежит к 1000-й серии, где пределы содержания примесей и следовые легирующие элементы используются в первую очередь для контроля таких свойств, как структурное зерно и технологичность, а не для повышения прочности за счёт легирования. Основными легирующими элементами являются остаточные уровни железа и кремния, а также очень низкие контролируемые количества меди, марганца, магния, цинка, хрома и титана.

1085 не поддаётся термообработке для упрочнения; его механическая прочность практически полностью обеспечивается твёрдым раствором и упрочнением путём холодной пластической деформации. Ключевые свойства включают отличную электрическую и теплопроводность, высокую формуемость в отожжённом состоянии и хорошую коррозионную стойкость в атмосферных и слабоагрессивных средах. Свариваемость, как правило, очень хорошая для методов плавления при использовании правильных присадочных материалов и технологий, однако механические свойства в зоне сварки формируются за счёт последующей холодной деформации, а не старения.

Типичные отрасли применения 1085 включают производство электрических проводников (шины, ленты и фольгу), теплообменные и терморегулирующие элементы, упаковочную фольгу, а также архитектурные изделия, где важнее пластичность и коррозионная устойчивость, чем максимальная прочность. Инженеры-конструкторы выбирают 1085, когда приоритетом являются электрическая проводимость и технологичность, а не более высокая прочность легированных или термообрабатываемых сплавов; его высокая чистота обеспечивает предсказуемое поведение при коррозии и стабильность геометрии при формовке и соединении.

Варианты состояния

Состояние	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкая	Высокая	Отличная	Отличная	Полностью отожжённый, максимальная пластичность для глубокой вытяжки
H12	Низко-средняя	Средне-высокая	Очень хорошая	Отличная	Лёгкое упрочнение пластической деформацией, сохраняет хорошую формуемость
H14	Средняя	Средняя	Хорошая	Отличная	Распространённое коммерческое состояние с упрочнением для баланса прочности и формуемости
H16	Средне-высокая	Средне-низкая	Удовлетворительная	Отличная	Повышенное упрочнение для большей прочности при умеренной формуемости
H18	Высокая	Низкая	Ограниченная	Отличная	Почти полное упрочнение, используется для лент и фольги с повышенной прочностью
H19	Очень высокая	Очень низкая	Плохая	Отличная	Максимально коммерчески применяемое упрочнение холодной деформацией для не термообрабатываемых сплавов

Выбор состояния регулирует баланс между пластичностью и прочностью преимущественно за счёт холодной деформации. Отожжённое состояние (O) максимизирует удлинение и формуемость для глубокой вытяжки, вращения и сильных изгибов; по мере повышения степени упрочнения в состояниях серии H растут предел текучести и временное сопротивление разрыву, но при этом снижается удлинение.

Для изготовленных деталей, требующих последующей формовки после сварки или сильной пластической деформации, перед формовкой задают состояние O или лёгкое упрочнение серии H; конечные механические свойства часто достигаются выбором степени упрочнения в нужном состоянии H, а не термической обработкой.

Химический состав

Элемент	Диапазон %	Примечания
Si	макс. 0,05	Контролируемое низкое содержание кремния для снижения эффектов литья и примесей
Fe	макс. 0,25	Основная примесь; влияет на прочность и структуру зерна
Mn	макс. 0,05	Часто пренебрегаемо; может влиять на стабильность зерна при наличии
Mg	макс. 0,05	Минимальное содержание для предотвращения неконтролируемого упрочнения
Cu	макс. 0,05	Контролируется на низком уровне для сохранения коррозионной стойкости и проводимости
Zn	макс. 0,05	Низкие уровни для исключения гальванических и упрочняющих эффектов
Cr	макс. 0,05	Следовый контроль для рафинирования зерна в некоторых технологиях производства
Ti	макс. 0,03	Используется в небольших количествах для контроля структуры зерна при литье или прокатке
Прочие	Индивидуально макс. 0,03; суммарно макс. 0,15	Каждый остаточный элемент ограничен для поддержания высокой чистоты алюминия

1085 представляет собой сплав с балансом алюминия около 99,85% минимум, остальные элементы — следовые примеси. Низкие содержания кремния и железа главным образом влияют на структуру зерна литого состояния и формуемость, в то время как строгий контроль меди, магния и цинка сохраняет электрическую проводимость и устойчивость к коррозии. Небольшие добавки или остатки титана и хрома широко применяются для рафинирования зерна в процессе литья и прокатки, улучшая качество поверхности и стабильность механических свойств без существенных изменений класса сплава.

Механические свойства

Как почти чистый алюминий, 1085 демонстрирует низкие пределы текучести и временного сопротивления разрыву в полностью отожжённом состоянии и значительно повышает прочность при холодной пластической деформации (состояния H). Механика растяжения характеризуется низким пределом упругости и высокой пластичностью в состоянии O; с увеличением степени упрочнения растут предел текучести и прочность, но при этом снижается удлинение. Отсутствие эффекта упрочнения за счёт выделения фаз означает, что нет термических методов для значительного повышения максимальной прочности; механические характеристики зависят от технологии и стабильно воспроизводятся контролем состояния.

Твёрдость коррелирует с прочностью и степенью холодного упрочнения; значения по Бринеллю или Виккерсу линейно повышаются с ростом упрочнения. Усталостная прочность 1085 умеренная — подходящая для многих циклических нагрузок с невысоким напряжением — но предел выносливости ниже, чем у легированных конструкционных алюминиевых сплавов; срок службы при усталости увеличивается при гладкой поверхности и обработках, создающих сжимающие напряжения на поверхности. Влияние толщины выражено явно: тонкая фольга и лента требуют большей степени упрочнения для прочности и демонстрируют более высокую кажущуюся твёрдость при одинаковом деформировании, тогда как толстые сечения требуют значительной деформации для достижения аналогичной прочности и могут сохранять более высокую вязкость в сердцевине.

Свойство	O/Отожжённое	Типичное состояние (например, H14)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	~60–90 МПа	~120–170 МПа	Значения зависят от толщины и точной степени холодного упрочнения; у H16/H18 выше
Предел текучести	~20–40 МПа	~80–140 МПа	Предел текучести увеличивается с упрочнением H; в отожжённом состоянии низкий
Относительное удлинение	~35–45%	~8–25%	Отожжённые показатели высокой пластичности; состояния H уменьшают удлинение
Твёрдость	~15–25 HB	~30–50 HB	Приблизительно по Бринеллю; варьируется с упрочнением и толщиной

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2,71 г/см³	Типично для алюминиевых сплавов; влияет на массочувствительные конструкции
Температура плавления	~660 °C	Температура плавления почти чистого алюминия около 660,3 °C
Теплопроводность	~220–235 Вт/м·К	Высокая теплопроводность, полезна для радиаторов и теплообменников
Электропроводность	~60–65% IACS	Очень хорошая проводимость за счёт высокой чистоты
Удельная теплоёмкость	~900 Дж/кг·К	Приблизительно при комнатной температуре; важна для расчётов тепловых режимов
Коэффициент теплового расширения	~23,0 ×10^-6 /К	Типичный линейный коэффициент расширения для алюминиевых сплавов

Высокая теплопроводность и электропроводность 1085 — одни из его самых важных технических преимуществ, благодаря чему сплав предпочитают для изготовления электрических и тепловых компонентов. Относительно низкая плотность вместе с хорошими тепловыми параметрами обеспечивает высокую удельную проводимость и теплоёмкость для облегчённых тепловых систем. При проектировании конструкций с различными материалами необходимо учитывать сравнительно высокий коэффициент теплового расширения алюминия; правильный расчёт компенсационных зазоров и технологии соединения помогут предотвратить проблемы, связанные с разным тепловым расширением.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение по прочности	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0,2 мм – 6 мм	Тонкие листы быстро откликаются на холодную деформацию	O, H12, H14, H16	Широко используется для архитектурных фасадов, ребер теплообменников
Плита	>6 мм	Для достижения одинаковой твердости толстой плите требуется больше обработки	O, H14, H16	Менее распространена; применяется там, где необходима повышенная жёсткость и проводимость
Экструзия	Толщина стенки варьируется	Экструзии могут поставляться в состоянии O или с небольшой степенью наклёпа	O, H12	Используется для шин и профилей, где критична высокая проводимость
Труба	Ø варьируется; толщина стенки 0,3–5 мм	Тонкостенные трубы ведут себя при формовке как лист	O, H14	Трубки теплообменников и холодногнутые трубы
Пруток/стержень	Диаметр до ~50 мм	Прутки откликаются на протяжку/прокатку с увеличением прочности	O, H16	Ограниченное коммерческое применение по сравнению с сплавами повышенной прочности

Листы и фольга являются доминирующими формами продукции для 1085 из-за его распространённого применения в электрических проводниках, фольге и теплообменниках; прокатка до тонких толщин производится легко в отожженном состоянии. Экструзионные и трубные изделия выпускаются при необходимости специфических сечений для шин, ребер или труб; такие изделия используют преимущества высокой проводимости и хорошей пластичности сплава, а не его несущей способности. Плиты и прутки встречаются реже, но доступны при необходимости крупного сечения с хорошей проводимостью и коррозионной стойкостью.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1085	США	Обозначение ASTM/AA для коммерчески чистого алюминия (~99,85% Al)
EN AW	1085	Европа	Числовое обозначение EN, иногда указывают как "EN AW-1085"
JIS	A1085	Япония	Эквивалент JIS для алюминия высокой чистоты
GB/T	Al99.85	Китай	Китайский стандарт часто указывает по номинальной чистоте, Al≥99,85

Эквивалентные марки по разным стандартам в основном отражают одинаковый химический состав с высокой чистотой и схожие механические свойства; различия связаны с допусками по примесям, требованиями к сертификационным испытаниям и разрешёнными микроэлементами. Покупателям рекомендуется ознакомиться с конкретными техническими спецификациями и сертификатами завода-изготовителя, так как допустимые максимумы таких элементов, как Fe и Si, а также методы механических испытаний могут немного отличаться, что влияет на пригодность для жёстко регламентированных электрических или коррозионно чувствительных применений.

Коррозионная стойкость

1085 демонстрирует отличную общую атмосферную коррозионную стойкость благодаря быстрой формировке тонкой, хорошо прилегающей плёнки оксида алюминия, которая препятствует дальнейшему коррозионному воздействию. В морских условиях сплав показывает приемлемые показатели в массе и часто используется для неструктурных и умеренно нагруженных деталей; для предотвращения локальных питов, вызванных хлоридами, на открытых кромках или обработанных поверхностях применяют периодическое ополаскивание пресной водой и защитные покрытия. Низкое содержание легирующих элементов и отсутствие значимого меди или цинка снижают склонность к локальной коррозии по сравнению с некоторыми сплавами повышенной прочности.

Склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) у 1085 низкая по сравнению с высокопрочными сплавами Al-Zn-Mg или некоторыми содержащими медь сплавами, что объясняется низкими остаточными растягивающими напряжениями и высокой пластичностью. Тем не менее, важно учитывать гальваническую коррозию: алюминий является анодным металлом по отношению к большинству нержавеющих сталей и меди, поэтому в узлах с разнородными металлами необходимо использовать изоляционные прокладки или жертвенный анод, чтобы избежать ускоренной коррозии при наличии электролита. По сравнению с семьями 5xxx (Al-Mg) и 6xxx (Al-Mg-Si), 1085 предлагает меньшую прочность, но улучшенную равномерность коррозионного разрушения и более высокую проводимость в электротехнических применениях.

Технологические свойства

Свариваемость

1085 хорошо сваривается традиционными методами плавления, включая TIG и MIG; низкое содержание легирующих элементов снижает склонность к горячей трещинообразованию. Рекомендуемые сварочные материалы для обеспечения структурной или электрической прочности шва обычно включают порошки из коммерчески чистого алюминия (серии ER1100/ER1050) или алюминиево-кремниевые материалы (ER4043) для улучшения текучести и уменьшения пористости. Тепловая зона шва не получает упрочнения за счёт старения, поэтому конструкция соединения и последующая холодная обработка определяют конечные механические свойства; необходимо тщательно удалять окалину и обеспечивать защиту газом для предотвращения поглощения водорода и образования пористости.

Обрабатываемость

Обработка 1085 среднесложная из-за его вязкой и липкой природы по сравнению с алюминиевыми сплавами с улучшенной обрабатываемостью. Предпочтительные режущие инструменты — острые твердосплавные или керамические с положительным передним углом и интенсивным применением СОЖ для удаления стружки и предотвращения залипания. Скорости резания обычно ниже, чем для кремниевых сплавов, поскольку в 1085 отсутствуют твердые вторичные фазы, способствующие дроблению стружки; подачи и глубины резания подбирают так, чтобы обеспечить образование непрерывной стружки и избежать наклёпа на поверхности реза.

Формуемость

Формуемость — одно из главных преимуществ 1085; в состоянии O сплав отлично подходит для глубокой вытяжки, гибки и центровки с возможностью получения малых радиусов изгиба. Типичные минимальные внутренние радиусы изгиба в состоянии O составляют около 0,25–0,5× толщины материала в зависимости от инструмента и состояния поверхности, в то время как состояния H16/H18 требуют больших радиусов или локального отжига. Холодная деформация повышает прочность, но снижает пластичность, поэтому производство обычно ведётся в отожженном состоянии с последующим наклёпом при необходимости достижения требуемых прочностных характеристик.

Поведение при термообработке

Поскольку 1085 по сути является чистым алюминием, он не реагирует на традиционные циклы раствора и искусственного старения, применяемые для закаливаемых сплавов. Нет эффективного Т-состояния для повышения прочности посредством старения. Регулировка прочности осуществляется холодной обработкой (холодная прокатка, вытяжка, растяжение) и отжигом для восстановления пластичности. Полный отжиг (состояние O) проводится нагревом до температур обычно в диапазоне 350–415 °C в зависимости от геометрии детали с дальнейшим контролируемым охлаждением для достижения максимальной мягкости и пластичности.

Переходы в т-состояния не применимы; вместо этого производители используют H-состояния, определяющие степень и способ холодной обработки и возможного стабилизирующего отжига. Отжиг применяется в производстве для снятия наклёпа перед последующей формовкой или обработкой; необходим строгий контроль процесса, чтобы избежать роста зерна, который может ухудшить качество поверхности, особенно для фольги и тонколистовых изделий.

Поведение при высокой температуре

1085 быстро теряет механическую прочность при подъёме температуры выше комнатной; значительное снижение предела текучести и временного сопротивления разрыву происходит выше примерно 150–200 °C, что делает сплав непригодным для высокотемпературных конструкционных применений. Стойкость к окислению сохраняется на умеренных температурах за счёт образования защитного слоя Al2O3, но длительное нагревание может вызывать рост зерен и ухудшать механические и поверхностные свойства. В сварных узлах зона термического влияния не приобретает прочности и размягчается только локальным отжигом при нагреве, что может влиять на несущую способность в эксплуатации.

Для применений в терморегулировании 1085 сохраняет отличную проводимость при повышенных температурах по сравнению со многими сплавами, но необходимо учитывать ползучесть и потерю прочности при длительных нагрузках; практические температуры непрерывной эксплуатации для сохранения механической целостности обычно ограничиваются 125–150 °C, если не применяются консервативные запасы прочности.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Причина выбора 1085
Автомобильная	Рёбра теплообменников / теплоотводы	Высокая теплопроводность и хорошая формуемость для плотного расположения ребер
Морская	Архитектурные элементы, короба	Коррозионная стойкость и простота обработки во влажной среде
Аэрокосмическая	Неструктурные кожухи, экраны от электромагнитных помех	Высокая проводимость и низкий вес для экранирования и отвода тепла
Электроника	Шины, радиаторы, фольга	Отличная электрическая и тепловая проводимость, лёгкость формовки
Упаковка	Фольга и гибкая упаковка	Чистота и пластичность для производства тонкожильной фольги

1085 особенно хорошо подходит для компонентов, в которых проводимость и формуемость важнее высокой конструкционной прочности. Комбинация низкой плотности, высокой проводимости и отличной пластичности позволяет эффективно изготавливать детали малой толщины, ребра и фольгу. Предсказуемая коррозионная стойкость и свариваемость делают его экономичным выбором для многих рабочих условий.

Рекомендации по выбору

Выбирайте 1085, когда основными требованиями являются высокая электрическая или тепловая проводимость и хорошая формуемость при глубокой вытяжке, а требования к прочности умеренные. Сплав обеспечивает лучшую проводимость и немного улучшенную равномерность коррозии по сравнению с 1100 при схожей способности к формованию; его выбирают при необходимости небольшой прибавки чистоты и проводимости без перехода к специализированным сплавам.

По сравнению с обычными упрочняемыми деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, 1085 жертвует более высокой прочностью конструкции ради лучшей электрической проводимости и немного улучшенной общей коррозионной стойкости в некоторых средах. Инженеры выбирают 1085, когда приоритетными являются проводимость или фольговые применения, а упрочнение деформацией (температура H) может обеспечить необходимую прочность без добавления легирующих элементов.

По сравнению с закаливаемыми сплавами, такими как 6061 или 6063, 1085 предпочитается благодаря лучшей проводимости, формуемости и однородной коррозионной стойкости, несмотря на значительно меньшую максимальную прочность. Используйте 1085 для термических и электрических компонентов, а также в случаях, когда требуется высокая пластичность; выбирайте сплавы серии 6xxx, когда необходимы большие конструкционные нагрузки или определённое соотношение прочности к массе.

Итоговое заключение

Сплав 1085 остаётся актуальным материалом в современной инженерии там, где требуются очень высокая чистота алюминия, отличная электрическая и теплопроводности, а также превосходная формуемость. Его предсказуемое механическое поведение, основанное на упрочнении деформацией, и отличная коррозионная стойкость делают его экономичным и надёжным выбором для проводящих, терморегулирующих и тонколистовых штампованных деталей в различных отраслях.