Алюминий 1145: состав, свойства, состояние поставки и области применения

Общий обзор

Сплав 1145 относится к серии алюминиевых сплавов 1xxx, которые обозначаются как коммерчески чистые алюминиевые марки с минимальным содержанием алюминия значительно выше 99%. Серия 1xxx ориентирована на высокую электрическую и тепловую проводимость, отличную коррозионную стойкость и хорошую штамповочную способность, а не на высокую прочность. Основные легирующие элементы в 1145 присутствуют только в виде остатков и следовых добавок: типичные контролируемые примеси включают кремний, железо и медь в очень низких концентрациях; содержание алюминия обычно задаётся не ниже 99,45% (баланс).

Укрепление в 1145 достигается практически исключительно за счёт упрочнения деформацией (холодной обработки), поскольку сплав практически не поддаётся термообработке; постоянное повышение прочности достигается при холодной деформации (закалённые состояния серии H), а смягчение и снятие внутренних напряжений — отжигом до состояния O. Ключевые характеристики включают отличную электрическую и тепловую проводимость, выдающуюся коррозионную стойкость в атмосферных условиях и во многих химических средах, высокую пластичность и формуемость в отожженном состоянии, а также очень хорошую свариваемость с минимальным риском трещинообразования, обусловленного металлургическими фазами. Типичные сферы применения 1145 включают электрические проводники и токопроводы, химическую и пищевую промышленность, архитектурные декоративные элементы и теплообменные узлы, где важнее проводимость и коррозионная стойкость, чем максимальная прочность.

Инженеры выбирают 1145, когда критически важны высокая проводимость и коррозионная стойкость, а также когда требуется лёгкость выполнения операций штамповки и сварки. Этот сплав предпочитают более прочным легированным алюминиевым маркам, если необходимы максимальная проводимость, отличная поверхность и высокая формуемость при низкой стоимости. В то же время, если требуется высокая статическая прочность или твёрдость, предпочтение отдают семействам сплавов 5xxx или 6xxx; 1145 занимает нишу, ориентированную на чистоту и эксплуатационную надёжность, а не на несущую конструктивную нагрузку.

Варианты состояния (темпера)

Темпер	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Высокое (20–40%)	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое состояние, максимальная пластичность для штамповки и вытяжки
H12	Низкий–Средний	Среднее	Очень хорошая	Отличная	Лёгкая холодная деформация, сохраняет высокую формуемость
H14	Средний	Среднее (10–25%)	Хорошая	Отличная	Распространённый холоднообработанный темпер для умеренного повышения прочности
H16	Средне–высокий	Ниже	Удовлетворительная	Отличная	Повышенная холодная деформация, снижена пластичность, используется в некоторых конструктивных приложениях
H18	Высокий	Низкое (2–10%)	Ограниченная	Отличная	Тяжёлая холодная деформация, максимальная прочность за счёт упрочнения в серии 1xxx
H24	Средний	Среднее	Хорошая	Отличная	Обработка раствором и частичное старение или стабилизация, используется при желании частичного восстановления прочности

Темпера серии H (холодная обработка) — единственные стандартные способы повышения прочности для 1145; обозначения температур T не применимы, так как 1145 не поддаётся старению. Отжиг до состояния O восстанавливает микроструктуру с низкой прочностью и высокой пластичностью, что удобно для глубокого вытягивания и прядения. Выбор температур от H12 до H18 даёт возможность проектировщикам балансировать между формуемостью и повышением предела текучести и временного сопротивления разрыву при сохранении высокой проводимости и коррозионной стойкости базового сплава.

Химический состав

Элемент	Диапазон, %	Примечания
Al	≥99.45	Баланс; основной компонент, обеспечивающий проводимость и коррозионную стойкость
Si	≤0.25	Остаток; повышенное содержание Si немного снижает пластичность и повышает прочность
Fe	≤0.60	Распространённый примесный элемент; увеличивает прочность, но может снижать проводимость и формуемость
Mn	≤0.03	Следовые количества; минимальное влияние в 1145
Mg	≤0.05	Как правило, очень низкое; минимальное влияние на прочность и упрочнение
Cu	≤0.05	Поддерживается на низком уровне для сохранения коррозионной стойкости и проводимости
Zn	≤0.05	Контролируемое низкое содержание для ограничения влияния на электрические свойства
Cr	≤0.05	Может присутствовать в виде следовой примеси; почти не влияет при таких концентрациях
Ti	≤0.03	Часто добавляется в микродозах для измельчения зерна при литье и обработке
Прочие	≤0.10 суммарно	Суммарное содержание остальных примесей; тщательно контролируется для поддержания высокой чистоты

Состав 1145 в основном представлен алюминием с целенаправленно низкими концентрациями легирующих элементов и примесей. Низкие уровни Fe и Si являются основными факторами повышения прочности по сравнению с чистым алюминием, однако их содержание удерживается на минимальном уровне для сохранения высокой электрической и тепловой проводимости и максимальной коррозионной стойкости. Следовые добавки (Ti, небольшой Mn) используются преимущественно для металлургического контроля, например, измельчения зерна при литье и обработке, а не для формирования упрочняющих фаз.

Механические свойства

Поведение на растяжение сплава 1145 типично для коммерчески чистого алюминия: низкая или умеренная прочность в отожженном состоянии при очень высокой пластичности, а после холодной обработки прочность увеличивается, но удлинение уменьшается. Сплав демонстрирует довольно линейную область упругости с переходом в пластичность и значительным равномерным удлинением в состоянии O; состояния с упрочнением деформацией снижают равномерное удлинение и увеличивают коэффициент текучести. Твёрдость низкая в состоянии O и предсказуемо растёт с увеличением степени холодной обработки; значения по Бринеллю или Виккерсу всё равно остаются низкими по сравнению с легированными алюминиевыми сплавами.

Предел текучести и временное сопротивление разрыву сильно зависят от температуры (темпера) и толщины; тонколистовая холоднообработанная продукция показывает более высокие характеристики прочности для данного температуры, чем толстолистовая из-за упрочнения деформацией и истории обработки. Усталостная прочность у 1145 умеренная и сильно зависит от состояния поверхности и остаточных напряжений; полированные, бездефектные поверхности и контролируемые операции формовки обеспечивают лучший ресурс по сравнению с шероховатыми прокатными поверхностями. Толщина изготовления важна при формовке и сварке: толстые участки сохраняют большую часть упрочнённой прочности, а термическое воздействие при сварке может локально смягчить холоднообработанные зоны за счёт процессов восстановления.

Свойство	O/Отожженное	Ключевой темпера (например, H14/H18)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	~70–120 MPa (типичный диапазон)	~120–170 MPa (зависит от степени холодной обработки)	Значения зависят от толщины листа, обработки и точного температура
Предел текучести	~15–60 MPa	~80–140 MPa	Предел текучести значительно растёт с увеличением холодной обработки; низкий в отожженном состоянии O
Относительное удлинение	~25–40%	~2–20%	Удлинение уменьшается с переходом от O к H18; значение зависит от толщины и подготовки
Твёрдость	~20–40 HB	~30–60 HB	Твёрдость растёт с упрочнением деформацией; остаётся низкой по сравнению с легированными алюминий

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2.71 г/см³	Типично для алюминия высокой чистоты, важно для расчётов лёгких конструкций
Диапазон плавления	~655–660 °C	Узкий интервал солидус–ликвидус, характерный для почти чистого алюминия
Теплопроводность	~220–235 Вт/м·К	Высокая теплопроводность; немного ниже, чем у чистого алюминия из-за присутствия следовых примесей
Электропроводность	~58–63 %IACS	Отличный электрический проводник среди коммерческих алюминиевых сплавов
Удельная теплоёмкость	~0.90 Дж/г·К (900 Дж/кг·К)	Хорошая теплоёмкость для задач теплового управления
Коэффициент теплового расширения	~23–24 µm/m·К (20–100 °C)	Типичное изотропное тепловое расширение для алюминиевых металлов

Высокие тепловая и электрическая проводимости являются одними из определяющих свойств 1145 и определяют его использование для радиаторов, токопроводов и проводников. Плотность и удельная теплоёмкость практически совпадают с другими алюминиями высокой чистоты и учитываются при расчётах тепловой массы и динамического температурного отклика. Коэффициент теплового расширения необходимо учитывать в многоматериальных узлах, поскольку различное расширение 1145 и распространённых сталей или композитов может приводить к концентрациям напряжений.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение по прочности	Распространённые состояния прочности	Примечания
Лист	0.2–6.0 мм	Прочность зависит от холодной прокатки; тонкие листы можно более равномерно упрочнять деформацией	O, H12, H14	Широко применяется для глубокой вытяжки, производства фольги и штамповки теплоотводов
Плита	>6.0 мм	Меньшая равномерная упрочняемость из-за толщины; может поставляться в более мягком состоянии	O, H18	Используется, когда требуются толстые сечения с хорошей коррозионной стойкостью
Экструзия	Поперечные сечения до нескольких сотен мм²	Свойства экструзии зависят от состояния заготовки и последующей протяжки	O, H14	Ограниченный легирующий состав упрощает экструзию; возможны сложные профили
Труба	Диаметры от мм до нескольких сотен мм, изменяемая толщина стенки	Толщина стенки и холодное деформирование определяют конечную прочность	O, H14, H18	Используется для трубопроводов, теплообменных трубок и работы при низком давлении
Пруток/Круг	Ø 2–100 мм	Холодная протяжка может повысить прочность; изотропные свойства на длинных участках	O, H14	Применяется для токоведущих стержней, штифтов и обработанных деталей, требующих высокой электропроводности

Технологии обработки существенно различаются для листа/плиты и экструзий. Листы и плиты обычно получают прокаткой с контролируемыми циклами отжига для достижения целевых состояний прочности, тогда как экструзии начинают с высокочистых заготовок, после чего выполняется выпрямление и возможное лёгкое холодное деформирование. Используют отличную пластичность листа в состоянии O для глубокой вытяжки и повышенный предел текучести в состояниях H для деталей, требующих стабильности размеров после формования или лёгкой механической обработки.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1145	США	Обозначение Aluminum Association для сплава, обычно используемого в Северной Америке
EN AW	1145	Европа	Гармонизированное обозначение EN AW-1145, широко используемое в европейских спецификациях и среди поставщиков
JIS	A1050 / A1145 (приблизительно)	Япония	В JIS есть марки для высокочистого алюминия; прямое соответствие может быть с семьёй Al99.5
GB/T	Al99.45 / 1145	Китай	Китайские стандарты ссылаются на марки высокочистого алюминия, аналогичные 1145

Эквиваленты между стандартами часто близки, но не всегда совпадают, поскольку разные организации устанавливают максимальные нормы по примесям и приемлемые методы испытаний механических свойств. В закупках и проектировании инженерам следует запрашивать точный стандарт (AA, EN, JIS, GB/T) и внимательно изучать сертификат завода-изготовителя для подтверждения пределов по примесям, определений холодной обработки и допустимых технологических вариаций. Для электрических или критичных к коррозии компонентов малые отличия в допустимом содержании Fe или Si могут повлиять на эксплуатационные характеристики и должны согласовываться между поставщиками.

Коррозионная стойкость

1145 образует тонкую, прочно адгезирующую оксидную пленку, обеспечивающую отличную атмосферную коррозионную стойкость в нейтральных и слабоагрессивных средах. Сплав хорошо сопротивляется равномерной коррозии и демонстрирует удовлетворительную работу во многих промышленных атмосферах; тем не менее, хлоридно-обогащённые морские условия повышают склонность к локальной точечной и щелевой коррозии при отсутствии защитных покрытий или конструктивных мер. Высокая чистота и отсутствие активных легирующих элементов снижают риск гальванической коррозии по сравнению с более легированными алюминиевыми сплавами, однако 1145 может выступать анодом при контакте с катодными металлами, такими как нержавеющая сталь или медь, в присутствии электролита.

Трещинообразование под действием напряжений встречается редко в серии 1xxx из-за отсутствия фаз упрочнения осадкообразованием и относительно низких остаточных растягивающих напряжений по сравнению с термообрабатываемыми алюминиевыми сплавами. Тем не менее, сварные и холоднодеформированные зоны необходимо контролировать на наличие остаточных напряжений и поверхностных дефектов, способных способствовать локальному разрушению при длительной растягивающей нагрузке в агрессивных растворах. По сравнению со сплавами серий 5xxx или 6xxx, 1145 обеспечивает более высокую электропроводность и чуть лучшую коррозионную стойкость чистого алюминия в обмен на значительно меньшую механическую прочность; по сравнению с чистой медью 1145 гораздо коррозионно стойче в атмосферных и многих водных средах при значительно меньшем удельном весе.

Свойства изготовления

Свариваемость

1145 легко сваривается распространёнными процессами плавления, такими как TIG и MIG, так как в сплаве отсутствуют фазы упрочнения, способствующие горячим трещинам. Швы обычно обладают хорошей пластичностью и приемлемой электрической проводимостью, хотя зона термического влияния (ЗТИ) будет подвергаться рекристаллизации и размягчению ранее упрочнённого состояния. Для приложений, где важна электропроводность в соединении, рекомендуется использовать конструкции швов с низким сопротивлением, а также присадочные проволоки из высокочистого алюминия или соответствующих присадок серии 1xxx, чтобы минимизировать потери проводимости и потенциала гальванической пары.

Обрабатываемость резанием

Будучи мягким и пластичным сплавом, 1145 обычно легко поддаётся механической обработке, но может быстро упрочняться при жёстких режущих условиях. Индексы удобообрабатываемости ниже, чем у специально обрабатываемых сплавов, поэтому предпочтение отдается острым твердосплавным или быстрорежущим инструментам с положительным углом заострения, эффективными методами дробления стружки и контролируемым подачам. Достижение качественной поверхности и точных размеров возможно при умеренных оборотах шпинделя, повышенных подачах и аккуратном контроле глубины резания, что предотвращает налипание и снижает вибрации.

Пластичность

Пластичность в отожженном состоянии O очень хорошая с очень малым обратным изгибом, что позволяет использовать малые радиусы гиба и выполнять глубокую вытяжку с низким риском образования трещин. Рекомендуемые минимальные радиусы гиба зависят от толщины и состояния прочности, но для многих геометрий в состоянии O они могут составлять от одного до двух значений толщины материала; холоднообработанные состояния требуют больших радиусов для предотвращения растрескивания кромок. Сплав предсказуемо ведёт себя при поэтапной штамповке и хорошо подходит для штамповки, центробежной формовки и гидроформования, начиная с состояний O или лёгких состояний H.

Особенности термообработки

1145 относится к категории не подвергаемых термообработке сплавов; существенного изменения прочности при растворяющем отпуске и старении не происходит. Термические циклы, такие как отжиг (в печи или партиями), используются для снятия упрочнения деформацией и восстановления пластичности — типичные циклы отжига находятся в диапазоне 300–400 °C с последующим контролируемым охлаждением для достижения состояния O. Из-за отсутствия элементов, вызывающих старение, искусственное старение (состояния Т) не приводит к образованию упрочняющих фаз, поэтому для повышения прочности необходимо использовать холодную деформацию.

Повышение прочности достигается путём холодной прокатки, протяжки или гибки; переходы состояний H серии получаются путём изменения степени пластической деформации и контролируемой термообработкой для стабилизации свойств. Тщательный контроль истории обработки необходим для обеспечения стабильных значений предела текучести и временного сопротивления разрыву, поскольку свойства 1145 сильно зависят от технологического процесса, а не только от химического состава.

Работа при повышенных температурах

При высоких температурах 1145 быстро теряет прочность по сравнению с легированными алюминиевыми сплавами; значительное размягчение начинается примерно при 150–200 °C вследствие рекристаллизации и ускоренной диффузии. Длительное воздействие температур, близких к диапазону плавления (≥300 °C), приводит к существенной потере механической целостности и выходу за пределы стандартных условий эксплуатации для конструкционных применений. Окисление алюминия при умеренных температурах минимально благодаря защитной оксидной плёнке, но в агрессивных высокотемпературных окислительных средах возможны образование окалины и повышение шероховатости поверхности.

Зоны термического влияния сварных соединений особенно чувствительны к локальному размягчению при сварке или тепловых циклах; конструкция должна избегать опоры на остаточную прочность холодной деформации вблизи сварных швов. Для задач теплового управления или кратковременного нагрева (радиаторы, шинные системы) 1145 остаётся полезным до умеренных температур благодаря сохранённой электропроводности, но механические нагрузки при нагреве необходимо тщательно учитывать в расчётах конструкций.

Области применения

Отрасль	Пример изделия	Причина использования 1145
Электротехника	Шинопроводы, токоведущие полосы	Высокая электропроводность и хорошая свариваемость
Теплообмен	Радиаторы, ребра	Высокая теплопроводность и малый вес
Химическая и пищевая промышленность	Резервуары, облицовки трубопроводов, лотки	Отличная коррозионная стойкость и чистая поверхность
Архитектура	Отделка, фартуки, панели	Пластичность, пригодность для отделки и коррозионная стойкость
Потребительские товары / Бытовая техника	Фольга, банки, отражающие элементы	Высокая вытяжимость и качество поверхности

1145 предпочитается в компонентах, где электропроводность, коррозионная стойкость и пластичность важнее высокой прочности. Его роль в электрических проводниках и оборудовании для теплового управления особенно заметна благодаря сочетанию низкой плотности, отличной проводимости и лёгкости изготовления. Простая металлургия сплава обеспечивает предсказуемое поведение при формовании, соединении и отделке, что способствует надёжному производству и долговременному применению.

Особенности выбора

Выбирайте 1145, когда первоочередными требованиями являются электрическая и теплопроводность, отличная коррозионная стойкость и максимальная пластичность, а применение допускает более низкую прочность конструкции. Используйте состояние O для 1145 при интенсивных операциях формовки и состояния серии H, когда после формовки требуется некоторый уровень стабильности размеров или повышенный предел текучести.

По сравнению с коммерчески чистым 1100, 1145 обычно обеспечивает несколько более высокий контролируемый уровень чистоты и электропроводность при аналогичной или немного улучшенной прочности; проектировщики идут на небольшие компромиссы в пределах содержания примесей ради улучшения электрических характеристик. По сравнению с упрочненными механической деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, 1145 обладает превосходной проводимостью и сопоставимой коррозионной стойкостью, но имеет более низкую максимальную прочность и меньшую способность к нагрузкам, поэтому предпочтителен там, где в приоритете формуемость и проводимость. По сравнению с термообрабатываемыми сплавами, такими как 6061 или 6063, 1145 выбирают, когда важны проводимость, коррозионная стойкость и низкая стоимость, несмотря на значительно более низкую достигаемую пиковую прочность; 1145 остаётся привлекательным для неструктурных электрических и тепловых применений, где не требуется реакция на старение и высокая прочность сплава.

Итоговое резюме

Сплав 1145 остаётся актуальным материалом для современных инженерных задач, требующих высокой электропроводности, выдающейся коррозионной стойкости и отличной формуемости при низкой стоимости. Его простая металлургическая природа обеспечивает предсказуемое поведение при обработке и долговременную работоспособность в электрических, тепловых и химически агрессивных условиях, где максимальная прочность конструкции не является главным проектным параметром.