Алюминий 1200: состав, свойства, марки прочности и области применения

Общий обзор

Сплав 1200 относится к серии алюминиевых сплавов 1xxx и классифицируется как коммерчески чистый алюминий с минимальным содержанием алюминия примерно 99,0%. Серия 1xxx характеризуется очень низким уровнем легирования и свойствами, определяемыми в основном базовым металлом, а не добавками для упрочнения. Типичными незначительными легирующими элементами в составе 1200 являются железо и кремний в виде примесей, а также следовые количества меди, марганца, магния, цинка и титана, контролируемые в строгих пределах.

Сплав 1200 не поддаётся термической обработке для упрочнения; его механическая прочность формируется практически целиком за счёт деформационного упрочнения и контроля состояния отжига (темперамента). Сплав обеспечивает отличную электрическую и теплопроводность, выдающуюся коррозионную стойкость в различных средах, превосходную формуемость и очень хорошую свариваемость. Основные ограничения — низкая абсолютная прочность и пониженная усталостная прочность по сравнению с целенаправленно легированными системами.

Области применения 1200 включают электрические проводники и шины, теплообменники и системы теплового управления, химическое и пищевое оборудование, архитектурные и декоративные элементы, а также тонколистовую фольгу для упаковки. Инженеры выбирают сплав 1200, когда приоритетными являются высокая проводимость, максимальная коррозионная стойкость и возможность интенсивного формообразования, а также химическая чистота для совместимости с технологическими средами, а не максимальная прочность.

Варианты состаривания (темпераментов)

Темперамент	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Высокое	Отличная	Отличная	Полностью отожженное состояние, максимальная пластичность
H12	Низкий–Средний	Высокое	Очень хорошая	Отличная	Частичное деформационное упрочнение, сохраняет хорошую формуемость
H14	Средний	Среднее	Хорошая	Отличная	Типичный коммерческий холоднообработанный темперамент
H16	Средне–высокий	Среднее	Удовлетворительная–хорошая	Отличная	Более интенсивное холодное упрочнение для повышения прочности
H18	Высокий	Низкое	Ограниченная	Отличная	Сильно упрочнён холодной пластической деформацией для максимальной прочности без термообработки
H22 / H24	Средний	Среднее	Хорошая	Отличная	Упрочнённый деформацией и стабилизированный для поддержания свойств
H111	Низкий–Средний	Высокое	Очень хорошая	Отличная	Легко или неравномерно упрочнённым состоянием

Темперамент непосредственно контролирует баланс между прочностью и пластичностью, поскольку 1200 не поддаётся старению (прецципитационному упрочнению). Сильно деформированные температуры (H16, H18) повышают предел текучести и временное сопротивление разрыву за счёт снижения удлинения и формуемости. Отожженный материал (O) обеспечивает наилучшую растяжимость и пластичность для глубокого вытягивания и операций центробежного формования.

Химический состав

Элемент	Диапазон %	Примечания
Al	Остальное (~99,00 мин.)	Основной компонент; определяет проводимость и коррозионную стойкость
Si	≤ 0.30	Примесь; незначительно влияет на прочность и литьевые свойства
Fe	≤ 0.30	Распространённая примесь; может образовывать интерметаллические соединения, влияющие на пластичность и электропроводность
Mn	≤ 0.03	Типично в следовых количествах; незначительное влияние на прочность
Mg	≤ 0.03	Только следы; не является упрочняющим элементом в 1200
Cu	≤ 0.05	Поддерживается на низком уровне для сохранения коррозионной стойкости и проводимости
Zn	≤ 0.03	Следы; повышенные уровни снижают коррозионную устойчивость
Ti	≤ 0.03	Периодически добавляется как модификатор зерна при обработке; обычно очень низкое содержание
Прочие (каждый)	≤ 0.05	Суммарное содержание других элементов низкое для поддержания чистоты

Состав акцентирует внимание на чистоте алюминия для максимизации тепловой и электрической проводимости и обеспечения отличной коррозионной стойкости. Небольшие концентрации железа и кремния присутствуют как неизбежные примеси от переплавки и переработки; они могут образовывать мелкие интерметаллические частицы, слегка влияющие на механические свойства и формуемость. Контроль содержания меди и цинка важен, так как даже небольшие их повышения снижают коррозионную стойкость и проводимость.

Механические свойства

В отожженном состоянии (O) сплав 1200 обладает низкими прочностными характеристиками — временным сопротивлением разрыву и пределом текучести, при этом демонстрирует очень высокое относительное удлинение и вязкость, что делает его выгодным для глубокого вытягивания и формовочных операций. Типичные значения временного сопротивления в состоянии O умеренны и зависят от толщины и истории обработки; специальные листы и фольга могут иметь иные базовые параметры. Усталостная стойкость отожжённого 1200 ограничена низкой статической прочностью, но выигрывает за счёт хорошей пластичности и отсутствия крупных частиц второй фазы.

Холодная пластическая деформация значительно увеличивает как предел текучести, так и временное сопротивление разрыву ценой снижения удлинения и формуемости. Поскольку сплав по сути является чистым алюминием, прирост прочности с упрочнением предсказуем и удобен для настройки характеристик деталей без применения термообработки. Твёрдость тесно коррелирует с темпераментом и степенью холодной деформации; для отожжённого материала она низкая по шкалам Бринелля или Виккерса, тогда как H‑темпераменты показывают пропорционально более высокие значения.

Толщина и история обработки влияют на механическое поведение: более тонкие толщины обычно проявляют более высокую кажущуюся прочность из-за деформационных напряжений и упрочнения при прокатке. Состояние поверхности, остаточные напряжения после формовки и наличие интерметаллических частиц от примесей также влияют на инициирование и распространение усталостных трещин в эксплуатации.

Свойство	O / Отожженное	Основной темперамент (H14)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	~70–120 MPa	~120–160 MPa	Широкий диапазон обусловлен толщиной и технологией; H14 — распространённый коммерческий темперамент
Предел текучести	~20–50 MPa	~50–110 MPa	Предел текучести существенно повышается при деформационном упрочнении
Относительное удлинение	~30–45%	~10–30%	Удлинение уменьшается с повышением темперамента
Твёрдость (HB)	~13–25 HB	~25–45 HB	Твёрдость растёт с холодной пластической деформацией; значения зависят от метода измерения

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2.71 г/см³	Типично для коммерчески чистых алюминиевых сплавов
Температура плавления	~ 660 °C	Температура солидуса/ликвидуса алюминия около 660 °C
Теплопроводность	~220–235 Вт/м·К (при 25 °C)	Очень высокая теплопроводность; зависит от чистоты и темперамента
Электропроводность	~58–62 % IACS	Одна из самых высоких среди коммерческих алюминиевых сплавов
Удельная теплоёмкость	~0.897 Дж/г·К	Типичная для алюминия удельная теплоёмкость при комнатной температуре
Тепловое расширение	~23–24 ×10^-6 /К (20–100 °C)	Умеренный коэффициент; важен при проектировании для тепловых циклов

Физические свойства 1200, особенно тепловая и электрическая проводимость, определяют его выбор для теплоотводов, шин и проводников. Высокая проводимость — прямое следствие высокого содержания алюминия и низкого уровня примесей. Плотность и тепловое расширение аналогичны другим алюминиевым сплавам, поэтому вопросы веса и теплового расширения решаются по стандартным алюминиевым нормам проектирования.

Формы выпуска

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение по прочности	Распространённые темпераменты	Примечания
Лист	0.2 мм – 6 мм	Холоднообработанный или отожжённый	O, H12, H14, H16	Широко применяется для корпусов, рёбер, облицовки
Плита	>6 мм (ограниченно)	Низкая прочность для тяжёлых сечений	O, H111	Сплав 1200 редко используется для тяжёлых плит из-за низкой прочности
Экструзия	Профили сечением до ~150 мм	Прочность зависит от последующей холодной обработки	O, H112, H22	Экструзия используется для шин и заказных профилей, где важна чистота
Труба	Тонкостенные и среднемонтажные трубы	Поведение как у листа; возможна деформационная упрочнённость	O, H14	Применяется в теплообменниках и гидропроводах
Пруток/стержень	Диаметры от нескольких мм и выше	Холодная вытяжка повышает прочность	O, H14, H18	Широко используется в качестве проводникового прутка и заготовок для формовки

Метод формирования, толщина и конечное использование определяют выбор формы выпуска и темперамента. Фольга и тонкий лист используют пластичность и проводимость сплава в тепло- и упаковочных приложениях. Экструзии и прутки применяются там, где требуется чистота сечения или высокая проводимость; в этих формах после экструзии часто проводят холодную деформацию для достижения нужных механических характеристик.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1200	США	Обозначение ASTM/AA для промышленно чистого алюминия (~99,0% Al)
EN AW	1200 / Al99.0	Европа	Обозначение EN химически соответствует AA1200; используется в европейских цепочках поставок
JIS	A1080 / A1050 (ближайшие)	Япония	Серия JIS включает близкие по составу марки промышленно чистого алюминия; точные пределы примесей могут отличаться
GB/T	1200 (Al99.0)	Китай	Китайский стандарт включает марку Al99.0, сопоставимую с AA1200

Перекрёстное сопоставление между стандартами является приближённым, поскольку разные национальные стандарты определяют несколько различные пределы примесей и допустимые мелкие элементы. На практике AA1200, EN AW-1200 и GB/T 1200 относятся к маркам промышленно чистого алюминия с аналогичными эксплуатационными характеристиками, тогда как JIS использует близкие обозначения (например, A1050/A1080) для алюминия очень высокой чистоты. Покупателям рекомендуется сравнивать сертификаты стандартов для точного состава и требований к механическим испытаниям перед спецификацией материала для разных регионов.

Коррозионная стойкость

1200 обладает отличной общей атмосферостойкостью благодаря высокому содержанию алюминия и формированию стабильной защитной пленки оксида алюминия. В загрязнённых промышленных и многих сельских условиях эксплуатационная долговечность высокая, а локальное образование питтингов встречается реже по сравнению с более легированными алюминиевыми сплавами, в которых вторичные фазы могут служить очагами коррозии. Чистота 1200 снижает гальваническую связь внутри материала и минимизирует приоритетное коррозионное разрушение во многих условиях.

В морских и хлоридсодержащих средах 1200 демонстрирует хорошую устойчивость при многих режимах эксплуатации, но всё же подвержен локальному питтингу в застойной солёной воде с высокими концентрациями хлоридов. По сравнению с 5xxx (магниевыми) сплавами 1200 показывает лучшую стойкость к определённым видам коррозии из-за отсутствия фаз, содержащих Mg, хотя 5xxx предлагают более высокую прочность. Трещинообразование под напряжением при коррозии для 1200 не представляет серьёзной проблемы, так как сплав не поддаётся термической обработке и не содержит осадочных фаз, которые способствуют восприимчивости к SCC у некоторых высокопрочных алюминиевых сплавов.

Гальванические взаимодействия следует учитывать: 1200 является анодным по отношению ко многим распространённым металлам (нержавеющая сталь, медные изделия) и будет корродировать при электрическом контакте в проводящей среде. При соединении с разнородными металлами следует использовать соответствующую изоляцию, покрытия или жертвенный дизайн. В целом, профиль коррозионной стойкости 1200 - один из самых благоприятных среди конструкционных алюминиевых сплавов, что объясняет его широкое применение в химической промышленности и оборудовании для пищевой отрасли.

Технологические свойства

Свариваемость

1200 хорошо сваривается распространёнными контактными методами, такими как TIG и MIG, с минимальным риском горячих трещин благодаря практически однофазной структуре алюминия. Благодаря высокой чистоте и низкому содержанию легирующих элементов подбор присадочных материалов ориентирован на соответствие требованиям по теплопроводности и пластичности; обычно применяют 1100 и 4043, если допустимо некоторое легирование присадочного металла. Зона термического влияния не подвержена разрушительному растворению осадков, но снижение твердости в ЗТВ не является критичным, так как 1200 не упрочняется термообработкой.

Обрабатываемость

Обрабатываемость 1200 оценивается как удовлетворительная или средняя, так как сплав мягкий и вязкий по сравнению с свинцованными латунными сплавами или легкообрабатываемыми сталями. Для инструментов рекомендуется использовать острые карбидные или качественные быстрорежущие пластины с положительным углом резания для формирования непрерывной стружки, при этом скорость резания должна быть умеренной для предотвращения наклёпки на зоне резания. Контроль стружки и выбор СОЖ важны для качества поверхности; из-за пластичности сплава образование насадочной кромки на инструменте существенно влияет на качество состояния поверхности.

Пластичность

Пластичность — одна из сильных сторон 1200, особенно в состояниях O и лёгких H. Глубокая вытяжка, волочение, гибка и растяжка выполняются без затруднений с малыми радиусами изгиба и хорошей предсказуемостью упругого восстановления. По мере повышения твердости холодной обработкой радиусы гиба и требуемые усилия меняются предсказуемо; конструкторы обычно выбирают отожжённый материал при сильной деформации и состояния H для деталей, где необходима некоторая прочность после формообразования.

Поведение при термообработке

1200 — это не закаливаемый сплав, поэтому он не реагирует на процессы растворения и осадочного упрочнения, применяемые для сплавов серий 2xxx–7xxx. Попытки искусственного старения не приводят к значительному упрочнению из-за отсутствия существенных легирующих элементов для образования упрочняющих выделений.

Регулировка прочности в 1200 происходит полностью путём механической обработки: холодной прокатки, волочения, растяжения и контролируемого отжига. Отжиг (состояние O) обычно проводят при температурах рекристаллизации для восстановления пластичности; последующая контролируемая холодная обработка и стабилизация формируют состояния H, используемые в коммерческих целях.

Работа при повышенных температурах

Максимальная эксплуатационная температура 1200 ограничивается быстрым снижением прочности выше комнатных температур и ускоренными микроструктурными изменениями при высоких температурах. Механические свойства начинают заметно ухудшаться выше примерно 100–150 °C, поэтому конструкторы стараются не использовать материал непрерывно при температурах свыше 150 °C, где возникают значительное размягчение и ползучесть. Для тепловых приложений (теплоотводы) 1200 сохраняет функциональность при повышенных температурах благодаря высокой теплопроводности и защитному слою оксида.

Окисление протекает благоприятно: формируется тонкая, прочно сцепленная пленка Al2O3, защищающая металл от дальнейшего коррозионного воздействия в воздухе. В циклических термических режимах необходимо учитывать разницу тепловых расширений и отслаивание оксидной пленки при проектировании соединений, однако массовая окислительная коррозия обычно не является ограничивающим фактором для 1200 в промышленных температурных диапазонах. Сварные соединения не демонстрируют охрупчивания, связанного с выделениями, но проектировщики должны учитывать снижение запасов прочности при повышенных рабочих температурах.

Области применения

Отрасль	Пример изделия	Почему используется 1200
Электротехника	Шины, проводники, компоненты трансформаторов	Высокая электропроводность и хорошая формуемость
Морская / химическая промышленность	Ёмкости, воздуховоды, теплообменники, технологическое оборудование	Отличная коррозионная стойкость и химическая совместимость
Тепловое управление	Радиаторы, ребра, испарительные змеевики	Высокая теплопроводность и простота изготовления
Упаковка / потребительские товары	Фольга, декоративные элементы, компоненты пищевого оборудования	Чистота, формуемость и качество поверхности
Архитектура	Облицовка, отливы, декоративные элементы	Формуемость, коррозионная стойкость и эстетика

Сочетание электро- и теплопроводности, коррозионной стойкости и формуемости делает 1200 базовым материалом там, где чистота и лёгкость обработки важнее высокой прочности. Применение варьируется от тонких фольг для упаковки до формованных компонентов в агрессивных средах и экструдированных профилей для электротехнических изделий.

Рекомендации по выбору

Выбирайте 1200, когда приоритетом являются проводимость, коррозионная стойкость и высокая пластичность, а максимальная прочность не требуется. Низкая стоимость и широкая доступность в виде листов, фольги и профилей делают его экономичным решением для многих тепловых, электрических и химических применений.

По сравнению с промышленно чистым 1100, 1200 обычно допускает чуть более высокое содержание примесей при сопоставимой проводимости и немного большей экономической эффективности; обе марки относятся к семейству промышленно чистого алюминия. В сравнении с упрочнёнными холодной обработкой сплавами, такими как 3003 или 5052, 1200 предлагает лучшую электропроводность и теплопроводность и зачастую более благоприятное коррозионное поведение алюминия, но обладает меньшей прочностью; 1200 выбирают там, где важнее проводимость и формуемость, чем несущая способность. По сравнению с закаливаемыми сплавами типа 6061 или 6063, 1200 применяется там, где важнее сварка, коррозионная стойкость и проводимость, чем достижение высокой прочности за счёт старения; 1200 предпочтителен для проводящих или химически чувствительных компонентов, несмотря на более низкие механические показатели.

Заключение

Алюминий 1200 остаётся актуальным инженерным материалом благодаря уникальному сочетанию высокой проводимости, выдающейся коррозионной стойкости и превосходной формуемости при низкой стоимости. Для применений, где приоритетом являются чистота и технологичность, 1200 часто оказывается самым практичным и эффективным выбором.