Алюминий 1230: состав, свойства, руководство по состоянию и области применения

Общий обзор

Сплав 1230 относится к серии алюминиевых сплавов 1xxx и классифицируется как коммерчески чистый или высокочистый алюминий. Серия 1xxx характеризуется содержанием алюминия обычно более 99% с очень низкими целенаправленными легирующими добавками; 1230 отличается гарантированным минимальным содержанием алюминия порядка 99,3% и выше, что однозначно относит его к категории «чистых» сплавов, а не конструкционных термообрабатываемых (серии 2xxx, 6xxx, 7xxx).

Основные легирующие элементы в 1230 присутствуют лишь в виде контролируемых примесей или микроэлементов: железо, кремний, титан и следы меди, марганца, магния и цинка в очень низких концентрациях. Благодаря такому химическому составу основной механизм упрочнения 1230 — наклеп (холодная деформация); это не термообрабатываемый сплав, и его механическая прочность в основном достигается за счёт наклёпа и контролируемой механической обработки.

Ключевые свойства 1230 — высокая электрическая и теплопроводность, превосходная атмосферная коррозионная стойкость, очень хорошая обрабатываемость в отожженном состоянии и отличная свариваемость. Его прочность низкая по сравнению с инженерными алюминиевыми сплавами, однако он обладает отличной пластичностью и качественной поверхностью, что делает его часто используемым выбором там, где важна проводимость, коррозионная стойкость или высокая вытяжка при глубокой вытяжке.

Типичные отрасли применения 1230 включают электрические проводники и шины, детали, изготовленные глубокой вытяжкой, химическое и пищевое оборудование, где важны коррозионная стойкость и чистота, а также декоративные архитектурные элементы. Инженеры выбирают 1230, когда приоритетом являются высокая проводимость, превосходная коррозионная стойкость и технология формовки, а не повышенный предел текучести или максимальные показатели термообработки.

Варианты состояния (темпера)

Состояние	Уровень прочности	Относительное удлинение	Обрабатываемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Высокое (30–45%)	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое состояние, максимальная пластичность и проводимость
H12	Низко-средний	Умеренное (20–30%)	Очень хорошая	Отличная	Четвертьтвёрдое, умеренное повышение прочности при сохранении пластичности
H14	Средний	Умеренно низкое (10–20%)	Хорошая	Отличная	Полутвёрдое, распространённый компромисс между формуемостью и прочностью
H16	Средне-высокий	Ниже (6–15%)	Удовлетворительная	Отличная	Трёхчетвертное закалённое, для более жёстких деталей с ограниченным диапазоном формовки
H18	Высокий	Низкое (3–8%)	Ограниченная	Отличная	Полностью упрочнённое холодной деформацией, максимальная прочность при холодном упрочнении, ограниченная формуемость
T5 / T6 / T651	Не применяется	Не применяется	Не применяется	Не применяется	Не применимо — 1230 не термообрабатываемый сплав; состояния T не используются

Состояние (темпер) существенно влияет на механическое и физическое поведение 1230. Отожжённое состояние O обеспечивает максимальную пластичность, качество поверхности и проводимость, что идеально для глубокой вытяжки и электротехнических применений; прогрессивные состояния H увеличивают прочность за счёт наклёпа, снижая при этом удлинение и диапазон формовки.

Выбор состояния — компромисс между способностью к формованию и конечной жёсткостью: при значительной холодной деформации обычно назначают O или H12, а для деталей, требующих стабильности размеров или упругости, применяют H14–H18. Операции сварки и пайки, как правило, не снижают проводимость так, как термообработка, но сварные соединения могут локально отжигать наклёпанное состояние и снижать прочность в области шва.

Химический состав

Элемент	Диапазон содержания, %	Примечания
Si	≤ 0.25	Остаточный кремний; влияет на текучесть при литье и незначительно повышает прочность
Fe	≤ 0.50	Основная примесь; слегка повышает прочность, но может снижать пластичность
Mn	≤ 0.05	Обычно очень низкое содержание; минимальное упрочняющее влияние
Mg	≤ 0.05	Минимальное; не используется для упрочнения старением в данном сплаве
Cu	≤ 0.05	Сдерживается для сохранения коррозионной стойкости и проводимости
Zn	≤ 0.10	Очень низкое; избыток цинка может снижать коррозионную стойкость
Cr	≤ 0.05	Иногда присутствует следовыми количествами; слегка контролирует структуру зерна
Ti	≤ 0.03	Используется как рекристализационный ранозернитель в некоторых способах производства
Другие (каждый)	≤ 0.05	Включает остатки Ni, Pb, Sn; общий контроль суммарных остаточных элементов

Остальное содержание сплава 1230 составляют алюминий (Al) с типичным минимальным содержанием около 99,30 % по массе; низкое легирование сохраняет высокую проводимость и коррозионную стойкость. Следовые элементы, такие как железо и кремний, являются основными факторами умеренного механического укрепления; титан и хром в следовых количествах применяются для улучшения структуры зерна и технологичности, особенно в литых или рекристаллизованных изделиях.

Небольшие изменения в уровне примесей влияют на ключевые характеристики: увеличение железа повышает прочность и снижает пластичность и качество поверхности, тогда как медь и цинк даже в малых количествах могут ухудшать коррозионную стойкость. Для электротехнических и химических применений жесткий контроль остатков часто является обязательным при закупках.

Механические свойства

В напряжённо-деформированном состоянии отожжённый 1230 демонстрирует низкие предел текучести и прочность на разрыв с высоким равномерным удлинением, обеспечивая предсказуемый характер местного сужения и хорошую энергоёмкость при формообработке. С увеличением холодной деформации (состояния H) прочность и предел текучести возрастают, а пластичность уменьшается; зависимость упрочнения от деформации линейна при умеренных степенях деформации, обеспечивая стабильную реакцию без старения благодаря минимальному влиянию междоузельного и осадочного упрочнения.

Предел текучести в состоянии O относительно низкий и чувствителен к незначительным изменениям состава и толщины; тонкие листы часто демонстрируют более высокий кажущийся предел текучести из-за технологических эффектов и упрочнённой поверхностной зоны. Твёрдость 1230 тесно коррелирует с состоянием: состояние O соответствует низким значениям по Бринеллю и Виккерсу, тогда как H14–H18 характеризуются прогрессивным ростом, соответствующим кривым наклёпа.

Усталостная прочность средняя и сильно зависит от качества поверхности и остаточных напряжений, введённых в ходе холодной деформации или формовки. Для тонколистовых изделий усталостный ресурс обычно достаточен для несущих малонагруженных деталей, однако проектировщикам следует учитывать сниженный предел усталости по сравнению с более прочными алюминиевыми сплавами при значительных циклических нагрузках.

Свойство	Состояние O / Отожжённое	Ключевое состояние (H14)	Примечания
Прочность на разрыв	70–95 MPa	120–155 MPa	Значения зависят от толщины и степени холодной деформации
Предел текучести	25–50 MPa	90–130 MPa	Определяется методом смещения; в отожженном состоянии низкий и переменный
Относительное удлинение	30–45%	10–18%	В отожженном состоянии отличное удлинение; при холодной деформации пластичность снижается
Твёрдость (HB)	15–25 HB	30–50 HB	Твёрдость растёт с упрочнением холодной деформацией; отражает внедрение наклёпа

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2.70 г/см³	Стандартное значение для большинства алюминиевых сплавов; важно для расчётов массы и жёсткости
Температура плавления	~650–660 °C	Температуры солидуса и ликвидуса близки к чистому алюминию; литьевой процесс влияет на примеси
Теплопроводность	220–240 Вт/м·К	Высокая теплопроводность, характерная для высокочистого алюминия; отлично подходит для теплообменника
Электропроводность	58–63 % IACS	Высокая электропроводность по сравнению с легированными сериями; идеально для проводников и шин
Удельная теплоёмкость	0.897 Дж/г·К (897 Дж/кг·К)	Полезна для расчётов временных тепловых процессов и теплоёмкости конструкций
Тепловое расширение	23.6 µm/м·К (в пределах 20–25)	Сходно с другими марками алюминия; важно учитывать при расчёте соединений с разнородными материалами

Высокие тепловая и электрическая проводимости делают 1230 предпочтительным выбором для теплоотводов, электрических проводников и систем теплового управления. Стандартная плотность алюминия обеспечивает благоприятное соотношение прочности к весу и жёсткости к весу для неструктурных деталей, хотя конструкция должна учитывать ограниченную сохранность прочности при высокой температуре по сравнению с легированными сплавами.

Тепловое расширение аналогично другим алюминиевым сплавам и является важным параметром при соединении 1230 со сталью или композитами; разная величина расширения может вызывать концентрации напряжений, что необходимо учитывать при сборках с болтовыми или сварными соединениями.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение по прочности	Распространённые состояния термообработки	Примечания
Лист	0,1–6,0 mm	Равномерная прочность по толщине при прокатке; тонкие листы могут иметь поверхностное закаливание	O, H12, H14	Используется для упаковки, глубокой вытяжки, электрических панелей
Плита	6–50 mm	Низкая абсолютная прочность, но равномерная пластичность в отожженном состоянии	O, H18	Применение плит ограничено структурными нагрузками без холодной обработки
Экструзия	Профили длиной до нескольких метров	Свойства экструзии зависят от состояния заготовки и формы	O, H14	Сложные профили для токоведущих шин, архитектурных отделок
Труба	Внешний диаметр 6–200 mm	Сварные или бесшовные; толщина стенки влияет на механическую стабильность	O, H12	Каналы, теплообменники, транспортировка жидкостей в коррозионных средах
Пруток/стержень	Диаметр 2–100 mm	Хорошая обрабатываемость в отожженном состоянии; повышенная прочность при холодной протяжке	O, H14	Крепёж, выступы, детали механической обработки с высокими требованиями к чистоте

Различия в обработке между формами продукции связаны с тем, как холодная деформация и термические циклы изменяют микроструктуру. Лист и экструзии обычно производятся прокаткой и выдавливанием, при которых формируется предпочитаемая кристаллографическая текстура; плиты и прутки могут изготовляться из литых заготовок с последующей прокаткой или тягой, что приводит к разному уровню остаточных напряжений и крупности зерна.

Применения зависят от формы: тонкий лист доминирует в глубокой вытяжке и облицовке, экструзии – для сложных сечений, требующих хорошей проводимости, а пруток/стержень – для прецизионных механически обработанных деталей. При выборе формы и термообработки следует учитывать последующие операции, такие как гибка, сварка и отделка поверхности.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1230	США	Менее распространённое собственное или специализированное обозначение в семействе 1xxx; часто указывается для требований по высокой чистоте
EN AW	1050A	Европа	Наиболее близкий широко используемый европейский аналог по чистоте и характеристикам; общепринятая марка коммерческой чистоты
JIS	A1050	Япония	Типичный японский эквивалент для алюминия высокой чистоты с аналогичными электрическими и коррозионными свойствами
GB/T	Серия 1xxx (например, 1230 в местных нормах)	Китай	Китайские стандарты включают семейство высокочистых сплавов; местные обозначения марок могут соответствовать химии 1230

Прямое одно-два соответствие редко, так как 1230 может быть коммерческим или специализированным обозначением с более жёсткими ограничениями по примесям, чем универсальная семья 1050. Европейский EN AW-1050A и японский JIS A1050 зачастую используются взаимозаменяемо, однако заказчикам рекомендуется проверять проводимость, пределы по примесям и механические допуски при замене.

При перекрёстном сравнении обращайте внимание на гарантированное минимальное содержание Al, максимальные уровни Fe/Si, а также требования к рафинированию зерна (Ti) и отделке поверхности, способные повлиять на формование и электрические свойства. Сертификаты и заводские отчёты крайне важны для подтверждения эквивалентности при критичных электрических или гигиенических применениях.

Коррозионная стойкость

1230 обладает отличной атмосферной коррозионной стойкостью благодаря высокой чистоте и образованию стабильной, адгезивной плёнки оксида алюминия. В обычных условиях он лучше противостоит точечной и равномерной коррозии по сравнению со многими легированными сериями, так как активные элементы, такие как медь и цинк, снижены, что делает его подходящим для внутренних архитектурных применений и химического хозяйства с мягкими воздействиями.

В морской среде 1230 хорошо сопротивляется равномерной коррозии, однако хлорид-инициированная точечная коррозия может возникать в застойных зазорах или под отложениями; для долговременного морского использования часто применяются защитные покрытия или анодирование. Межкристаллитная коррозия напряжения (SCC) для сплавов серии 1xxx редка, так как они не обладают высокопрочными микроструктурами и остаточными растягивающими напряжениями, способствующими SCC у более прочных алюминиевых сплавов.

Гальваническая совместимость ставит 1230 в анодную пару относительно большинства сталей, нержавеющих сталей (в зависимости от среды), меди и латуни; поэтому при сочетании с разнородными металлами требуется изоляция или проектирование жертвенного анода. По сравнению с семьями 5xxx (с магнием) и 6xxx (магний + кремний), 1230 уступает по прочности, но превосходит по общей коррозионной стойкости и проводимости; при агрессивных хлоридных средах сплавы 5xxx с соответствующей обработкой могут быть предпочтительнее.

Свойства при обработке

Свариваемость

1230 легко сваривается распространёнными методами плавления (TIG, MIG, контактная сварка) благодаря простой микроструктуре и низкому содержанию легирующих элементов, обеспечивающим отличную смачиваемость и низкую склонность к горячим трещинам. Сварочные материалы обычно имеют аналогичный состав (например, чистый алюминий типа ER1100/ER1050) для сохранения проводимости и коррозионного поведения; выбор присадочного материала должен учитывать требования к проводимости шва. Зоны термического влияния сварки локально отжигают холоднообработанные состояния, снижая прочность вблизи сварных швов, поэтому конструкция должна учитывать размягчённые участки.

Обрабатываемость

Обрабатываемость 1230 умеренно хорошая, сопоставимая с другими алюминиями коммерческой чистоты; в отожженном состоянии сплав хорошо режется, однако может туго обрабатываться в более твёрдых состояниях H. Рекомендуется использовать твёрдосплавный инструмент с положительным углом режущей кромки и интенсивным охлаждением; скорость резания консервативна в сравнении со сталью, но выше, чем у меди. Стружка образуется в основном сплошная и пластичная; применение лущильных канавок или сегментированных инструментальных форм помогает избежать запутывания и улучшить качество поверхности.

Обформовка

Обформовка превосходна в состоянии O и остаётся хорошей в лёгких состояниях H; 1230 подходит для глубокой вытяжки, вращательного формования и сложной гибки при поставке в отожженном состоянии. Минимальные рекомендуемые внутренние радиусы гиба для прокатанного листа в состоянии O обычно составляют 0,5–1,0× толщины материала для плавных изгибов, увеличиваясь для более острых радиусов или более толстого материала. Холодная деформация увеличивает упругий отскок и уменьшает допустимые радиусы гиба, поэтому технологическое планирование должно указывать состояние и предусматривать компенсацию упругого восстановления.

Особенности термообработки

Как неотвердевающий сплав, 1230 не реагирует на растворяющую обработку и искусственное старение для повышения прочности; основное микроструктурное регулирование происходит через горячую обработку и механическое напряжение. Полный отжиг (для получения состояния O) выполняется нагревом в диапазоне примерно 350–415 °C с последующим контролируемым охлаждением для рекристаллизации и получения мягкого пластичного состояния; конкретные режимы отжига зависят от толщины и предыдущей холодной деформации.

Упрочнение при деформации – основной способ повышения прочности: деформация увеличивает плотность дислокаций и, соответственно, предел текучести и временное сопротивление разрыву. Отпуск горячей деформации при отжиге возвращает сплав в низкопрочное, высокопластичное состояние и восстанавливает проводимость. Температурные состояния типа T (искусственное старение) не применяются и обычно исключены из спецификаций для 1230.

Поведение при высокой температуре

Механические свойства 1230 постепенно ухудшаются с ростом температуры; значительное снижение прочности начинается выше примерно 100–150 °C, и его эксплуатационная статическая прочность на повышенных температурах значительно ниже, чем у закалочных сплавов. Максимальные температуры для длительной эксплуатации обычно ограничены ~100 °C для несущих деталей, хотя кратковременные повышения до ~150–200 °C возможны, но ускоряют размягчение и снижают ресурс по усталости.

Окисление алюминия в воздухе саморегулирующееся за счёт образования тонкой защитной оксидной плёнки; образование окалины при высоких температурах не является основной причиной отказа 1230 в типичных условиях. Зоны термического влияния и локально отожжённые участки сварных соединений показывают сниженные показатели прочности при нагреве, и проектировщикам следует учитывать ползучесть и релаксацию при работе близко к температурным пределам материала.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Почему используется 1230
Автомобильная	Внутренние облицовочные панели и декоративные молдинги	Отличная обрабатываемость и качество поверхности при невысокой стоимости
Судостроение	Неконструкционные крепления и кабельные лотки	Хорошая общая коррозионная стойкость и простота изготовления
Аэрокосмическая	Наземное оборудование и электрические шины	Высокая электропроводность с приемлемыми механическими характеристиками
Электроника	Радиаторы и электрические проводники	Высокая тепловая и электрическая проводимость и чистота
Пищевая промышленность	Баки, внутренние покрытия трубопроводов и посуда	Высокая коррозионная стойкость и гигиеничность; легкость санирования

1230 часто выбирают, когда основными требованиями являются электрическая или тепловая проводимость, коррозионная стойкость и способность к формованию. Относительно низкая стоимость и простота обработки делают его практичным выбором для листов больших площадей, токоведущих систем и неконструкционных деталей, где высокая прочность легированных сплавов не обязательна.

Рекомендации по выбору

Для инженера, выбирающего среди вариантов высокочистого алюминия, 1230 лучше всего подходит, когда приоритетом являются электрическая или тепловая проводимость и глубокая формуемость, а не высокая конструкционная прочность. По сравнению с промышленно чистым алюминием, например 1100, 1230 немного уступает по проводимости и формуемости, но при этом может иметь более строгие ограничения по примесям или свойства, контролируемые заводом-изготовителем для конкретных применений.

В сравнении с распространёнными упрочнёнными холодной деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, 1230 уступает им по прочности, но превосходит по проводимости и общей коррозионной стойкости; выбирайте 1230, если важнее проводимость и качество поверхности, чем предел текучести. По сравнению с термически упрочняемыми сплавами, такими как 6061 или 6063, 1230 выбирают, когда в конструкции необходимы высокая проводимость и хорошая формуемость в ущерб максимальной прочности — он предпочтителен для проводников, деталей с глубокой вытяжкой и для химически чувствительных сред.

Практические советы по выбору: указывайте состояние O для глубокой вытяжки или максимальной проводимости, выбирайте состояния H14–H18 только если холодная деформация способна обеспечить требуемую жёсткость, а также проверяйте протоколы испытаний завода на остаточные элементы при использовании в электро- или гигиенических системах. Рассмотрите анодирование или покрытия для эксплуатации в морской среде и изолируйте контакты разнородных металлов для предотвращения гальванической коррозии.

Итоговое резюме

Алюминий 1230 остаётся актуальным для инженеров, когда комбинация очень высокой чистоты, превосходной электрической и тепловой проводимости, выдающейся формуемости и отличной коррозионной стойкости важнее, чем высокая прочность. Его предсказуемая реакция на упрочнение при обработке и широкая доступность в виде листов, профилей и прутков делают его практичным материалом для электрических, тепловых, архитектурных и гигиенических применений, где критичны качество поверхности и условия эксплуатации.