Алюминий 1350: состав, свойства, руководство по упрочнению и области применения

Обзор

1350 — это сплав из серии 1xxx алюминия, представляющий собой коммерчески чистый алюминий с номинальным минимальным содержанием алюминия около 99,5%. Эта серия характеризуется очень низким содержанием легирующих добавок и отличается от серий 3xxx, 5xxx и 6xxx, которые упрочняются за счёт марганца, магния или магния с кремнием.

Основными легирующими элементами в 1350 являются следовые примеси и контролируемые остатки, такие как железо, кремний и очень малые количества марганца или титана; их содержание поддерживается на низком уровне для сохранения электрической и тепловой проводимости. Упрочнение 1350 достигается практически исключительно за счёт деформационного упрочнения (наклёпа), а размягчение — путём отжига и рекристаллизации.

Ключевые особенности 1350 включают очень высокую электрическую и тепловую проводимость для сплава, хорошую коррозионную стойкость в атмосферных условиях, отличную формуемость в отожжённом состоянии и, как правило, лёгкую свариваемость с использованием традиционных методов плавления. Типичные области применения 1350 – распределение электроэнергии (проводники, шины), электроника (прокладки, фольга, рассеивающие тепло элементы), архитектурные конструкции и некоторые лёгкие несущие конструкции, где приоритетными являются проводимость и формуемость, а не максимальная прочность.

Инженеры выбирают 1350, когда основным параметром проекта является сочетание электрической проводимости, хорошей поверхности и лёгкости формовки или сварки, а не максимальная прочность; этот сплав предпочитают более легированным или термообрабатываемым алюминиевым маркам, когда решающими факторами являются проводимость, коррозионная стойкость и стоимость. Его высокая степень чистоты также упрощает соединение и отделку поверхности для электрических и отражающих компонентов.

Состояния поставки (темперы)

Темпер	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкая	Высокое	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое состояние; максимальная пластичность и проводимость
H12	Низко‑средняя	Умеренное	Очень хорошая	Отличная	Четверть наклёпа; лёгкое деформационное упрочнение
H14	Средняя	Низко‑умеренное	Хорошая	Отличная	Половина наклёпа; часто применяется для полосы проводников и некоторых профильных деталей
H16	Средне‑высокая	Низкая	Удовлетворительная — хорошая	Отличная	Три четверти наклёпа; используется при необходимости повышения текучести
H18	Высокая	Низкая	Ограниченная	Отличная	Полный наклёп; максимальная прочность от холодной деформации, но минимальная формуемость
T4 (не применяется)	—	—	—	—	Сплавы серии 1xxx не поддаются термообработке; T-состояния встречаются редко и ограничены процессными определениями
T5/T6/T651	—	—	—	—	Термообрабатываемые состояния не применимы для серии 1xxx; указаны для справки

Темпер заметно влияет на механические и формовочные свойства 1350, поскольку сплав не реагирует на старение; всё практическое упрочнение достигается наклёпом. Выбор состояния O максимизирует пластичность и проводимость для глубокой вытяжки и плотных изгибов, тогда как H-состояния обеспечивают жёсткость в ущерб формуемости, что полезно для конструкционной полосы, шин и жёстких профильных деталей.

Химический состав

Элемент	Диапазон %	Примечания
Si	≤ 0.25	Контролируется для сохранения проводимости и минимизации интерметаллидов
Fe	≤ 0.60	Основная примесь; повышение Fe снижает проводимость и может влиять на формуемость
Mn	≤ 0.05	Небольшие количества немного повышают прочность; в 1350 удерживается на низком уровне
Mg	≤ 0.05	Минимально; магний не используется для упрочнения в этой марке
Cu	≤ 0.05	Очень низкое содержание для сохранения коррозионной стойкости и проводимости
Zn	≤ 0.05	Минимально, контролируется для предотвращения гальванической коррозии и хрупкости
Cr	≤ 0.05	Следовые количества; не является целенаправленным легирующим элементом
Ti	≤ 0.03	Деоксидант и рафинатор зерна в некоторых технологиях литья
Прочие	≤ 0.15 всего	Остатки и следовые элементы; остальное — алюминий (~99,5% мин)

Почти чистый химический состав оптимизирован для обеспечения высокой электрической и тепловой проводимости при минимальном образовании интерметаллидов и вторичных фаз. Небольшие количества железа и кремния допускаются как технологические остатки, но проектировщики должны учитывать их влияние на проводимость, качество поверхности и поведение при глубокой вытяжке.

Механические свойства

При растяжении 1350 имеет низкий предел текучести в отожженном состоянии O и постепенно повышающиеся предел текучести и временное сопротивление с увеличением наклёпа (H-состояния). Относительное удлинение в состоянии O высокое, что позволяет выполнять глубокую вытяжку и сложную формовку; однако с ростом степени наклёпа (до H18) удлинение резко падает, а материал значительно упрочняется холодной деформацией.

Твёрдость коррелирует с состоянием поставки: отожжённый материал показывает низкие значения, типичные для чистого алюминия, тогда как полностью наклёпанные состояния достигают твёрдости, подходящей для лёгких конструкционных нагрузок и жёстких полос. Усталостная прочность 1350 умеренная по сравнению с более легированными алюминиевыми сплавами и зависит от качества поверхности, остаточных напряжений от формовки и наличия надрезов или сварных швов.

Толщина влияет на формуемость и прочность: тонкие листы легче упрочняются холодной деформацией до высоких твёрдостей, но могут иметь проблемы с растрескиванием кромок при неправильной обработке. Толстые сечения сохраняют более высокую пластичность по толщине в отожжённом состоянии, но требуют больших усилий и радиусов инструмента при формовке.

Свойство	O / отожженное	Типичным темпер (напр., H14)	Примечания
Временное сопротивление при растяжении	~60–110 MPa	~120–160 MPa	Прочность возрастает с наклёпом; значения зависят от темперов и толщины
Предел текучести	~20–50 MPa	~100–140 MPa	Предел текучести значительно повышается с H-состояниями; в отожженном состоянии низкий
Относительное удлинение	~30–40%	~5–15%	Удлинение падает с повышением темпера; также зависит от толщины листа
Твёрдость	~20–35 HB	~35–55 HB	Твёрдость примерно соответствует уровню холодной деформации; повышение твёрдости снижает формуемость

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2.69 г/см³	Типична для алюминиевых сплавов; важна для расчёта массы и жёсткости
Температура плавления	~660 °C (солидус ≈ 660 °C)	Близко к температуре плавления чистого алюминия; узкий диапазон плавления
Теплопроводность	~215–235 Вт/(м·К)	Высокая для сплава; варьируется в зависимости от содержания примесей и темперов
Электропроводность	~57–62 %IACS	Высокая проводимость делает 1350 привлекательным для проводников и шин
Удельная теплоёмкость	~900 Дж/(кг·К)	Типичное значение для алюминия, используется в тепловом анализе
Коэффициент теплового расширения	~23–24 мкм/(м·К) (20–100 °C)	Важно учитывать для связанных сборок и проектирования тепловых циклов

Набор физических свойств подчёркивает способность к тепло- и электротранспортировке: теплопроводность и электропроводность значительно выше, чем у большинства конструкционных сплавов, что делает 1350 хорошо подходящим для электротехнических и тепловых применений. Сочетание низкой плотности и хороших тепловых свойств позволяет использовать преимущества по массе и отводу тепла в электронике и энергетических системах.

Формы выпуска

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение прочности	Распространённые темперы	Примечания
Лист	0.2–6.0 мм	Мягкий в O; упрочняется холодной прокаткой до H-состояний	O, H12, H14, H16	Широко используется для отражателей, фольги для конденсаторов и теплоотводов
Пластина	>6.0 мм	Аналогичная тенденция, но толще пластины дольше сохраняют пластичность	O, H12	Менее распространена; применяется, когда требуются более толстые проводники
Экструзия	Профили до крупных сечений	Вытяжные детали обычно мягкие, затем упрочняются холодной деформацией	O, H14	Сложность сечения может быть умеренной благодаря высокой пластичности
Труба	Толщина стенки 0.5–10 мм	Поведение аналогично листу для тонкостенных; важна формуемость для изгибов	O, H14	Распространена в шинопроводах и трубопроводах, где важна проводимость
Пруток/штанга	Диаметры 2–50 мм	Упрочнение холодной вытяжкой; низкое содержание легирующих элементов ограничивает диапазон упрочнения	O, H18	Используется для электрических клемм и обработанных компонентов

Различия в обработке между формами влияют на механические характеристики: лист и тонкая полоса легко упрочняются холодной деформацией до H-состояний с прогнозируемым повышением прочности, тогда как толстые пластины и прутки часто требуют более агрессивной формовки или механической обработки. Экструдированные профили и трубы позволяют создавать сложные геометрии, сохраняя преимущества сплава по проводимости, а выбор формы продукции должен соответствовать требуемым операциям по термообработке и формовке с учётом геометрии детали.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1350	США	Отраслевое обозначение этой конкретной коммерческой алюминиевой сплава серии 1xxx
EN AW	Al99.5 (прибл.)	Европа	Эквивалент относится к классам коммерчески чистого алюминия; спецификации варьируются в зависимости от стандарта EN
JIS	A1050 / A1070 (прибл.)	Япония	Эквиваленты семейства JIS 1xxx; точный химический состав и состояния термообработки немного отличаются
GB/T	Al99.5 (прибл.)	Китай	Соответствует коммерчески чистым алюминиевым маркам по китайским стандартам

Прямые эквиваленты один к одному часто представлены как марки семейства «коммерчески чистого» алюминия или Al99.5 в региональных стандартах, но точные пределы примесей, допустимые незначительные примеси и определения состояний термообработки различаются по стандартам. Инженерам рекомендуется сверять конкретное техническое описание и сертификаты поставщика для подтверждения электрической проводимости, пределов примесей и допустимых термообработок при замене региональных эквивалентов.

Коррозионная стойкость

1350 обладает хорошей естественной атмосферной коррозионной стойкостью благодаря высокому содержанию алюминия и минимальному количеству активных легирующих элементов. В обычных городских и промышленных условиях естественно образующаяся оксидная пленка обеспечивает эффективную защиту, и сплав хорошо ведет себя в покрашенных или анодированных покрытиях, когда важен внешний вид поверхности.

В морской среде сплав имеет разумную стойкость к общей коррозии, но подвержен локальному коррозионному воздействию при высоких концентрациях хлоридов и наличии теневых зон; анодирование или защитные покрытия часто применяются для защиты. Трещинообразование под напряжением не является типичным видом разрушения для низколегированных алюминиевых сплавов серии 1xxx, поскольку сплав не имеет структур осадочных фаз, способствующих развитию SCC в некоторых высокопрочных сплавах.

Гальванические взаимодействия необходимо учитывать при контакте 1350 с более благородными металлами, такими как медь или нержавеющая сталь; как относительно активный металл он будет подвергаться избирательной коррозии при электрическом соединении в электролите. По сравнению с алюминиевыми сплавами семейств 5xxx и 6xxx, 1350 жертвует частью прочности, но в большинстве атмосфер обеспечивает равную или лучшую коррозионную стойкость благодаря своей чистоте и отсутствию фаз, способствующих гальванической коррозии.

Свойства при обработке

Свариваемость

1350 легко сваривается распространёнными методами плавления, такими как TIG и MIG, благодаря высокому содержанию алюминия и отсутствию упрочняющих осадочных фаз. Рекомендуется применять присадочные материалы с близким составом (например, ER4043 или ER1100, когда критична электрическая проводимость) для балансировки механических и электрических свойств; выбор присадочного материала зависит от приоритета — проводимость или прочность соединения. Риск горячих трещин ниже, чем у сплавов с высоким содержанием Cu или Mg, но важно контролировать конструкцию шва, загрязнения и удаление оксидов для предотвращения пористости и неполного провара. Уменьшение твёрдости в зоне термического влияния менее критично, чем для сплавов, поддающихся термической обработке, поскольку этот сплав не поддаётся закалке, а механические свойства контролируются холодной деформацией.

Обрабатываемость

Обрабатываемость 1350 оценивается как удовлетворительная или умеренная; из-за относительно мягкой структуры он склонен образовывать длинные непрерывные стружки и может залипать на инструменте при неподходящих режимах. Для эффективной обработки рекомендуется использовать твердосплавный инструмент с положительным углом резания и геометрией для дробления стружки, рабочие скорости должны быть умеренными для предотвращения налипания режущего слоя. Качество поверхности достигаемое высоким, но требуется надежное закрепление детали и жёсткость конструкции для предотвращения вибраций на тонких или длинных участках.

Легкоформуемость

Легкоформуемость 1350 в отожженном состоянии (O) отличная для глубокого протяжки, гибки и штамповки с натягом; этот сплав широко применяется, когда требуются малые радиусы изгиба и сложные формы. Радиусы изгиба в состоянии O могут быть достаточно малы, часто в несколько толщин материала в зависимости от оснастки и смазки; в термообработках типа H минимальный рекомендуемый радиус изгиба существенно увеличивается. Холодная деформация повышает прочность, но снижает пластичность; проектировщикам рекомендуется выбирать максимально мягкое состояние при интенсивной формовке и планировать окончательную упрочняющую работу после формовки при необходимости.

Особенности термообработки

Как сплав серии 1xxx, 1350 не поддаётся термообработке в смысле упрочнения за счет осаждения фаз; механические свойства регулируются холодной деформацией и отжигом. Отжиг 1350 способствует рекристаллизации и восстановлению структуры; полные циклы отжига обычно проводят в диапазоне 300–400 °C в зависимости от сечения и технологического процесса для восстановления пластичности и электропроводности.

Растворяющая термообработка и старение для 1350 отсутствуют, так как в сплаве нет легирующих элементов, формирующих упрочняющие осадки; поэтому классификации T-состояний, связанные с возрастным упрочнением, не применимы. Основной механизм упрочнения — холодная деформация: точный контроль параметров прокатки, протяжки и калибровки определяет конечный баланс прочности и пластичности изделий.

Работа при повышенных температурах

1350 сохраняет металлическую целостность при температурах ниже примерно 150–200 °C, однако при более высоких температурах отмечается постепенное снижение прочности и возрастание ползучести по сравнению с более прочными сплавами. При длительной эксплуатации при температурах около или выше 150 °C необходимо учитывать снижение предела текучести и повышение теплостойкости; термоциклирование может также привести к укрупнению зерна и изменению характеристик поверхностной оксидной пленки. Окисление на воздухе ограничено образованием защитной оксидной пленки, характерной для алюминия, но длительное воздействие температуры может повлиять на поверхность и сопротивление электрических контактов.

При сварке и пайке зона термического влияния не проявляет явных проявлений пережога или растворения осадков, как у термообрабатываемых сплавов, но локальный отжиг снизит упрочнение от холодной деформации вблизи швов. Для высокотемпературных конструкций или при критичной стойкости к ползучести следует рассматривать жаропрочные сплавы за пределами серии 1xxx.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Причина использования 1350
Электроэнергетика	Провода контактной сети, шины, соединители	Высокая электрическая проводимость и хорошая формуемость для формирования проводников
Электроника	Радиаторы, фольга, экранирование	Высокая теплопроводность и отличная поверхность
Архитектура	Кровельные планки, отражатели	Коррозионная стойкость и эстетическая отделка
Автомобильная промышленность	Неструктурные токопроводящие полосы, отражатели	Хорошая формуемость, проводимость и низкая стоимость
Судостроение	Некритичные фитинги, отделка	Коррозионная стойкость в атмосферной морской среде

1350 широко используется там, где важны электрические или тепловые свойства и формуемость, превосходящие требования к высокой прочности; такие характеристики делают сплав экономичным выбором для компонентов электропроводников, частей системы теплоотвода и элементов архитектурного декора. Его сочетание невысокой стоимости, широкой доступности и совместимости с распространёнными методами соединения и отделки сохраняет актуальность в современных производственных процессах.

Рекомендации по выбору

Для конструкций, где приоритетом являются проводимость и формуемость, а не максимальная прочность, 1350 является логичным выбором, обеспечивая высокие электрическую и тепловую проводимость с отличной пластичностью в отожженном состоянии. По сравнению с коммерчески чистым 1100, 1350 часто обеспечивает сопоставимую проводимость с немного более высокими механическими свойствами и немного различающимися пределами примесей, жертвуя небольшой частью формуемости ради улучшенного упрочнения в некоторых состояниях.

По сравнению с упрочнёнными холодной деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, 1350 обычно предлагает лучшую электрическую проводимость и сопоставимую атмосферную коррозионную стойкость, но уступает по достижимой прочности без значительной холодной обработки. В сравнении с термообрабатываемыми сплавами, такими как 6061 или 6063, 1350 не достигнет их максимальной прочности или жесткости, но предпочитается там, где важны проводимость, формуемость, качество поверхности и стоимость, а не максимальные механические характеристики.

Используйте 1350, когда электрические или тепловые требования, простота формовки и стоимость/наличие являются ключевыми факторами выбора материала; выбирайте состояния H только при необходимости дополнительного упрочнения холодной деформацией, и состояние O — для глубокого протягивания, малых радиусов изгиба и максимальной проводимости.

Итоговое резюме

1350 продолжает оставаться практичным и широко используемым сплавом коммерческой чистоты алюминия, поскольку сочетает высокую электрическую и тепловую проводимость с отличной формуемостью, коррозионной стойкостью и простотой обработки, что делает его первым выбором для проводников, компонентов теплоотвода и формованных архитектурных элементов, где максимальная прочность не является ключевым параметром проектирования.