Алюминий 1A70: состав, свойства, состояние и области применения

Общий обзор

1A70 — это алюминиевый сплав серии 1xxx из семейства коммерчески чистых, характеризующийся содержанием алюминия около или выше 99,7%. Как представитель группы 1xxx, он определяется минимальным целенаправленным легированием, с следовыми количествами Si, Fe и другими остаточными элементами, а не преднамеренными добавками для упрочнения.

Механизм упрочнения сплава в основном обусловлен наклёпом (деформационным упрочнением), а не осадочным упрочнением; он не может существенно упрочняться термообработкой, но предсказуемо реагирует на холодную обработку и отжиг. Основные свойства включают очень высокую электрическую и теплопроводность, отличную стойкость к атмосферным и многим химическим средам, превосходную формуемость в мягких состояниях и простую свариваемость с ограниченной склонностью к горячим трещинам.

Типичные области применения 1A70 включают производство электрических проводников и шин, оборудование для химической и пищевой промышленности, архитектурные облицовки и отделку, теплообменники и ребра радиаторов, а также специальные компоненты, где основными требованиями являются высокая проводимость и формуемость. Инженеры выбирают 1A70 вместо упрочнённых сплавов, когда важнее проводимость, легкость формования и коррозионная стойкость, чем максимальное соотношение прочности к массе или высокая обрабатываемость и твёрдость.

Сплав выбирают там, где требуется сочетание свойств практически чистого алюминия: например, максимальная проводимость, глубокая вытяжка или низкое содержание примесей для пайки/сварки. Во многих случаях изготовления он служит компромиссом между технологичностью чистого алюминия и умеренной механической прочностью, достигаемой наклёпом.

Варианты термообработки (темпера)

Темпера	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Очень высокое	Отличная	Отличная	Полный отжиг, максимальная пластичность и проводимость
H12	Низкий–средний	Среднее	Очень хорошая	Отличная	Частичный наклёп; сохраняет хорошую формуемость
H14	Средний	Среднее	Хорошая	Отличная	Лёгкая холодная обработка; распространён для тянутых профилей и лент
H16	Средний–высокий	Среднее	Удовлетворительная	Отличная	Усиленный наклёп для повышения прочности
H18	Высокий	Сниженное	Сниженная	Отличная	Сильный наклёп для высокой статической прочности
H24	Средний	Среднее	Хорошая	Отличная	Наклёп и частичный отжиг для баланса пластичности и прочности
T5 / T6 / T651	—	—	—	—	Не применимо — 1A70 не поддаётся упрочнению термообработкой; температуры T неприменимы

Темпера оказывают первостепенное влияние на механические свойства и формуемость 1A70, поскольку вся используемая прочность достигается за счёт пластической деформации. Отожжённые или температурные состояния O максимизируют удлинение и возможности формовки, что делает их стандартом для глубокой вытяжки и сложной гибки. Повышение номеров H увеличивает предел текучести и временное сопротивление, при этом постепенно уменьшается удлинение и способность формовать радиусы малых размеров; свариваемость остаётся хорошей во всех состояниях, но сварные соединения могут демонстрировать локальное снижение твёрдости из-за утраты наклёпа.

Химический состав

Элемент	Диапазон %	Примечания
Al	Остаток (~99,7–99,85)	Основной элемент; определяет проводимость и коррозионную стойкость
Si	≤0,25	Остаток от технологического процесса; влияет на жидкотекучесть при литье, меньше — у деформируемого металла
Fe	≤0,40	Типичная примесь; может образовывать интерметаллиды, слегка уменьшающие пластичность
Mn	≤0,05	Следовые количества; незначительное упрочнение
Mg	≤0,03	Низкий уровень; не добавляется для упрочнения
Cu	≤0,05	Минимальное содержание для сохранения коррозионной стойкости и проводимости
Zn	≤0,03	Следовые количества; ограниченный эффект
Cr	≤0,05	Контроль следов для ограничения роста зерна в некоторых вариантах
Ti	≤0,03	Часто используется как раскислитель и для измельчения зерна в микрооблегчённых расплавах
Другие (каждый)	≤0,05	Общее содержание прочих остатков ограничено для поддержания высокой чистоты

Химический состав подчёркивает алюминий как доминирующий элемент с жёстким ограничением примесей для сохранения проводимости, пластичности и коррозионной стойкости. Небольшие количества Fe и Si неизбежны и могут образовывать мелкие интерметаллиды, слегка снижающие формуемость при большой толщине или после интенсивной холодной обработки. Практически отсутствующие Mg, Cu и Zn исключают осадочное упрочнение и обеспечивают стабильное, предсказуемое поведение при сварке и химическом воздействии.

Механические свойства

Поведение при растяжении 1A70 характерно для алюминия высокой чистоты: низкие предел текучести и временное сопротивление в отожженном состоянии с высоким удлинением и равномерной пластичностью. При холодной обработке (холодные температуры H) как предел текучести, так и предел прочности существенно увеличиваются, тогда как удлинение и сужение уменьшаются; кривая напряжение-деформация остаётся пластичной, но показатель наклёпа (экспонента упрочнения) сравнительно небольшой по сравнению с легированными сплавами. Толщина и история обработки значительно влияют на свойства; тонкая, сильно наклёпанная лента будет иметь более высокую кажущуюся прочность, чем толстая плита в состоянии O.

Предел текучести в состоянии O низкий (от однозначных цифр до нескольких десятков MPa) по сравнению с термообрабатываемыми сплавами, в то время как временное сопротивление обычно находится в диапазоне от низких двузначных значений до менее 100 MPa в зависимости от температуры и толщины. Твёрдость следует той же тенденции — низкая в отожженном состоянии и растёт с увеличением наклёпа; значения по Бринеллю обычно находятся в пределах 12–22 HB для состояния O и повышаются до 20–40 HB для температур H16–H18. Усталостная прочность умеренная; срок службы при циклических нагрузках выигрывает от пластичности сплава, но может снижаться из-за поверхностных дефектов, сильной холодной обработки или контактов с разнородными металлами, вызывающими гальванические коррозионные очаги.

Свойство	O / Отожженное	Ключевая температура (например, H14/H18)	Примечания
Временное сопротивление	60–100 MPa	110–160 MPa	Широкий диапазон в зависимости от толщины и степени холодной обработки
Предел текучести	20–40 MPa	80–140 MPa	Темпера H обеспечивают большую часть полезной прочности благодаря наклёпу
Относительное удлинение	25–45%	2–20%	Отожженное состояние характеризуется высокой пластичностью; сильно упрочнённые температуры — низким удлинением
Твёрдость	12–22 HB	20–40 HB	Твёрдость по Бринеллю увеличивается с наклёпом

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2,70 г/см³	Типично для алюминиевых сплавов; удобно для облегчённого дизайна
Температура плавления	~660–657 °C	Температура плавления чистого алюминия ~660,3 °C; узкий диапазон для сплава высокой чистоты
Теплопроводность	~230–240 Вт/м·К (20 °C)	Очень высокая; близка к значениям чистого алюминия и превосходит многие легированные марки
Электрическая проводимость	~60–64 % IACS	Высокая электропроводность делает 1A70 предпочтительным для проводников и шин
Удельная теплоёмкость	~0,90 Дж/г·К (20 °C)	Типично для алюминия; полезно для расчётов теплоотводов
Коэффициент теплового расширения	~23–24 µм/м·К	Похож на другие алюминиевые сплавы; требуется проектирование с учётом тепловых циклов

Физические свойства подчёркивают пригодность 1A70 для тепловых и электрических применений: теплопроводность близка к верхним значениям для деформируемого алюминия, а электрическая проводимость приближается к показателям коммерчески чистых алюминиевых марок. Относительно высокий коэффициент теплового расширения требует аккуратного учёта в сборках, подвергающихся тепловому циклированию. Особенности плавления и литья аналогичны чистому алюминию, что упрощает пайку и сварку, но требует контроля образования оксидной плёнки.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение прочности	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0,2–6,0 mm	Прочность сильно зависит от состояния	O, H12, H14	Широко используется для облицовки, архитектурных панелей и радиаторов
Плита	6–100+ mm	Относительно низкая прочность на толщину из-за низкого легирования	O, H18	Толстые изделия могут содержать больше интерметаллидов от литья/обработки
Экструзия	Сложные сечения до крупных профилей	Прочность достигается холодной деформацией и конструкцией	O, H14, H16	Хорошая поверхность и отличная формуемость тонких стенок
Труба	Тонкостенные и среднестенные	Прочность за счёт волочения и холодной обработки	O, H12, H14	Бесшовные и сварные варианты; применяются в теплообменниках и конденсаторных трубах
Пруток/круг	Диаметры от малых до нескольких дюймов	Холоднотянутые для увеличения прочности	O, H18	Используются для проводников, соединителей и заклёпочных деталей

Листы и тонколистовые изделия являются наиболее распространённой коммерческой продукцией для 1A70, так как они используют отличную формуемость и электропроводность сплава. Экструзии и трубы значительно зависят от волочения и последующей холодной обработки для достижения требуемой прочности и точности размеров. Плиты и крупные сечения встречаются реже, поскольку их внутренняя прочность низкая по сравнению с легированными сериями, а толстые изделия могут иметь несколько сниженную пластичность из-за распределения частиц примесей.

Аналоги по маркам

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1070	Международный / США	Ближайший эквивалент по чистоте в деформируемом состоянии; сходная химия и свойства
EN AW	1070A	Европа	Европейское обозначение высокочистого деформируемого алюминия; сравнимые пределы
JIS	A1070	Япония	Японское обозначение чистого алюминия для деформируемых изделий с похожими областями применения
GB/T	1A70	Китай	Китайское стандартное обозначение; химические пределы и состояния соответствуют ожиданиям серии 1xxx

Эквивалентные марки по стандартам обычно взаимозаменяемы для большинства применений, но точные ограничения по примесям и допустимым следовым элементам могут незначительно различаться. Эти тонкости важны в высокопроводящих электрических приложениях или там, где особые допуски по примесям влияют на пайку или качество поверхности. Всегда сверяйте сертификаты производителя и стандарты при заказах для регулируемых или высокоточных применений.

Коррозионная стойкость

1A70 обладает отличной стойкостью к атмосферной коррозии благодаря быстрому образованию стабильной, плотно прилегающей плёнки оксида алюминия на поверхности. В сельских и городских условиях сплав ведёт себя аналогично другим сплавам серии 1xxx с высокой чистотой и обычно превосходит более активные легированные серии, где содержание меди или повышенного магния способствует локальной коррозии.

В морских и хлоридсодержащих средах сплав хорошо сопротивляется равномерной коррозии, но, как и другие алюминиевые марки, подвержен питтинговой коррозии в застойной солёной воде и коррозии в щелевых зонах ограниченной геометрии. Низкое содержание меди снижает вероятность ускоренной обобщённой гальванической коррозии, однако следует оценивать возможность гальванической пары с более благородными металлами (например, нержавеющей сталью); контакт с катодными материалами может ускорять локальное разрушение на стыках и креплениях.

Чувствительность к коррозионному растрескиванию под напряжением ниже, чем у старых высокопрочных алюминиевых сплавов, поскольку низкая прочность 1A70 и отсутствие меди и высокого содержания магния исключают условия, способствующие SCC. Тем не менее, анодный растворение и водородное охрупчивание остаются потенциальными проблемами при экстремальных электрохимических условиях. По равномерной коррозионной стойкости по сравнению с сериями 3xxx и 5xxx 1A70 является равным или лучше, но уступает по прочности, а по сравнению с 6xxx/7xxx снижает прочность в пользу улучшенной общей коррозионной устойчивости.

Свойства обработки

Свариваемость

1A70 легко сваривается стандартными процессами плавления (TIG, MIG и контактной сваркой) с минимальным риском горячих трещин благодаря низкому содержанию легирующих элементов. В зонах сварного шва происходит снижение упрочнения в H-состояниях и наблюдается размягчение зоны термического влияния (ЗТВ) с приближением к свойствам отожжённого металла, поэтому конструкция соединений должна учитывать локальное изменение прочности. Рекомендуемые материалы присадок — низколегированные или чисто алюминиевые, совместимые с основным сплавом для предотвращения анодных участков; для критичных по проводимости применений используют высокочистые присадки и контролируют оксидные пленки и пористость.

Обрабатываемость

Обработка 1A70 сложнее, чем у некоторых легированных марок, из-за высокой пластичности и склонности к смазыванию режущей кромки, что приводит к налипанию стружки и образованию втулок при неправильных параметрах резания. Индекс обрабатываемости умеренный (ниже, чем у сплавов с улучшенной режущей способностью) и улучшается при использовании положительного угла режущей кромки, острых твердосплавных пластин и подачи СОЖ для удаления стружки и снижения налипания. Повышенная твёрдость, достигнутая холодной обработкой, немного улучшает обрабатываемость, но уменьшает ресурс инструмента; обычно применяются средние скорости подачи и резания с эффективными дробителями стружки.

Формуемость

Формуемость отличная в состоянии O, что позволяет выполнять глубокую вытяжку, штамповку и сложные операции с минимальной отдачей упругости. Радиусы сгиба могут быть малы на отожжённом листе; минимальные внутренние радиусы обычно рекомендуются в пределах 1–2 толщины листа для большинства прессовых операций в состоянии O и увеличиваются с увеличением степени упрочнения. Холодная обработка — основной способ повышения прочности, её следует сочетать с поэтапным формованием и промежуточной отжигом при необходимости больших деформаций.

Поведение при термообработке

1A70 не поддаётся традиционной термообработке, направленной на упрочнение за счёт выделений; он не набирает заметной прочности при растворении и старении. Попытки обработки по типу T6 не дают характерного увеличения прочности, как у серий 6xxx и 7xxx.

Возможности термообработки ограничены отжигом (полным размягчением) и тепловой стабилизацией для снятия остаточных напряжений, вызванных обработкой. Отжиг (эквивалент отжига раствором) проводится нагревом в диапазон температур рекристаллизации с выдержкой для контроля роста зерна и последующим контролируемым охлаждением; процедура восстанавливает пластичность и электропроводность, но снижает прочность, полученную холодной деформацией.

Переходы состояний для регулировки свойств осуществляются циклами упрочнения холодной обработкой и отжигом, а не процессами выделения фаз. Проектировщикам рекомендуется планировать этапы формования и соединения с учётом этих механических подходов, а не полагаться на термическое упрочнение.

Поведение при высоких температурах

Механическая прочность 1A70 значительно снижается с ростом температуры по сравнению с легированными алюминиевыми сплавами и большинством конструкционных марок; при температурах выше примерно 150–200 °C эффективный запас прочности резко уменьшается. Для длительной эксплуатации при высоких температурах сплав не рекомендуется там, где необходимо сохранять механические нагрузки, так как релаксация и размягчение становятся существенными.

Стойкость к окислению хорошая, так как оксидный слой сохраняет защитные свойства; однако толщину слоя и изменение электропроводности необходимо учитывать при выборе материалов для теплового менеджмента, эксплуатируемых при постоянных повышенных температурах. В сварных соединениях размягчение ЗТВ при высоких локальных температурах может суммироваться с размягчением основного металла, ослабляя участок соединения, поэтому конструкция должна исключать длительный нагрев или предусматривать механическое усиление.

Области применения

Отрасль	Пример изделия	Причина использования 1A70
Электротехника	Шины, контактные планки	Высокая электропроводность и формуемость для изготовления проводников заданной формы
Судостроение	Декоративная отделка, воздуховоды	Коррозионная стойкость с сочетанием формуемости и низкого веса
Авиастроение	Неструктурные крепежи, тепловые кожухи	Хорошая электропроводность, малый вес и простота формования
Электроника	Радиаторы, фольга для конденсаторов	Высокая теплопроводность и чистота для эффективного управления теплом
Архитектура	Облицовка, фасадные панели, отливы	Эстетичное поверхностное оформление, коррозионная устойчивость и высокая способность к глубокой вытяжке

1A70 применяется там, где проектные критерии выше чистоты и связанных с ней физических свойств (проводимость, теплопередача, коррозионная стойкость), а не максимальной структурной прочности. Разнообразие форм позволяет использовать сплав в лёгких конструкциях и неструктурных деталях, особенно при технологиях глубокого тиснения, экструзии и сложного соединения. Баланс свойств делает его стандартным выбором в технических требованиях, ориентированных на проводимость и формуемость.

Рекомендации по выбору

Выбирайте 1A70 при приоритетах электропроводности, теплопроводности, превосходной формуемости и коррозионной стойкости над максимальной прочностью. Низкое содержание легирующих элементов и почти чистая химия делают этот сплав идеальным для проводников, радиаторов и деталей, формуемых методом холодной деформации с настройкой прочности без ущерба для проводимости.

По сравнению с коммерчески чистым алюминием, таким как 1100, сплав 1A70 имеет лишь незначительные отличия по проводимости и пределам содержания примесей при примерно одинаковой формуемости, но может иметь немного иные заводские допуски; оба сплава выбираются за проводимость и пластичность, а не за прочность. По сравнению с упрочненными холодной обработкой сплавами, такими как 3003 или 5052, 1A70 обеспечивает сопоставимую или лучшую проводимость и аналогичную формуемость, но меньшую достигаемую прочность; выбирайте 1A70, когда на первом месте коррозионная стойкость и проводимость, а не прочность. В сравнении с термически упрочняемыми сплавами, такими как 6061 или 6063, 1A70 выбирается, если требуются максимальная проводимость и способность к формовке, несмотря на более низкую максимальную прочность; используйте 6061 там, где необходимы конструкционная прочность и старение с упрочнением.

Итоговое резюме

Сплав 1A70 остаётся актуальным как алюминиевый сплав высокого уровня чистоты с высокой формуемостью, сочетание отличной электрической и тепловой проводимости, коррозионной стойкости и свариваемости обеспечивает его применение во многих промышленных областях. Для инженеров, отдающих приоритет проводимости, глубокой вытяжке и химической совместимости выше высокой конструкционной прочности, 1A70 представляет собой практичный и экономичный выбор материала с предсказуемыми технологическими характеристиками и широким ассортиментом в виде листов, экструзий и формованных изделий.