Алюминий 1N50: состав, свойства, руководство по состоянию и области применения

Общий обзор

1N50 — это алюминиевый сплав средней прочности, функционально относящийся к серии 5xxx (класс Al-Mg) и оптимизированный для конструкционных применений, где критически важны коррозионная стойкость и свариваемость. Основным легирующим элементом является магний, обычно в диапазоне 4,5–5,5 мас.% с контролируемыми добавками марганца и следовыми количествами хрома и кремния для улучшения структуры зерна и повышения прочности. Сплав не подвергается термообработке; основное упрочнение достигается за счёт твердофазного растворения магния и упрочнения деформацией в процессе холодной обработки. Ключевые характеристики включают благоприятное соотношение прочности к весу, отличную атмосферную и морскую коррозионную стойкость, хорошую свариваемость с минимальными требованиями к термообработке после сварки и приемлемую формуемость в мягких состояниях.

Отрасли, часто использующие 1N50, включают судостроение и морскую индустрию, производство транспортных средств и прицепов, архитектурные облицовки, а также отдельные структурные автомобильные компоненты, где требуются усталостная стойкость и коррозионные свойства. Конструкторы выбирают 1N50 вместо сплавов с более низкой прочностью и высокой электропроводностью, когда ожидаются повышенные нагрузки и локальный ремонт сваркой. По сравнению с более прочными сплавами, упрочняемыми термообработкой, 1N50 чаще выбирают для крупных конструктивных деталей, где коррозионная стойкость в эксплуатации и возможность больших радиусов гибки важнее максимальной прочности после старения.

Варианты состояний (темперов)

Темпер	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкая	Высокое (≥30%)	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое состояние; оптимально для глубокого вытягивания
H12	Низко-средняя	Средняя (20–25%)	Хорошая	Отличная	Частично упрочнённый деформацией; умеренная формуемость
H14	Средняя	Средняя (12–18%)	Хорошая	Отличная	Полувыдержанный (half-hard); распространён для панелей с умеренными нагрузками
H18	Высокая	Низкая (6–12%)	Приемлемая	Отличная	Полностью упрочнённый; ограниченная гибкость, применяется там, где нужна жёсткость
H22	Средне-высокая	Средняя (10–15%)	Умеренная	Отличная	Упрочнён и частично отожжён; сбалансированные свойства
H32	Средне-высокая	Средняя (10–15%)	Умеренная	Отличная	Упрочнён, затем стабилизирован; сохраняет прочность после сварки
H116	Средне-высокая	Средняя (10–15%)	Умеренная	Очень хорошая	Предназначен для морского применения с контролируемой рекристаллизацией

Темперы 1N50 изменяют механические свойства, сочетая упрочнение деформацией с процессами стабилизации для сохранения прочности при последующих операциях обработки, таких как сварка. Мягкие O-состояния максимизируют пластичность и формуемость, но характеризуются низкими пределом текучести и временным сопротивлением разрыву. H-состояния жертвуют пластичностью ради повышения прочности и улучшения размерной стабильности.

Химический состав

Элемент	Диапазон %	Примечания
Si	0,10 – 0,40	Контролируемо низкое содержание кремния для ограничения образования железосилицидов, снижающих пластичность
Fe	0,20 – 0,60	Типичная примесь; высокое содержание снижает ударную вязкость и увеличивает склонность к трещинам
Mn	0,20 – 0,80	Рефинер зерна и повышение сопротивления рекристаллизации; улучшает прочность
Mg	4,50 – 5,50	Основной упрочняющий элемент, обеспечивающий твердофазное упрочнение и коррозионную стойкость
Cu	0,05 – 0,30	Содержится в низких количествах для сохранения коррозионной стойкости; небольшие добавки могут повысить прочность
Zn	0,05 – 0,25	Незначительный; поддерживается на низком уровне ввиду снижения коррозионной стойкости при повышении
Cr	0,05 – 0,25	Контролирует структуру зерна и уменьшает восприимчивость к отслаиванию и межкристаллитной коррозии напряжения
Ti	0,02 – 0,10	Рефинер зерна, используется при литье и обработке слитков для контроля микроструктуры
Другие (каждый)	≤0,05	Следовые элементы и остатки; суммарно по спецификации ограничены

Химический состав 1N50 оптимизирован для максимизации упрочнения твёрдым раствором магния, при этом поддерживая низкий уровень элементов, способствующих образованию интерметаллидов. Марганец и хром выполняют роль микроэллементов, стабилизирующих структуру, предотвращая рост зерна и рекристаллизацию при термических воздействиях, обеспечивая сохранение вязкости и устойчивости к межкристаллитной коррозии.

Механические свойства

Поведение на растяжение 1N50 характеризуется прогрессивным ростом предела текучести и временного сопротивления разрыву с упрочнением деформацией; сплав показывает относительно плавное соотношение прочности и удлинения в сравнении с термообрабатываемыми сплавами серии 6xxx. В отожженном состоянии сплав демонстрирует большое равномерное удлинение и выраженный показатель упрочнения, что способствует пластической перераспределенности деформаций при формовке. Твёрдость тесно связана с темпером; состояния H‑температуры обычно имеют твёрдость на 20–40% выше, чем материал в состоянии O, что улучшает несущую способность поверхности, но снижает гибкость при изгибе.

Усталостные характеристики 1N50 выигрывают за счёт его вязкого типа разрушения и хорошей коррозионной стойкости; предел выносливости чувствителен к качеству поверхности, сварным швам и толщине. Тонкие участки проявляют большую кажущуюся пластичность и слегка более высокие отношения предела текучести к временной прочности за счёт ограничения деформаций, тогда как толстые могут иметь меньшую пластичность и потенциальные проблемы с локальной пористостью или сегрегацией при низком качестве производства слитков. Проектировщикам следует учитывать зависимость припусков на формовку от толщины и возможность размягчения зоне термического влияния сварных швов при расчёте коэффициентов запаса для деталей, подвергающихся циклическим нагрузкам.

Свойство	Состояние O/Отожженное	Основной темпер (H32/H116)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	~170 MPa	~270–300 MPa	Значения H32/H116 зависят от степени холодной деформации и стабилизации
Предел текучести	~60–90 MPa	~200–240 MPa	Предел текучести значительно растёт с увеличением упрочнения деформацией
Относительное удлинение	~30–35%	~10–16%	Удлинение уменьшается в твёрдых темперах; зависит от толщины
Твёрдость (HB)	~35–45 HB	~75–95 HB	Твёрдость растёт с упрочнением деформацией, отражается на износостойкости и несущей способности

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2,66 г/см³	Типично для Al-Mg сплавов; способствует высокой удельной прочности
Диапазон плавления	~555–650 °C	Интервал солидуса и ликвидуса зависит от содержания Si и Fe, а также от сегрегации
Теплопроводность	120–140 Вт/м·К	Ниже, чем у чистого алюминия; достаточна для задач теплопередачи
Электропроводность	~35–45 % IACS	Снижена по сравнению с чистым Al из-за Mg в твёрдом растворе; варьируется в зависимости от темы и обработки
Удельная теплоёмкость	~0,90 кДж/кг·К	Типичное значение для алюминиевых сплавов, полезно при расчетах тепловой массы
Коэффициент теплового расширения	23–25 мкм/(м·К) (20–100 °C)	Относительно высокое расширение; важно учитывать при проектировании узлов из разных материалов

Физические свойства делают 1N50 привлекательным для применений, где важны малая масса и теплопроводность наряду с конструкционной прочностью. Электропроводность и теплоёмкость позволяют использовать сплав в умеренных системах теплового управления, но необходимо учитывать тепловое расширение при соединении со сталью или композитами, чтобы избежать концентрации напряжений при температурных циклах.

Формы выпуска

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение прочности	Типичные темперы	Примечания
Лист	0,3 – 6,0 мм	Прочность варьируется с темпером; тонкие листы имеют лучшую формуемость	O, H14, H32, H116	Широко используется для панелей, корпусов и обшивок
Плита	6 – 120 мм	Меньшая пластичность у толстых плит; прочность менее зависима от толщины	O, H22, H32, H116	Конструкционные плиты для морских и транспортных рам
Экструзия	Сложные сечения до 300 мм	Поставляется в переотожженном и упрочнённом состояниях	O, H12, H14, H32	Хорошая поверхность; применяется для рельсов и профилей
Труба	Диаметры от малых до 400+ мм	Холодная протяжка и старение регулируют размерную стабильность	O, H14, H18	Используется в гидравлических конструкциях и трубопроводах с коррозионной нагрузкой
Пруток/штанга	Круглый/шестигранный до 200 мм	Холоднотянутый или горячекатаный; механические свойства зависят от степени холодной обработки	O, H12, H18	Заготовки для механической обработки и конструкционные штифты/штампы

Особенности производства влияют на выбор формы продукции: листы производятся прокаткой с точным контролем толщины и обычно имеют тонкую обработанную поверхность, тогда как плиты могут подвергаться гомогенизационному отжигу для снижения центровой сегрегации. Экструзия позволяет получать сложные профили, но требует тщательной разработки матриц для Mg-содержащих сплавов, чтобы избежать волнистости поверхности и обеспечить точные допуски.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	1N50	США	Собственное или торговое обозначение; химический состав соответствует классу Al-Mg
EN AW	эквивалент ~5xxx	Европа	Приблизительный эквивалент серии EN AW 5xxx; точное совпадение зависит от содержания Mg и Mn
JIS	серия ~A5xxx	Япония	Сопоставимо с марками Al-Mg по JIS, используемыми в морских и конструкционных компонентах
GB/T	серия ~5xxx	Китай	Локальные эквиваленты с аналогичным диапазоном содержания Mg и механическими свойствами

Записи об эквивалентных марках следует рассматривать как функциональные приближения; окончательный выбор требует сверки химических составов и пределов механических свойств с соответствующими стандартами. Региональные стандарты могут предъявлять разные требования к предельному содержанию примесей, контролю зеренной структуры или классификации условных твердостей, что приводит к практическим отличиям в работе, особенно для ответственных морских и авиационных деталей.

Коррозионная устойчивость

1N50 демонстрирует отличную общую коррозионную стойкость в атмосферных условиях благодаря формированию стабильного окисного слоя и благоприятному влиянию магния на образование пассивной пленки. В морской среде сплав хорошо сопротивляется равномерной коррозии и показывает удовлетворительную сопротивляемость питтингу при условии правильной обработки поверхности и применения катодной защиты. Однако в сильно загрязнённых или промышленных атмосферах, содержащих хлориды и сульфаты, локальная коррозия может ускоряться, если не применяются защитные покрытия или анодирование.

Чувствительность к коррозионному растрескиванию под напряжением низкая или умеренная по сравнению с высокопрочными закаливаемыми алюминиево-цинково-магниевыми сплавами; сочетание умеренной прочности и содержания Mg делает 1N50 не полностью устойчивым, особенно при растягивающих остаточных напряжениях и повышенных температурах. Необходимо учитывать гальванические взаимодействия при сочетании 1N50 с катодными металлами, такими как нержавеющие стали и медные сплавы; алюминий будет корродировать предпочтительно, если не осуществляется электрическая изоляция или защита. По сравнению с сплавами серий 3xxx и 1xxx, 1N50 жертвует некоторой пластичностью ради заметно повышенной прочности и сопоставимой или лучшей коррозионной стойкости в условиях воздействия хлоридов.

Свойства обработки

Свариваемость

1N50 хорошо сваривается общепринятыми методами плавления, такими как MIG (GMAW), TIG (GTAW) и контактной сваркой, при соблюдении технологической дисциплины риск трещинообразования при затвердевании невысок. Рекомендуемые присадочные материалы — совместимые алюминиево-магниевые сварочные прутки (например, аналоги ER5356 или ER5183), чтобы сохранить коррозионную стойкость и механические свойства зоны сварного шва и околошовной зоны. Зона термического влияния (ЗТИ) может испытывать некоторое снижение твердости по сравнению с сильно деформированным исходным металлом, но стабилизирующие состояния (например, H32) и последующая механическая обработка уменьшают деформации и локальную потерю прочности.

Механическая обработка

Обрабатываемость 1N50 оценивается как средняя по сложности; за счёт высокой пластичности могут образовываться длинные непрерывные стружки при неоптимальной геометрии инструмента и режимах подачи. Рекомендуется использование твердосплавного инструмента с положительным углом режущей кромки и геометрией с переменной спиральностью, при этом скорости резания обычно ниже, чем для серии 6xxx из-за склонности к упрочнению при обработке, а подачи повышены для эффективного дробления стружки. Достигается высокая точность обработки поверхности и соблюдение допусков стандартным промышленным инструментом, однако необходимо предусматривать меры против вибраций и надёжное закрепление тонких деталей.

Формование

Лучшие результаты при формовании достигаются в отожженном состоянии (O) и в условиях лёгких термических отпусков (H), когда сплав допускает малые радиусы изгиба и значительные пластические деформации без растрескивания. Минимальные радиусы гиба зависят от состояния термообработки и толщины; ориентировочные значения для листа в состоянии O составляют 1,0–1,5× толщины при гибке на воздухе, увеличиваясь с жёсткостью термического состояния. Отзыв сплава на холодную деформацию предсказуем и равномерный; детали, требующие высокой конечной прочности, обычно формуют в состоянии O с последующей холодной деформацией до H-состояний для достижения требуемых механических характеристик.

Поведение при термообработке

Как не закаливаемый сплав, 1N50 не повышает прочность при растворной обработке и искусственном старении; укрепление достигается преимущественно холодной пластической деформацией и упрочнением от механических напряжений. Отжиг (полный или частичный) применяется для восстановления пластичности перед операциями формования: типичные температуры полного отжига — в диапазоне 350–420 °C с контролируемым охлаждением для предотвращения избыточного роста зерна. Стабилизирующие обработки (например, H32) включают лёгкий подогрев или растяжение для минимизации естественного старения и снижения потери прочности при последующих тепловых циклах, способствуя сохранению механических свойств в сварных конструкциях.

Если в процессе изготовления возникают термические перегревы, существенные изменения свойств вызываются лишь процессами восстановления и рекристаллизации в зависимости от состояния термообработки; проектировщикам необходимо избегать температур, превышающих порог отжига сплава в эксплуатации или послеобработке, поскольку нежелательное размягчение снижает предел текучести и усталостную прочность. Для восстановления местной прочности после сварки применяются механические обработки, такие как дробеструйная обработка или растяжка, которые вводят выгодные сжимающие остаточные напряжения.

Работа при повышенных температурах

При температурах выше примерно 100–150 °C 1N50 испытывает постепенное снижение прочности вследствие процессов восстановления и ускоренного диффузионного перераспределения Mg в твёрдом растворе. Рекомендованные пределы эксплуатации при длительных нагрузках обычно устанавливают ниже 100 °C, чтобы избежать длительного размягчения и снижения предела текучести. Окисление ограничивается формированием обычного окисного слоя алюминия при амбиентных условиях, но длительное воздействие окисляющих сред при высоких температурах может утолщать поверхностные оксиды и влиять на тепловой контакт.

Поведение ЗТИ около сварных швов критично при эксплуатации при повышенных температурах, так как локальное размягчение снижает усталостную долговечность и увеличивает риск ползучести под длительными нагрузками. При кратковременных тепловых воздействиях или циклах отпекания краски 1N50 выдерживает умеренные температуры; однако проектировщикам необходимо удостовериться в стабильности размерных характеристик и эволюции остаточных напряжений у компонентов, подверженных значительной термоусталости.

Применение

Отрасль	Пример компонента	Причины выбора 1N50
Автомобильная	Конструкционные панели, кузова прицепов	Оптимальный баланс прочности, формуемости и коррозионной устойчивости для наружных деталей
Морская	Обшивка корпуса, надстройка, палубные крепления	Высокая стойкость к хлоридам и хорошая свариваемость для судостроения
Авиационная	Вторичные крепления, внутренние конструкционные элементы	Высокое удельное сопротивление нагрузкам с хорошими характеристиками усталостной прочности в неответственных первичных узлах
Электроника	Корпуса, теплоотводы средней нагрузки	Теплопроводность достаточна для пассивного охлаждения; низкий вес облегчает переноску

1N50 широко применяется для средненагруженных конструкционных элементов, часто эксплуатируемых в коррозионных условиях с необходимостью сварки и формовки на месте. Сочетание коррозионной стойкости, свариваемости и достаточной прочности делает сплав экономически выгодным выбором для крупных панелей и сборок, где применение более высокопрочных закаливаемых сплавов не оправдано.

Рекомендации по выбору

При выборе 1N50 предпочтение следует отдавать ситуациям, требующим сочетания коррозионной устойчивости, свариваемости и средней или высокой прочности без необходимости упрочнения осадочным старением. Для сложных операций формования выбирайте отожженное состояние O, а после формовки при необходимости повышенного предела текучести переходите к H-состояниям.

По сравнению с коммерчески чистым алюминием (1100) 1N50 обладает значительно большей прочностью при умеренно сниженной электрической проводимости и несколько ухудшенной формуемости глубокой вытяжкой. В сравнении с упрочнёнными холодной деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, 1N50 обычно характеризуется более высокой прочностью и сопоставимой или лучшей морской коррозионной стойкостью благодаря оптимальному содержанию Mg и микро легирующим добавкам. По сравнению с закаливаемыми сплавами вроде 6061 или 6063, 1N50 не достигает максимальной прочности после старения, но предпочтителен там, где важны высокая свариваемость, рабочая коррозионная стойкость и экономичное изготовление крупногабаритных конструкций.

Заключение

1N50 остаётся актуальным универсальным алюминиево-магниевым конструкционным сплавом, который обеспечивает сбалансированное сочетание прочности, коррозионной устойчивости и удобства обработки для морской, транспортной и общей строительной техники. Его структура без закалки облегчает технологические процессы изготовления и ремонта, одновременно обеспечивая необходимую надёжность механических характеристик в современных лёгких конструкциях.