Алюминий 518: состав, свойства, руководство по термообработке и области применения

Полный обзор

Сплав 518 относится к серии 5xxx (Al-Mg) алюминиевых сплавов, основным легирующим элементом которых является магний. Он принадлежит к группе безтермического упрочнения, где прочность достигается преимущественно за счёт упрочнения твёрдого раствора и деформационного (холодного) упрочнения, а не за счёт осадочного старения.

Типичные основные легирующие примеси в сплаве 518 включают магний в среднем однозначном процентном содержании, с контролируемыми количествами марганца и следовых элементов, таких как хром и титан, для стабилизации структуры зерна и контроля рекристаллизации. Эти элементы вместе обеспечивают сбалансированное сочетание умеренной и высокой прочности, хорошей пластичности в отожжённом состоянии, а также улучшенные характеристики в морских и атмосферных условиях по сравнению со многими Al-Si и Al-Mn сплавами.

Ключевыми свойствами сплава 518 являются выгодное соотношение прочности к массе, хорошая стойкость к общему и точечному коррозионному разрушению в морской воде, а также отличная холодная формуемость в отожженном состоянии. Свариваемость обычно хорошая при традиционных методах сварки с плавлением, хотя следует учитывать локальное размягчение в зоне термического влияния (ЗТВ) и определённую подверженность межкристаллитной коррозии при напряжениях в специфических условиях, что важно при проектировании.

Типичные отрасли применения сплавов типа 518 включают автомобилестроение, производство прицепов, морские конструкции и панели, архитектурные облицовки, а также отдельные конструкционные компоненты в транспортном и энергетическом секторах. Инженеры выбирают 518 при необходимости сочетания формуемости, коррозионной стойкости и умеренной прочности, когда использование термически упрочняемых сплавов либо не требуется, либо является нежелательным для операций формовки и сварки.

Варианты термообработки (темперы)

Темпер	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Высокое	Отличная	Отличная	Полностью отожжённый, оптимален для сложной штамповки
H12	Низко-средний	Среднее	Очень хорошая	Отличная	Четверть повышенной твёрдости; умеренное повышение прочности
H14	Средний	Низко-среднее	Хорошая	Отличная	Половина твёрдости; распространён для листов, требующих некоторой жёсткости
H16	Средне-высокий	Низкое	Удовлетворительная	Отличная	Три четверти твёрдости; применяется при необходимости повышенной прочности без термообработки
H18	Высокий	Низкое	Ограниченная	Отличная	Полная твёрдость; ограниченная формуемость, но максимальная прочность холодной деформации
H111	Низко-средний	Средне-высокое	Очень хорошая	Отличная	Слегка деформирован после отжига, степень упрочнения не регламентирована
H32	Средний	Низко-среднее	Хорошая	Отличная	Деформационно упрочен и стабилизирован для сохранения формуемости после ограниченного отжига

Темпер оказывает первостепенное влияние на механический баланс и технологические свойства 518. Отожжённый (O) обеспечивает максимальную пластичность для глубокой вытяжки и сложной штамповки, в то время как H‑темперы дают растущую прочность за счёт снижения удлинения и минимально допустимого радиуса гиба.

Поскольку 518 не упрочняется обычной осадочной термообработкой, подгонка свойств под конечное применение достигается контролируемым холодным упрочнением и стабилизацией. При проектировании необходимо учитывать размягчение ЗТВ после сварки и подбирать темперы, соответствующие последовательности формовки и требованиям после изготовления.

Химический состав

Элемент	Диапазон %	Примечания
Si	максимум 0,10	Примесь; снижена для сохранения пластичности и коррозионной стойкости
Fe	максимум 0,40	Типичная примесь; влияет на прочность и образование интерметаллидов
Mn	0,20–0,80	Контролирует структуру зерна и подавляет рекристаллизацию
Mg	3,5–5,0	Основной упрочняющий элемент; повышает коррозионную стойкость и прочность
Cu	максимум 0,10	Минимизирован для сохранения коррозионной стойкости; повышенное содержание снижает устойчивость к межкристаллитной коррозии
Zn	максимум 0,25	Поддерживается на низком уровне для сохранения анодного поведения по отношению к катодным металлам
Cr	0,05–0,25	Уменьшает зерно и улучшает устойчивость к рекристаллизации и коррозии на границах зерен
Ti	0,05–0,15	Средство для измельчения зерна в процессе литья и деформирования
Прочие (баланс Al)	Баланс	Алюминий образует матрицу; другие следовые элементы контролируются согласно спецификации

Содержание магния является основным фактором, определяющим прочность и коррозионные свойства 518, при этом его повышение обычно увеличивает прочностные характеристики, но одновременно влияет на восприимчивость к межкристаллитной коррозии напряжённого состояния при высоких концентрациях в эксплуатации. Марганец и хром выступают в роли микроэлементов для контроля размера зерна и снижения степени размягчения при термическом воздействии и сварке. Примесные элементы, такие как железо и кремний, ограничены для предотвращения образования крупных интерметаллидов, ухудшающих вязкость и формуемость.

Механические свойства

При растягивающей нагрузке сплав 518 демонстрирует широкий диапазон характеристик в зависимости от темперного состояния и толщины. Отожжённый (O) материал обладает относительно низким пределом текучести и высоким удлинением, подходящими для глубокой вытяжки и растяжки, в то время как H‑темперы показывают постепенное повышение временного сопротивления и предела текучести с одновременным снижением пластичности и гибкости. Предел текучести и прочность зависят от толщины материала и истории обработки: тонколистовой материал и более упрочнённые холодной деформацией темперы имеют значительно более высокие показатели прочности при комнатной температуре.

Твёрдость варьируется параллельно прочности и часто используется на производстве как быстрый показатель соответствия темперу. Усталостная прочность сильно зависит от состояния поверхности, остаточных напряжений и микроструктуры; отполированные и холоднодеформированные поверхности обычно имеют улучшенный ресурс усталости, тогда как заусенцы, стыки сварных швов и крупные интерметаллиды его снижают. При проектировании необходимо учитывать размягчение ЗТВ рядом со сварными швами, особенно в деталях, критичных к усталости.

Свойство	O/Отожжённый	Ключевой темпер (например, H14 / H32)	Примечания
Временное сопротивление	130–200 MPa	220–320 MPa	Широкое перекрытие; прочность зависит от степени холодного упрочнения и толщины
Предел текучести	60–140 MPa	150–260 MPa	Предел текучести заметно растёт с повышением темперов и степенью упрочнения
Относительное удлинение	20–35%	6–15%	Максимум пластичности в отожжённом состоянии с падением при холодном упрочнении
Твёрдость	30–55 HB	60–95 HB	Значения по Бринеллю показывают относительную прочность темперов

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	~2.66 г/см³	Типично для алюминиево-магниевых деформируемых сплавов; обеспечивает высокое удельное сопротивление нагрузкам
Температура плавления	~555–650 °C	Диапазон солидуса и ликвидуса зависит от легирования и следовых примесей
Теплопроводность	~130–160 Вт/м·К	Ниже, чем у чистого алюминия из-за легирования; всё же достаточно хорошая для отвода тепла
Электропроводность	~30–45% IACS	Умеренная электропроводность по сравнению с другими конструкционными алюминиевыми сплавами
Удельная теплоёмкость	~0.9 Дж/г·К	Полезна для расчётов при кратковременном тепловом воздействии
Коэффициент теплового расширения	~23–24 µm/м·К	Типичен для алюминиевых сплавов; важен при проектировании соединений

Физические характеристики делают 518 привлекательным материалом для применения, где одновременно требуется снижение веса и эффективный отвод тепла, например, для кузовных панелей и отдельных компонентов систем теплового распределения. Теплопроводность и электропроводность достаточны для многих задач тепломенеджмента, хотя уступают чистому алюминию и некоторым термически упрочняемым сплавам; это следует учитывать при подборе толщин для теплопроводящих элементов.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение прочности	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0,3–6,0 мм	Зависит от толщины; холодная деформация повышает прочность	O, H12, H14, H32	Широко применяется в кузовных панелях, облицовке и внутренних панелях
Плита	6–50 мм	Меньше потенциала для холодной деформации; свойства контролируются прокаткой	O, H111	Используется там, где необходимы толстый сечений, высокая прочность и коррозионная стойкость
Экструзия	Толщина стенки 1–25 мм	Прочность зависит от холодной вытяжки и старения заготовок	O, H11, H22	Конструкционные экструзии для рам и ребер жесткости
Труба	Ø 6–200 мм	Прокатка и вытяжка влияют на механическую анизотропию	O, H14, H16	Системы вентиляции и кондиционирования, конструкционные и морские трубы
Пруток/круг	Ø 3–80 мм	Холодная обработка повышает твердость и предел текучести	O, H12, H14	Обработанные детали и крепеж, где допустима умеренная прочность

Форма продукции напрямую влияет на достигаемую прочность и микроструктуру из-за различий в прокатке, вытяжке и скорости охлаждения. Тонкий лист может подвергаться интенсивной холодной обработке для получения высоких состояний H по доступной цене, тогда как плиты и толстые экструзии в большей степени полагаются на контролируемую прокатку и термомеханическую обработку для достижения заданных свойств.

Различия в обработке определяют выбор применения: лист оптимизирован для штамповки и высокого качества поверхности, плита — для конструкционных несущих деталей, экструзии — для сложных профильных сечений, а пруток/труба — для механообработанных и собранных компонентов.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	518	США	Кованый алюминиево-магниевый сплав; часто указывается в каталогах поставщиков
EN AW	5182 (ближайшая)	Европа	В Европе широко используется 5182, по составу близкая к AA 518
JIS	A5182 (ближайшая)	Япония	В японской практике для схожих алюминиево-магниевых сплавов часто указывают 5182
GB/T	5182 (ближайшая)	Китай	Китайские стандарты имеют эквиваленты из серии 5xxx; прямое совпадение нумерации варьируется

Прямые эквиваленты часто сложно подобрать, поскольку системы маркировки включают семейства и поставщицкие варианты; 518 обычно соответствует химическому составу типа 5182 по международным стандартам. Небольшие допуски, ограничения по примесям и обязательные состояния могут отличаться, поэтому покупателям необходимо проверять сертификаты завода и требования механических испытаний при замене марок из разных регионов.

Коррозионная стойкость

Сплав 518 обеспечивает хорошую общую атмосферную коррозионную устойчивость и часто применяется в морских и прибрежных условиях, где важен контроль воздействия хлоридов. Содержание магния обеспечивает гальваническое поведение, благоприятное по сравнению с более катодными алюминиевыми сплавами, однако для улучшения долговременной стабильности обычно применяют защитные покрытия и анодирование.

В морской среде 518 хорошо сопротивляется точечной и щелевой коррозии при условии контроля хлоридов и использования защитных покрытий либо жертвенных анодов. Локальная коррозия усугубляется наличием примесей, шероховатой поверхностью или отслоениями покрытия, поэтому важны контроль качества поверхности и правильная герметизация соединений.

Сопротивляемость межкристаллитной коррозии под напряжением ухудшается с ростом содержания магния и приложенного растягивающего напряжения при повышенных температурах или в агрессивной хлоридной среде; сплавы с содержанием Mg выше примерно 5% значительно более подвержены риску. Для химических составов марки 518, сохраняющих среднее содержание Mg, SCC контролируется подбором материала, конструкцией для уменьшения остаточных растягивающих напряжений и после-сварочными обработками, такими как механическое снятие напряжений или подходящее наплавление при критических режимах эксплуатации.

Свойства обработки

Свариваемость

518 хорошо сваривается методами MIG (GMAW), TIG (GTAW) и сопротивлением с использованием традиционных присадочных материалов, совместимых с системами Al-Mg. Чаще всего применяются присадки серии 5xxx, химически соответствующие или слегка превосходящие базовое содержание магния, что снижает чувствительность к коррозии и размягчению зоны термического влияния. Размягчение зоны термообработки после сварки характерно для Al-Mg сплавов, поэтому проектировщики часто предусматривают после-сварочные допуски на прочность или подбирают сочетания состояний и присадок для минимизации потери локальной прочности.

Механическая обработка

Обрабатываемость 518 средняя, обычно лучше, чем у высокопрочных алюминиевых сплавов; он обрабатывается чище многих Al-Mn сплавов, однако мягче по сравнению с сплавами, поддающимися термообработке, такими как 6061. Рекомендуется использовать твердосплавный инструмент с положительным углом заточки, жёсткое крепление заготовок и контролируемое удаление стружки для предотвращения прироста материала на режущей кромке и задиров поверхности. Скорости резания подбирают для алюминия (высокие SFM) в сочетании с подходящей подачей для предотвращения вибраций и обеспечения равномерного формирования стружки.

Формуемость

Формуемость 518 в состоянии O отличная для глубокой вытяжки, растягивания и подгибов; типичные минимальные радиусы изгиба зависят от состояния и толщины и часто могут быть около 1–1,5× толщины в отожженном состоянии. Холодная деформация повышает прочность и уменьшает допустимые радиусы изгиба; пружинение следует учитывать при конструировании инструментов для работы с H-состояниями. Тёплая штамповка может немного расширить пределы формования, но обычно не требуется, если не нужны экстремальные формы или компенсировать сильное пружинение.

Особенности термообработки

518 относится к неконструкционным легированным алюминиевым сплавам, не поддающимся упрочняющей термообработке; повышение прочности достигается за счёт твёрдого раствора (магний) и упрочнения холодной деформацией, а не выделением фаз. Нет эффективного пути старения T6 для значительного увеличения прочности, и попытки обычной термообработки обычно приводят к размягчению, а не упрочнению.

Основные термические обработки направлены на отжиг для восстановления пластичности (например, нагрев в диапазоне 345–415 °C в зависимости от формы продукции) и стабилизационные обработки для снижения остаточных напряжений и контроля размеров. При необходимости более высокой прочности промышленный путь — последовательности холодной обработки (прокатка, вытяжка) с контролируемым назначением состояний (состояния H).

Работа при высоких температурах

При повышенных температурах 518 постепенно теряет прочность из-за процессов рекристаллизации и рекуперации, при этом эксплуатационные механические свойства обычно ограничены температурой ниже примерно 100–150 °C для несущих нагрузок. Окисление минимально в большинстве атмосфер, но длительное воздействие высоких температур или окислительных хлоридных сред ускоряет микроструктурные изменения и может ухудшить коррозионную стойкость.

Особое внимание нужно уделять сварным конструкциям, так как зона термического влияния может дополнительно размягчаться при термических циклах, а стойкость к ползучести при повышенных температурах ограничена; для деталей, работающих под длительными нагрузками при умеренных температурах, рекомендуются проектные допуски и испытания.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Причина использования 518
Автомобильная	Кузовные панели, внутренние обшивки	Отличная формуемость в состоянии O; хорошая коррозионная стойкость и устойчивость к вмятинам при упрочнении
Морская	Компоненты кабин, конструкционные панели	Хорошая стойкость к морской воде и свариваемость для сварных конструкций
Авиастроение	Вторичные конструкции, обтекатели	Хорошее соотношение прочности и веса, хорошая формуемость для несущих элементов не первого порядка
Архитектура	Облицовочные и кровельные панели	Устойчивая к атмосферным воздействиям и удобная для изготовления эстетичных покрытий
Электроника	Панели теплового рассеяния	Достаточная теплопроводность при меньшей массе для корпусов с требованиями к весу

518 применяется там, где требуется сбалансированная формуемость, коррозионная стойкость и умеренная прочность, а также важны свариваемость и качество поверхности. Его универсальность в различных формах продукции и состояниях делает его практичным выбором для средних конструкционных и корпусных компонентов в различных отраслях.

Рекомендации по выбору

При сравнении 518 с коммерчески чистым алюминием типа 1100 следует ожидать, что 518 уступит в электрической и теплопроводности, но значительно превзойдёт по прочности и несущей способности. Если главенствует требование проводимости, предпочтительнее 1100 или высокочистые сплавы; выбирайте 518, если приоритет — конструкционная прочность и коррозионная стойкость.

По сравнению с упрочняемыми холодной обработкой сплавами 3003 или 5052, 518 обычно обладает более высокой прочностью за счет повышенного содержания Mg, сохраняя при этом конкурентоспособную коррозионную стойкость; однако 5052 может обладать лучшей формуемостью в некоторых операциях глубокой вытяжки. При выборе между 518 и распространёнными термообрабатываемыми сплавами 6061/6063 выбирайте 518 для интенсивных холодных деформаций или повышенной коррозионной стойкости в морской среде, несмотря на более низкую максимальную прочность; 6061 предпочтительнее при необходимости более высокой прочности после термообработки и лучшей обрабатываемости.

При закупках следует учитывать наличие у местных поставщиков необходимых отпусков и толщин, совместимость сварочных материалов, а также возможную необходимость постсварочной или послеформовочной обработки для обеспечения соответствия конечного изделия требованиям по усталостной прочности и размерной стабильности.

Заключение

Сплав 518 остаётся актуальным, поскольку сочетает внутренние преимущества систем на основе Al-Mg — хорошую коррозионную стойкость, свариваемость и высокую формуемость в отожжённом состоянии — с возможностью достижения полезных значений прочности за счёт экономичной холодной обработки. Его сбалансированный комплекс свойств делает его универсальным выбором для транспортных, морских и архитектурных применений, где важны надёжность, технологичность и экономическая эффективность.