Алюминий 5652: состав, свойства, руководство по состоянию и области применения

Общий обзор

5652 — это алюминиевый сплав, относящийся к серии 5xxx (Al–Mg), в которой магний является основным легирующим элементом. Это не термообрабатываемый сплав с упрочнением при холодной деформации, который получает прочность главным образом за счёт холодной обработки, а не за счёт твердоотпускающего упрочнения.

Основные легирующие компоненты в 5652 — магний с контролируемыми добавками марганца и хрома для управления структурой зерна и коррозионной стойкости. Сплав обеспечивает сочетание повышенной прочности (по сравнению с чистым алюминием), очень хорошей коррозионной устойчивости в атмосферных и морских условиях, а также приемлемую пластичность и свариваемость при использовании в соответствующих состояниях.

Типичные отрасли, использующие 5652, включают морское строительство, транспорт (в том числе прицепы и лёгкие конструктивные элементы), сосуды под давлением и трубопроводы, где требуется баланс прочности и коррозионной стойкости, а также отдельные архитектурные или промышленные применения. Инженеры выбирают 5652 вместо других сплавов, когда необходима более высокая прочность по сравнению с почти чистым алюминием или материалами серии 3xxx при сохранении превосходных антикоррозионных свойств в морской среде по сравнению со многими термообрабатываемыми сплавами серий 6xxx и 7xxx.

Сплав предпочитают более прочным термообрабатываемым материалам, если важны высокая пластичность при глубокой формовке, устойчивость к межкристаллитной коррозии и упрощённая термообработка. Его не термообрабатываемая природа упрощает производство и снижает чувствительность к термическим изменениям свойств, что является преимуществом в сварных и формованных изделиях.

Варианты состояния

Состояние	Уровень прочности	Относительное удлинение	Пластичность	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Высокое (20–30%)	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое состояние для максимальной пластичности
H12	Низкий–Средний	Среднее (12–18%)	Очень хорошая	Отличная	Легко упрочнённое холодной деформацией, сохраняет хорошие формовочные свойства
H14	Средний	Среднее (10–15%)	Хорошая	Очень хорошая	Средний уровень упрочнения для повышения прочности
H32	Средне–высокий	Ниже (8–12%)	Удовлетворительная	Очень хорошая	Упрочнённое и стабилизированное холодной деформацией, распространённое коммерческое состояние
H34	Высокий	Низкое (6–9%)	Ограниченная	Хорошая	Сильно холодно деформированное для максимальной прочности за счёт уменьшения пластичности
H112	Различный	Умеренное (15–25%)	Хорошая	Отличная	Состояние после изготовления с характеристиками, зависящими от производственного процесса

Состояния существенно влияют на соотношение прочности и пластичности в 5652. Отожжённый (O) материал обеспечивает максимальную пластичность и удлинение для глубокой вытяжки и сложного формообразования, тогда как состояния H поэтапно увеличивают прочность за счёт холодной деформации с потерей растяжимости.

Свариваемость остаётся благоприятной во всех состояниях, поскольку 5652 не поддаётся термической обработке; однако при значительной холодной деформации возможно локальное размягчение рядом с зонами термического влияния сварных швов. Поэтому конструкторы должны выбирать наименьшее соответствующее требуемой прочности состояние для максимизации пластичности и свойств после сварки.

Химический состав

Элемент	Диапазон, %	Примечания
Si	≤ 0,25	Контроль примесей; избыточный Si снижает пластичность
Fe	≤ 0,50	Железо образует интерметаллические фазы, снижающие пластичность и коррозионную стойкость
Mn	0,2–0,6	Управление структурой зерна, повышение прочности и коррозионной устойчивости
Mg	2,7–3,6	Основной элемент упрочнения; управляет твёрдостью раствора и способностью к упрочнению при деформации
Cu	≤ 0,10	Поддерживается на низком уровне для сохранения коррозионной стойкости и анодного поведения
Zn	≤ 0,25	Низкий уровень для избежания электролитической коррозии и сохранения пластичности
Cr	0,05–0,25	Микролегирование для контроля зерна и сопротивления рекристаллизации и коррозии напряжений
Ti	≤ 0,15	Зерноочиститель при контролируемом содержании для литья и деформируемых процессов
Прочие	≤ 0,15 (каждое)	Следовые и остаточные элементы; суммарно ограничены для сохранения свойств

Состав оптимизирован для обеспечения упрочнения твёрдым раствором за счёт магния с одновременным сохранением коррозионной стойкости благодаря низкому содержанию меди и контролю железа. Хром и марганец специально добавлены в небольших количествах для контроля размера зерна, подавления рекристаллизации во время термомеханической обработки и стабилизации прочности после холодной деформации.

Минорные элементы и остаточные примеси строго ограничены для предотвращения вредных интерметаллических фаз, а также для обеспечения хорошей свариваемости и качества поверхности. Диапазон содержания Mg является основным параметром для настройки механических свойств и упрочнения при деформации.

Механические свойства

Сплав 5652 демонстрирует пластичные характеристики при растяжении в отожженном состоянии с постепенным повышением прочности и снижением удлинения по мере увеличения степени холодной деформации. Предел текучести обычно развивается плавно с чётко выраженной упругой границей и выраженной областью упрочнения; сильно упрочнённые состояния показывают более высокие уровни текучести, но сниженную равномерную деформацию. Усталостные свойства в целом благоприятны для сварных и несварных конструкций при учёте концентраций напряжений и качества поверхности, однако сварные швы и острые геометрические переходы значительно сокращают ресурс по усталости.

Твёрдость следует той же тенденции, что и прочностные характеристики: увеличивается от сравнительно низких значений по Бринеллю в состоянии O до значительно более высоких в состояниях H, что отражает накопление дислокаций и структур упрочнения. Влияние толщины заметно: тонкий лист легче поддаётся холодной деформации и достигает более высокой прочности, тогда как толстая плита сохраняет более низкую скорость упрочнения и может потребовать иного технологического подхода для достижения подобных значений прочности.

Показатель	O (отожжённое)	Основное состояние (H34)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	120–160 MPa	280–320 MPa	Значения зависят от толщины и точного содержания Mg
Предел текучести (0,2% offset)	35–70 MPa	220–260 MPa	Используется для проектирования
Относительное удлинение	20–30%	6–9%	Значительное снижение при сильной холодной деформации
Твёрдость (HB)	30–40 HB	80–100 HB	Твёрдость коррелирует с уровнем холодной деформации

Указанные значения представлены в виде типовых диапазонов для широко выпускаемого листового и плоского проката; точные характеристики должны быть подтверждены сертификатами завода-изготовителя для ответственных конструкций. Разработчикам также следует учитывать анизотропию свойств, обусловленную направлением прокатки, а также влияние операций формования на локальную прочность и пластичность.

Физические свойства

Показатель	Значение	Примечания
Плотность	2,66–2,70 г/см³	Немного меньше стали, что позволяет экономить массу конструкции
Температура плавления	~570–640 °C	Температура солидуса и ликвидуса варьируется в зависимости от легирования; типично для Al–Mg сплавов
Теплопроводность	~110–140 Вт/(м·К) (при комнатной температуре)	Ниже, чем у чистого алюминия, но достаточная для теплоотвода
Электропроводность	~22–28 % IACS	Понижена по сравнению с чистым алюминием из-за легирования
Удельная теплоёмкость	~0,90 Дж/(г·К)	Полезна для расчётов переменного теплового воздействия
Коэффициент теплового расширения	23–24 x10^-6 /К	Типичное значение для деформируемых алюминиевых сплавов

Тепловые и электрические свойства делают 5652 подходящим для применения, требующего разумного отвода тепла и электропроводности, в то время как низкая плотность обеспечивает значительное преимущество по отношению прочности к массе по сравнению с черными металлами. Коэффициент теплового расширения необходимо учитывать при совмещении 5652 с материалами иной природы, чтобы избежать напряжений в соединениях при температурных циклах.

Благодаря относительно высокой теплопроводности 5652 применим для теплопроводящих элементов, где также требуется умеренная механическая прочность. Однако при температурах выше приблизительно 100–150 °C механические свойства значительно ухудшаются, что ограничивает использование сплава в высокотемпературных конструкциях.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Механические характеристики	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0.3–6.0 мм	Легко подвергается наклёпу; тонкие листы имеют более высокий уровень наклёпа	O, H12, H14, H32	Используется для формованных панелей и мелких штампованных деталей
Плита	6–50+ мм	Низкая скорость наклёпа; толстые сечения менее пластичные	O, H112, H32	Конструкционные элементы и толстые панели
Экструзия	Размер по сечению	Прочность зависит от деформации после экструдирования и истории старения	В состоянии после экструдирования, H112	Сложные профили для рам и конструктивных элементов
Труба	Диаметры до 600 мм	Холоднотянутые или сварные; механические свойства зависят от обработки	O, H32	Давление и конструкционные пустотелые секции
Пруток/Круглый прут	Ø3–100 мм	Обрабатывается механически и х/д для повышения прочности	O, H14, H34	Крепёж, штифты и обработанные детали

Листы и тонкие изделия обычно используются там, где важны формовка и качество поверхности, в то время как плиты и экструзии выбирают для несущих конструкций. Различия в обработке, такие как горячая прокатка, холодная прокатка и контролируемый отжиг, определяют итоговую микроструктуру и, соответственно, механические свойства каждой формы продукции.

Сварные трубы и экструзии часто требуют послесварочной механической обработки или снятия напряжений при изготовлении в более твёрдых состояниях H, чтобы минимизировать деформации и локальное размягчение. Правильный выбор состояния, толщины и последовательности формовки критичен для соответствия конечного изделия техническим требованиям.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	5652	США	Основное обозначение, используемое в Североамериканских производственных спецификациях
EN AW	5652	Европа	Европейская номенклатура; химический состав и состояния могут варьироваться в зависимости от производителя
JIS	A5652 (неофициальное)	Япония	Не является широко стандартизированным; местные поставщики могут применять близкие химические составы
GB/T	5652	Китай	Региональная литература может указывать сопоставимые составы под этим обозначением

Стандартные обозначения в разных регионах стремятся отражать один и тот же номинальный химический состав, однако различия в допустимых пределах, технологических процессах и определениях состояний могут приводить к значительным вариациям в свойствах. Материалы из разных регионов следует оценивать по заводским протоколам и результатам механических испытаний, а не только по названию марки.

Незначительные отличия часто возникают из-за максимальных пределов примесей (Fe, Si), следовых элементов и термомеханической обработки производителя; это влияет на уставку, коррозионное поведение и формуемость в эксплуатации.

Коррозионная стойкость

5652 демонстрирует высокую атмосферную коррозионную стойкость, типичную для алюминиево-магниевых сплавов, образуя стабильный оксидный слой, который защищает основу при обычных условиях окружающей среды. Высокое содержание магния повышает сопротивляемость питтинговой и общей коррозии во многих морских и прибрежных условиях, что делает сплав пригодным для корпусов судов, палубных конструкций и открытых уличных узлов.

В агрессивных хлоридных средах возможно локальное образование коррозии, особенно в местах механических напряжений, царапин и вблизи гальванических пар. Для ограничения гальванической коррозии необходим тщательный дизайн, исключающий контакт разнородных металлов, а также использование совместимых крепёжных элементов или изолирующих покрытий; для длительного погружения в морскую воду часто применяют жертвенную защиту или специальные покрытия.

В сплавах серии 5xxx восприимчивость к межкристаллитной коррозии напряжения увеличивается с повышением содержание магния и уровня предварительного растягивающего напряжения; сплавы с Mg > 3,5% могут быть чувствительнее в определённых условиях, таких как повышенная температура и длительное действие растягивающих нагрузок. По сравнению со сплавами серии 2xxx и 7xxx, 5652 значительно менее склонен к SCC в морской среде, но остаётся более уязвимым, чем чистый алюминий, в некоторых сварных стресс-напряжённых конструкциях.

Свойства обработки

Свариваемость

5652 хорошо сваривается обычными методами, такими как TIG (GTAW) и MIG (GMAW), обеспечивает хорошее сплавление и низкий риск горячих трещин при использовании соответствующих присадочных сплавов. Рекомендуемые присадочные материалы обычно 5356 или 5183 (Al–Mg) для сохранения коррозионной стойкости и механических свойств; следует избегать высокомедных присадков во избежание локальной коррозии.

Термически изменённая зона (ТИЗ) подвергается некоторому размягчению относительно сильно наклёпанного основного металла из-за отжига холодной деформации; проектировщики должны учитывать снижение прочности вблизи сварных швов и рассматривать возможность послесварочной механической обработки при необходимости высокой прочности. Правильная подгонка соединений и контроль тепловложений в сварке снижают пористость и сохраняют усталостную прочность.

Обрабатываемость резанием

Обрабатываемость 5652 средняя по сравнению с самофрезерующимися алюминиевыми сплавами; хорошо поддаётся резке острыми карбидными инструментами, положительным углам резания и умеренным подачам. Образование стружки обычно непрерывное с тенденцией к налипанию на небольших скоростях, если не используется охлаждение СОЖ или воздушным потоком; инструменты с покрытием TiAlN обеспечивают хорошую стойкость.

Поскольку 5652 склонен к наклёпу, прерывистая резка и повторная обработка наклёпанных поверхностей увеличивает износ инструмента; невысокая глубина резания с повышенными скоростями и постоянное эвакуирование стружки улучшает качество поверхности и размерную стабильность.

Формуемость

Формуемость в состояниях O и лёгких H отличная с предсказуемыми радиусами гиба и растяжения; типичные минимальные внутренние радиусы гиба листа составляют около 1–3× толщины материала в зависимости от состояния и метода гибки. Холодная деформация увеличивает плотность дислокаций и вызывает наклёп, что позволяет повышать местную прочность, но может требовать промежуточных отжигов при значительных деформациях.

Рекомендуется штамповать или формовать в наименее твёрдом состоянии, которое при этом удовлетворяет размерным допускам, избегая острых радиусов и резких обратных изгибов в твёрдых состояниях H. В конструкции штампов необходимо учитывать отскок из-за высокого отношения предела текучести к временной прочности у алюминия.

Поведение при термообработке

5652 не является сплавом, поддающимся упрочняющей термообработке, и не реагирует на растворение и искусственное старение как сплавы серий 6xxx или 7xxx. Изменения прочности достигаются главным образом механическим наклёпом и операциями отпуска, которые регулируют структуру дислокаций и процессы восстановления.

Отжиг (полный или частичный) применяется для размягчения сплава перед формовкой; типичные температуры отжига для алюминиево-магниевых кованных сплавов лежат в диапазоне 300–415 °C с выдержками и скоростью охлаждения, подобранными для предотвращения чрезмерного роста зерна. Для производственного контроля применяют стабилизирующие термообработки (например, H112) и контролируемое закаливание после горячей обработки, чтобы задать исходное состояние и снизить разброс в механических свойствах.

Поведение при высоких температурах

При повышенных температурах 5652 теряет прочность из-за процессов восстановления и снижения плотности дислокаций; значительное снижение прочности наблюдается обычно выше 100–150 °C. Длительное воздействие повышенных температур также может ускорять рост зерна и снижать усталостную стойкость и пределы ползучести по сравнению с поведением при комнатной температуре.

Окисление ограничено за счёт образования защитной алюминиевой оксидной плёнки, однако при высоких температурах может происходить наработка окалины и изменение поверхности, что сказывается на качестве покрытия и адгезии. Сварка вызывает локальные термические циклы, приводящие к размягчению в холоднотянутых состояниях; проектировщикам рекомендуется учитывать послесварочную механическую обработку или выбирать состояния, устойчивые к воздействию ТИЗ.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Причина использования 5652
Судостроение	Палубные крепления, мелкие корпуса	Отличная коррозионная стойкость в морской воде, хорошее соотношение прочность/масса
Автомобильная промышленность и транспорт	Панели прицепов, полы грузовых отсеков	Хорошая формуемость панелей с более высокой прочностью, чем у чистого алюминия
Авиастроение (второстепенные конструкции)	Крепления, кронштейны	Оптимальный баланс прочности, пластичности и коррозионной стойкости для второстепенных структур
Давление и хранение	Баки, корпуса сосудов давления	Пластичность и ударная вязкость вместе со свариваемостью и коррозионной стойкостью
Промышленность и электроника	Радиаторы, корпуса	Теплопроводность при достойной структурной прочности

5652 часто применяется, когда требуется сочетание технологичности, коррозионной стойкости и прочности выше, чем у чистого алюминия, особенно в судостроении и транспортных средствах. Набор свойств позволяет конструкторам снижать массу, сохраняя при этом надёжность и длительный срок службы в наружных и агрессивных средах.

Рекомендации по выбору

Выбирайте 5652, когда нужен алюминиевый сплав морского класса с более высокой прочностью, чем у коммерчески чистых марок, при сохранении отличной коррозионной стойкости и свариваемости. Это практичная альтернатива низкопрочным сплавам для случаев формовки и соединения без необходимости сложной упрочняющей термообработки.

По сравнению с коммерчески чистым алюминием (1100), 5652 жертвует некоторой электрической проводимостью и предельной пластичностью ради значительно большей прочности и улучшенной стойкости к воздействию хлоридов. По сравнению с упрочнёнными холодной деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, 5652 обычно обеспечивает более высокую прочность и сопоставимую или лучшую коррозионную стойкость в морской среде, однако пластичность уступает 3003.

По сравнению с твердеющими при термообработке сплавами, такими как 6061, 5652 обладает лучшей коррозионной стойкостью в морской среде и более простой технологией обработки (отсутствует цикл старения), что делает его предпочтительным, когда важна стойкость к воздействию хлоридов и надёжность сварных соединений, а не максимальная прочность после искусственного старения.

Заключительное резюме

5652 остаётся актуальным выбором для современной инженерии, где требуется сочетание повышенной прочности, отличной коррозионной стойкости и простой технологии изготовления. Его неспособность к термообработке упрощает производство и делает этот сплав особенно привлекательным для морских, транспортных и конструкционных применений, где приоритетом являются свариваемость и долговременная надёжность.