Алюминий 6067: состав, свойства, закалочное состояние и области применения

Обширный обзор

AA 6067 относится к серии алюминиевых сплавов 6xxx, представляющих собой теплообрабатываемые сплавы системы Al-Mg-Si, широко применяемые в конструкциях и при экструзии. Сплав в основном легирован магнием и кремнием для образования осадков Mg2Si, обеспечивающих упрочнение, с контролируемыми добавками меди, хрома, титана и микроэлементов для регулировки прочности и термической стабильности.

Механизм упрочнения для 6067 преимущественно основан на упрочнении за счёт осадков в сочетании с возможностью холодной деформации после формообработки; это теплообрабатываемый сплав, предлагающий состояния T5/T6/T651 для повышенной прочности и состояния O/H для улучшенной пластичности. Ключевые характеристики включают высокий коэффициент прочности к массе по сравнению с распространёнными сплавами серий 1xxx/3xxx, хорошую коррозионную стойкость, типичную для семейства 6xxx, благоприятную свариваемость при выборе соответствующих присадочных материалов и умеренную пластичность, которая снижается в условиях пикового упрочнения.

Отрасли, применяющие 6067, включают аэрокосмическую и оборонную промышленность для конструкционных экструдатов и фитингов, железнодорожный транспорт и тяжёлые грузоперевозки для высокопрочных экструзионных профилей, а также специализированные гражданские и промышленные сферы, где требуется баланс между высокой прочностью, обрабатываемостью и коррозионной стойкостью. Инженеры выбирают 6067, когда необходима более высокая прочность в естественном и старённом состоянии по сравнению с 6061 или 6063 при сохранении достаточно хорошей экструзируемости и термической стабильности при больших сечениях.

Варианты состояния (темпера)

Состояние	Уровень прочности	Относительное удлинение	Пластичность	Свариваемость	Примечания
O	Низкая	Высокое (20–35%)	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое; лучше всего для штамповки и гибки
H14	Средняя	Умеренная (10–20%)	Хорошая	Отличная	Упрочнённое холодной деформацией до промежуточной прочности
T5	Средне-высокая	Умеренная (8–15%)	Средняя	Хорошая	Охлажденное с повышенной температуры и искусственно старённое
T6	Высокая	Умеренно-низкая (8–12%)	Ограниченная	Хорошая	Закаленное раствором и искусственно старённое для пиковых прочностных характеристик
T651	Высокая	Умеренно-низкая (8–12%)	Ограниченная	Хорошая	Закаленное раствором, снятие внутреннего напряжения растяжением и искусственно старённое
T6511	Высокая	Умеренно-низкая (8–12%)	Ограниченная	Хорошая	Похоже на T651 с другим процессом выпрямления
H111 / H112	Средняя	Переменное (10–20%)	Хорошая	Отличная	Коммерческие состояния для экструзионных профилей с частичным отжигом

Темпера оказывает значительное влияние на баланс между прочностью и технологичностью для 6067; состояния O и H1x обеспечивают наилучшую пластичность и предпочтительны для интенсивных формовочных операций. Состояния с пиковым упрочнением (T6/T651) максимизируют временное сопротивление разрыву и предел текучести, но снижают гибкость при изгибе и повышают чувствительность к размягчению зоны термического влияния (ЗТИ) при сварке.

Химический состав

Элемент	Диапазон %	Примечания
Si	0.4–0.8	Образует осадки Mg2Si; контролирует прочность и поведение при экструзии
Fe	0.3–0.7	Примесный элемент; избыток Fe снижает пластичность и способствует образованию интерметаллидов
Mn	0.05–0.20	Низкие добавки для контроля зеренной структуры и улучшения вязкости
Mg	0.6–1.1	Основной элемент упрочнения в сочетании с Si
Cu	0.15–0.4	Небольшая добавка для повышения прочности и улучшения реакции старения
Zn	0.0–0.25	Как правило, низкое содержание; более высокие значения могут изменить старение и коррозионные характеристики
Cr	0.05–0.25	Контролирует структуру зерна и снижает склонность к рекристаллизации
Ti	0.04–0.15	Зерноулучшающая добавка для литья и экструзии, стабилизирует микроструктуру
Прочие (каждый)	≤0.05	Остаточные элементы (Ni, Pb, Sn) контролируются; суммарно прочие ≤0.15–0.20

Система Al-Mg-Si в 6067 настроена так, чтобы Mg и Si образовывали контролируемое количество осадков Mg2Si во время старения; небольшие добавки Cu и Cr изменяют состав и распределение осадков для повышения предела текучести и улучшения термической стабильности. Микроэлементы и максимально допустимые примеси поддерживаются на низком уровне для сохранения вязкости, пластичности и свариваемости.

Механические свойства

Поведение на растяжение 6067 характерно для теплообрабатываемых сплавов серии 6xxx: выраженная усталостная плато в пиково-старённых состояниях с последующим прогрессивным упрочнением при деформации. В отожженном состоянии сплав демонстрирует высокое удлинение и низкий предел текучести, переходя к значительно более высоким значениям предела текучести и временного сопротивления разрыву после закалки раствором, закалки и искусственного старения.

Твёрдость тесно связана с состоянием упрочнения и степенью осадкообразования; состояния с пиковым старением (T6/T651) дают твёрдость в верхнем диапазоне для сплавов 6xxx, в то время как отожжённые и состояний H более мягкие и пластичные. Поведение при усталости разумно для циклических нагрузок; усталостная прочность обычно составляет долю от временного сопротивления разрыву и чувствительна к состоянию поверхности, остаточным напряжениям и сварным соединениям.

Толщина влияет на достижимую прочность в состояниях типа T6, так как распределение растворённых и осадочных фаз, а также скорость закалки зависят от размера сечения; более толстые сечения могут демонстрировать пониженную пиковую прочность и больший разброс свойств по сравнению с тонкими экструдатами или листом.

Показатель	O/Отожжённое	Ключевое состояние (T6/T651)	Примечания
Временное сопротивление (тeнзионное)	100–160 MPa	320–360 MPa	Типичные диапазоны; зависят от толщины сечения и режима старения
Предел текучести	35–80 MPa	280–320 MPa	Значительно выше при T6/T651 за счёт упрочнения осадками
Относительное удлинение	20–35%	8–12%	Удлинение уменьшается с ростом степени упрочнения и прочности
Твёрдость (Бринелль)	30–60 HB	85–105 HB	Твёрдость увеличивается с возрастом; в толстых сечениях после закалки возможна пониженная твёрдость

Физические свойства

Показатель	Значение	Примечания
Плотность	2.70 г/см³	Типично для алюминиевых сплавов серии 6xxx
Диапазон плавления	~582–652 °C	Температуры солидуса и ликвидуса зависят от состава и содержания примесей
Теплопроводность	140–170 Вт/м·К	Ниже, чем у чистого алюминия; слегка уменьшается при легировании и старении
Электропроводность	~34–42 % IACS	Зависит от состояния и легирования; с ростом содержания Cu/Mg электропроводность снижается
Удельная теплоёмкость	~0.90 Дж/г·К	Почти как у других алюминиевых сплавов Al-Mg-Si при комнатной температуре
Коэффициент теплового расширения	~23–24 ×10⁻⁶ /К	Типичное линейное расширение для алюминиевых сплавов при комнатной температуре

Эти физические параметры помогают при проектировании систем теплопередачи и анализе термических напряжений; сплав сохраняет отличную теплопроводность по сравнению со сталями, но уступает чистому алюминию. Электропроводность умеренная и обычно достаточна для многих конструкционных и электронных компонентов, однако снижается из-за легирующих элементов по сравнению с чистым алюминием.

Формы выпуска продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение прочности	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0.5–6.0 мм	Однородное, хорошее качество поверхности	O, H14, T4, T6	Используется для сформированных панелей и сборных деталей
Плита	6–100 мм	Сниженная максимальная прочность в толстых плитах	O, T6 (ограниченно)	Толстые сечения чувствительны к закалке; часто поставляется в вариантах T351/T651
Экструзия	Толщина стенки 1–50 мм	Оптимизирована для направленной прочности	T4, T5, T6, T651	Широко используется для высокопрочных конструкционных профилей
Труба	Ø 10–300 мм	Характеристики зависят от сечения	O, T6	Бесшовные или сварные; применяются для конструкционных труб и под давлением
Пруток/Круг	Ø 5–100 мм	Хорошая обрабатываемость	O, T6	Используется для мехобработанных фитингов, крепежа и экструдированных штифтов

Листы и тонкие экструдаты легче достигают пиковых свойств за счёт эффективной закалки, в то время как плиты и толстые сечения часто требуют модифицированных режимов старения или последовательностей типа T651 для контроля искажения и остаточных напряжений. Технология экструзии выигрывает от сбалансированных характеристик текучести 6067, и этот сплав обычно выбирают, когда необходимы более прочные экструдированные профили по сравнению с 6061 или 6063.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	6067	USA	Primary Aluminum Association / обозначение ASTM
EN AW	6067	Европа	Обозначение EN часто соответствует номерам AA для деформируемых сплавов
JIS	A6067	Япония	Японский стандарт часто использует префикс A с аналогичным контролем состава
GB/T	6067	Китай	Национальный китайский стандарт в целом совпадает с диапазонами состава AA

Перечни эквивалентных марок часто имеют одинаковое числовое обозначение в основных стандартах для деформируемых алюминиевых сплавов, но требования к условиям обработки, допустимым примесям и механическим свойствам могут различаться в зависимости от спецификации. Покупателям рекомендуется проверять технические требования закупочной спецификации (например, ASTM, EN, JIS, GB/T) для точных значений предела прочности/текучести и критериев приемки, а не полагаться только на номер сплава.

Коррозионная стойкость

Атмосферная коррозионная стойкость 6067 хорошая для термоупрочняемого сплава серии 6xxx; естественная плёнка оксида алюминия обеспечивает базовую защиту, а сплав устойчив к общей коррозии в городских и промышленных условиях. Локальная коррозия (точечная) может возникать в хлоридосодержащих средах; для морских и прибрежных условий обычно рекомендуются соответствующая обработка поверхности, анодирование или покрытие.

Поведение 6067 в морских условиях умеренное: он показывает лучшие результаты, чем сплавы 2xxx и многие дружественные к меди сплавы высокой прочности, но уступает по коррозионной стойкости магниевым сплавам 5xxx при активном контакте с хлоридами. Сварка и механические повреждения могут обнажать чистый алюминий, повышая риск локального коррозионного повреждения, поэтому рекомендуется послесварочная защита от коррозии и проектирование с учётом предотвращения полостей.

Риск напряжённо-коррозионного растрескивания для сплавов 6xxx ниже, чем для сильнонагруженных сплавов с высоким содержанием меди, но не исключён при высоких остаточных или приложенных напряжениях в тёплых хлоридных средах. Гальванические взаимодействия обычно делают алюминий анодным элементом по отношению к стали, меди или нержавеющей стали, поэтому изоляция, покрытие или жертвенные аноды являются типичными мерами защиты.

Свойства обработки

6067 разработан с балансом между способностью к экструзии, обрабатываемостью и термоупрочняемой прочностью, и эти свойства необходимо управлять подбором соответствующих состояний (темперов) и последовательности послепроцессных операций. Величина тепловложения при сварке, интенсивность закалки после растворения и методы деформации определяют конечные характеристики и размерную стабильность.

Свариваемость

6067 хорошо сваривается распространёнными дуговыми методами (TIG/GTAW, MIG/GMAW) при использовании электродных проволок, подобранных по системе сплава. Типичные сварочные материалы — 4043 (Al-Si) для улучшения текучести и снижения склонности к горячим трещинам или 5356 для повышения прочности в некоторых случаях; 4043 часто предпочитается для базового металла T6, чтобы минимизировать появление трещин под валиком. Зона термического влияния подвергается размягчению из-за растворения выделений и избыточного старения, что снижает местную прочность и требует послесварочной термо- или механообработки для восстановления полной прочности.

Обрабатываемость

Обрабатываемость 6067 оценивается как средняя или хорошая по сравнению с другими сплавами 6xxx; он обрабатывается лучше, чем многие упрочнённые 5xxx, но уступает сплавам повышенной резкости, таким как 2xxx с добавками свинца. Для лучшего результата применяют твердые сплавы с покрытиями TiN или AlTiN и жёсткие закрепления; рекомендуются более высокие обороты шпинделя с умеренной подачей и применение ломающих стружку фрез. Финишная поверхность и точность размеров достигаются высокими при обработке предварительно отпущенных или правильно состаренных материалов.

Формуемость

Лучше всего форма принимается в состояниях O, H111 и H112, где пластичность максимальна; холодная деформация в состояниях T6 или T5 ограничена и может потребовать промежуточных отжигов или термообработки с повторным старением. Типичные минимальные внутренние радиусы изгиба зависят от состояния и толщины, но ориентировочно составляют 1–3× толщина для состояний O/H и 3–6× толщина для состояний типа T6. Возврат упругости (springback) значителен в высокопрочных состояниях и должен учитываться при проектировании оснастки и штампов.

Особенности термообработки

Растворяющая обработка для 6067 обычно предусматривает растворение Mg2Si и других упрочняющих фаз при температуре около 520–540 °C для деформируемых изделий с последующей быстрой закалкой для сохранения пересыщенного твердого раствора. Степень охлаждения закалки напрямую влияет на достижимую максимальную прочность; медленное охлаждение или толстые сечения снижают уровень пересыщения и уменьшают конечную прочность.

Искусственное старение для достижения состояний T5/T6 обычно проводится при температуре 150–185 °C в течение от 4 до 24 часов в зависимости от требуемого баланса прочности и стабильности; перезакаливание при более высоких температурах или длительных выдержках повышает вязкость и устойчивость к напряжённо-коррозионному растрескиванию за счёт снижения максимальной прочности. Обозначение T651 означает состояние, прошедшее растворяющую обработку, снятие напряжений растяжением и искусственное старение, что улучшает размерную стабильность для деталей с механической обработкой или конструкционных изделий.

Для не поддающихся термообработке состояний упрочнение достигается контролируемой холодной деформацией (состояния H) и методами восстановления/отжига; полный отжиг (состояние O) обычно выполняется около 415 °C для деформируемых сечений с целью восстановления пластичности и гомогенизации структуры.

Поведение при высоких температурах

6067 демонстрирует прогрессивное снижение предела текучести и временного сопротивления разрыву с ростом температуры; заметное уменьшение расчетной прочности обычно начинается выше 100–150 °C, а продолжительное воздействие свыше ~200 °C значительно снижает эффективность упрочнения за счёт выделений. Кратковременные кратковременные применения при температуре до ~150 °C допустимы с частичным сохранением механических свойств, но сопротивление ползучести ограничено по сравнению со специализированными сплавами для высоких температур.

Защитный слой оксида алюминия обеспечивает хорошую стойкость к окислению при умеренных температурах, но образование масштабов не является основной проблемой в типичном рабочем диапазоне 6067. Зоны термического влияния около сварных швов могут испытывать ухудшение высокотемпературных характеристик из-за крупноразмерных выделений и локальных градиентов свойств.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Почему используется 6067
Аэрокосмическая	Конструкционные экструдированные профили, крепеж, продольные балки	Высокое соотношение прочности к массе, хорошие характеристики экструзии, улучшенная стабильность при старении
Морская и транспортная	Конструктивные элементы вагонов, рамы тяжелой техники	Баланс коррозионной стойкости и повышенной прочности у сварных экструдированных элементов
Гражданское / архитектурное	Высокопрочные экструдированные профили для фасадов	Размерная стабильность (T651) и привлекательная поверхность для анодирования
Электроника / теплопередача	Кронштейны, корпуса теплообменников	Достаточная теплопроводность при высокой жесткости и хорошей обрабатываемости
Промышленное оборудование	Высокопрочные конструкционные рамы и обработанные крепежные детали	Хорошая обрабатываемость и возможность достижения повышенного предела текучести после старения

6067 выбирают в тех случаях, когда экструдированные профили или механически обработанные крепежные элементы требуют более высокой прочности после старения, чем могут дать распространённые 6061/6063, при сохранении коррозионной стойкости и технологических характеристик семейства 6xxx.

Рекомендации по выбору

Выбирайте 6067, если в конструкции требуется повышенный предел текучести после старения из термоупрочняемого, экструдируемого сплава, при этом важна приемлемая свариваемость и коррозионная стойкость. По сравнению с 1100 (коммерчески чистым алюминием) 6067 предлагает значительно более высокую прочность и жёсткость, жертвуя лучшей электрической и тепловой проводимостью и высокой пластичностью; сплав 1100 рекомендуется выбирать там, где превалируют требования по проводимости и легкости деформирования.

По сравнению с широко применяемыми упрочнёнными сплавами, такими как 3003 или 5052, 6067 обеспечивает более высокую максимальную прочность для конструкционных целей и сопоставимую атмосферную коррозионную стойкость; однако магниевые сплавы с упрочнением холодной деформацией покажут лучшие результаты в условиях сильного морского погружения и для крупных холоднодеформируемых изделий. При сравнении с 6061 или 6063 6067 выбирают при необходимости улучшенной прочности после старения или повышенной стабильности в толстых экструдатах, несмотря на более высокую цену и несколько худшую формуемость; 6061 остаётся более привлекательным при необходимости широкой доступности и более низкой стоимости.

Заключение

AA 6067 занимает практическую нишу в семействе 6xxx как более высокопрочный термоупрочняемый сплав, оптимизированный для экструдированных и механически обработанных конструкционных деталей, где требуется сбалансированное сочетание прочности, коррозионной стойкости и технологических свойств. Его способность достигать повышенной прочности после старения при приемлемой свариваемости и хорошей обрабатываемости сохраняет актуальность для аэрокосмической, транспортной и промышленной сферы, требующих лёгкие конструкционные решения.