Алюминий A136: состав, свойства, руководство по состоянию и области применения

Обзор

A136 относится к серии 1xxx деформируемых алюминиевых сплавов и представляет собой коммерчески чистый, микро-легированный сорт, оптимизированный для высокой формуемости и коррозионной стойкости при умеренной прочности. Номинальный химический состав преимущественно состоит из алюминия (>99 мас.%), с целенаправленными следовыми концентрациями кремния, железа, меди и титана для стабилизации зеренной структуры и улучшения механической однородности без изменения основной негомотермически упрочняемой природы сплава. Упрочнение достигается главным образом за счёт наклёпки (деформационного упрочнения) и контроля микрооблегчения, а не за счёт упрочнения выделениями; это не термообрабатываемый сплав в традиционном понимании T6.

Ключевые характеристики A136 включают отличную формуемость, высокую электрическую и тепловую проводимость по сравнению с более легированными марками, а также превосходную атмосферостойкость благодаря устойчивой природной оксидной пленке. Свариваемость проста при использовании распространённых методов дуговой сварки, а обрабатываемость на станках — умеренная: выше, чем у многих сплавов серий 5xxx/6xxx в отожженном состоянии, но снижается после значительного деформационного упрочнения. Типичные отрасли применения A136: архитектурные и строительные изделия, герметичные корпуса под давлением, электрические проводники и шины, декоративные и штампованные панели, а также лёгкие корпуса, где важнее свойства формуемости и коррозионной стойкости, а не максимальная прочность.

Инженеры выбирают A136 вместо более прочных сплавов, когда приоритетами в конструкции являются высокая вытяжка, проводимость, качество поверхности и устойчивость к общей коррозии, а не максимальная конструкционная прочность. Сплав часто используется как экономичный, легкообрабатываемый материал для деталей, требующих сложного штамповочного формообразования, высокого качества отделки и эксплуатации в слабокоррозионных средах, где экономическая и весовая ресурсы более прочных термообрабатываемых сплавов не оправданы.

Варианты термообработки (темпера)

Темпера	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкая	Высокое (30–50%)	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое состояние, максимальная пластичность и проводимость
H12	Низко-средняя	Средне-высокое (20–35%)	Очень хорошая	Отличная	Частичный наклёп, сохраняет хорошую формуемость
H14	Средняя	Средняя (10–25%)	Хорошая	Отличная	Легкое деформационное упрочнение для повышения прочности
H16	Средне-высокая	Ниже (6–15%)	Удовлетворительная	Отличная	Более интенсивное наклёпывание, снижена способность к растяжению
H18	Высокая (наклёпанное)	Низкая (3–8%)	Ограниченная	Отличная	Сильное деформационное упрочнение для максимальной прочности при комнатной температуре

Выбор температуры для A136 напрямую определяет баланс между прочностью и пластичностью, так как сплав не поддаётся термообработке. Переход от O к H18 постепенно увеличивает временное сопротивление и предел текучести за счёт деформационного увеличения плотности дислокаций при одновременном снижении удлинения и эластичности. В сварных швах обычно наблюдается переход к более мягкому состоянию в зоне термического влияния, поэтому при проектировании изделий с формованием и последующей сваркой следует учитывать локальное размягчение при задании температуры.

Химический состав

Элемент	Диапазон, %	Примечания
Al	Основной (~99,0–99,9)	Основной элемент; обеспечивает проводимость и коррозионную стойкость
Si	0,05–0,25	Контролируется для улучшения текучести в литьевых вариантах и ограничения хрупких интерметаллидов
Fe	0,05–0,8	Остаточный примесный элемент; повышение Fe немного увеличивает прочность, но может снижать пластичность
Mn	≤0,05	Минимально; добавляется в следовых количествах для контроля структуры зерна
Mg	≤0,05	Ограничено для предотвращения упрочнения выделениями; сохраняет проводимость
Cu	≤0,05	Очень низкое содержание для сохранения коррозионной стойкости и проводимости
Zn	≤0,1	Минимально для предотвращения восприимчивости к коррозии напряжения
Cr	≤0,05	Следовые добавки для контроля рекристаллизации в некоторых формах продукции
Ti	≤0,03	Рафинирующая зерно добавка в литьевых и литьё-деформированных вариантах
Прочие (включая остаточные)	≤0,15	Включает следовые Ni, Pb, Bi; контролируется для стабильности обработки

Химический баланс ориентирован на aluminium с жёстким контролем примесей и микрооблегчения для сохранения свойств серии 1xxx. Небольшие содержания Si и Fe стабилизируют процессы обработки и снижают склонность к интенсивному росту зерна при термомеханических воздействиях, а ограниченное содержание Mg, Cu и Zn исключает поведение сплава как термообрабатываемого. Следовые Ti или Cr применяются в некоторых формах для рафинирования зерна и повышения механической однородности без существенного влияния на проводимость.

Механические свойства

A136 демонстрирует характерные для коммерчески чистого алюминия свойства: относительно низкие предел текучести и временное сопротивление разрыву в отожженном состоянии, сочетающиеся с высоким однородным удлинением и выраженной способностью к упрочнению при деформации. В отожженном (O) состоянии кривая "напряжение-деформация" является пластичной с длинным участком пластической деформации, что позволяет глубокую вытяжку и сложное холодное формообразование. С повышением степени деформационного упрочнения в пользователям H-серии увеличиваются предел текучести и прочность, в то время как удлинение и энергоёмкость поглощения снижаются, а разрушение становится более локализованным.

Твердость A136 следует той же закономерности: низкие значения по Бринеллю или Виккерсу в состоянии O и постепенный рост с увеличением степени наклёпа. Усталостные свойства зависят от качества поверхности, остаточных напряжений после формовки и наличия зарубок; полированные, деформированно упрочнённые детали часто демонстрируют улучшенный срок усталостного инициирования по сравнению с исходно сформованными. Влияние толщины значительно для формуемости и прочности — тонкие листы обладают большей пластичностью и меньшим упругим отжатием, тогда как толстые обеспечивают большую жёсткость, но сниженную глубокую вытяжку.

Свойство	O / отожжённый	Ключевая температура (например, H14)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	60–120 MPa	110–170 MPa	Диапазон зависит от точного состава и степени наклёпа
Предел текучести	20–60 MPa	60–130 MPa	Предел текучести заметно растёт при умеренном наклёпе
Относительное удлинение	30–50%	10–25%	Пластичность снижается с увеличением наклёпа
Твёрдость	15–35 HB	25–55 HB	Твердость коррелирует с деформационным упрочнением и влияет на обрабатываемость

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	~2,70 г/см³	Типично для алюминия; хорошее соотношение прочности и веса при легировании или наклёпе
Температура плавления	~660–657 °C	Диапазон плавления однофазного алюминия; солидус и ликвидус близки
Теплопроводность	~200–235 Вт/(м·К)	Высокая, зависит от чистоты; слегка снижается при легировании и наклёпе
Электропроводность	~55–65% IACS	Высокая по сравнению с легированными сериями; отожжённое состояние близко к верхней границе
Удельная теплоёмкость	~0,90 Дж/(г·К)	Высокая теплоёмкость полезна для термобуферизации
Коэффициент теплового расширения	~23–24 µм/м·К	Типичное изотропное расширение; необходимо учитывать для узкоприжимных узлов

Высокая тепловая и электрическая проводимости A136 полезны для радиаторов охлаждения и токопроводящих шин, причём эти свойства обратно пропорциональны содержанию легирующих элементов и степени наклёпа. Плотность обеспечивает благоприятное соотношение прочности и массы для формованных корпусов и токопроводящих шин, а относительно низкий диапазон плавления упрощает сварочные процессы, но ограничивает эксплуатацию при высоких температурах.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение по прочности	Распространённые степени упрочнения	Примечания
Лист	0,2–6,0 мм	Постоянные свойства; лучшая пластичность в тонких сечениях	O, H12, H14	Широко используется для глубокой вытяжки и декоративных панелей
Пластина	6–25 мм	Повышенная жёсткость; ограниченная возможность глубокой вытяжки	O, H16	Применяется при необходимости более толстых сечений, часто подвергается механической обработке после формовки
Экструзия	Толщина стенки 1–20 мм	Механические свойства могут варьироваться в зависимости от толщины сечения	O, H14, H16	Сложные профили для архитектурной отделки и корпусов
Труба	Внешний диаметр 6–200 мм	Прочность зависит от толщины стенки и степени холодной деформации	O, H14	Протяжённые или сварные трубы для лёгких каркасов и кабельных трасс
Пруток/Круг	Диаметр 3–50 мм	Прочность увеличивается при холодной вытяжке	O, H16	Используется для соединителей, штифтов и деталей механообработки

Различия в обработке определяют выбор применения: листовые формы оптимизированы для штамповки и роликового профилирования, тогда как экструзии позволяют создавать сложные поперечные сечения, но могут требовать последующего контроля старения и правки. Пластина обеспечивает конструкционную жёсткость, но ограничивает доступные операции формовки. Сварные трубы и экструзии могут быть изготовлены с минимальной деформацией после обработки при условии правильного выбора степени упрочнения и фиксации заготовок.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	A136	США	Собственная или менее распространённая кованая марка из семейства AA 1xxx
EN AW	1050A / 1070	Европа	Ближайшие эквиваленты по широко распространённым европейским стандартам для алюминия высокой чистоты
JIS	A1050 / A1070	Япония	Похожие марки коммерчески чистого алюминия с высокой формируемостью
GB/T	Al99.5 / Al99.7	Китай	Распространённые аналоги по требованиям чистоты по китайским стандартам

Эквивалентные марки различаются в первую очередь по минимальному содержанию алюминия и строго контролируемым пределам загрязняющих элементов; варианты EN/JIS/GB имеют немного разные механические характеристики и максимальные допустимые уровни примесей. При замене необходимо проверять электропроводность, соответствие обозначений степеней упрочнения и учёт технологической истории поставщика касательно литья и обработки, чтобы гарантировать эквивалентную формуемость и качество поверхности. Рекомендуется получение сертификатов и протоколов ВТК для случаев, требующих строгого контроля проводимости или внешнего вида.

Коррозионная стойкость

A136 демонстрирует отличную общую атмосферостойкость благодаря сплошной, самовосстанавливающейся алюминиевой оксидной плёнке (Al2O3), которая быстро восстанавливается после механических повреждений. В нейтральных и слабо индустриальных атмосферах сплав выдерживает минимальное равномерное коррозионное воздействие, а типичные лакированные или анодированные покрытия дополнительно продлевают срок службы в архитектурных применениях. В морской среде сплав показывает хорошие результаты в большинстве случаев, однако концентрированное воздействие хлоридов и зоны распыления могут вызвать точечную и щелевую коррозию; для обеспечения долговременной эксплуатации необходимы конструктивные меры — защитные покрытия, анодирование и тщательное проектирование узлов.

Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением у A136 низкая по сравнению с алюминиевыми сплавами серий 2xxx и 7xxx благодаря низкому содержанию меди и цинка; однако сварные и сильно деформированные участки с остаточными растягивающими напряжениями требуют внимания для предотвращения локальных разрушений в агрессивной среде. Гальванические взаимодействия важны при сочетании A136 с более благородными сплавами или нержавеющей сталью: алюминий будет выполнять анодную роль и подвергаться ускоренной коррозии, если не обеспечить их электрическую изоляцию или защиту покрытиями. В сравнении со сплавами серий 5xxx и 6xxx, A136 обладает превосходной электропроводностью и формуемостью при сопоставимой или несколько лучшей общей коррозионной стойкости при умеренном содержании легирующих элементов в последних.

Свойства обработки

Свариваемость

A136 хорошо сваривается методами TIG, MIG/GMAW и точечной контактной сваркой при соблюдении обычных приёмов работы с алюминием, включая правильное проектирование соединений и предочистку для удаления оксидной плёнки и масел. В качестве расходных электродных материалов обычно применяются сплавы серий 4xxx (Al-Si) и 5xxx (Al-Mg), выбираемые исходя из требований по коррозионной стойкости и прочности после сварки; типичные марки — 4043 и 5356. Риск горячих трещин ниже, чем у высоколегированных систем, но важно обеспечивать плотное прилегание деталей и контроль термических деформаций для избежания пористости и дефектов поверхности; зона термического воздействия будет иметь смягчённые свойства, что нужно учитывать в расчетах ответственных конструкций.

Обрабатываемость резанием

Обрабатываемость A136 в отожжённом состоянии умеренная, но снижается при упрочнении путем деформации; в целом сплав обрабатывается легче по сравнению с большинством сплавов с более высокой легированностью благодаря низкому показателю наклона кривой наклёпа и хорошему формированию стружки. Твердосплавный инструмент и геометрия, адаптированная для алюминия (например, положительный угол режущей кромки, высокий наклон спирали), обеспечивают чистую стружку и хороший качественный финиш поверхности; типичные скорости резания выше, чем для стали, требуется контроль подачи СОЖ для предотвращения смазывания поверхности. Для точного точения и фрезерования предварительный отжиг или применение степеней упрочнения H12/H14 позволяют снизить нагрузку на инструмент и улучшить точность размеров.

Формуемость

Формуемость является одной из ключевых сильных сторон A136: отожжённое состояние (степень упрочнения O) позволяет создавать малые радиусы изгиба, выполнять глубокую вытяжку и сложную растяжку с низким обратным упругим деформированием. Типичные минимальные радиусы сгиба листа зависят от толщины и степени упрочнения, но могут составлять всего 1–1,5× толщины для состояния O при простых изгибах; H14/H16 требуют больших радиусов и поэтапной формовки. Реакция на холодную обработку предсказуема, что позволяет выполнять формовку в несколько стадий; при значительном формообразовании применяются промежуточные отжига для восстановления пластичности и во избежание трещин на малых радиусах и при глубокой вытяжке.

Особенности термообработки

Так как A136 относится к неотверждаемым сплавам семейства 1xxx, он не реагирует на растворяющую обработку и искусственное старение, предназначенные для получения твердения за счёт выделений. Механические свойства изменяются путём наклёпа и процессов отжига/рекристаллизации. Полный отжиг (степень упрочнения O) применяется для максимизации пластичности и проводимости, обычно включает нагрев до температуры рекристаллизации (обычно в диапазоне 300–420 °C в зависимости от формы продукции) и последующее контролируемое охлаждение.

Для производственного контроля после значительной холодной деформации часто выполняются промежуточные отжиги — короткие по времени операции при пониженных температурах (например, 300–350 °C), адаптированные к геометрии детали и требуемой микроструктуре. Селективно используются стабилизирующие или снятия напряжений отжиги для уменьшения остаточных напряжений перед точной обработкой или во избежание деформаций перед окончательной сборкой.

Работа при повышенной температуре

A136 сохраняет пригодные механические свойства лишь при умеренном нагреве; временное и постоянное сопротивление снижает заметно уже выше ~100 °C и значительно снижается к 200–300 °C вследствие рекристаллизации и размягчения. Окисление при типичных рабочих температурах ограничено формированием защитной оксидной плёнки и не является основной причиной отказа в температурных режимах, обычно встречающихся в архитектурных и электрических применениях. Для непрерывной эксплуатации выше ~150 °C необходимо проверять сопротивление ползучести и стабильность размеров, поскольку коммерчески чистый алюминий испытывает заметные деформации под длительными нагрузками при повышенной температуре.

В сварных конструкциях размягчение зоны термического воздействия усиливается с ростом температуры эксплуатации, а многократные циклы нагрева могут приводить к расслаблению наклёпанного состояния. Для деталей, работающих в циклическом высокотемпературном режиме, рекомендуется рассматривать сплавы, специально разработанные для сохранения прочности при высокой температуре, либо предусматривать конструктивные запасы прочности.

Области применения

Отрасль	Пример изделия	Причины выбора A136
Автомобильная	Декоративные облицовочные панели, эмблемы	Высокая формуемость и качество поверхности
Судостроение	Неконструкционные корпуса, отделка	Хорошая коррозионная стойкость и лёгкий вес
Авиационная	Внутренние отделочные элементы, обтекатели	Высокая электропроводность и лёгкость формовки для неответственных деталей
Электроника	Радиаторы, экраны от электромагнитных помех, шинные токопроводы	Отличная тепловая и электрическая проводимость
Архитектура	Облицовка, софиты, фасады	Анодируемая поверхность и коррозионная стойкость

A136 обычно выбирают там, где критичны глубокая вытяжка, качество внешнего вида и проводимость при умеренных конструкционных нагрузках. Сфера применения выражена в формованной внешней отделке, токопроводящих элементах и корпусах мебели или оборудования, где необходима последующая обработка, такая как анодирование или покраска, для получения окончательной отделки и защиты от внешних воздействий.

Рекомендации по выбору

Выбирайте A136, если приоритетом в конструкции являются максимальная формуемость, высокая электропроводность и теплопроводность, а также превосходное качество поверхности при низком или среднем уровне прочности. Этот сплав особенно экономичен для массового производства деталей глубокого вытягивания и токоведущих компонентов с минимальными термомеханическими обработками.

По сравнению с коммерчески чистым алюминием (1100), сплав A136 обычно жертвует небольшой частью проводимости и формуемости ради более строгого контроля процесса и немного более высокой прочности в исходном состоянии. По сравнению с упрочнёнными деформацией сплавами, такими как 3003 или 5052, A136 обеспечивает сопоставимую или лучшую формуемость и иногда лучшую проводимость, однако сплавы серии 5xxx превосходят A136 по конструкционной прочности и коррозионной стойкости к морским хлоридам в случае допустимого более высокого содержания Mg. По сравнению с сплавами, поддающимися термообработке, такими как 6061 или 6063, A136 предпочтительнее в случаях, когда формование, проводимость, качество поверхности и стоимость важнее максимальной пиковой прочности.

Заключение

Сплав A136 остаётся практичным выбором в современной инженерии, где сочетание исключительной формуемости, высокой проводимости, хорошей коррозионной стойкости и низкой стоимости более ценно, чем абсолютная максимальная прочность. Его предсказуемая реакция на холодную обработку, совместимость с распространёнными производственными процессами и отличный потенциал отделки поверхности сохраняют актуальность в архитектуре, электронике и лёгком машиностроении.