Алюминий EN AW-5086: состав, свойства, руководство по состояниям и области применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Общий обзор
EN AW-5086 относится к серии алюминиевых сплавов 5xxx, основным легирующим элементом в которых является магний. Эта группа классифицируется как не подвергаемые термообработке сплавы, механическая прочность которых достигается за счёт упрочнения твёрдым раствором магния, а также путём пластической деформации (наклёп) и старения при определённых состояниях H.
Основными легирующими элементами в EN AW-5086 являются магний с заметными добавками марганца и контролируемыми малыми количествами железа, кремния, хрома и микроэлементов. Уровень Mg обеспечивает основной прирост прочности и улучшает коррозионную стойкость в хлоридных средах, тогда как Mn способствует структурному измельчению зерна и помогает сохранить прочность после обработки.
Ключевые характеристики EN AW-5086 включают благоприятное сочетание средней и высокой прочности для не термообрабатываемого алюминия, очень хорошую стойкость к морской воде и морской атмосфере, отличную свариваемость традиционными методами плавления и приемлемую формуемость в более мягких состояниях. Благодаря этим свойствам сплав широко применяется в морском судостроении, транспортном секторе, в изготовлении сосудов под давлением и криогенной техники.
Инженеры выбирают EN AW-5086 вместо других сплавов, когда важен баланс между коррозионной стойкостью, свариваемостью и вязкостью, а не максимальная прочность, достигаемая у термообрабатываемых сплавов. Он предпочтителен в случаях, когда требуется структурная надёжность в солёной воде или агрессивных условиях без сложных циклов термообработки.
Варианты состояния
| Состояние | Уровень прочности | Относительное удлинение | Формуемость | Свариваемость | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|
| O | Низкий | Высокое | Отличная | Отличная | Полностью отожжённое; оптимально для сложного формообразования и вытяжки |
| H111 | Средне-низкий | Среднее | Очень хорошая | Отличная | Слабый наклёп; часто естественное состояние после прокатки |
| H32 | Средний | Среднее | Хорошая | Отличная | Упрочнённое и стабилизированное состояние; часто используется для конструкционных листов |
| H34 | Средне-высокий | Средне-низкое | Удовлетворительная | Отличная | Повышенный наклёп для увеличения прочности |
| H36 | Высокий | Низко-среднее | Сниженная | Отличная | Более упрочнённое состояние для массивных сечений |
| H116 | Средний | Среднее | Хорошая | Отличная | Стабилизированное для повышения коррозионной устойчивости и сварных свойств; морской сорт |
| H321 | Средний | Среднее | Хорошая | Отличная | Стабилизированное низкотемпературным старением для предотвращения сенситизации |
Выбор состояния существенно влияет на механические свойства и формируемость, поскольку EN AW-5086 не поддаётся термообработке; все более прочные состояния достигаются путём пластической деформации и естественной или контролируемой стабилизации. Проектировщики должны сбалансировать требуемый предел текучести/временное сопротивление разрыву с необходимым радиусом изгиба и удлинением, выбирая более мягкие состояния для глубокой вытяжки и более жёсткие H-состояния для структурной жёсткости и уменьшения остаточной упругости.
Химический состав
| Элемент | Диапазон % | Примечания |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.40 | Контролируемое низкое содержание кремния для снижения интерметаллических соединений и поддержания вязкости |
| Fe | ≤ 0.50 | Железо — примесь, образующая твёрдые интерметаллиды; ограничено для сохранения пластичности |
| Mn | 0.20–0.7 | Измельчает зерно, компенсирует некоторое хрупкое действие Mg и повышает прочность |
| Mg | 3.5–4.5 | Основной элемент упрочнения; существенно влияет на коррозионную стойкость и свариваемость |
| Cu | ≤ 0.10 | Низкое содержание для предотвращения снижения коррозионной стойкости и коррозионного растрескивания |
| Zn | ≤ 0.25 | Малые количество; избыток цинка способствует гальванической и локальной коррозии |
| Cr | 0.05–0.25 | Добавлен для контроля зерна и улучшения сохранения прочности после горячей обработки |
| Ti | ≤ 0.15 | Микро-добавка для измельчения зерна и повышения механической однородности |
| Другие (каждый) | ≤ 0.05 | Микроэлементы контролируются для поддержания прогнозируемых свойств |
Состав EN AW-5086 занимает промежуточное положение между сплавами серии 3xxx с низкой прочностью и более высокомагниевыми вариантами 5xxx; магний обеспечивает упрочнение твёрдым раствором, а марганец с хромом контролируют размер зерна и снижают рекристаллизацию. Жёсткий контроль за содержанием Fe, Si и Cu необходим для предотвращения хрупких интерметаллидов и сохранения стойкости к питтинговой коррозии и качества сварных соединений в средах с хлоридами.
Механические свойства
Поведение на растяжение EN AW-5086 характерно для не термообрабатываемых алюминиево-магниевых сплавов: наклёп увеличивает прочность, но снижает пластичность. Сплав демонстрирует хорошую вязкость и сохраняет удлинение при низких температурах; толщина и состояние существенно влияют на форму напряженно-деформированной кривой и пластичность.
Предел текучести зависит от состояния и толщины; H-состояния, достигаемые контролируемой холодной обработкой, обычно имеют более высокий предел текучести и временное сопротивление разрыву, чем состояния O или H111. Твёрдость следует той же зависимости – упрочнённые состояния показывают повышение по шкалам Виккерса и Бринелля, однако наклёп снижает формуемость и увеличивает остаточную упругость.
Усталостная прочность, как правило, хорошая для как сварных, так и несварных конструкций за счёт пластичности сплава и стойкости к коррозионному утомлению в морской воде при правильной конструктивной проработке. Толстостенные детали сохраняют высокую абсолютную жёсткость, но могут проявлять иные особенности старения и остаточных напряжений после сварки и холодной обработки, требуя квалификационных испытаний для ответственных элементов.
| Свойство | O/Отожженное | Основные состояния (H32 / H116) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Временное сопротивление разрыву | ~120–200 MPa | ~220–330 MPa | Широкий диапазон из-за толщины и наклёпа; выбор состояния зависит от проектных требований |
| Предел текучести | ~55–120 MPa | ~140–260 MPa | Значительный рост с упрочнением и стабилизацией |
| Относительное удлинение | ~20–35% | ~8–18% | Мягкие состояния обеспечивают высокое удлинение для формовки |
| Твёрдость | ~30–45 HV | ~60–95 HV | Твёрдость связана с уровнем наклёпа и влияет на обработку и формовку |
Физические свойства
| Свойство | Значение | Примечания |
|---|---|---|
| Плотность | 2,66 г/см³ | Типично для алюминиево-магниевых сплавов; обеспечивает выгодное соотношение прочность/масса |
| Температура плавления | ~570–650 °C | Диапазон солидуса и ликвидуса зависит от состава и примесей |
| Теплопроводность | ~140–165 Вт/м·К | Ниже, чем у чистого алюминия, но всё ещё хорошая для рассеивания тепла |
| Электропроводность | ~30–40 %IACS | Снижена по сравнению с чистым алюминием из-за Mg в твёрдом растворе |
| Удельная теплоёмкость | ~0.90 кДж/кг·К | Типичное значение у алюминия при комнатной температуре |
| Коэффициент теплового расширения | ~23–24 µм/м·К | Умеренное тепловое расширение; важно учитывать при проектировании соединений с разнородными материалами |
Физические свойства показывают, что EN AW-5086 сохраняет большинство преимуществ алюминия: низкая плотность обеспечивает высокую удельную жёсткость и хорошую энергоёмкость на массу. Тепловая и электрическая проводимости ниже, чем у чистого алюминия, но достаточно адекватны для теплоотвода и теплового управления; при проектировании соединений с сталью или композитами необходимо учитывать тепловое расширение.
Формы выпуска продукции
| Форма | Типичная толщина/размер | Поведение прочности | Распространённые состояния | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Лист | 0.5–6.0 мм | Поведение сильно зависит от состояния | O, H111, H32, H116 | Широко используется для обшивки корпусов, конструкционных панелей и сосудов под давлением |
| Плита | 6–200+ мм | Толстые сечения требуют более высокого наклёпа или дополнительной термической стабилизации | H34, H36, H116 | Толстая плита применяется в морском и броневом производстве; формовка ограничена |
| Экструзия | Переменные сечения | Экструдированные профили могут подвергаться холодной обработке с uпрочнением до состояний H | O, H111, H32 | Часто используется для каркасов, перил и ребер жёсткости |
| Труба | Ø10 мм–300 мм | Сварные или бесшовные; толщина стенки влияет на прочность и устойчивость к изгибу | H32, H111 | Применяется в гидросистемах, конструктивных элементах и трубопроводах давления |
| Пруток/Круг | Ø3 мм–200 мм | Прутки могут подвергаться протяжке или прокатке с последующим наклёпом | H111, H34 | Используется для фитингов, крепежа и деталей после мехобработки |
Обработка зависит от формы продукции: листы и плиты, как правило, прокатывают, а затем подвергают холодной обработке или стабилизации в соответствии с заданным состоянием, тогда как экструдаты требуют контроля температуры заготовки и термической закалки для удержания однородного распределения Mg. Плиты обычно менее формуемы, чаще подвергаются сварке и мехобработке, в то время как листы используются там, где необходима сложная формовка и соединение.
Эквивалентные марки
| Стандарт | Марка | Регион | Примечания |
|---|---|---|---|
| AA / ASTM | 5086 | США | Распространённое коммерческое обозначение; включена в несколько спецификаций ASTM |
| EN AW | 5086 | Европа | Эквивалент AlMg4.5Mn по стандартам EN с аналогичными требованиями к составу |
| JIS | A5086 (или серия Al-Mg) | Япония | Эквивалентное семейство Al–Mg–Mn; стандарты технологических процессов различаются |
| GB/T | 5086 | Китай | Марка китайского национального стандарта с сопоставимыми диапазонами состава |
Эквивалентность близка по основным стандартам, однако существуют небольшие различия в допустимых уровнях примесей, определениях термообработки и протоколах испытаний. Покупателям рекомендуется обращаться к конкретному техническому описанию (ASTM, EN, JIS, GB/T), используемому при закупках, чтобы проверить точные пределы состава, требования к механическим испытаниям и стандарты обработки поверхности.
Коррозионная стойкость
EN AW-5086 обладает отличной атмосферной коррозионной стойкостью и широко применяется в морских условиях благодаря содержанию Mg, формирующему стабильные оксидные/гидроксидные пленки. Устойчивость к точечной коррозии в средах с хлоридами хорошая по сравнению со многими алюминиевыми сплавами, хотя локальная коррозия может возникать в зонах концентрации напряжений или на плохо подготовленных поверхностях.
В морской воде и зонах брызг EN AW-5086 демонстрирует лучшую сопротивляемость общей и локальной коррозии по сравнению со многими упрочняемыми термообработкой алюминиевыми сплавами, так как не образует анодных выделений, способствующих образованию точечной коррозии. Склонность к коррозионному растрескиванию напряжённого состояния (SCC) у 5086, как правило, низкая относительно высокопрочных алюминиевых сплавов, но риск SCC увеличивается с повышением содержания Mg и при определённых термообработках после некоторых термических воздействий.
Гальванические взаимодействия необходимо контролировать при сопряжении 5086 с катодными металлами, такими как медь или нержавеющая сталь; сплав является анодным по отношению ко многим сталям и может быть защищен или изолирован покрытиями и изоляционными прокладками. По сравнению со сплавами серии 3xxx (Al-Mn) 5086 обычно обладает более высокой прочностью, сохраняя при этом аналогичное или улучшенное коррозионное поведение; по сравнению с упрочняемыми термообработкой сплавами серий 6xxx и 7xxx 5086 существенно превосходит их по коррозионной стойкости в морской среде.
Свойства обработки
Свариваемость
EN AW-5086 хорошо сваривается обычными методами плавления, включая TIG и MIG; после применения соответствующих присадочных материалов и технологий сварочные соединения обычно имеют свойства, близкие к основному металлу. Рекомендуемые присадки — Al‑Mg сплавы (например, 5183, 5356), подобранные по прочности и коррозионной стойкости; выбор присадочного материала и предшествующая/послесварочная обработка контролируют поведение зоны термического влияния. Риск горячих трещин низкий по сравнению с медесодержащими сплавами, однако необходимо контролировать пористость и загрязнения водородом через хорошую газозащиту и очистку.
Обрабатываемость
Обрабатываемость EN AW-5086 умеренная и уступает 2xxx и 6xxx сплавам, спроектированным для высокоскоростного резания. Лучшие результаты достигаются в более мягких термических состояниях; стружка формируется непрерывная, пластичная, что требует контроля подачи и применения стружколомателей. Рекомендуется использование твердосплавного инструмента для повышения производительности, при этом скорость резания и подача снижаются для более твердых H-состояний с целью уменьшения износа инструмента и термического наклёпа.
Формуемость
Формуемость отличная в отожжённом состоянии (температура O) и в слабо упрочнённых состояниях, таких как H111, обеспечивая глубокую вытяжку, растяжение и сложное тиснение. Радиусы гибов следует выбирать в зависимости от термического состояния и толщины; типичные минимальные внутренние радиусы гиба варьируются от 1× до 3× толщины для более мягких состояний, увеличиваясь для состояний H32/H36. Холодная деформация повышает прочность, но снижает удлинение и увеличивает упругий отход; для получения малых радиусов на толстом материале иногда применяется тёплое формование или ступенчатая деформация.
Поведение при термообработке
EN AW-5086 — это не упрочняемый термообработкой сплав; он не реагирует на растворяющую закалку и искусственное старение для повышения прочности, как сплавы серий 6xxx или 7xxx. Прирост прочности достигается холодной обработкой (наклёпом), за которой следует естественное или контролируемое стабилизирующее старение с целью уменьшения остаточных напряжений и ограничения дальнейшего старения под нагрузкой.
Отжиг (температура O) применяется для снятия наклёпа и восстановления пластичности; типичные циклы отжига проходят при повышенных температурах с последующим контролируемым охлаждением для предотвращения деформаций и излишнего роста зерна. Стабилизирующая обработка (например, H116) включает низкотемпературное старение или контролируемое хранение для достижения сбалансированного сочетания прочности, коррозионной стойкости и свариваемости без образования вредных выделений.
Поведение при высоких температурах
EN AW-5086 сохраняет работоспособные механические свойства при умеренно повышенных температурах, однако эксплутационные показатели резко снижаются по пределу текучести и усталостной прочности по сравнению с нормально-условиями. Значительная потеря прочности начинается в диапазоне температур 100–150 °C в зависимости от термообработки, поэтому для длительных конструкций рекомендуется ограничение рабочих температур или необходимость проведения эмпирической квалификации.
Окисление и образование окалины минимальны для алюминиевых сплавов на воздухе; однако длительное воздействие горячих сред с хлоридами может ускорять коррозионные процессы. Зона термического влияния сварных швов может подвергаться размягчению и снижению прочности при высокотемпературной эксплуатации, поэтому проектирование и послесварочные обработки должны учитывать суммарное воздействие температуры, нагрузок и агрессивных компонентов.
Области применения
| Отрасль | Пример компонента | Причины использования EN AW-5086 |
|---|---|---|
| Морская промышленность | Обшивочные панели корпуса, палубы, надстройки | Отличная коррозионная стойкость к морской воде и хорошее соотношение прочности к массе |
| Автомобильная / транспортная отрасль | Панели трейлеров, топливные баки, несущие элементы | Хорошая свариваемость, ударная вязкость и коррозионная стойкость |
| Аэрокосмическая отрасль | Вторичные конструкции, фитинги | Высокая вязкость, свариваемость и умеренная прочность |
| Сосуды давления / криогеника | Резервуары, криогенные сосуды | Вязкость при низких температурах и свариваемость |
| Промышленность / теплообмен | Теплообменники, коллекторы | Достаточная теплопроводность и коррозионная стойкость |
EN AW-5086 выбирается в тех случаях, когда требуется сочетание коррозионной стойкости, свариваемости и умеренной прочности, особенно в морском и транспортном секторах. Его формуемость в более мягких состояниях и способность соединяться обычными сварочными методами расширяют спектр применения в сборных конструкциях.
Рекомендации по выбору
Выбирайте EN AW-5086, когда необходима надёжная коррозионная стойкость в хлоридоносных средах, сочетающаяся с хорошей свариваемостью и умеренной структурной прочностью. Это практичный выбор для морских конструкций и сварных изделий, где упрочняемые термообработкой сплавы могут подвергаться коррозии или проблемам, связанным с водородом.
По сравнению с промышленно чистым алюминием (1100) EN AW-5086 уступает в электрической и тепловой проводимости и слегка уступает по формуемости, но обеспечивает существенно более высокую прочность и лучшие конструкционные свойства. В сравнении с обычными упрочненными наклёпом сплавами, такими как 3003 или 5052, EN AW-5086 обычно предлагает большую прочность и сопоставимую или улучшенную коррозионную стойкость в морской среде при умеренном увеличении стоимости.
В отличие от упрочняемых термообработкой сплавов, например 6061, EN AW-5086 не достигает такого же максимального предела прочности, но предпочтителен там, где требуются превосходная коррозионная стойкость в морской воде, свариваемость без цикла закалки/старения и лучшая вязкость.
Итоговое резюме
EN AW-5086 остаётся широко используемым алюминиевым сплавом благодаря комплексному сочетанию свариваемости, коррозионной стойкости и прочности, достигаемой наклёпом без сложных термообработок, что делает его особенно ценным в морском строительстве, изготовлении сосудов давления и конструкционных изделий.