Алюминий EN AW-5754: состав, свойства, руководство по состояниям и области применения

Общий обзор

EN AW-5754 относится к серии алюминиевых сплавов 5xxx, в частности к марке Al–Mg, обычно обозначаемой как AlMg3 в различных стандартах. Эта группа характеризуется магнием как основным легирующим элементом, который обеспечивает упрочнение за счёт твёрдого раствора и повышенную коррозионную стойкость по сравнению с сериями 1xxx и 3xxx.

Основные легирующие элементы в EN AW-5754 – магний с незначительными добавками марганца, хрома и следовыми примесями железа и кремния. Упрочнение достигается преимущественно за счёт наклёпа и упрочнения твёрдым раствором магния; сплав не поддаётся упрочнению термообработкой посредством осадочного твёрдения для повышения прочности.

Ключевые характеристики включают благоприятное сочетание средней и высокой прочности, очень хорошую стойкость к общей и локализованной коррозии в атмосферных и морских условиях, а также отличную свариваемость при правильном подборе сварочного материала. Пластичность хорошая в отожжённом состоянии и при лёгком наклёпе, что делает сплав привлекательным для изготовления профильных листов и штампованных деталей в различных отраслях.

Типичные области применения: кузовные и конструкционные панели автомобилей, морские суда и оборудование, сосуды высокого давления, а также общая металлообработка для транспортных и потребительских изделий. Инженеры часто выбирают EN AW-5754 при необходимости баланса коррозионной стойкости, свариваемости и умеренного соотношения прочность/масса, когда термообработка нецелесообразна или не требуется.

Варианты состояния (темперы)

Состояние	Уровень прочности	Относительное удлинение	Пластичность	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Высокое	Отличная	Отличная	Полное отжиг; максимальная пластичность
H111	Низкий–средний	Высокое	Очень хорошая	Отличная	Слегка наклёпан; подходит для сложного формования
H14	Средний	Средний	Хорошая	Отличная	Четверть наклёпан; повышенная прочность
H22	Средний	Средний	Удовлетворительная	Хорошая	Наклёпан с последующим частичным отжигом для баланса свойств
H32	Средне–высокий	Ниже	Пониженная	Хорошая	Наклёпан и стабилизирован; повышенная прочность, меньшая пластичность

Темпер оказывает основное и предсказуемое влияние на EN AW-5754, смещая баланс между формуемостью и прочностью. Отожжённое состояние (O) максимально увеличивает пластичность для глубокой вытяжки и штамповки молотком, в то время как состояния серии H обеспечивают контролируемый рост предела текучести и временного сопротивления разрыву за счёт наклёпа.

Выбор темпера требует учёта операций окончательной обработки, требуемого отпружинивания и сферы применения сварных конструкций, так как более высокий наклёп снижает пластичность и может увеличивать отпружинивание и сопротивление изгибу.

Химический состав

Элемент	Диапазон, %	Примечания
Si	≤ 0.40	Примесь; контролируется для ограничения интерметаллидов и сохранения пластичности
Fe	≤ 0.40	Распространённая примесь; немного повышает прочность, но может снижать коррозионную стойкость
Mn	0.50–1.00	Уточняет структуру зерна, улучшает прочность и вязкость
Mg	2.6–3.6	Основной упрочняющий элемент; повышает коррозионную стойкость в морской среде
Cu	≤ 0.10	Минимально для предотвращения ухудшения коррозионной стойкости
Zn	≤ 0.20	Незначительная примесь; небольшой эффект на прочность
Cr	0.05–0.25	Контроль структуры зерна и устойчивость к сенсибилизации при обработке
Ti	≤ 0.15	Уточнитель зерна при изготовлении слитков и полуфабрикатов
Прочие (каждый)	≤ 0.05	Остаточные элементы, включая V, Zr; суммарно ≤ 0.15

Химический состав EN AW-5754 разработан с приоритетом на содержание магния для упрочнения за счёт твёрдого раствора и повышения коррозионной стойкости, при этом медь и железо удерживаются на низком уровне для предотвращения гальванической коррозии и точечного разрушения, вызванного интерметаллидами. Марганец и хром обеспечивают контроль структуры зерна и устойчивость к рекристаллизации в ходе термомеханической обработки, что способствует стабильности механических свойств по толщине.

Контроль содержания кремния и железа особенно важен в листовом материале, поскольку крупные интерметаллиды могут приводить к хрупкости при изгибе и снижать сопротивление усталости; поэтому технологические требования часто включают строгие лимиты по чистоте и размеру включений.

Механические свойства

EN AW-5754 демонстрирует поведение при растяжении, которое значительно зависит от темперовки и уровня наклёпа. В отожжённом состоянии сплав характеризуется относительно низким пределом текучести и средней временной прочностью с высоким относительным удлинением, что обеспечивает прогрессивное пластическое разрушение при перегрузках и хорошо воспринимаемую энергию деформации при формовании.

Предел текучести и временное сопротивление разрыву существенно возрастают с увеличением наклёпа; типичные состояния серии H получают методом контролируемой холодной прокатки или растяжения с выравниванием для достижения требуемых пределов прочности при сохранении достаточной пластичности для формования. Твёрдость напрямую связана с уровнем наклёпа и коррелирует с ростом предела текучести и временного сопротивления в листах и профилях.

Усталостные свойства в целом хорошие для сплавов серии 5xxx при условии качественной обработки поверхности и отсутствия коррозионных очагов; толщина влияет на ресурс усталости через остаточные напряжения и микроструктурные градиенты по толщине, сформированные прокаткой. Более толстые плиты склонны демонстрировать больший разброс свойств из-за более медленного охлаждения и потенциального формирования текстуры, что делает данные по определённой толщине критически важными для проектирования.

Свойство	O/Отожженное	Типичный темпер (например, H32/H111)	Примечания
Временное сопротивление разрыву (UTS)	95–145 MPa	160–260 MPa	Значения зависят от темперовки и толщины; поставщики предоставляют сертифицированные данные
Предел текучести (0.2% остаток деформации)	35–85 MPa	120–240 MPa	Рост прочности зависит от степени холодной деформации и наклёпа
Относительное удлинение (A%)	20–35%	6–18%	Удлинение заметно уменьшается при повышении степени наклёпа
Твёрдость (HB)	20–40 HB	45–90 HB	Соответствует временной прочности/пределу текучести; измеряется по Бринеллю или Виккерсу в зависимости от спецификации

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2.66 г/см³	Типично для алюминиево-магниевых сплавов; используется для расчёта массы и веса
Диапазон плавления	~ 640–650 °C (приблизительно от твердой до жидкой фазы)	Диапазон плавления близок к чистому алюминию; важно избегать перегрева при сварке
Теплопроводность	~ 120–140 Вт/м·К	Ниже, чем у чистого алюминия; хорошая теплопередача для радиаторов и теплоотводов
Электропроводность	~ 30–38 % IACS	Ниже, чем у чистого алюминия, но достаточна для шин и проводников
Удельная теплоёмкость	~ 900 Дж/кг·К	Типичное значение при температуре 20–100 °C для алюминиевых сплавов
Коэффициент теплового расширения	~ 23–24 мкм/м·К (20–100 °C)	Относительно высокий коэффициент расширения требует учёта при проектировании конструкций с термическими циклами

EN AW-5754 сохраняет многие благоприятные тепловые и электрические свойства алюминия, хотя легирование снижает электропроводность по сравнению с чистым металлом. Данные по теплопроводности и тепловому расширению важны для применения в теплообменниках и электронике, так как влияют на тепловые градиенты и механические ограничения при эксплуатации.

Температурные характеристики плавления и тепловые параметры также влияют на параметры сварки и процессы пайки/окраски, поскольку температуры начала и конца плавления определяют допустимые технологические режимы для предотвращения зародышевого плавления и чрезмерного роста зерна.

Формы продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Поведение прочности	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0,3–4,0 мм	Однородные свойства в тонких слоях; холодная деформация повышает прочность	O, H111, H14, H32	Широко используется для кузовных панелей и морских компонентов
Плита	>4,0–100+ мм	Толстый прокат может иметь несколько иные свойства	O, H111, H32	Применяется в конструктивных элементах, где требуется жёсткость
Экструзия	Профили сечением до 200 мм	Прочность зависит от последующего старения/деформации	O, H32, H111	Распространено для направляющих, рам и конструкционных профилей
Труба	Наружный диаметр 6 мм–200 мм	Механические свойства аналогичны листу/плите с соответствующим состоянием	O, H111, H32	Широко применяется в системах транспортировки жидкостей и морских трубах
Пруток/штанга	Диаметры до 100 мм	Обрабатываемость и прочность зависят от состояния	O, H111	Используется для фитингов, валов и точёных деталей

Технологические маршруты влияют на конечную микроструктуру, размерную стабильность и текстуру. Лист и плита обычно производятся горячей прокаткой с последующими контролируемыми операциями холодной прокатки для достижения требуемых состояний и качества поверхности. Экструзии формуются методом прямой или непрямой экструзии, часто с последующим растворяющим отжигом слитков и контролируемым охлаждением для получения однородной микроструктуры.

Выбор продукции должен соответствовать способу формовки и соединения; например, для глубокой вытяжки выбирают листы в состояниях O или H111, а для конструкционных экструзий с повышенной статической прочностью — H32 или упрочнённые холодной деформацией состояния.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	5754	США	Общее обозначение в США, соответствующее международной серии 5xxx
EN AW	5754	Европа	Европейское обозначение; состав и состояния по стандартам EN
JIS	A5054 (приблизительно)	Япония	Существуют эквиваленты JIS, но перекрёстные обозначения должны проверяться в спецификациях
GB/T	5754	Китай	Китайский стандарт номинально совпадает с EN/AA, но рекомендуется проверять допуски

Стандарты в разных регионах очень близки для Al–Mg сплавов, однако возможны тонкие отличия в гарантированных диапазонах механических свойств, качестве поверхности и разрешённых примесях. При замене по стандартам обязательно проверяйте сертификаты и номера плавок на соответствие требованиям проекта по прочности, удлинению и коррозионным испытаниям.

Из-за этих небольших различий инженеры по закупкам должны требовать сертифицированный анализ состава и отчёты по механическим испытаниям для подтверждения эквивалентности при критичных применениях, таких как сосуды под давлением или морская арматура.

Коррозионная стойкость

EN AW-5754 демонстрирует очень хорошую атмосферную коррозионную стойкость и особенно устойчив к точечной и щелевой коррозии в хлоридосодержащих средах по сравнению со многими упрочняемыми термически сплавами. Содержание магния улучшает стабильность пассивной плёнки в морской воде и повышает долговременную стойкость по сравнению с почти чистыми алюминиевыми марками.

В морских условиях 5754 хорошо подходит для обшивки корпуса, фитингов и крепёжных элементов при условии правильного нанесения покрытий и реализации катодной защиты. Локальные повреждения могут возникать в местах повреждения покрытия или образования гальванических пар; подготовка поверхности и герметизация стыков эффективно снижают такие риски.

Чувствительность к коррозионному растрескиванию под напряжением обычно низка для правильно обработанных 5xxx сплавов с умеренным содержанием магния, таких как 5754, при условии отсутствия избыточного старения и контроле остаточных растягивающих напряжений. Гальванические взаимодействия следует минимизировать путём изоляции разнородных металлов и выбора совместимых крепежных элементов, так как алюминий выступает в роли анода по отношению к многим сталям и медьсодержащим сплавам.

В сравнении с 6xxx серией EN AW-5754 обычно обеспечивает лучшую стойкость в хлоридных средах при меньшей пиковой прочности, а по сравнению с 1xxx и 3xxx сериями — повышенную прочность при умеренном снижении электропроводности.

Технологические свойства

EN AW-5754 легко обрабатывается традиционными методами металлообработки; сочетание пластичности и упрочнения при деформации обеспечивает удобство штамповки, гибки, рулонной формовки и вращательного формоизменения. Хорошая свариваемость и способность к холодной деформации — одни из преимуществ сплава, однако параметры технологического процесса необходимо адаптировать под состояние и толщину, чтобы избежать размягчения зоны термического влияния и чрезмерного восстановления упругости (вылета пружины).

Свариваемость

TIG и MIG сварка EN AW-5754 хорошо отработаны и обеспечивают высококачественные швы с низким риском горячих трещин при применении подходящих присадочных проволок. Распространённые присадки — 5356 и 5183 (Al–Mg сплавы), обеспечивающие совпадение или небольшое превышение содержания Mg для снижения потери пластичности в металле шва; предварительный подогрев редко требуется, однако необходимо контролировать тепловложение для ограничения размягчения ЗТВ и искажений.

Обрабатываемость

Обрабатываемость механическая у 5754 умеренная, обычно хуже чем у сплавов серии 6xxx из-за более высокого упрочнения и меньшей склонности к дроблению стружки. Рекомендуются твердосплавный инструмент, жёсткая фиксация заготовки и обильное охлаждение; скорости подачи традиционно снижаются по сравнению с более мягкими сплавами, а контроль эвакуации стружки предотвращает образование нароста и повреждение поверхности.

Формуемость

Обеспечивая отличную холодную формовку в состояниях O и H111, EN AW-5754 позволяет выполнять малые радиусы изгиба и сложные геометрии с низким восстановлением упругости при правильном отжиге. Для серьёзной гибки или глубокой вытяжки предпочтительнее состояние O или очень лёгкое упрочнение, а радиусы инструмента следует задавать консервативно (типичный минимальный внутренний радиус ~ 1,5–3 × толщина материала в зависимости от состояния и отделки).

Особенности термообработки

EN AW-5754 является неупрочняемым термически сплавом, и изменения механических свойств достигаются практически исключительно за счёт холодной деформации (упрочнения) и термического отжига. Растворяющий отжиг и старение, характерные для сплавов серий 6xxx и 7xxx, неэффективны для формирования стабильного преципитационного упрочнения в данном сплаве.

Типичный промышленный отжиг для полного размягчения 5754 проводится при температурах 300–415 °C с последующим охлаждением на воздухе; этот процесс восстанавливает пластичность и снижает остаточные напряжения, но уменьшает прочность. В некоторых состояниях H применяют стабилизирующие термообработки, которые снимают остаточные напряжения без полного отжига, обеспечивая размерную стабильность при сохранении значительной части упрочнения от холодной деформации.

Из-за отсутствия возможности термического упрочнения проектировщикам следует опираться на тщательный контроль процессов прокатки, формования и сварки для обеспечения требуемых механических свойств; послеобработочные отжиги часто применяются для улучшения формуемости или восстановления свойств, однако их следует выполнять с учётом риска снижения твёрдости в ответственных деталях.

Работа при высоких температурах

EN AW-5754 начинает терять значительную механическую прочность значительно ниже температуры плавления, с заметным снижением предела текучести и временного сопротивления разрыву при температурах приблизительно выше 100–150 °C в зависимости от состояния и времени нагрева. Для длительной работы при повышенных температурах инженерам рекомендуется проверять поведение ползучести и предела текучести, поскольку сплав не оптимизирован для высокотемпературной прочности и устойчивости к ползучести.

Окисление не является основной причиной отказов, так как алюминий формирует защитный оксидный слой, однако при повышенных температурах ускоряются межзеренные изменения и укрупнение микроструктуры, влияющие на усталостную прочность и вязкость разрушения. В сварных конструкциях зоны термического влияния могут испытывать снижение прочности и требуют оценки теплового воздействия и возможного после сварочного восстановления, если рабочие температуры высоки.

Проектировщикам рекомендуется ограничивать рабочие температуры в консервативных рамках для конструкционных элементов и рассматривать альтернативные сплавы или нержавеющие стали для применения с поддерживаемой прочностью выше 150 °C, либо внедрять системы охлаждения и термические барьеры для защиты алюминиевых деталей.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Причины выбора EN AW-5754
Автомобильная	Кузовные панели, топливные баки	Хорошая формуемость, свариваемость и коррозионная стойкость
Морская	Обшивка корпуса, палубная арматура	Отличная устойчивость к хлоридам и свариваемость
Авиационная	Вторичные конструкции, внутренние крепления	Высокое отношение прочности к массе и хорошая коррозионная стойкость
Электроника	Распределители тепла, корпуса	Высокая теплопроводность и обрабатываемость
Сосуды под давлением	Баки и трубопроводы	Хорошая свариваемость и прочность при средних толщинах

EN AW-5754 часто выбирают, когда требуется сбалансированное сочетание коррозионной стойкости, технологичности и умеренной прочности в широком диапазоне толщин. Его свойства подходят для деталей, которые формуются и соединяются, эксплуатируются в агрессивных средах или где важен весовой выигрыш.

Рекомендации по выбору

Выбирайте EN AW-5754, если вам нужна более высокая прочность и лучшая коррозионная стойкость по сравнению с коммерчески чистым алюминием при сохранении хорошей свариваемости и формуемости. Это отличный выбор для конструкционных листов и морской арматуры, когда термически упрочняемые сплавы не подходят или не оправданы.

По сравнению с коммерчески чистым алюминием (1100), 5754 жертвует частью электрической и теплопроводности и имеет незначительно сниженные показатели