Алюминий EN AW-6063: состав, свойства, марки закалки и области применения

Общий обзор

EN AW-6063 относится к серии 6xxx алюминиевых сплавов, которая характеризуется системой легирования Mg-Si и обеспечивает возможность упрочнения осадками. Эта серия находится между более мягкими сплавами с упрочнением при холодной деформации 1xxx/3xxx и более прочными термически упрочняемыми группами 2xxx/7xxx, обеспечивая баланс между экструзионной обрабатываемостью, коррозионной стойкостью и умеренной прочностью.

Основными легирующими элементами в EN AW-6063 являются кремний и магний, которые образуют осадки Mg2Si, отвечающие за старение и упрочнение. Небольшие добавки железа, марганца, хрома и титана влияют на структуру зерна, чистоту исходного материала и отклик на термическую обработку, не меняя существенно основной механизм упрочнения осадками.

EN AW-6063 — термически упрочняемый сплав, упрочняемый закалкой с последующим искусственным старением (осадочным упрочнением). Основные характеристики включают хорошую экструзируемость и качество поверхности, умеренную до высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях, отличную свариваемость в большинстве состояний и хорошую формуемость в отожженном и частично упрочненном состояниях.

Типичные отрасли применения EN AW-6063 — архитектурные системы (рамы окон и дверей), конструкционные выдавливания, радиаторы охлаждения в потребительской электронике и лёгкие конструктивные элементы в транспортной промышленности. Инженеры выбирают 6063 при необходимости сочетания хорошего качества поверхности, стабильности размеров при экструзии, коррозионной стойкости и достаточной прочности по сравнению с альтернативными сплавами.

Состояния термообработки

Состояние	Уровень прочности	Относительное удлинение	Формуемость	Свариваемость	Примечания
O	Низкий	Высокое	Отличная	Отличная	Полностью отожжённое состояние для максимальной пластичности
H14	Низкий–средний	Среднее	Хорошая	Отличная	Легкое упрочнение при холодной деформации без термообработки
T5	Средний	Умеренное	Хорошая	Отличная	Охлаждён после нагрева и подвергнут искусственному старению
T6	Средне–высокий	Умеренное	Средняя–хорошая	Очень хорошая	Закалена и искусственно состарена для повышения прочности
T651	Средне–высокий	Умеренное	Средняя–хорошая	Очень хорошая	T6 с снятием остаточных напряжений растяжением

Состояния термообработки управляют балансом прочности и пластичности за счёт изменения распределения осадков и плотности дислокаций. Отожжённое состояние (O) используется для операций формовки и сложных гибов, в то время как варианты T5/T6 применяются при необходимости стабильности размеров и более высокой несущей способности.

Программы искусственного старения и упрочнения при холодной деформации формируют отличительные профили прочности и влияют на последующую сварку и формовку. Выбор состояния — компромисс между необходимостью постфабрикационной термообработки, требованиями к качеству поверхности и эксплуатационными механическими нагрузками.

Химический состав

Элемент	Диапазон, %	Примечания
Si	0.2–0.6	Основной легирующий элемент; с Mg образует Mg2Si для осадочного упрочнения
Fe	≤0.35	Примесь; влияет на прочность и качество поверхности; способствует образованию интерметаллидов
Mn	≤0.10	Микролегирующий элемент; улучшает структуру зерна, ограничено в 6063
Mg	0.45–0.9	Взаимодействует с Si для формирования упрочняющих осадков; контролирует закаливаемость
Cu	≤0.10	Поддерживается на низком уровне для сохранения коррозионной стойкости; избыток снижает стойкость к межкристаллитной коррозии
Zn	≤0.10	Ограничено; высокая концентрация не допускается в серии 6xxx
Cr	≤0.10	Используется для измельчения зерна и контроля рекристаллизации в некоторых состояниях
Ti	≤0.10	Применяется для контроля зерна, особенно при литье или выпуске заготовок
Прочие	≤0.05 каждый, ≤0.15 суммарно	Включает следовые элементы и микролегирование

Баланс Mg и Si является ключевым для свойств, поскольку стехиометрия и распределение осадков Mg2Si определяют достигаемую прочность и кинетику старения. Железо и другие следовые элементы контролируют свойства литья/экструзии, качество поверхности и восприимчивость к локальной коррозии или дефектам, вызванным интерметаллидами.

Механические свойства

Механические характеристики при растяжении EN AW-6063 сильно зависят от состояния термообработки; отожжённый материал имеет низкий предел текучести и значительно удлиняется, тогда как состояния T6/T651 обеспечивают заметное повышение предела текучести и временного сопротивления разрыву при уменьшенной пластичности. Сплав демонстрирует относительно линейный участок упругой деформации до текучести и предсказуемую область упрочнения при пластической деформации в состояниях с более высоким уровнем прочности, что позволяет применять его для расчётов с консервативными запасами прочности.

Предел текучести в выдавленных профилях чувствителен к толщине сечения и скорости охлаждения после закалки; тонкостенные выдавливания обеспечивают более равномерные свойства и более эффективное старение. Усталостные характеристики типичны для Al-Mg-Si сплавов с упрочнением осадками, где качество поверхности, дефекты экструзии и остаточные напряжения являются основными факторами, определяющими ресурс усталости.

Твёрдость коррелирует с состоянием: отожжённое состояние характеризуется низкой твёрдостью, тогда как T6/T651 повышают твёрдость по Бринеллю и Виккерсу за счёт дисперсного распределения осадков. Влияние толщины важно: толстые сечения охлаждаются медленнее после термообработки, что приводит к более крупным осадкам и немного более низкой пиковоей прочности по сравнению с тонкими сечениями, способными достигать более высоких характеристик при одинаковом режиме обработки.

Свойство	O / Отожженное	Основное состояние (T6)	Примечания
Временное сопротивление разрыву	100–140 MPa	175–220 MPa	Значения зависят от размера сечения и конкретного режима термообработки
Предел текучести	40–80 MPa	120–170 MPa	Измеряется по смещению 0.2%; зависит от старения и упрочнения при холодной деформации
Относительное удлинение	12–18%	6–12%	Выше в тонких сечениях и отожженном состоянии
Твёрдость	25–40 HB	60–85 HB	Твёрдость коррелирует с осадочно-упрочняющей структурой

Физические свойства

Свойство	Значение	Примечания
Плотность	2.70 г/см³	Типичная для деформируемых алюминиевых сплавов; использовать при расчетах массы и жесткости
Диапазон плавления	~605–650 °C	Диапазон солидуса–ликвидуса зависит от состава и примесей
Теплопроводность	~160–180 Вт/м·К	Хороший теплопроводник по сравнению со сталью; зависит от состояния и легирования
Электропроводность	~30–40 % IACS	Ниже, чем у высокочистого алюминия из-за легирования; влияет холодная деформация
Удельная теплоёмкость	~900 Дж/кг·К	Полезно для расчётов теплового режима и энергозатрат на термообработку
Тепловое расширение	~23–24 мкм/м·К (20–100°C)	Типичный коэффициент для расчёта сборок из разнородных материалов

Комплект физических свойств делает 6063 привлекательным для теплового менеджмента и легких конструктивных элементов. Высокая теплопроводность и низкая плотность обеспечивают выгодные удельные тепловые и жёсткостные характеристики по сравнению со сталями и более прочными алюминиевыми сплавами.

Тепловые свойства также влияют на поведение при термообработке: теплопроводность определяет равномерность закалки в толстых сечениях и может создавать градиенты при наличии приспособлений или теплоизоляции. Электропроводность достаточна для некоторых проводниковых применений, но обычно уступает требованиям к механическим свойствам.

Формы выпуска продукции

Форма	Типичная толщина/размер	Особенности прочности	Распространённые состояния	Примечания
Лист	0.5–6 мм	Однородные свойства в тонком листе	O, H14, T5	Используется для архитектурных панелей, корпусов
Пластина	>6 мм	Снижение максимальной прочности из-за медленного охлаждения	O, T6 (ограниченно)	Толстые сечения встречаются реже; 6xxx пластины применяются там, где экструзия не нужна
Экструзия	Толщина стенки 1–20 мм; сложные профили	Отличная поверхность; направленные свойства	O, T5, T6, T651	Основной продукт для 6063; точные допуски и совместимость с анодированием
Труба	От тонкостенных до толстостенных	Прочность зависит от толщины стенки и упрочнения холодной деформацией	O, T6	Широко используется для рам, рельс и архитектурных труб
Пруток / Круг	Диаметры до 50 мм	Максимальная прочность ниже при больших диаметрах	O, H14	Холоднотянутые прутки применяются для механической обработки или формовки

Коммерческое наличие экструзий определяет основное применение 6063; сложные сечения с тонкими стенками могут выпускаться экономично при сохранении высокого качества поверхности для анодирования. Пластины и тяжёлые сечения используются реже и часто заменяются другими сплавами серии 6xxx или 7xxx при необходимости высокой прочности в толстых сечениях.

Различия в технологиях обработки имеют важное значение: экструзионные профили часто подвергаются искусственному старению во время или после выравнивания, тогда как производство листов и труб связано с разной историей прокатки и волочения, что влияет на структуру зерен и механическую анизотропию. При проектировании с учётом технологичности следует учитывать минимальные радиусы гиба и анизотропное поведение по текучести для экструзий.

Эквивалентные марки

Стандарт	Марка	Регион	Примечания
AA	6063	США	Распространённое обозначение кованого сплава в Северной Америке
EN AW	6063	Европа	EN AW-6063 соответствует той же системе Mg-Si c европейскими технологическими требованиями
JIS	A6063	Япония	Японский эквивалент, часто используемый в экструзионной промышленности
GB/T	6063	Китай	Китайский стандарт с аналогичной химией сплава

Эквивалентные марки в разных регионах обладают одинаковым упрочняющим химическим составом Mg–Si, но существуют незначительные отличия в допустимых пределах примесей и технологиях производства, что влияет на качество поверхности и способность к экструзии. Спецификации, такие как обозначения состояния термообработки, методы испытаний и критерии приемки (например, допустимая пористость, размер зерна или качество поверхности) могут различаться в зависимости от стандарта и производителя.

При замене материала по разным стандартам следует проверять обозначения состояния и таблицы механических свойств, так как, например, T6 в одном стандарте может иметь разные минимальные значения предела текучести или временного сопротивления разрыву. Качество поверхности и поведение при анодировании также могут зависеть от обработки исходного слитка и содержания примесей, поэтому контроль источника поставки важен для архитектурных применений.

Коррозионная стойкость

EN AW-6063 обладает хорошей общей атмосферной коррозионной стойкостью за счёт низкого содержания меди и защитного характера оксидной плёнки алюминия. Сплав хорошо поддается анодированию и формирует равномерную, привлекательную поверхность, что улучшает как эстетические качества, так и стойкость к локальной коррозии, поэтому он популярен в архитектурных экструзиях.

В морской и хлорсодержащей среде 6063 умеренно устойчив к питтинговой и щелевой коррозии, но уступает высокомагниевым сплавам серии 5xxx и специализированным нержавеющим сталям с покрытием. Локальная коррозия усиливается в застойной морской воде или под отложениями, поэтому в морской сфере часто применяются защитные покрытия, анодирование или жертвенные элементы конструкции.

Подверженность коррозионному растрескиванию под напряжением (КРПН) у сплавов 6xxx обычно низкая или умеренная по сравнению с высоколегированными упрочняемыми термообработкой сплавами, но остаточные растягивающие напряжения вместе с агрессивной средой и повышенной температурой могут способствовать развитию КРПН при соответствующих условиях. Следует учитывать гальванические взаимодействия: при контакте с более благородными металлами алюминий будет корродировать, если не изолирован электрически или не защищён катодной защитой.

По сравнению с сериями 1xxx и 3xxx, 6063 обладает несколько меньшей собственной коррозионной стойкостью, но имеет более высокую прочность и лучшую способность к экструзии. По сравнению со сплавами серии 5xxx, 6063 обеспечивает лучшее качество анодирования и поверхности, но обычно уступает по сопротивлению длительному погружению в морскую воду.

Свойства в производстве

EN AW-6063 легко поддаётся обработке стандартными технологическими методами; сочетание пластичности, свариваемости и упрочнения термообработкой делает его универсальным для изделий из экструзии и последующей механической обработки. Контроль остаточных напряжений и тепловложения при сварке и выпрямлении важен для поддержания размеров и предотвращения избыточного старения.

Свариваемость

Свариваемость 6063 отличная при использовании распространённых методов плавления, таких как TIG и MIG. Рекомендуемые присадочные материалы – ER4043 (Al-Si) и ER5356 (Al-Mg) в зависимости от требований к прочности и коррозионной стойкости после сварки; ER4043 предпочитается для улучшения течения и снижения склонности к горячим трещинам в кремнийсодержащем основном металле.

В зоне термического влияния (ЗТВ) в материале типа T6 или T651 может происходить размягчение из-за растворения и коагуляции выделений, что снижает локальную прочность; проведение постсварочной термообработки или локального снятия напряжений частично восстанавливает свойства. Риск горячих трещин низкий по сравнению с некоторыми высокопрочными сплавами, однако правильная конструкция шва, чистота поверхности и выбор присадки уменьшают вероятность трещинообразования.

Обрабатываемость на станках

Обрабатываемость средней сложности в сравнении с алюминиевыми сплавами с улучшенной резкой; 6063 хорошо поддается обработке твердосплавным инструментом на умеренных скоростях с применением мер контроля стружкообразования. Использование инструмента с острой режущей кромкой, положительными углами резания и достаточным охлаждением или воздушным обдувом снижает наклёп и обеспечивает высокое качество поверхности для анодирования или гальваники.

Подачи и скорости должны учитывать геометрию изделия; тонкостенные экструзии могут вибрировать и дребезжать при недостаточной поддержке во время обработки. Операции сверления, фрезеровки и окончательной обработки обычно оставляют поверхность, пригодную для анодирования после соответствующей очистки и травления.

Пластичность (формуемость)

Пластичность в состояниях O и H14 очень хорошая, поддерживает гибку, рулонную формовку и глубокую вытяжку в различных геометриях. Минимальные радиусы гиба зависят от состояния и толщины, но типичные рекомендации предусматривают внутренние радиусы 1–3× толщины для отожженного материала и большие радиусы для материала в состоянии T6.

Холодная деформация (состояния H) повышает предел текучести за счёт снижения пластичности, поэтому многокомпонентные процессы часто используют сочетание отжига – формования – старения или формование в состоянии O с последующим старением до T5/T6 для достижения окончательных свойств. При сильной гибке или сложном растягивании формование проводят в отожженном или слабо упрочненном состоянии с последующим искусственным старением после придания окончательной геометрии.

Особенности термообработки

EN AW-6063 – термоупрочняемый алюминиево-магниево-кремниевый сплав с предсказуемой реакцией на растворяющую обработку, закалку и искусственное старение. Растворяющая обработка обычно проводится при температуре 520–540 °C для растворения Mg2Si в пересыщенный твёрдом растворе с последующим быстрым охлаждением для сохранения растворённого состояния.

Искусственное старение (выпадение фаз) обычно проводят при 160–185 °C в течение времени, варьирующегося в зависимости от толщины сечения и требуемого состояния; Т5 описывает охлаждённое с последующим старением, в то время как Т6 — растворяющую обработку, закалку и старение до стабильного состояния. Перестаривание снижает максимальную прочность, но повышает термостабильность и вязкость; контролируемое недостаривание используется для оптимизации формуемости и последующего повышения прочности.

Переходы состояний контролируются сочетанием механической деформации и тепловых циклов: состояния H базируются на наклёпе, состояния T – на контролируемом выпадении фаз. Остаточные напряжения можно снять растяжением (например, Т651) или низкотемпературным снятием напряжений, но значительное изменение свойств требует повторной растворяющей обработки и повторного старения.

Поведение при высоких температурах

Прочность EN AW-6063 постепенно снижается с повышением температуры из-за коагуляции выделений и уменьшения упрочнения матрицы; существенное снижение предела текучести обычно начинается выше ~150 °C. Для продолжительных конструктивных применений рекомендуется не превышать рабочую температуру ~120–150 °C, чтобы избежать ползучести и необратимого размягчения с течением времени.

Окисление при повышенных температурах ограничено, так как алюминий формирует стабильный оксид, но может наблюдаться образование чешуйчатого слоя и изменения анодного покрытия при длительном нагреве. В зоне термического влияния сварных соединений возможно ускоренное размягчение, что снижает местную несущую способность и ресурс усталости.

Для кратковременных термических воздействий 6063 сохраняет полезную механическую целостность, однако при проектировании для нагружения при высоких температурах следует рассматривать другие сплавы (например, серии 2xxx или 7xxx) или корректировать конструкцию. Ползучесть сплава ограничена и не является его ведущей характеристикой.

Области применения

Отрасль	Пример компонента	Причина выбора EN AW-6063
Архитектура	Рамы для окон и дверей	Превосходная способностью к экструзии, качество анодировки и коррозионная стойкость
Морская промышленность	Отделка палубы и конструкционные экструзии	Хорошая атмосферная коррозионная стойкость и небольшой вес
Авиация/Транспорт	Внутренняя отделка и неответственные конструкционные элементы	Оптимальное сочетание прочности и массы, хорошее качество поверхности
Электроника	Радиаторы и корпуса	Высокая теплопроводность и хорошая обрабатываемость
Автомобильная промышленность	Отделка, кабины и рельсы	Доступные по стоимости экструзии с достаточной прочностью и пригодностью к обработке

EN AW-6063 особенно широко используется в архитектурных экструзиях за счёт сочетания качества поверхности, совместимости с анодированием и стабильности размеров при экструзии, что соответствует требованиям фасадных и каркасных систем. Этот сплав представляет собой разумный компромисс между технологичностью, стоимостью и эксплуатационными характеристиками для широкого спектра лёгких конструкционных изделий.

Рекомендации по выбору

Используйте EN AW-6063, когда требуется высококачественный профиль с хорошей анодированной поверхностью, средней прочностью и отличной способностью к экструзии. Выбирайте отожжённые или слабо упрочнённые состояния для формования и гибки, а состояния T5/T6/T651 — для деталей с повышенными требованиями к точности размеров и несущей способности.

По сравнению с коммерчески чистым алюминием (1100), 6063 обладает значительно более высокой прочностью при незначительно уменьшенной электрической и теплопроводности; выбирайте 1100, когда проводимость или деформируемость имеют первостепенное значение. По сравнению с упрочнёнными холодной обработкой сплавами, такими как 3003 или 5052, 6063 обеспечивает более высокий достижимый уровень упрочнения за счёт выделений и лучше ведёт себя при анодировании, тогда как 3003/5052 могут обеспечить лучшую стойкость к морской среде и холодную обработку, где сварка или естественное старение не требуются.

По сравнению с 6061, 6063 обладает превосходной экструзионной способностью и качеством поверхности для сложных профилей, но обычно имеет более низкую максимальную прочность; выбирайте 6063 для архитектурных экструдированных изделий и там, где приоритетны внешний вид поверхности и средняя прочность, а 6061 предпочтителен при необходимости высокой конструкционной прочности в больших сечениях.

• Учитывайте стоимость и доступность экструдированных профилей: 6063 широко представлен для сложных сечений и часто является более экономичным по сравнению с механической обработкой крупных деталей из 6061.
• При сборках с разнородными металлами учитывайте гальваническую пару и применяйте покрытия, уплотнители или изоляторы для защиты алюминиевых поверхностей.
• Если критична усталостная стойкость, уделяйте внимание качеству поверхности, удаляйте дефекты экструдирования и рассматривайте применение дробеструйной обработки или механической отделки для улучшения эксплуатационных характеристик.

Итоговое заключение

Сплав EN AW-6063 остаётся основным выбором в случаях, когда требуется высокое качество экструзии, хорошая отделка поверхности и сбалансированные механические свойства при экономичной стоимости. Его упрочнение за счёт выделений позволяет инженерам настраивать свойства с помощью выбора термообработки и отпуска, а также обеспечивает необходимые характеристики изготовления и коррозионной стойкости для архитектурных, транспортных и тепломеханических применений.