Сплав АД31 и его аналоги 6060 и 6063

В настоящее время более 80 % прессованных алюминиевых профилей в мире производится из алюминиево-магниевых сплавов — сплавов серии 6ххх (или 6000, или 6ХХХ – кому что нравится!).

Почему сплавы 6060, 6063 и АД31?

Основные преимущества алюминиевых сплавов серии 6ххх заключаются в том, что они относительно легко прессуются и их подвергают закалке прямо на прессе с достижением максимально прочного состояния Т6. Понятно, что исключение из технологии производства алюминиевых профилей операции закалки с отдельного нагрева – это большая экономия для производства. (Подробнее см. Закалка на прессе). Более того, большинство профилей из популярных алюминиевых сплавов 6060 и 6063 для своей закалки требуют только воздух от вентиляторов, и только самые толстые из них – более сильные и быстрые воздушные потоки.      

Роль магния и кремния

Магний и кремний являются главными легирующими элементами в алюминиевых сплавах 6ххх. Магний и кремний входят в соединение силицид магния (Mg2Si) в соотношении 1,73 к 1. Именно частицы силицида магния делают алюминиевые сплавы 6000 термически упрочняемыми. Уровень прочностных свойств этих алюминиевых сплавов зависит в основном от количества, величины и однородности распределения частиц Mg2Si в алюминии. А это, в свою очередь, зависит от химического состава сплава и эффективности термического упрочнения профилей – закалки и старения.

Магний и кремний в сплавах АД31, 6063 и других

Интервалы содержания Mg и Si в основных алюминиевых сплавах серии 6ххх представлены на рисунке 1. Видно, по содержанию Mg и Si  сплавы довольно сильно пересекаются  друг с другом. Однако надо учитывать, что различные  алюминиевые сплавы различаются не только по содержанию магния и кремния. Есть еще и другие легирующие элементы, например, железо, медь и марганец, а также различные примеси. Линия наискосок – как раз линия сбалансированного содержания магния и кремния 1,73/1.

aljuminievye-splavy-serii-6000Рисунок 1 — Самые популярные алюминиевые сплавы серии 6000

Кремний в сплавах АД31, 6063 и других

Минимальное содержание Si при заданном содержании Mg в химическом составе алюминиевого сплава оценивают следующим образом. По содержанию в сплаве магния определяют количество кремния, которое он «свяжет» в силициде магния: %Si = %Mg/1,73. Например, если содержание магния в сплаве составляет 0,45 %, то для образования силицида магния необходимо 0,45/1,73 = 0,26 % кремния. Однако это еще не все. Ко времени термического упрочнения профилей на выходе из пресса часть кремния уже находится в связанном состоянии с железом и марганцем в первичных частицах Al(FeMn)Si, которые образуются еще при разливке столбов. Это количество кремния оценивают как треть или четверть от суммарного содержания железа и марганца: 1/4 (Fe + Mn). При содержании, скажем, железа 0,3 % и марганца 0,05 % на образование этих частиц «уйдет» около 0,1 % кремния. Остальной кремний – «избыточный»

Сравнение сплавов 6060, 6063 и АД31

Химический состав алюминиевых сплавов 6060 и 6063 по EN 573 и сплава АД31 по ГОСТ 4784 показан в таблице 1. В «старых» немецких стандартах DIN сплавы 6060 и 6063 обозначались AlMgSi0.5 и AlMgSi0.7 соответственно.

aljuminievye-splavy-6060-6063-AD31Таблица 1 — Химический состав сплавов АД31, 6060 и 6063

Сплавы 6063 и 6060

Алюминиевый сплав 6063 был разработан в 1930-е годы. В 1990-е годы появился его «разбавленный» вариант, алюминиевый сплав 6060. В настоящее время сплав 6063 иногда называют «американским» – он широко применяется в США. В Западной Европе повсеместно применяется сплав 6060 – своего рода «европейский» вариант сплава 6063. На схеме выше видно, что сплавы 6060 и 6063 пересекаются при малом содержании магния и избыточном кремнии. Это, собственно, и есть основное свойство сплава 6060 и его основное отличие от сплава 6063. Интересный момент: в сплаве 6060 содержание железа дано в интервале —  не как у примеси, а как у легирующего элемента: от 0,10 до 0,30 %.

Сплавы 6063 и АД31

Алюминиевый сплав АД31 был разработан в СССР (или позаимствован) в те же 1930-е годы. Его химический состав определяет ГОСТ 4784-97. До 2000 года сплав АД31 был идентичен сплаву 6063. С 2000 года сплав АД31 по ГОСТ 4784-97 перестал совпадать со сплавом 6063: значительно расширились допуски на примеси, в первую очередь по железу: с 0,35 до 0,5.

Забавно, но в настоящее время России работают два различных алюминиевых сплава АД31: один – по ГОСТ 4784-97, а другой – по ГОСТ 22233-2001, что на алюминиевые профили. Этот, второй, сплав АД31 остался почти таким же, как был в ГОСТ 4784-97 до 2000 года. 

См. также «Путаница» в отечественных стандартах со сплавами АД31, 6060 и 6063  

Сплавы 6060 и АД31

Отличие сплава 6060 от сплава АД31 в основном те же, что и от сплава 6063. Сплав АД31 по ГОСТ 4784-97 дополнительно еще имеет повышенное содержание железа: до 0,5 %.

Сравнение сплавов 6060 и 6063

Алюминиевый сплав 6060

  • Алюминиевый сплав 6060 имеет минимальное содержание магния  0,35 %, а кремния — 0,30 %.
  • Сплав 6060 иногда называют «разбавленным» сплавом 6063.
  • В состоянии Т6 обеспечивает   прессованным профилям (толщиной до 3 мм) минимальную прочность 190 МПа.
  • Легко прессуется даже при очень сложных поперечных сечениях профилей.
  • Обладает хорошей формуемостью, например при гибке, в состоянии Т4 – после закалки и естественного старения.
  • Широко применяется в строительных ограждающих конструкциях — окнах, дверях, фасадах, а также при изготовлении поручней, ограждений, мебели, спортивного инвентаря.
  • Хорошо подходит для анодирования – защитного и декоративного.

Алюминиевый сплав 6063

  • Алюминиевый сплав 6063 имеет минимальное содержание магния  0,45 %, а кремния — 0,20 %.
  • Повышенный по сравнению со сплавом 6060 минимум магния обеспечивает несколько большую гарантированную прочность, чем у сплава 6060: в состоянии Т6 – до 215 МПа.
  • Однако повышенное содержание магния снижает скорость прессования сплава 6063 – на 15-20 % по сравнению со сплавом 6060.
  • Область применения сплава 6063 в основном та же, что и у сплава 6060, за исключением, может быть  очень сложных и тонкостенных профилей, например, теплообменных «гребенок», когда рекомендуют применять сплав 6060.

Алюминиевый сплав 606035

Алюминиевый гигант HYDRO уже давно применяет и поставляет потребителям свои, внутренние сплавы, которые являются суженными вариантами основных сплавов серии 6000. В таблице 2 представлен химический состав такого сплава 606035, а на рисунке 2 – его место среди сплавов 6060 и 6063. Как мы видим, он удовлетворяет по химическому составу как требованиям сплава 6060, так и сплава 6063. Этот сплав обеспечивает в состоянии Т6 предел прочности при растяжении не менее 215 МПа, предел текучести – не менее 190 МПа, относительное удлинение – не менее 10 %. Такие механические свойства удовлетворяют требованиям стандартов для прессованных профилей в состоянии Т6 как для сплава 6060, так и сплава 6063.

606035Таблица 2 — Химический состав сплава 606035

606035-диаграммаРисунок 2 — Сплав 606035 среди сплавов 6060, 6063 и АД31

Какой сплав лучше: 6060 или 6063?

По этому поводу есть мнение спецов из группы Aluminium Extrusion Professionals в сети LinkedIn. Они считают, что для работы со сплавом 6060 необходимо более современное оборудование, чем для работы со сплавом 6063.

Со сплавом 6063 легче обеспечивать требуемую прочность за счет повышенного содержания магния, а «разбавленный» сплав 6060 компенсирует минимальный уровень магния эффективной термической обработкой. Поэтому работа со сплавом 6060 требует более точного выполнения температурных режимов на всем протяжении технологии производства алюминиевых профилей: от литья и гомогенизации слитков до нагрева заготовки и температуры профиля на выходе из пресса.

Из этого вытекает и ответ на вопрос, что лучше, сплав 6060 или 6063:

  • При хорошем оборудовании и/или высококвалифицированном персонале сплав 6060 даст более высокую производительность, чем сплав 6063.
  • При устаревшем оборудовании и/или малоквалифицированом персонале проще и надежнее работать на сплаве 6063 или сплаве АД31.
Запись опубликована в рубрике Деформируемые сплавы. Добавьте в закладки постоянную ссылку.