Деформируемые сплавы 

Алюминиевый сплав 3003

Cерия 3ххх

Марганец является основным легирующим элементом сплавов этой группы, которые, как правило, не подвергаются термической обработке. Однако только ограниченный процент марганца, примерно до полутора процента, может быть эффективно добавлен к алюминию.

Сплав 3003

Сплав 3003 представляет собой нетермообрабатываемый сплав средней прочности с хорошей коррозионной стойкостью, отличной влагостойкостью, очень хорошей свариваемостью и хорошей формуемостью. Сплав 3003 упрочняется только при холодной обработке и обычно используется в автомобильных радиаторах, испарителях, архитектурных и применение вне помещений Они обладают хорошей коррозионной стойкостью и механическими свойствами, которые превосходят сплавы серии 1xxx.

Химический состав

Номинальный химический состав

Al-1,2Mn-0,12Cu

Химический состав по EN 573-3

Таблица 1 – Химическкий состав алюмииевого сплава 3003 и его модификаций 3103 и 3103A по EN 573-3

Обозначения  

  • EN 573-3: EN AW-3003 и EN AW-Al Mn1Cu
  • Международная регистрация (Teal Sheats) – Aluminum Association: 6005A
  • Unified Numbering System (UNS): А93003
  • ISO 209: 3003
  • DIN 1725-1 (отменен): AlMnCu и 3.0517

Металлургические свойства

  • Обрабатывается методами прессования (экструзии), волочения, горячей и холодной прокатки.
  • Главный легирующий элемент – марганец. Марганец, кроме прочего, обеспечивает хороший контроль кристаллизации и роста зерна.
  • Другой легирующий элемент – медь. Медь способствует повышению механических свойств.
  • Типичными состояниями материала являются: H1x, H2x, O, H112.
  • Состояние H112 является типичным для прессованных профилей. В этом случае оно обозначает: “прессованное и подвергнутое правке растяжением”.

Применение 

Алюминиевый сплав 3003 применяется там, где требуется хорошая формуемость, очень хорошее сопротивление коррозии или хорошая свариваемость или все три свойства вместе, а также когда требуется прочность выше, чем может обеспечить нелегированный алюминий.

Из сплава 3003 изготавливают:

  • кухонную посуду
  • технологическое и складское оборудование пищевой и химической промышленности
  • емкости
  • облицовку и отделку в строительстве и транспортных средствах
  • сосуды под давлением
  • трубы
  • автомобильные номерные знаки

Table 1-1 – Standardized producton [1]

Механические свойства

Таблица 2-1 – Требования к механическим свойствам экструдированной продукцтт из сплава 3003 по EN 755-2

Таблица 2-2  – Требования к механическим свойствам холоднотянутой продукцтт из сплава 3003 по EN 754-2

Типичные механические свойства 

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление)

Таблица 3 – Типичные механические свойства сплава 3003 [1]

Условный предел текучести при растяжении

См. таблицу 3.

 Относительное удлинение

А (δ5) – 5-кратный образец – см. таблицу 3.

Предел текучести при сжатии

Приблизительно такой же, как и при растяжении.

Предел текучести на сдвиг

Приблизительно 55 % от предела прочности при растяжении.

Твердость

См. таблицу 3.  

Усталостная прочность

См. таблицу 3.

Физические свойства

Коэффициент Пуассона

0,33 при 20 ºС.

Модуль упругости (модуль Юнга)

При растяжении – 70000 МПа
При сдвиге – 25000 МПа

Плотность

2,73 г/см3 при 20 °С 

Интервал температуры плавления

Температура ликвидус: 654 °С
Температура солидус: 643 °С

Коэффициент термического расширения

Линейный: 23,2 мкм/(м ∙°С) в интервале от 20 до 100 °С.
Объемный: 67 ∙ 10-6 м3/(м3∙К) при 20 °С.

Технологические свойства 

Способность к термическому упрочнению 

Термически неупрочняемый

Сварка

Алюминиевый сплав 3003 хорошо сваривается дуговой сваркой в среде инертного газа, в частности, аргонно-дуговой сваркой, как неплавящимся электродом (GTAW-TIG), так и плавящимся электродом (GMWA-MIG). Сварочные сплавы – алюминиевые сплавы 1100 и 4043.

Отжиг

415 °С.

Microstructural features of 3003 aluminium alloy

Марганец является основным легирующим элементом во всех алюминиевых сплавах серии 3ххх (диапазон 1–2 мас.%). Сплавы этой серии обладают средней прочностью, пластичностью, хорошей формуемостью. Эти сплавы могут быть отпущены для получения широкого диапазона механических свойств путем деформационного упрочнения. Дисперсоиды, присутствующие в этих сплавах, стабилизируют размер зерна во время отжига, тем самым улучшая прочность и формуемость. Типичным применением является корпус «банки для напитков» из-за хорошей формуемости сплавов путем прессования, прокатки и волочения. При гомогенизации слитков DC-литых алюминиевых сплавов для корпусов банок для напитков важна степень превращения фазы Al6(Fe,Mn) в фазу α-Al-(Fe,Mn)-Si для последующей обработки. Эти сплавы также используются из-за их хорошего сочетания прочности, формуемости, свариваемости, поведения при анодировании и коррозионной стойкости в упаковке, архитектуре и бытовой технике.

Наиболее популярным сплавом в этой группе является AA3003 с преобладающими фазами (Mn,Fe)Al6 и (Fe,Mn)3SiAl12. Марганец перенасыщает твердый раствор первичных дендритов и впоследствии выделяется в виде дисперсоидов [2].

Fig. 1 – ~Alloy 3003-F sheet, hot rolled.
Longitudinal section shows stringer of oxide from an inclusion
in the cast ingot and particles of phases that contain manganese,
both primary (large, angular) and eutectic (small).
As-polished [1]

Fig. 2 –  ~Alloy 3003-0 sheet, annealed.
Longitudinal section shows recrystallized grains.
Grain elongation indicates rolling direction,
but not the crystallographic orientation within each grain.
Polarized light. Barker’s reagent [1]

Fig. 3 – ~Some  alloy and condition os for Fig. 2,
but shown at a higher magnification.
Dispersion of insoluble particles of (Fe,Mn)Al, (large) and
aluminum-manganese-silicon (both large and small) was not changed by anneoling.
0.5% HF [1].

Модификации

Сплавы 3103 и 3103A

Источники:
1. Aluminum and Aluminum Alloys, ed. J. R. Devis.
2. Encyclopedia of Aluminum and Its Alloys, Two-Volume Set (2019) – Eds. G.E. Totten, M. Tiryakioğlu, and O. Kessler