Сплав алюминия 3004: состав, свойства, состояния поставки и области применения

Основные моменты

• 3004 — это не упрочняемый термической обработкой сплав серии 3000 (алюминий-марганец с добавлением магния), который по прочности занимает промежуточное положение между сплавами 3003 и 5052.
• Он сочетает умеренную прочность с лучшей формуемостью, чем у сплава 6061, что делает его распространенным выбором для донышек банок, кровельных материалов и топливных баков.
• Типичные состояния поставки: O, H14 и H34; прочность повышается за счет деформационного упрочнения, однако сплав не поддается термической обработке.
• Выбирайте сплав 3004, когда требуется более высокая прочность, чем у сплава 3003, но при этом необходима хорошая вытяжка; для морской эксплуатации переходите на сплав 5052, а для сварных конструкций — на сплав 6061.

Введение

Алюминий 3004 — это более прочный, но сохраняющий формуемость представитель семейства сплавов 3003. Добавление магния к основе алюминий-марганец повышает прочность относительно базового уровня 3003, сохраняя при этом способность к холодной формовке, которая делает серию 3000 пригодной для вытянутых и ротационно-вытянутых деталей. Выбор обычно сводится к трем факторам: требуемая прочность детали, глубина вытяжки и условия эксплуатации (влажная или коррозионная среда).

В данном руководстве рассматриваются состав сплава 3004, его типичные свойства в зависимости от состояния поставки, сравнение со сплавами 3003, 5052 и 6061, а также случаи, когда данный сплав перестает быть оптимальным выбором. Для сравнительного подбора листа по всей серии 3000 см. Сравнение алюминиевого листа 3104, 3003 и 3004.

Что такое алюминиевый сплав 3004

Сплав 3004 относится к деформируемым сплавам серии 3000. Он не упрочняется термической обработкой: окончательная прочность достигается за счет химического состава и холодной деформации, а не за счет закалки с последующим старением. Марганец обеспечивает базовую прочность и контроль рекристаллизации, а магний является добавкой, повышающей прочность выше уровня сплава 3003 без значительной потери формуемости.

Химический состав

Значения соответствуют диапазонам по обозначениям AA; точные пределы зависят от закупочного стандарта (например, ASTM B209).

Типичные механические свойства

Значения являются ориентировочными для листа и рулона; толщина и направление испытаний изменяют показатели, поэтому сверяйтесь с сертификатом завода-изготовителя для конкретного заказа.

Сравнение 3004 со сплавами 5052, 3003 и 6061

Три сплава, которые чаще всего путают с 3004: 3003 (его более слабая базовая версия), 5052 (более прочный и коррозионностойкий аналог) и 6061 (термически упрочняемый конструкционный сплав).

Сравнение 3004 и 3003

Оба сплава относятся к серии 3000 и имеют одинаковое коррозионное поведение и подход к сварке. Разница заключается в магнии: сплав 3004 содержит 0,8–1,3 мас. % Mg, тогда как в сплаве 3003 магний отсутствует, что повышает прочность выше базового уровня 3003, наиболее заметно в состояниях H3x, где 3004-H34 достигает минимального предела прочности при растяжении 215 МПа против 150 МПа у 3003-H14. Формуемость остается близкой, поэтому 3004 заменяет 3003 всякий раз, когда детали требуется большая прочность без перехода на термически упрочняемый сплав. См. страницу продукта «Алюминиевый сплав 3003» для ознакомления с формами поставки.

Сравнение 3004 и 5052

Сплав 5052 содержит больше магния (2,2–2,8 мас. %) и поэтому превосходит 3004 как по прочности, так и по коррозионной стойкости, особенно в соленой воде и морской атмосфере. Обратной стороной являются стоимость и вытяжка: сплав 3004 формуется и вытягивается легче и является обычным выбором для донышек банок и укупорочных средств, тогда как 5052 предпочтителен для морских и сварных резервуаров. Сравните на страницу продукции алюминиевого сплава 5052.

Сравнение 3004 и 6061

Сплав 6061 — это термически упрочняемый сплав серии 6000 (алюминий-магний-кремний) с гораздо более высокой прочностью в состоянии T6, однако он хуже поддается глубокой вытяжке и иначе деформационно упрочняется. Сплав 3004 выигрывает по формуемости и является лучшим выбором для ротационной вытяжки или вытяжки листа; сплав 6061 выигрывает, когда деталь является конструкционной или сварной и требует прочности после сварки. См. страницу продукта «Алюминиевый сплав 6061» для ознакомления с формами поставки.

Распространенные состояния поставки: H14, H34 и O

Сплав 3004 обычно поставляется в трех состояниях:

• O (отожженный): O — самое мягкое и наиболее формуемое состояние, используется для самой глубокой вытяжки и ротационной вытяжки.
• H14: H14 — деформационно упрочненный до четверти твердого состояния; баланс прочности и формуемости для панелей и деталей общего назначения.
• H34: деформационно упрочненный и стабилизированный; самое прочное из трех распространенных состояний и обычный выбор для донышек банок и конструкционного листа.

Состояния H3x существуют потому, что сплавы, содержащие магний, могут медленно разупрочняться при комнатной температуре; этап стабилизации фиксирует свойства. Выбирайте состояние O для глубокой вытяжки, H34 — для максимальной прочности не упрочняемого термической обработкой листа.

Критерии применимости: Да/Нет

Используйте этот перечень для быстрого определения пригодности сплава 3004 к задаче.

Применять — используйте 3004, когда:

• Требуется умеренная прочность с хорошей холодной формуемостью, а деталь подвергается вытяжке, ротационной вытяжке или гибке — типичные применения: донышки напитковых банок, косметические укупорки, корпуса светильников и отражатели.
• Достаточна стойкость к атмосферной или промышленной коррозии, и деталь не погружена в соленую воду — типичные применения: кровля, облицовка, водосточные желоба и архитектурный профиль.
• Предпочтителен не упрочняемый термической обработкой лист или рулон для прогнозируемого формообразования — типичные применения: окрашенные строительные панели и топливные баки.

Не применять — не используйте 3004, когда:

• Деталь находится в условиях прямого погружения в соленую воду или морской среды без защитного покрытия — риск питтинговой коррозии; лучше подойдут сплавы 5052, 5083 или 5086.
• Конструкция требует высокой конструкционной прочности или несет сварные нагрузки — сплавы 6061-T6 или 5052-H32 обеспечивают более высокую прочность, а сплав 3004 не может быть упрочнен термической обработкой для ее восстановления.
• Приоритетом является толстое износостойкое твердое анодирование — сплав 3004 анодируется удовлетворительно, но магний может влиять на тон покрытия; сплавы 6063 или 6061 анодируются более предсказуемо.

Приложения

Приведенный выше перечень «Применять/Не применять» охватывает логику выбора. Ниже приведены системы, где сплав 3004 является стандартной практикой:

• Донышки банок и укупорочные средства: крышки, язычки и косметические колпачки, где важны как вытяжка, так и прочность.
• Строительные изделия: Кровля и строительство:.
• кровля, облицовка, водосточные желоба, карнизные свесы и окрашенные стеновые панели. Контейнеры:.
• топливные баки, краскосодержащие банки и листовые контейнеры общего назначения, требующие формуемости и коррозионной стойкости. Освещение и ротационно-вытянутые детали:.

корпуса светильников, отражатели и декоративные ротационно-вытянутые компоненты.

Формообразование, сварка и финишная обработка

• Формовка: Сплав 3004 ведет себя в производстве как пластичный лист серии 3000:.
• Сварка: отличная холодная формуемость с меньшим пружинением, чем у сплавов серии 5000 или 6000. Используйте состояние O для самой глубокой вытяжки, H34 — для деталей, требующих также прочности.
• Финишная обработка: легко сваривается присадочными материалами 4043 или 5356 методами TIG или MIG. Как не упрочняемый термической обработкой сплав, прочность в зоне сварного шва снижается и не восстанавливается, поэтому рассчитывайте соединение на состояние после сварки. Используйте 5356, если деталь будет анодироваться для более точного совпадения цвета.
• Механическая обработка: анодируется с получением приемлемого покрытия, однако для строительных изделий из сплава 3004 более распространены окраска и нанесение покрытия на рулон. Компания Linsy Aluminum предлагает анодирование, порошковую окраску (RAL 9016), полировку, поверхность «милл» и защитную ПВХ-пленку.

Заключение

Обрабатываемость резанием: удовлетворительная; сплав 3004 — это формовочный и вытяжной сплав, а не обрабатываемый резанием сорт, поэтому значительные объемы фрезерной обработки с ЧПУ следует выполнять на заготовках серии 6000.

Компания Linsy Aluminum поставляет алюминиевый сплав 3004 Сплав 3004 — это более прочный, но сохраняющий формуемость аналог сплава 3003 — достаточно эффективен для донышек банок, кровли и топливных баков, но перестает быть оптимальным выбором, когда задача требует коррозионной стойкости морского класса, прочности сварных конструкций или характеристик термически упрочняемых сплавов. Практический компромисс заключается в том, что большинство заводов складируют сплав 3004 преимущественно в стандартных состояниях поставки и ширинах рулона, поэтому нестандартная толщина или требование порезки по размеру могут увеличить срок поставки.

Часто задаваемые вопросы

Чем отличается алюминий 3003 от 3004?

Компания Linsy Aluminum поставляет лист и рулон и предлагает нестандартные размеры при минимальных объемах заказа, включая резку, анодирование и порошковую окраску на собственном производстве, а также сертификат MTC для каждого заказа — поэтому ограничения стандартной доступности редко препятствуют реализации проекта. Когда спецификация требует сплав 3004, отправьте чертеж или лист требований для проверки соответствия марки и состояния поставки, а также для получения коммерческого предложения.

Каковы стандартные размеры и толщина алюминия 3004?

Оба сплава относятся к серии 3000 и не упрочняются термической обработкой. Сплав 3003 содержит только марганец; сплав 3004 дополнительно содержит 0,8–1,3 мас. % магния, что повышает прочность выше базового уровня 3003 при сохранении аналогичной формуемости и коррозионной стойкости. Выбирайте 3004, когда детали требуется большая прочность, и 3003, когда важнее максимальная формуемость и более низкая стоимость.

В чем разница между состояниями H14 и H34?

Оба состояния являются деформационно-упрочненными, однако H34 дополнительно подвергается стабилизации, которая фиксирует свойства магнийсодержащего сплава против разупрочнения при комнатной температуре. H34 является более прочным из двух распространенных состояний и обычно используется для донышек банок и конструкционного листа; H14 — более легкое деформационно-упрочненное состояние, применяемое для деталей общего назначения.

Можно ли сваривать алюминий 3004?

Да. Сплав 3004 хорошо сваривается с присадочными материалами 4043 или 5356 методами TIG или MIG. Поскольку сплав не поддается термическому упрочнению, зона сварного шва теряет прочность, которую невозможно восстановить термической обработкой, поэтому проектируйте соединение с учетом состояния после сварки. Используйте присадочный материал 5356, если готовое изделие будет подвергаться анодированию.

Подходит ли алюминий 3004 для морского применения или использования в соленой воде?

Не подходит для прямого погружения или длительного воздействия соленой воды. Сплав 3004 хорошо сопротивляется атмосферной и промышленной коррозии, но будет подвержен питтингу в хлоридсодержащей морской среде без защитного покрытия или катодной защиты. Для обшивки корпуса, палуб и погружаемых деталей более безопасными вариантами являются сплавы 5052, 5083 или 5086.