Алюминиевая труба АД31

Сплав АД31 — основа алюминиевых труб

Алюминиевая труба АД31 — полый профиль из деформируемого сплава системы Al–Mg–Si (группа авиалей). Марка регламентирована ГОСТ 4784-2019 (ранее ГОСТ 4784-97); цифровое обозначение — 1310. Ближайший зарубежный аналог — сплав 6063, однако после пересмотра ГОСТа в 2000 году допустимое содержание железа в АД31 было увеличено до 0,50 %, и полного совпадения составов с 6063 (Fe ≤ 0,35 %) уже нет.

Основу сплава АД31 составляет алюминий (остальное — от 97,65 до 99,35 % по расчёту). Главные легирующие элементы — магний (0,45–0,90 %) и кремний (0,20–0,60 %), образующие упрочняющую фазу Mg₂Si. Именно соотношение Mg и Si определяет способность сплава к термическому упрочнению — закалке с последующим старением. Допустимые примеси: железо (до 0,50 %), медь (до 0,10 %), марганец (до 0,10 %), хром (до 0,10 %), цинк (до 0,20 %), титан (до 0,15 %). Суммарная доля прочих неуказанных примесей — не более 0,15 %.

Благодаря невысокому суммарному содержанию легирующих добавок трубы из АД31 сочетают хорошую электро- и теплопроводность с повышенной коррозионной стойкостью. Сплав удовлетворительно соединяется аргонодуговой (TIG), полуавтоматической (MIG) и контактной сваркой; коррозионная стойкость в зоне сварного шва практически не снижается по сравнению с основным металлом.

Химический состав АД31 по ГОСТ 4784-2019

Элемент	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Al
Содержание, %	0,20–0,60	до 0,50	до 0,10	до 0,10	0,45–0,90	до 0,10	до 0,20	до 0,15	остальное

Прочие примеси — каждая не более 0,05 %, суммарно не более 0,15 %. Содержание алюминия определяется как разность между 100 % и суммой всех определяемых элементов.

Влияние легирующих элементов на свойства трубы АД31

Магний и кремний — основные компоненты, формирующие при термообработке интерметаллид Mg₂Si. Эта фаза обеспечивает упрочнение при закалке и старении. Кремний дополнительно улучшает литейные качества слитков-заготовок, что важно при полунепрерывном литье столбов для последующего прессования труб.

Железо в сплаве АД31 снижает склонность к горячему растрескиванию при литье, но избыточное содержание Fe приводит к образованию грубых интерметаллидов (фаз типа Al–Fe–Si), которые снижают пластичность и прочность. Именно поэтому для ответственных конструкций предпочтительна разновидность АД31Е (1310Е) с пониженным содержанием железа (до 0,35 %).

Марганец положительно влияет на коррозионную стойкость и препятствует снижению прочности при вылёживании полуфабрикатов. Титан вводится как модификатор зерна при литье.

Термическая обработка и состояния поставки

Механические свойства алюминиевой трубы АД31 в решающей степени определяются режимом термической обработки. Сплав относится к термически упрочняемым: закалка проводится нагревом до 520–530 °С с охлаждением в воде, после чего выполняется старение — естественное или искусственное.

Состояния поставки алюминиевых труб АД31

Обозначение	Расшифровка	Особенности
Без обозначения	Без термической обработки (горячепрессованное)	Невысокая прочность, максимальная пластичность
М	Отожжённое	Высокая пластичность, хорошая гибкость; σв от 100 МПа
Т	Закалка + естественное старение	Умеренное упрочнение, сохранение пластичности
Т1	Закалка + искусственное старение	Максимальная прочность; σв ≥ 196 МПа (для прессованных профилей по ГОСТ 8617)
Т5	Закалка с температуры горячей деформации + искусственное старение	Неполная закалка; σв ≥ 157 МПа (для прессованных профилей по ГОСТ 8617)

Искусственное старение проводят при 160–170 °С с выдержкой 10–12 часов. Для деталей, работающих при переменных нагрузках, температуру старения снижают до 150–160 °С. Важно: для достижения максимальных прочностных показателей искусственное старение следует начинать не позднее 1 часа после закалки — задержка приводит к падению предела прочности и текучести на 30–50 МПа.

Наиболее востребованное состояние поставки алюминиевых труб — АД31Т1 (закалённое и искусственно состаренное), обеспечивающее оптимальный баланс прочности и коррозионной стойкости для большинства конструкционных задач.

Физические свойства сплава АД31

Параметр	Значение
Плотность	2 710 кг/м³
Диапазон рабочих температур	от −70 до +50 °С
Удельное электрическое сопротивление (Т1)	≈ 0,035 Ом·мм²/м

Малое содержание легирующих элементов обеспечивает сплаву АД31 высокую электро- и теплопроводность среди алюминиевых сплавов серии 6xxx, что позволяет применять его в электротехнических целях (шины, токопроводы).

Нормативная база на алюминиевые трубы АД31

Трубный прокат из сплава АД31 выпускается по нескольким стандартам в зависимости от способа изготовления:

ГОСТ	Тип труб	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм
ГОСТ 18482-2018	Прессованные	18–300	1,5–40
ГОСТ 18475-82	Холоднодеформированные	6–150	0,5–5
ГОСТ 23697-79	Сварные прямошовные	по согласованию	по согласованию

Длина мерных труб — от 1 до 6 м (холоднодеформированные и прессованные). Прессованные трубы диаметром 12–30 мм с толщиной стенки 1,5–3,0 мм могут поставляться в бухтах с внутренним диаметром не менее 1000 мм. Химический состав сплава регламентируется ГОСТ 4784-2019.

Классификация по толщине стенки

Круглые прессованные трубы АД31 подразделяются на тонкостенные (толщина стенки до 5,0 мм включительно) и толстостенные (свыше 5,0 мм). Выбор толщины стенки определяется расчётной нагрузкой на конструкцию, требованиями к жёсткости и массе. Тонкостенные алюминиевые трубы широко применяются в каркасных конструкциях и ограждениях.

Коррозионная стойкость алюминиевых труб АД31

Сплав АД31 обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде, растворах многих органических соединений. На поверхности металла формируется плотная оксидная плёнка Al₂O₃, которая выступает естественным барьером. После термической обработки (закалки и старения) сплав не склонен к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением.

Для дополнительной защиты и декоративной отделки трубы АД31 поддаются анодированию — электрохимическому наращиванию оксидного слоя толщиной 5–30 мкм. Анодированная поверхность допускает окрашивание в различные цвета.

Области применения алюминиевых труб АД31

Сочетание малой массы (плотность 2 710 кг/м³ — втрое легче стали), коррозионной стойкости и достаточной прочности определяет широкий перечень областей применения:

Строительство и архитектура

Каркасы светопрозрачных конструкций (окна, двери, витражи, фасады), подконструкции навесных вентилируемых фасадов, перила, ограждения, декоративные элементы. Сплав АД31 — основной материал для прессованных строительных профилей.

Машиностроение

Элементы каркасов и рам, воздуховоды, трубопроводы для неагрессивных сред, радиаторы охлаждения, комплектующие транспортных средств. Трубы АД31Т1 применяются в узлах, не несущих высоких динамических нагрузок, но требующих коррозионной стойкости и минимальной массы.

Электротехника

Благодаря высокой электропроводности трубы и шины из АД31 используются в распределительных устройствах, шинных сборках и токопроводах.

Мебельное и торговое оборудование

Стойки, стеллажи, витрины, направляющие систем хранения. Трубы хорошо поддаются гибке, резке и механическому соединению.

Особенности сварки труб АД31

Сплав АД31 удовлетворительно сваривается аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом (TIG) и полуавтоматической сваркой плавящимся электродом (MIG). Прочность сварного шва в нетермообработанном состоянии составляет порядка 60–70 % от предела прочности основного металла. Если после сварки провести повторную закалку и старение, прочность соединения возрастает до 90–95 %.

Коррозионная стойкость в зоне сварного шва практически не отличается от основного металла, что является значительным преимуществом при эксплуатации трубопроводов и конструкций в агрессивных средах.

Обрабатываемость резанием зависит от состояния материала: в отожжённом состоянии (М) она неудовлетворительная, в закалённом и состаренном (Т, Т1, Т5) — удовлетворительная.

Формы поставки алюминиевых труб АД31

Трубы из сплава АД31 поставляются в следующих вариантах сечения: круглые (наиболее распространённые), квадратные и прямоугольные (профильные). Мерная длина — от 1 до 6 м. Возможна поставка немерной и кратной мерной длины.

Состояния поставки: без термической обработки, отожжённое (М), закалённое и естественно состаренное (Т), закалённое и искусственно состаренное (Т1), неполная закалка с искусственным старением (Т5). Поверхность может быть прессованной, анодированной или окрашенной.