Cплав алюминия и магния

Алюминиево-магниевые сплавы (магналии) — деформируемые сплавы системы Al–Mg, не упрочняемые термической обработкой. Регламентированы ГОСТ 4784-2019. Содержание магния — от 0,5 до 6,5 % в зависимости от марки. Обозначение серии АМг: «А» — алюминий, «М» — магний, цифра — приблизительное среднее содержание Mg в процентах.

Сочетание малой плотности, хорошей свариваемости, высокой коррозионной стойкости и достаточной пластичности делает магналии одним из самых востребованных классов алюминиевых сплавов для сварных конструкций в судостроении, транспортном машиностроении и химическом оборудовании.

Марки и химический состав по ГОСТ 4784-2019

В серии AMг шесть основных деформируемых марок. Цифровые аналоги (четырёхзначные номера) приведены по той же редакции стандарта.

Марка	Цифровой аналог	Mg, %	Mn, %	Cr, %	Прочие контролируемые добавки
АМг1	1510	0,5–1,5	≤0,10	—	—
АМг2	1520	1,8–2,8	0,20–0,60	—	—
АМг3	1530	3,2–3,8	0,30–0,60	—	—
АМг4	1540	3,8–4,5	0,20–0,50	—	—
АМг5	1550	4,8–5,8	0,30–0,80	0,02–0,10	Ti 0,02–0,1
АМг6	1560	5,8–6,8	0,50–0,80	0,05–0,20	Ti 0,02–0,1

Медь и железо в сплавах системы Al–Mg нормируются как нежелательные примеси: они снижают коррозионную стойкость и свариваемость.

Роль легирующих элементов

Магний (Mg) — основной легирующий элемент. Каждый дополнительный процент Mg повышает предел прочности приблизительно на 30 МПа и предел текучести на 20 МПа. При содержании до 3 % Mg кристаллическая структура Al–Mg-сплава остаётся стабильной как при комнатной, так и при повышенной температуре — даже в нагартованном состоянии. При Mg выше 3 % сплавы начинают быстрее нагартовываться при холодной деформации.

Марганец (Mn) вводят во все основные марки, начиная с АМг2. Он тормозит рекристаллизацию при отжиге, измельчает зерно и повышает усталостную прочность без заметного снижения пластичности.

Хром (Cr) присутствует в АМг5 и АМг6. Так же, как марганец, подавляет рост зерна и повышает сопротивление коррозионному расслаиванию — особенно критично для более легированных марок, склонных к этому виду коррозии в нагартованном состоянии.

Титан (Ti) вводят как модификатор в АМг5 и АМг6 для измельчения зерна слитков и улучшения однородности структуры. В АМг2 и АМг3 нормируется как примесь.

Бериллий (Be) может вводиться в микроколичествах (до 0,005 %) исключительно для снижения окисляемости расплава при выплавке и аргонодуговой сварке. К прочностным характеристикам готового полуфабриката отношения не имеет.

Цирконий (Zr) применяют в ряде модифицированных марок (например, 1565ч) как замену или дополнение к Mn и Cr для контроля структуры и коррозионного поведения. В стандартных марках АМг1–АМг6 Zr нормируется как примесь.

Почему магналии нельзя упрочнить термообработкой

Упрочнение закалкой и старением возможно только в тех системах, где легирующий элемент при охлаждении выделяется из пересыщенного твёрдого раствора в виде дисперсных частиц (как в дюралюминиях Д16 или сплавах В95). В системе Al–Mg такой механизм не работает: при содержании Mg до 6,5 % сплав в любом диапазоне рабочих температур остаётся однофазным твёрдым раствором, и закалка не даёт никакого упрочнения.

Единственный способ повысить прочность магналиев — нагартовка (холодная деформация прокаткой, волочением и т. д.). Нагартовка на 35 % может увеличить предел прочности АМг2 примерно в 1,5 раза (с ~190 до ~290 МПа) и предел текучести — в 2,5 раза (со ~100 до ~250 МПа). При этом коррозионная стойкость и свариваемость сохраняются.

Термообработку магналиев применяют только в двух случаях:

• Отжиг (310–350 °С, 1–2 ч) — для снятия нагартовки и перевода материала в мягкое, максимально пластичное состояние перед последующей деформацией или для финальной поставки в состоянии «М».
• Для АМг6 отжиг завершается выдержкой при 250–260 °С в течение ~1 ч перед охлаждением на воздухе — для снятия склонности к расслаивающей коррозии.

Механические свойства и плотность

Ниже приведены типовые значения для листов в отожжённом состоянии (М). Нагартованные состояния (Н2, Н) дают существенно более высокую прочность при пониженной пластичности.

Марка	Состояние	σв, МПа, не менее	σ0,2, МПа, не менее	δ, %, не менее	Плотность, г/см³
АМг2	М (отожжённое)	190	100	15	2,68
АМг2	Н (нагартованное)	260–290	210–250	3	2,68
АМг3	М	230	110	14	2,67
АМг5	М	280	130	12	2,65
АМг6	М	340	160	10	2,64

Твёрдость АМг2 и АМг3 в отожжённом состоянии — HB 45, АМг5 и АМг6 — HB 65. Модуль упругости всех марок серии — около 0,71·10⁵ МПа.

С ростом содержания Mg прочность последовательно растёт; после АМг5–АМг6 (Mg >5,5 %) рост предела текучести заметно замедляется, а пластичность при холодной деформации снижается — АМг5 и АМг6 требуют промежуточных отжигов при многопроходной штамповке.

Свариваемость

Магналии свариваются всеми основными методами: аргонодуговым (TIG/MIG), точечным, роликовым, газовым. Это одна из немногих групп алюминиевых сплавов с практически неограниченной свариваемостью. Характерные особенности:

• Прочность сварного шва достигает 95 % и более от прочности основного металла при аргонодуговой сварке листов толщиной до 4 мм. Присадочный материал подбирается одноимённой марки или близкой по составу.
• Зона термического влияния после сварки приобретает характеристики отожжённого состояния — это нужно учитывать при расчёте нагартованных конструкций.
• С ростом содержания Mg коэффициент горячего трещинообразования снижается, однако возрастает склонность к пористости сварного шва. АМг3 и АМг5 наименее склонны к горячим трещинам.

Коррозионная стойкость

Магналии формируют плотную оксидную плёнку Al₂O₃ на поверхности, обеспечивающую высокую стойкость к атмосферной коррозии, воздействию морской воды и морской атмосферы, пресной воды, слабых кислот (азотная) и щелочей. Это делает их основным материалом для морских конструкций из алюминиевых сплавов.

Нюансы коррозионного поведения по маркам:

• АМг2 и АМг3 обладают максимальной коррозионной стойкостью в серии — как в отожжённом, так и в нагартованном состоянии.
• АМг5 и АМг6 в нагартованном состоянии (Н) могут быть склонны к расслаивающей коррозии (балл 4–5 по ГОСТ 9018-74). В состоянии «М» после правильного отжига — балл 3 (удовлетворительно). Поэтому нагруженные сварные конструкции из АМг6, эксплуатируемые в агрессивной среде, поставляют в отожжённом состоянии.

Состояния поставки полуфабрикатов

Буква в обозначении марки (после цифры) указывает на состояние материала при поставке:

Обозначение	Состояние	Характеристика
М	Отожжённое (мягкое)	Максимальная пластичность, минимальная прочность. Для сложных штамповок, гибки, сварных конструкций.
Н2	Полунагартованное	Промежуточный баланс прочности и пластичности. Наиболее распространено для листов АМг2 и АМг3.
Н	Нагартованное	Повышенная прочность, сниженная пластичность. Для конструкций с требованиями по несущей способности.

Для АМг2 нагартованное состояние (Н) повышает предел прочности примерно в 1,5 раза, предел текучести — в 2,5 раза по сравнению с отожжённым.

Области применения по маркам

АМг1 — наименее прочная, наиболее коррозионностойкая марка серии. Применяется для плакировочных слоёв, упаковки и конструкций, где коррозионная стойкость важнее прочности.

АМг2 и АМг3 — самый массовый листовой прокат в серии. Обшивка кузовов транспортных средств и железнодорожных вагонов, сварные баки и ёмкости под давление, трубопроводы, строительные ограждающие конструкции, рифлёный настил. Хорошо поддаются холодной штамповке и глубокой вытяжке.

АМг5 — конструкционный материал для сварных корпусов судов и катеров, химических сосудов под давление, трубопроводных систем. Используется как основной алюминиевый сплав в современном судостроении при изготовлении цельносварных лёгких судов.

АМг6 — наиболее прочная и нагруженная марка серии. Обшивка авиационных конструкций (негерметичные панели), цистерны для нефтепродуктов и агрессивных химических сред, силовые элементы надстроек судов, поковки и штамповки для транспортного машиностроения.

Формы поставки и сортамент

Полуфабрикаты из магналиев выпускают по следующим стандартам:

Вид полуфабриката	ГОСТ	Основные марки
Листы	ГОСТ 21631-2023	АМг2М, АМг2Н2, АМг3М, АМг5, АМг6
Плиты	ГОСТ 17232	АМг5, АМг6
Прессованные профили и трубы	ГОСТ 18482, ГОСТ 8617	АМг2, АМг3, АМг5, АМг6
Прутки, поковки, штамповки	ГОСТ 21488, ГОСТ 4784-2019	АМг5, АМг6
Проволока сварочная	ГОСТ 7871	АМг3, АМг5, АМг6
Ленты	ГОСТ 13726	АМг2, АМг3

Прутки из АМг2 и АМг3 выпускаются в ограниченном ассортименте; для прутковых заготовок под механическую обработку, как правило, используют АМг5 или АМг6, обладающие более высокой прочностью и лучшей обрабатываемостью резанием.

Подробнее о конкретных видах проката — алюминиево-магниевые сплавы АМг: листы, плиты, профили, трубы. Информацию о листах марки АМг3 смотрите на странице алюминиевый лист АМг3.