Прутки алюминиевые

Что такое алюминиевый пруток

Алюминиевый пруток — это полуфабрикат сортового проката, получаемый методом горячего прессования (экструзии) из алюминия технической чистоты или деформируемых алюминиевых сплавов. По форме поперечного сечения прутки бывают круглыми, квадратными и шестигранными. Круглые прутки в обиходе часто называют «круг алюминиевый», квадратные — «алюминиевый квадрат», шестигранные — «шестигранник алюминиевый».

Прессованные прутки из алюминия широко используются в машиностроении, приборостроении, авиационной и космической промышленности, судостроении, строительстве и химическом аппаратостроении. Из них изготавливают валы, оси, крепёжные элементы, втулки, шпильки, шкивы, переходники, фитинги, корпуса приборов и другие детали, работающие в условиях статических и циклических нагрузок.

Нормативная база: ГОСТ 21488-97

Основной действующий стандарт на прессованные прутки из алюминия и алюминиевых сплавов — ГОСТ 21488-97 (взамен ГОСТ 21488-76). Он распространяется на прутки круглого, квадратного и шестигранного сечений, применяемые в различных отраслях промышленности. Химический состав сплавов регламентирован ГОСТ 4784 (деформируемые сплавы) и ГОСТ 1131 (литейные и деформируемые сплавы для полуфабрикатов).

Для прутков специального назначения действуют дополнительные стандарты: ГОСТ Р 51834-2001 — на прутки повышенной прочности и пластичности, ГОСТ Р 56854-2016 — на прутки для судостроения.

Классификация алюминиевых прутков

По форме сечения

Прессованные прутки выпускаются трёх типов сечения: круглые (обозначаются КР), квадратные (КВ) и шестигранные (ШГ). Круглое сечение является наиболее распространённым и востребованным. Квадратные прутки используются преимущественно как заготовки для механической обработки, где требуется базирование по плоскости. Шестигранные прутки применяются для изготовления крепежа и деталей под гаечный ключ.

По состоянию материала

Состояние материала определяет механические свойства прутка и обозначается буквой после марки сплава:

Обозначение	Состояние материала	Особенности
Без обозначения	Без термической обработки (горячепрессованное)	Пруток поставляется непосредственно после прессования без дополнительной термообработки
М	Мягкое (отожжённое)	Максимальная пластичность, минимальная прочность. Хорошо деформируется
Т	Закалённое и естественно состаренное	Повышенная прочность за счёт выделения упрочняющих фаз при комнатной температуре
Т1	Закалённое и искусственно состаренное	Максимальная прочность и твёрдость. Применяется для высоконагруженных конструкций

Прутки в состояниях Т и Т1 изготавливаются диаметром не более 100 мм. Это связано с тем, что при большем сечении затруднена равномерная закалка по всему объёму металла.

По точности изготовления

Стандарт предусматривает три степени точности: нормальную (без обозначения), повышенную (П) и высокую (В). С повышением точности сужаются допуски на диаметр, что важно при изготовлении деталей с минимальными припусками на механическую обработку.

По виду прочности

Прутки выпускаются нормальной прочности (без обозначения) и повышенной прочности (ПП). Повышенная прочность достигается за счёт оптимизации режимов прессования и термической обработки.

Сортамент: размеры и длины

Круглые прутки

Номинальные диаметры круглых прутков по ГОСТ 21488-97 составляют от 5 до 400 мм. Прутки диаметром до 15 мм включительно в состоянии без термообработки или в мягком состоянии допускается изготавливать в бухтах.

Квадратные прутки

Размер стороны квадратных прутков (диаметр вписанной окружности) — от 7 до 200 мм. Продольные кромки квадратных прутков могут быть скруглены, радиусы скруглений нормируются стандартом.

Шестигранные прутки

Размер «под ключ» (диаметр вписанной окружности) шестигранных прутков — от 7 до 100 мм.

Длина прутков

Прутки изготавливаются немерной длины в зависимости от диаметра:

Диаметр, мм	Длина немерная, м
До 80	от 1,0 до 6,0
Свыше 80 до 110	от 1,0 до 5,0
Свыше 110	от 0,5 до 4,0

По согласованию с потребителем возможна поставка мерной длины (КД), кратной мерной длины, а также длины не короче заданной (НК) или не более заданной (НБ).

Марки алюминия и сплавов для прутков

По ГОСТ 21488-97 прутки изготавливаются из алюминия марок АД0, АД1, АД и алюминиевых сплавов марок АМц, АМцС, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, Д16, АК4, АК4-1, АК6, АК8, В95, 1915, 1925, а также ВД1, В95-2 и АКМ. Все эти сплавы относятся к деформируемым и подразделяются на термически неупрочняемые и термически упрочняемые.

Термически неупрочняемые сплавы

К этой группе относятся технический алюминий (АД0, АД1, АД), сплав алюминия с марганцем (АМц, АМцС) и сплавы системы Al–Mg — магналии (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6). Их прочность повышают только холодной деформацией (нагартовкой) или отжигом для стабилизации структуры. Они отличаются высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Марка сплава	Система легирования	Плотность, г/см³	σв, МПа (пруток, типичные значения)	Характерные особенности
АД0, АД1	Технический Al	2,71	60–100	Высокая электро- и теплопроводность, высокая коррозионная стойкость, низкая прочность
АМц	Al–Mn	2,73	130–170	Несколько прочнее технического алюминия, хорошо сваривается, высокая пластичность
АМг2	Al–Mg	2,67	190–230	Коррозионностойкий, пластичный, хорошая свариваемость
АМг3	Al–Mg	2,67	200–250	Более прочный, чем АМг2, при сохранении хорошей свариваемости
АМг5	Al–Mg	2,65	275–315	Средняя прочность, хорошая свариваемость, применяется в судостроении
АМг6	Al–Mg	2,64	315–340	Наиболее прочный из магналиев, коррозионностойкий, применяется в сварных конструкциях

Термически упрочняемые сплавы

Эти сплавы приобретают высокую прочность после закалки и старения (естественного или искусственного). К ним относятся дюралюмины (Д1, Д16), авиали (АВ, АД31, АД33, АД35), ковочные сплавы (АК6, АК8), жаропрочные (АК4, АК4-1) и высокопрочные (В95, 1915, 1925).

Марка сплава	Система легирования	Плотность, г/см³	σв, МПа (Т/Т1, типичные значения)	Характерные особенности
АД31	Al–Mg–Si	2,71	196–260 (Т1)	Хорошая коррозионная стойкость, технологичность, средняя прочность. Широко применяется в строительстве
АД33	Al–Mg–Si–Cu	2,71	270–330 (Т1)	Более прочный аналог АД31 за счёт добавки меди. Зарубежный аналог — 6061
АВ	Al–Mg–Si–Cu	2,70	275–325 (Т1)	Авиаль. Сочетает среднюю прочность, коррозионную стойкость и свариваемость
Д1	Al–Cu–Mg	2,80	370–410 (Т)	Дюралюмин нормальной прочности. Конструкционный сплав
Д16	Al–Cu–Mg–Mn	2,78	390–430 (Т)	Дюралюмин повышенной прочности. Основной конструкционный сплав авиации
АК6	Al–Cu–Mg–Si–Mn	2,75	370–400 (Т1)	Ковочный сплав. Высокая технологическая пластичность в горячем состоянии
АК8	Al–Cu–Mg–Si–Mn	2,80	400–440 (Т1)	Ковочный сплав повышенной прочности
В95	Al–Zn–Mg–Cu	2,85	490–530 (Т1)	Высокопрочный сплав. Применяется в авиации для нагруженных конструкций, работающих на сжатие

Значения σ_в в таблицах даны как ориентировочный диапазон и зависят от конкретного диаметра прутка, режима термообработки и направления вырезки образца. Точные нормированные значения механических свойств устанавливаются ГОСТ 21488-97 для каждой марки, состояния и размера.

Выбор марки сплава для конкретных задач

Общее машиностроение и приборостроение

Для деталей, не испытывающих значительных нагрузок, оптимальны прутки из сплавов АМц и АМг2. Они легко обрабатываются, хорошо свариваются и не требуют термической обработки. При необходимости повышенной прочности без термоупрочнения выбирают АМг5 или АМг6.

Авиационная и космическая промышленность

Для силовых элементов конструкций используются прутки из Д16Т (закалённые и естественно состаренные). Этот сплав сочетает высокую прочность с удовлетворительной пластичностью и работоспособностью при температурах до 120–150 °C. Для конструкций, работающих преимущественно на сжатие, применяют В95Т1 — сплав с наивысшей прочностью среди стандартных алюминиевых сплавов.

Строительные конструкции и архитектурные элементы

Здесь наиболее востребован сплав АД31 (зарубежный аналог — 6063). Прутки из АД31Т1 сочетают достаточную прочность, высокую коррозионную стойкость и отличную способность к анодированию. Для конструкций с повышенными требованиями к прочности применяют АД33 (аналог 6061).

Судостроение и химическое аппаратостроение

В этих отраслях востребованы прутки из магналиев — АМг5 и АМг6. Они стойки к воздействию морской воды и многих агрессивных сред, хорошо свариваются аргонодуговой сваркой. Сварные швы на АМг5 и АМг6 обладают прочностью, близкой к прочности основного металла.

Изготовление деталей методом горячей штамповки

Для штамповок применяются ковочные сплавы АК6 и АК8. Прутки из этих сплавов используются как заготовки для последующей горячей объёмной штамповки. АК6 обладает лучшей технологической пластичностью, АК8 — более высокой прочностью после термообработки.

Детали, работающие при повышенных температурах

Для длительной эксплуатации при температурах до 200–300 °C предназначены жаропрочные сплавы АК4 и АК4-1 (система Al–Cu–Mg–Fe–Ni). Прутки из этих сплавов применяются для поршней, крыльчаток компрессоров и других деталей двигателей.

Условное обозначение при заказе

Обозначение прутка при заказе по ГОСТ 21488-97 строится по схеме, которая последовательно включает: наименование продукции, марку сплава, состояние материала, вид прочности, форму сечения, размер (диаметр), точность изготовления, длину и номер стандарта.

Пример: Пруток Д16.Т КР50 × 3000 ГОСТ 21488-97 — пруток из сплава Д16, закалённый и естественно состаренный, нормальной прочности, круглого сечения, диаметром 50 мм, нормальной точности изготовления, длиной 3000 мм.

Ещё один пример: Пруток АМг6.М ШГ22П ГОСТ 21488-97 — пруток из сплава АМг6, отожжённый, нормальной прочности, шестигранного сечения, размер «под ключ» 22 мм, повышенной точности, немерной длины.

Допуски на размеры и кривизна

Предельные отклонения по диаметру зависят от номинального размера и степени точности изготовления. Для сплавов АМг3, АМг5 и АМг6 допуски увеличены в 1,5 раза относительно стандартных значений — это связано с повышенным сопротивлением деформации магналиев при прессовании.

Кривизна прутков нормируется для всех состояний, кроме мягкого (отожжённого). Допустимая местная кривизна на 1 м длины составляет:

Диаметр, мм	Допустимая кривизна на 1 м, мм
До 100	3
Свыше 100 до 120	6
Свыше 120 до 150	9
Свыше 150 до 200	12
Свыше 200 до 300	15
Свыше 300 до 400	20

Общая кривизна прутка не должна превышать произведения местной кривизны на длину прутка в метрах. Для прутков диаметром до 15 мм допускается кривизна, устраняемая приложением силы не более 50 Н.

Механическая обработка алюминиевых прутков

Обрабатываемость резанием алюминиевых прутков существенно зависит от марки сплава и его состояния. Термически упрочнённые сплавы (Д16Т, В95Т1, АК6Т1) обрабатываются значительно лучше, чем мягкие — при обработке формируется сливная стружка, поверхность получается чистой, без задиров.

Мягкие сплавы (АД0, АД1, АМц в состоянии М) при резании склонны к налипанию на инструмент. Для их обработки рекомендуется использовать острый инструмент с полированными передними поверхностями и обильное охлаждение смазочно-охлаждающей жидкостью.

Магналии (АМг5, АМг6) занимают промежуточное положение: они обрабатываются лучше технического алюминия, но хуже дюралюминов. С повышением содержания магния обрабатываемость резанием улучшается.

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость алюминиевых прутков напрямую зависит от системы легирования:

Технический алюминий (АД0, АД1) и сплавы с марганцем (АМц) обладают наивысшей коррозионной стойкостью. Они практически не подвержены межкристаллитной коррозии и работоспособны в атмосферных условиях без дополнительной защиты.

Магналии (АМг2–АМг6) также обладают высокой коррозионной стойкостью, однако с ростом содержания магния склонность к коррозии несколько увеличивается. Сплав АМг6 в нагартованном состоянии может быть подвержен расслаивающей коррозии, поэтому для ответственных конструкций его применяют в отожжённом состоянии.

Дюралюмины (Д1, Д16) имеют пониженную коррозионную стойкость из-за высокого содержания меди. Прутки из этих сплавов в условиях атмосферной или промышленной коррозии требуют защитных покрытий — анодирования, лакирования или плакировки.

Высокопрочный сплав В95 в состоянии Т склонен к коррозии под напряжением. Искусственное старение (состояние Т1) значительно повышает его коррозионную стойкость, поэтому прутки из В95 поставляются преимущественно в состоянии Т1.

Авиали (АД31, АД33, АВ) сочетают хорошую прочность с высокой коррозионной стойкостью. Сплав АД31 особенно хорошо поддаётся анодированию с получением плотной защитной плёнки.

Свариваемость

Термически неупрочняемые сплавы (АМц, АМг2–АМг6) относятся к хорошо свариваемым материалам. Они свариваются аргонодуговой сваркой (TIG) и полуавтоматической сваркой в среде инертного газа (MIG) с применением присадочной проволоки соответствующего состава. Сварные швы обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Авиали (АД31, АД33) также хорошо свариваются, однако в зоне термического влияния происходит разупрочнение, которое частично восстанавливается повторной термообработкой.

Дюралюмины (Д1, Д16) и высокопрочные сплавы (В95) относятся к трудносвариваемым. Дуговая сварка приводит к резкому снижению прочности в зоне шва и образованию горячих трещин. Для соединения деталей из этих сплавов используют клёпку, болтовые соединения или контактную сварку (точечную, роликовую).

Формы поставки

Алюминиевые прутки поставляются в прямых отрезках или в бухтах (для малых диаметров). Поверхность прутков — без покрытия (прессованная) или с анодно-оксидным покрытием по требованию заказчика. Упаковка и консервация выполняются по ГОСТ 9.510 — полуфабрикаты защищают от механических повреждений и атмосферной коррозии при транспортировке и хранении.

Каждая партия прутков сопровождается документом о качестве, в котором указаны: марка сплава, состояние материала, номер плавки, результаты механических испытаний, химический состав и другие данные, предусмотренные стандартом.

Прутки алюминиевые являются одним из наиболее востребованных видов алюминиевого проката. Помимо прутков стандартного сортамента, на практике часто применяют прутки из дюралюминия Д16, которые благодаря оптимальному сочетанию прочности и массы занимают особое место среди конструкционных алюминиевых полуфабрикатов.