Сплав 1310Е

Сплав 1310Е (обозначение по ГОСТ: АД31Е) — деформируемый термоупрочняемый алюминиевый сплав системы Al–Mg–Si, специально разработанный для изделий электротехнического и радиоэлектронного назначения с нормируемой электропроводностью. Суффикс «Е» в маркировке означает именно это: гарантированный минимум удельной электрической проводимости, который стандартный сплав АД31 не обеспечивает.

Классификация и маркировка

Сплав 1310Е принадлежит к группе авиалей — среднепрочных деформируемых сплавов на основе системы алюминий–магний–кремний (Al–Mg–Si). По международной классификации ИСО 209-1 ему соответствуют обозначения:

• 6101 — по системе Алюминиевой Ассоциации (AA/EN);
• E-AlMgSi — по химической системе (европейское обозначение).

В отечественной номенклатуре допустимы оба написания: 1310Е (цифровое, по ОСТ 1 92014-90) и АД31Е (буквенное, по ГОСТ 4784-2019).

Нормативная документация

Химический состав и технические условия поставки регулируются следующими документами:

Документ	Область применения
ГОСТ 4784-2019	Алюминий и деформируемые алюминиевые сплавы. Химический состав
ОСТ 1 92014-90	Химический состав и допуски по авиационному стандарту
ГОСТ 8617-2018	Прутки и профили прессованные из алюминия и сплавов
ГОСТ Р 50066-92	Шины алюминиевые электротехнические
ГОСТ Р 50077-92	Проволока из алюминиевых сплавов для электрических целей
ОСТ 1 92093-83	Профили прессованные авиационного применения

Помимо перечисленных, на прессованные профили различных сечений распространяются ГОСТ 13616-97, ГОСТ 13617–13624, ГОСТ 17575-90, ГОСТ 17576-97, ГОСТ 29296-92, ГОСТ 29303-92.

Химический состав

Состав регламентируется ГОСТ 4784-2019 и ОСТ 1 92014-90. Данные по ГОСТ 4784-97 / 2019 (между двумя редакциями состав АД31Е принципиально не менялся):

Элемент	Содержание, % масс.
Алюминий (Al)	Основа (97,68–99,35 %)
Кремний (Si)	0,30–0,70
Магний (Mg)	0,35–0,80
Железо (Fe)	≤ 0,50
Медь (Cu)	≤ 0,10
Цинк (Zn)	≤ 0,10
Марганец (Mn)	≤ 0,03
Хром (Cr)	≤ 0,03
Бор (B)	≤ 0,06
Каждая прочая примесь	≤ 0,03
Сумма прочих примесей	≤ 0,10

По авиационному ОСТ 1 92014-90 нормы по кремнию и магнию несколько шире (Si 0,45–0,90 %, Mg 0,45–0,90 %), содержание железа ограничено снизу (Fe 0,10–0,60 %), добавлен предел по никелю (Ni ≤ 0,05 %) и титану (Ti ≤ 0,03 %). Суммарное содержание Ti+Mn+W+Cr не должно превышать 0,030 % — требование более жёсткое, чем по ГОСТ.

Роль легирующих элементов и назначение бора

Кремний и магний — основные легирующие элементы. Совместно они образуют упрочняющую фазу Mg₂Si при искусственном старении. Соотношение Si и Mg подбирается так, чтобы количество Mg₂Si было достаточным для упрочнения, но минимально необходимым: лишний легирующий элемент, оставшийся в твёрдом растворе, снижает электропроводность.

Бор — ключевой элемент, отличающий АД31Е от АД31. Переходные металлы (Ti, V, Cr, Mn) растворяются в алюминии и резко снижают удельную электрическую проводимость даже при содержании в сотые доли процента: каждые 0,01 % Ti в твёрдом растворе снижает проводимость примерно на 0,3 % IACS. Бор нейтрализует эту проблему: он реагирует с Ti, V, Cr, образуя нерастворимые бориды (TiB₂, VB₂ и др.), которые выпадают в осадок в процессе рафинирования и гомогенизации расплава. В результате матрица сплава очищается от указанных примесей, и проводимость восстанавливается до необходимого уровня.

Именно поэтому в АД31Е содержание Mn и Cr жёстко ограничено до ≤ 0,03 % (против ≤ 0,10 % у стандартного АД31), а бор введён как самостоятельный регулируемый компонент.

Физические свойства

Свойство	Значение
Плотность при 20 °С	2 710 кг/м³
Температура солидуса	~616 °С
Температура ликвидуса	~654 °С
Электропроводность (темп T6)	≥ 55 % IACS (≥ 31,9 МСм/м)
Электропроводность (темп T61)	≥ 57 % IACS (более высокая за счёт пересостаривания)

Для справки: электропроводность отожжённой меди принята за 100 % IACS (58 МСм/м); технический алюминий марки А1 — ~61 % IACS. Сплав 1310Е уступает чистому алюминию по проводимости (легирующие элементы в твёрдом растворе рассеивают электроны), но существенно превосходит его по прочности в упрочнённом состоянии. По сравнению с алюминиевым сплавом 6061 (АД33) — более прочным собратом по той же системе Al–Mg–Si — АД31Е имеет значительно лучшую электропроводность при умеренной прочности.

Сплав не обладает ферромагнитными свойствами. Коррозионная стойкость высокая: на поверхности формируется плотная оксидная плёнка Al₂O₃, защищающая от атмосферы, пресной и морской воды, органических соединений. Исключение — соединения, содержащие галогены.

Механические свойства

Механические свойства сплава 1310Е существенно зависят от состояния термической обработки:

Состояние	Обозначение	Характеристика
Отожжённое	М (T0)	Максимальная пластичность, минимальная прочность; хорошая формуемость для гибки и вытяжки
Закалка + естественное старение	Т (T4)	Промежуточные прочность и пластичность; более высокая электропроводность, чем у T6
Закалка + искусственное старение	Т1 (T6)	Максимальная прочность; удельное электросопротивление несколько выше, чем у T4
Пересостаривание	T61, T64	Повышенная электропроводность при несколько сниженной прочности; применяется для шин с жёсткими требованиями по проводимости

В упрочнённом (T6) состоянии сплав пригоден для обработки резанием. В мягком (отожжённом) и свежезакалённом состоянии пластичность достаточна для гибки и штамповки.

Термическая обработка

Закалка

Нагрев под закалку — 520–530 °С. После выдержки следует быстрое охлаждение (вода или принудительный воздух). Цель — зафиксировать пересыщенный твёрдый раствор Si и Mg в алюминиевой матрице: атомы Si и Mg «заморожены» в состоянии, при котором они не успели образовать фазу Mg₂Si. Именно это пересыщение является движущей силой последующего упрочнения при старении.

Искусственное старение

Режим: 160–170 °С, выдержка 10–12 часов. Для деталей, работающих при знакопеременных нагрузках, старение проводят при 150–160 °С. Важно: для достижения максимальных характеристик старение следует начинать не позднее чем через 1 час после закалки. При задержке кластеры Mn₂Si начинают формироваться по нежелательным механизмам, и прочность σ_в и σ_0,2 снижается на 30–50 МПа.

Отжиг

Для снятия наклёпа или подготовки к формообразованию применяют отжиг при 350–400 °С. После отжига сплав имеет наилучшую пластичность.

Технологические свойства

Свариваемость

Сплав допускает точечную и аргонодуговую (TIG) сварку. Прочность сварного шва в зоне термического влияния составляет 60–70 % прочности основного металла — что является следствием перегрева и разупрочнения термообработанной зоны. При необходимости восстановить прочностные характеристики после сварки проводят повторную закалку с последующим старением всей сборки.

Обрабатываемость резанием

Обработка резанием (точение, фрезерование, сверление) рекомендуется в состаренном состоянии (естественное или искусственное старение). В мягком и свежезакалённом состоянии сплав налипает на инструмент, что ухудшает качество поверхности и стойкость инструмента.

Анодирование и химическое оксидирование

Сплав хорошо анодируется — образует плотную, равномерную оксидную плёнку, допускающую декоративное окрашивание в широком диапазоне цветов. Применяется также химическое оксидирование (хроматирование или бесхроматная конверсия) для повышения адгезии лакокрасочных покрытий. Оба способа дополнительно повышают коррозионную стойкость поверхности.

Формы поставки

Сплав 1310Е (АД31Е) поставляется в следующих видах полуфабрикатов:

• Прутки и профили прессованные — круглые, квадратные, прямоугольные, фасонные; по ГОСТ 8617-2018 и ОСТ 1 92093-83;
• Электротехнические шины (полосы прямоугольного сечения) — по ГОСТ Р 50066-92;
• Проволока для электрических целей — по ГОСТ Р 50077-92;
• Трубы прессованные — по ГОСТ 13617–13624;
• Ленты и листы — по отдельным техническим условиям.

Полуфабрикаты поставляются в состаренном состоянии (Т, Т1) или в отожжённом (М) — в зависимости от требований к последующей обработке.

Применение сплава 1310Е

Основная область применения — электротехника и радиоэлектронная промышленность, где к материалу предъявляются нормируемые требования по электрической проводимости:

• электротехнические шины и сборные шинопроводы распределительных устройств;
• жёсткие токопроводы подстанций и силового электрооборудования;
• корпусные и конструктивные детали приборов радиоэлектронной промышленности с заданными электрическими характеристиками;
• проволока и жилы электрических проводников, где необходима повышенная прочность по сравнению с техническим алюминием при сохранении приемлемой проводимости.

В отличие от стандартного АД31, для изделий из сплава 1310Е производитель гарантирует не только механические, но и электрические параметры — удельное сопротивление или проводимость согласно требованиям соответствующего стандарта на полуфабрикат.