EN 573-3 3.0515 H224 铝锰合金工程卓越材料规范
材料概述
EN 573-3 3.0515 (3004/3104) H224 状态为“加工硬化后部分退火”至 1/4 硬等效强度等级，专门针对薄板/带材 (EN 1386 范围) 优化的成形-强度平衡态。锰 0.9–1.5%、镁 0.3% 赋予其比 3003 系列更高的固有强度和加工硬化率，H224 状态下抗拉强度 115–175 MPa，90°弯曲半径仅 1.25–2.5t，兼顾结构承载与复杂成形需求。广泛用于汽车板、压力容器薄壁件、建筑滚压型材、热交换器翅片料等。
主要性能参数
一般物理属性
| 性能项目 | 数值 | 状态 | 参考标准 |
|---|---|---|---|
| 密度 | 2.73 g/cm³ | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
力学性能
| 性能项目 | 数值 | 状态 | 参考标准 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 90°弯曲半径 (t=厚度) | 1.25 t / 1.5 t / 2.5 t | H224 | EN 573-3, EN 1386 | 三数据源：随厚度/方向差异 |
| 弹性模量 | 69.5 GPa | H224 | EN 573-3, EN 1386 | — |
| 平面应变断裂韧性 | 22.0–35.0 MPa·√m | — | — | 典型锻造 3000 系列铝合金数值 |
| 泊松比 | 0.33 | — | — | 典型锻造 3000 系列铝合金数值 |
| 剪切模量 | 26.1 GPa | H224 | EN 573-3, EN 1386 | — |
| 抗拉强度 | 115–175 MPa | H224 | EN 573-3, EN 1386 | — |
热学性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 | 状态 | 参考标准 |
|---|---|---|---|---|
| 线膨胀系数 | 20 °C | 23.5 × 10⁻⁶ 1/K | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 100 °C | 23.5 × 10⁻⁶ 1/K | H224 | EN 573-3, EN 1386 | |
| 熔点范围 | — | 645–655 °C | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 比热容 | — | 893 J/(kg·K) | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 热导率 | — | 160–200 W/(m·K) | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
电学性能
| 性能项目 | 数值 | 状态 | 参考标准 |
|---|---|---|---|
| 电导率 | 22–28 MS/m (约 38–48% IACS) | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 电阻率 | 3.57–4.55 × 10⁻⁸ Ω·m | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
化学成分 (质量分数，%)
| 元素 | 含量范围 | 状态 | 参考标准 |
|---|---|---|---|
| 铬 (Cr) | ≤0.10 | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 铜 (Cu) | ≤0.10 | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 铁 (Fe) | ≤0.70 | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 镁 (Mg) | 0.30 | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 锰 (Mn) | 0.90–1.50 | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 硅 (Si) | ≤0.50 | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 锌 (Zn) | ≤0.20 | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
| 铝 (Al) | 余量 | H224 | EN 573-3, EN 1386 |
工艺性能评价
| 项目 | 评级 | 说明 |
|---|---|---|
| 加工成形性 | 良好 | 90°弯曲 1.25–2.5t，适合滚压成型、冲压、拉伸、焊接 |
H224 状态定位与 3004 系列热处理状态谱系
| 状态代码 | 定义 | 典型抗拉强度 (MPa) | 典型屈服强度 (MPa) | 典型伸长率 (%) | 主要用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| O / H111 | 退火/退火+微硬化 | 145–185 | ~65 | 22–28 | 深拉伸、复杂成形、焊接前预成形 |
| H112 | 热成形后适度硬化 | 95–110 | ~50 | 15–22 | 挤压型材、锻件、无缝管、大截面板 |
| H224 / H321 | 加工硬化+部分退火 (1/4硬等效) | 115–175 | ~85 | 12–18 | 薄板滚压成型、汽车板、结构件、翅片料 |
| H34 / H24 | 加工硬化稳定化 (1/2硬) | 170–220 | ~130 | 8–14 | 高强薄壁件、易拉罐罐身预硬化态 |
| H38 / H18 | 全硬稳定化 | ≥230 | ≥180 | 3–6 | 极高强度、极薄壁、仅简单折弯 |
H224 核心优势与应用场景
汽车轻量化板材 (0.8–1.5 mm)
- 内/外板、加强梁、电池托盘盖板：H224 经冲压/滚压成形后，利用贝克林效应 (bake hardening, 170℃×20min 漆烘烤) 再增强 20–35 MPa，满足凹陷/碰撞指标。
- 成形极限：LDC (极限拉深系数) ~1.9–2.0，平板成形极限图 (FLC) 优于同强度 5xxx/6xxx，适合复杂曲面。
- 焊接拼接：激光/MIG/FSW 焊接，热影响区软化宽度窄 (Mn 细化晶粒)，焊后漆烘烤可部分恢复。
压力容器薄壁筒体/封头 (1.5–4.0 mm)
- GB/T 150 / ASME BPVC VIII-1 允用 3004 (3.0515) H224/H321，设计应力 85 MPa (50℃)，焊接效率 1.0 (4043/5356/5183)。
- 相比 3003-H14，H224 成形性更好，封头旋压/冲压少中间退火道次，缩短周期。
建筑滚压型材/屋面系统 (0.7–1.2 mm)
- 直立锁边/波纹板连续滚压，H224 强度足够抗风压跨度 1.5–2.5m，硬度适中不易滚压开裂。
- 表面氟碳喷涂/预辊涂，耐候 20 年；Mn 合金耐大气腐蚀远优于 5xxx (易黑斑) 和 6xxx (需涂装)。
热交换器翅片/微通道扁管 (0.05–0.15 mm 箔/薄板)
- H224/H34 高强薄料，冲压成波纹/百叶窗翅片，抗振动疲劳性能优于纯铝/3003。
- 钎焊 (NOCOLOK®/真空) 组装，芯料 H224 + 4343/4045 包覆层，接头强度高、导热路径短。
加工工艺关键控制点
- 弯曲/滚压：内弯半径 ≥1.25t (纵向) / ≥1.5t (横向)；滚压成型辊道设计预留回弹补偿 (3°–6°)；润滑用挥发性冲压油或干膜润滑，防残油影响后续喷涂/钎焊。
- 冲压/拉伸：拉深系数 m₁ ≥1.8 (单道次)；深件采用“拉深-中间退火(300℃×30min)-再拉深”工艺；模具圆角 R≥3t，表面镀铬/氮化，间隙 1.05–1.15t。
- 激光焊接 (汽车白车身)：焊丝 5183/5556，功率 3–6 kW，速度 3–6 m/min，保护气 Ar/He 混合；焊缝无气孔、热裂，焊后漆烘烤恢复硬度。
- 摩擦搅拌焊 (FSW，储罐/电池托盘)：工具转速 800–1200 rpm，行进 100–300 mm/min，销头凹肩设计；搅拌区细晶强化，硬度略高于母材，无软化带。
- 表面处理：化学转化膜 (Cr-free) + 电泳/粉末喷涂；或阳极氧化 (本色/着色) + 封闭；Mn 合金氧化膜偏灰黄，装饰性要求高时建议喷涂。
供应链与质量保证要点
- 入厂验收：按 EN 485-2 / EN 755-2 / EN 1386 抽检：成分光谱、抗拉/屈服/伸长、硬度 HBW、弯曲试验、尺寸公差、表面质量 (划伤/压痕/氧化膜)。
- 材质证明书：MTC 3.1 (EN 10204) 必含：炉批号、热处理状态、力学性能实测值、化学成分、无汞/无放射性声明。
- 追溯性：卷/批号贯穿轧制→退火→分切→包装，关键汽车/压力容器件要求双向追溯。
- 替代材料确认：若供应 3004 替代 3104 或反之，需确认 Mg 上下限差异对成形/焊接/烘烤硬化的影响，必要时重新工艺验证 (PPAP/PQR)。
金属
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