Выбор материалов для листовой штамповки: сталь, алюминий, нержавеющая сталь и не только

Выбор материала — это единственное решение, которое распространяется на все последующие процессы — скорость резки, радиус гиба, параметры сварки, варианты обработки поверхности и, конечно, стоимость единицы. Инженеры часто берут за основу «мягкую сталь» или «алюминий», не уточняя марку и сорт, что заставляет производителя делать предположения, которые могут не соответствовать применению. Это руководство охватывает пять семейств сплавов, наиболее широко используемых в листовой штамповке, с техническими характеристиками, необходимыми для обоснованного выбора.

Холоднокатаная сталь (CRS) и горячекатаная сталь (HRS) составляют большинство деталей из листового металла в мире. CRS обеспечивает гладкую отделку поверхности (Ra 0,8–1,6 мкм), точные допуски по толщине (±0,05 мм) и отличную формируемость. HRS дешевле, но имеет окалину, более грубые допуски и шероховатую поверхность. Для большинства корпусов, кронштейнов и конструкционных панелей CRS марки SPCC или ASTM A36 является стандартным выбором.

• Типичные толщины на складе: 0,5, 0,8, 1,0, 1,2, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0 мм
• Предел текучести: 200–280 MPa (CRS) в зависимости от марки и сорта
• Минимальный радиус гиба: 0,5T–1T (перпендикулярно волокнам)
• Лазерная резка: отличная — высокое поглощение при 1064 нм, чистая кромка с кислородным assist-газом
• Требуется обработка поверхности для защиты от коррозии: порошковое покрытие, цинкование или покраска
• Стоимость: самая низкая среди распространённых листовых материалов ($0,80–$1,50/кг для стандартных толщин)

Сплавы нержавеющей стали содержат не менее 10,5% хрома, который формирует пассивную оксидную плёнку, устойчивую к коррозии в атмосферных, пресноводных и многих химических средах. Две наиболее распространённые марки в листовой штамповке — 304 (аустенитная, универсальная) и 430 (ферритная, более низкая стоимость). 316 применяется для морских, химических или медицинских применений, где критична устойчивость к хлоридам.

• 304 (1.4301): отличная формируемость, немагнитная в отожжённом состоянии, UTS 515 MPa
• 316 (1.4401): добавлен молибден для устойчивости к хлоридам, UTS 515 MPa
• 430 (1.4016): ферритная, магнитная, более низкая стоимость, UTS 450 MPa — ограниченная свариваемость
• Варианты отделки поверхности: 2B (матовая), No. 4 (шлифованная), зеркальная, матовая дробеструйная
• Минимальный радиус гиба: 0,5T (304 отожжённая) до 4T (304 твёрдый сорт)
• Стоимость: 2,5–4× мягкой стали — определяется в основном содержанием никеля и хрома

Алюминиевый лист имеет примерно треть плотности стали (2,7 против 7,85 г/см³) с естественной оксидной плёнкой, обеспечивающей умеренную защиту от коррозии без покрытия. Наиболее распространённые листовые сплавы — 5052 (хорошая формируемость, морской сорт), 6061 (повышенная прочность, термически обрабатываемый) и 3003 (универсальный, низкая стоимость).

• 5052-H32: стандарт для формованных деталей — хорошее удлинение (10–12%), отличная коррозионная стойкость
• 6061-T6: повышенная прочность (предел текучести 276 MPa), но ограниченная формируемость — мин. радиус гиба 2T–4T
• 3003-H14: самый дешёвый алюминий, умеренная прочность, подходит для неструктурных панелей
• Совместимость с анодированием: 5052 и 6061 хорошо анодируются; 3003 даёт неоднородный цвет
• Лазерная резка: высокая отражательность при 1064 нм — требует волоконный источник 2+ кВт; чистый рез с азотным assist-газом
• Стоимость: 1,5–2,5× мягкой цены — значительно варьируется в зависимости от сплава и сорта

Медь (C110) применяется, когда требуется электрическая или теплопроводность — электрические шины, радиаторы, экранирование RF. Латунь (C260, C2680) выбирается для декоративных применений и обрабатываемости. Оба материала значительно дороже стали или алюминия и требуют корректировки параметров лазера из-за высокой отражательности.

• Медь C110: проводимость 101% IACS, UTS 220 MPa, отличная формируемость
• Латунь C260: 70/30 патронная латунь, UTS 325 MPa, хорошая упругость
• Лазерная резка: требует волоконный источник высокой мощности (минимум 4+ кВт) из-за отражательности при 1064 нм
• Отделка поверхности: медь естественно покрывается патиной; прозрачный лак или олуживание сохраняют цвет
• Стоимость: 4–8× мягкой цены — стоимость меди волатильна и определяется рынком

В таблице ниже сравниваются наиболее часто указываемые сплавы по ключевым показателям технологичности и эксплуатационных характеристик.

Свойство	CR сталь (A36)	SS 304	SS 316	AL 5052-H32	AL 6061-T6	Медь C110
Плотность (г/см³)	7,85	7,93	7,93	2,68	2,70	8,96
Предел текучести (MPa)	220–280	205–310	205–310	193	276	70–210
Мин. радиус гиба	0,5T	0,5T–1T	0,5T–1T	1T	2T–4T	0,25T
Скорость лазерной резки (отн.)	1,0×	0,7×	0,6×	1,3×	1,2×	0,5×
Коррозионная стойкость	Низкая (требует покрытия)	Высокая	Очень высокая	Высокая	Умеренная	Умеренная
Свариваемость	Отличная	Отличная	Отличная	Хорошая (MIG/TIG)	Удовл. (риск трещин)	Хорошая
Анодирование	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Нет
Относительная стоимость	1,0×	2,5–3,5×	3–4×	1,5–2×	2–2,5×	4–8×

Радиус гиба часто является определяющим фактором при выборе материала. Материал с отличной коррозионной стойкостью бесполезен, если он трескается при изгибе, требуемся вашим дизайном. В таблице ниже приведены минимальные внутренние радиусы гиба для распространённых сплавов и толщин при изгибе перпендикулярно направлению прокатки.

Материал	Сплав / Сорт	0,5–1,0 мм	1,0–2,0 мм	2,0–3,2 мм	3,2–6,0 мм
Мягкая сталь	CRS / A36	0,5T	0,75T	1T	1,5T
Нержавеющая 304	Отожжённая	0,5T	0,75T	1T	1,5T
Нержавеющая 304	Полутвёрдая	2T	2,5T	3T	4T
Алюминий	5052-H32	1T	1T	1,5T	2T
Алюминий	6061-T6	1,5T	2T	2,5T	3T
Алюминий	5052-O (мягкий)	0,25T	0,5T	0,5T	1T
Латунь	C2680 мягкая	0,5T	0,75T	1T	1,5T
Медь	C110 отожжённая	0,25T	0,5T	0,5T	1T
Титан	CP Grade 2	1,5T	2T	2,5T	3T