Андрей Смирнов
Время чтения: ~22 мин.
Просмотров: 0

Характеристики и свойства сплава дюралюминий

Соединения алюминия и их вред

Некоторые соединения алюминия способны вызывать острую интоксикацию. Это хорошо растворимые соли, такие как сульфат, хлорид и нитрат. При этом в незначительных количествах сернокислый алюминий применяется в пищевой промышленности. Гидроксид алюминия может быть как полезным, так и вредным, он является основанием, и проявляет вред, стимулируя гемолитическое действие и разрушая красные кровяные тельца.

Алюминиевая пыль (или алюминиевая пудра)

Средней токсичностью обладает сам металлический алюминий, и особо велик вред от хронического вдыхания алюминиевой пыли. Этот способ интоксикации является промышленным. Если вдыхать алюминиевую пыль, бериллиевую пыль и пыль бронзы, содержащей элемент № 13,  то через месяц в легких появляются признаки их воспаления, возникает эмфизема, диффузный пневмосклероз. Вдыхание нитрида алюминия приводят также к воспалению бронхов, пневмосклерозу, дистрофии печёночных клеток.

Сварка алюминиевого корпуса лодки

Также при вдыхании паров алюминия наносится вред центральной нервной системе, и при длительном воздействии этого токсического фактора возникает характерная клиническая симптоматика, описанная ниже, поэтому специалисты по сварке алюминия входят в группу риска. Образующиеся пары алюминия и его соединений наносят выраженный вред здоровью. Если в течение 3 часов ежедневно вдыхать аэрозоль, который выделяется при сварке, то, в конце концов, также разрастается соединительная ткань в легких и уменьшается легочная вентиляция, а в высоких концентрациях аэрозоль вызывает тяжелую пневмонию.

Вреден и хлоргидрат алюминия, но об этом соединении будет рассказано ниже, поскольку он входит в состав косметических препаратов. В состав многих косметических средств входит и такое соединение, как хлорид алюминия: он широко применяется как катализатор при органическом синтезе, и он же является промышленным ядом при проникновении в организм, принося серьезный вред здоровью.

Хлорид алюминия (хлористый алюминия)

Даже глиняная пыль способна к повреждению эпителия дыхательных путей, она вызывает дистрофию хрящевого скелета бронхов с развитием некроза и очагового склероза. Вдыхание пыли, которая скопилась рядом с плавильными печами, в которых получают металл, через несколько месяцев приводит к разрастанию соединительной ткани в легких с развитием фиброза, а через год развиваются рубцы и спайки в легочной ткани.

Фосфид алюминия используется как пестицид, но это соединение нестойкое, и, реагируя с водой, он распадается, выделяя ядовитый фосфин – газ, состоящий из фосфора и водорода, с запахом тухлой рыбы.

Оксид алюминия, который покрывает свежую поверхность металла, также приносит вред здоровью. Вся посуда из этого металла покрыта окисной пленкой, поскольку металл очень быстро окисляется на воздухе, содержащимся в нем кислородом. Есть и совершенно нетоксичный оксид алюминия, встречающийся в природе. Это корунд, и особенно – рубины и сапфиры. Они являются исключительно стойкими и никак не влияют на наше здоровье. А вот посуда из этого «небесного» металла при определённых условиях является достаточно токсичной, и об этом рассказано ниже.

Открытие дюрали, состав и технология производства

Метод изготовления дюрали заключался не только в специфическом подборе компонентов. Раскаленный сплав резко охлаждался, после чего материал подвергался механизму искусственного старения с помощью закалки. Именно такой итоговый дюраль сегодня знают потребители.

Литье алюминия

Но появился он не сразу. Специалисты немецкой компании, к слову сказать, обосновавшейся в городе Дюрен, изнурительно трудились всю неделю. И в одну из пятниц они решили испытать новый сплав – дюраль, состав, которого к тому моменту мало отличался от того, что имеют современные: Al-Cu-Mn-Mg-Fe. Решающую роль играл алюминий. По окончании испытаний специалисты сильно удивились измеренной твердости дюраль – сплава. Приняв полученное за ошибку, решили проверить результаты в понедельник.

К изумлению инженеров, новый сплав – дюраль, состав которого они совсем недавно изобрели, показывал твердость на 30% большую, чем три дня до этого. Так случайно, было подмечено свойство соединения металлов Al-Cu-Mn-Mg-Fe  – оно быстро становится тверже. Вопрос о том, из чего состоит дюраль в итоге можно несколько расширить. Ведь без процесса старения этот сплав почти такой же мягкий, как металл, лежащий в его основе.

Если сохранять математическую точность, состав дюралюминия в процентах выглядел следующим образом:

  • 93% алюминий;
  • 4-5% медь;
  • 2-3% остальные металлы, иногда называемые «лигатура».

Долгие годы процесс старения происходил в естественных условиях при средне комнатных температурах 20-25 градусов по Цельсию. Но с началом войны, дюраль – состав сплава и технология, их результат, стали стратегически важным материалом. Выросла заинтересованность в создании методов, ускоряющих старение, а вместе с ним и твердость вещества.

Была изобретена методика искусственного старения дюралюминий, состав которого сильно не меняется уже более, чем полвека. Изделия из сплава в течении 2-3 часов разогревали до 500 градусов, после 2-3 минуты охлаждали водой или селитрой.

Сплавы типа дюралюминий

Всего имеется 4 сплава типа дюралюминий. Все они в разной пропорции содержат как основные компоненты (купрум, магний, марганец), так и другие (Fe, Si, Ti, Zn, Ni).

  • Д1: купрум — 4,4 ±0,4%, магний — 0,6 ± 0,2%, марганец — от 0,6 ± 0,2%;
  • Д16: купрум — от 3,8 до 4,9%, магний — 1,5 ±0,3%, марганец — 0,6 ±0,3%;
  • Д19: купрум — от 3,8 до 4,3%, магний — 2,0 ±0,3%, марганец — от 0,5 до 1,0%;
  • ВД17: купрум — 2,9 ±0,3%, магний — 2,2 ±0,2%, марганец — от 0,45 до 0,7%.

Для каждого типа дуралюмина также необходим свой режим термической обработки.

Сплав Д1 закаливается при температуре 495—510° C, а затем проходит стадию естественного старения при 20° C в течение 96 часов и более.

Для Д16 закалка проходит в двух режимах (зависимо от того, в каком виде будет представлен исходный материал). Если речь о листах из Д16, то для него нужна температура закалки 500 ± 5°C. Процесс старения можно произвести при 20 °C в течение четырёх суток и более, или при 188—193°C за гораздо меньшее количество часов — 11–13. Если же этот Д16 после используют для прессованных изделий, то предел температур закалки падает до 485–503° C. Старение тоже можно выполнить двумя путями:

  • комнатная температура — в те же сроки;
  • при температурах 185–195° C — в интервале 6–8 часов.

ВД17 закаляется в пределах 495–505° C, а старение выполняется только в принудительном порядке при 170 ± 5° C в течение 16 ±1 часов.

Д19, как и Д16, имеет разные условия закалки и старения материалов:

  • для листов — t=505 ± 5° C, старение — при 20° C в течение 5–10 суток или при 185–195° C 13 ±1 часов;
  • прессованныее изделия — t=500 ± 5°C, старение — аналогичное при комнатных условиях, или при 190 ± 5°C за 9 ±1 часов;

Область применения

Заклепки из дюралюминия

Дюралюминий Д16Т, свойства которого не позволяют производить сварку, закрепляют с помощью заклепок, разъемных или нет соединений. Упрочненный в термических условиях или состаренный естественным образом материал нашел широкое применение в народном хозяйстве:

  • авиатехника – силовые элементы, детали обшивки, тяги управления, прочее;
  • автомобилестроение – кузова, трубы, другое;
  • заклепки для крепления более мягкий материалов, например, из мангалия AlMg6;
  • круги для бурильных установок;
  • листовой дюралюминий.

На Западе эти сплавы используют при изготовлении носовой части шаттлов.

Нос шаттла укреплен дюралюминием. Конечно состав дюралюминия там немного другой и отличается от бытового

Химический состав

Появление дюралюминия связывают с немецкой компанией, которая расположена в городе Дюрен. Специалисты этой компании занимались разработкой нового сплава, и ошибочно провели смешивание ранее не используемых компонентов. После проведения предварительных тестов они были удивлены тем, какого смогли добиться результата, но изначально посчитали их ошибочными. Спустя некоторое время они повторили свой эксперимент и добились еще более высоких результатов.

Алюминий и дюралюмин, в первую очередь, отличаются друг от друга химическим составом. Дюралюминий обладает следующим составом:

  1. 4-5% меди;
  2. 93% алюминия;
  3. 2-3% других легирующих элементов, которые добавляются для придания сплаву особых качеств.

Состав различных марок дюрали

Долгое время дюралюмин изготавливался при обычных условиях, что определяло некачественное соединение элементов. Начавшаяся война сделала данный металл стратегически важным, что привело к поиску более эффективных методов соединения всех компонентов. Результатом данных исследований стали следующие технологические особенности процесса:

  1. Нагрев проводится при температуре до 500 градусов Цельсия.
  2. На разогрев уходит около 3-х часов.
  3. Проводится быстрое охлаждение водой или селитрой для повышения прочности.

Наиболее распространенная марка Д16 имеет следующий химический состав:

  1. Основная часть дюралюминия во всех случая представлена алюминием, на который приходится 90-94% от общей массы.
  2. В состав добавляется достаточно большое количество меди (3,8-4,9%).
  3. Обязательным условием можно назвать добавление в равных частях кремния и железа, примерно по 0,5%.
  4. В состав входит цинк (не более 2,5%).
  5. Добавляется фиксированное значение магния — 1,8%.

Остальные компоненты представлены хромом, марганцем, титаном, которые берутся примерно по 1%.

Получаемый дюралюминий при подобном химическом составе обладает достаточно высоким показателем мягкости. Именно поэтому Д16 зачастую применяется в качестве полуфабрикатов при производстве штамповок.

Не только состав сплава дюрали оказывает влияние на основные технологические свойства. Вместе со специфической подборкой компонентов применяются технология искусственного старения, которая заключается в закалке.Для повышения прочности и твердости поверхности сплав подвергается термической обработке с охлаждением.

Плотность дюралюминия

Этот физический параметр необходим для расчета теоретической массы изделий. Дюраль, плотность которого вычисляется посредством переводного коэффициента, согласно ГОСТ 21488-97, может отклонятся по весу при взвешивании.

Плотность дюралюминия Д16Т соответствует показателю для Д16 и коэффициент перевода 1.03. Из таблицы или рассчитав, получается значение 2.78 г/см3. Что довольно близко к плотности самого алюминия: 2.7 г/см3.

Удельный вес дюралюминия также может использоваться для расчетов окончательной массы изделий или количества материалов необходимых для изготовления.

Для некоторых изделий не понадобится даже удельный вес дюрали. Например, ГОСТ 18475-82 содержит данные по трубам стандартного диаметра с вариативностью по толщинам стенок: одному погонному метру соответствует числовое значение веса в кг.

Если же подойти формально к понятию: удельный вес дюрали Д16Т, то его можно вычислить из следующего выражения:

γ=P/V, – где Р=mg (вес куска металла) и V-объем предмета.

Дюралюминий Д16 свойства и характеристики, что дает улучшение

Таблицы – Механические и физические свойства сплава Д16

Еще на старте зарождения алюминиевые сплавы были заявлены, как отличный материал для строения летательных аппаратов, в частности дирижаблей. Далекий 1911 год выделил важные свойства дюралюминия: прочность и относительная легкость.

Тогда на выставке в Санкт-Петербурге материал увез в Германию большую серебряную медаль за лучшие качества для создания дирижаблей. Сегодня этот материал используется в строительстве самолетов, космических кораблей, ракет.

Итак, марка Д16 довольно близкая по своему составу к первоначальному демонстрирует отличные качества при температурах в диапазоне 120-250°C. Однако уже при нагреве до 800С начинает проявляться склонность к образованию межкристаллической коррозии.

Корпус из сплава Д16

На выручку приходит процесс искусственного старения с помощью закалки. Он позволяет избавиться от появления коррозии, одновременно с этим сохраняет прочность, пластичность сплава.

В чистом виде дюраль, характеристики которой показывают достаточно высокие показатели при использовании в среде с умеренными температурами, практически не применяется. В виду высокой вероятности возникновения коррозии. Сегодня существует несколько форм выпуска этого материала:

  • закаленные в естественных условиях, маркируется буквой «Т»;
  • прошедшие процесс искусственного старения «Т1»;
  • покрытые специальными лаками, анодированные варианты – «А».

Примечание. Дюрали склонны к коррозии не только при повышении температур, некоторые марки проявляют такую склонность, реагируя на нагрузки.

ВД95 имеет более высокие показатели, чем дюраль Д16Т. Характеристики ВД95Т1, прошедшей процесс искусственного старения, многообещающие. Но потенциал материала остается не использованным до конца, в виду того, что он не выдерживает высоких нагрузок.

На фото круг из материала Д16Т

Из полуфабрикатов Д16, производят: плиты, прутки с маркировкой Д16Т, встречаются листы Д16АТ или Д15ТА. Кроме того, есть изделия, дополнительно отмечаемые буквой «М», что обозначает – «отожженные».

Технологические свойства дюрали

В зависимости от химического состава и применяемого метода изготовления технологические свойства дюрали могут существенно отличаться. ГОСТа именно для этого металла пока нет.

Среди технологических свойств следует отметить нижеприведенные моменты:

  1. Низкая стоимость, которая обуславливается простой технологией производства. Тот момент, что компоненты не нужно разогревать до экстремально высоких температур определяет существенное удешевление материала. Также на стоимости благоприятно отражается возможность проведения производства в обычной среде.
  2. Небольшой вес. Рассматривая химический состав можно отметить, что большая часть состава представлена алюминием. Этот металл известен своей легкостью.
  3. Высокие показатели температуры плавления позволили использовать сплав дюраль при производстве различных элементов самолетов и другой техники. Температура плавления дюралюминия около 650 градусов Цельсия. При этом обычный алюминий плавится уже при более низких температурах, что приводит к изменению основных технологических качеств и деформации изделий.
  4. Плотность дюралюминия составляет 2,5 грамма на кубический сантиметр (у стали на каждый кубический сантиметр приходится 8 грамм). Именно этот показатель определяет существенно снижение веса изготавливаемых деталей. Данный показатель может варьироваться в относительно небольшом диапазоне, достигать значения 2,8 грамм на кубический сантиметр.
  5. Статическая прочность дюралюминия достаточно высока, что определяет устойчивость к разовой нагрузке. Именно поэтому сплав применяется при изготовлении различных ответственных деталей. Проведенные исследования указывают на то, что разрушить подобный материал довольно сложно.

Однако есть и один недостаток – относительно невысокая устойчивость к воздействию повышенной влажности. Разрушение сплава блокируют путем нанесения защитного покрытия, что несколько повышает стоимость сплава.

Детали из дюрали

Дюралюминий Д16 получил достаточно широкое распространение. Отличные эксплуатационные качества он демонстрирует при температуре не выше 250 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что уже при температуре 80 градусов Цельсия появляются признаки образования межкристаллической коррозии.

В последнее время в чистом виде дюралюминий практически не применяется. Это связано не только с высокой вероятностью появления коррозии, но и другими недостатками алюминиевого сплава. Для повышения эксплуатационных качеств сегодня выполняют следующее улучшение:

  1. Закалку в естественных условиях. При маркировке указывается буква «Т».
  2. Выполняют процедуру искусственного старения, что также отражается на маркировке «Т1».
  3. Анодирование и покрытие поверхности специальными лаками (в маркировке указывают букву «А»).

Снижение коррозионной стойкости происходит не только по причине повышения температуры, но и механического воздействия

Именно поэтому уделяется внимание дополнительным процедурам увеличения эксплуатационных качеств

Более высокими эксплуатационными качествами обладает сплав под названием ВД95. Кроме этого, данная разновидность сплава проходит процедуру старения, за счет чего существенно повышается потенциал этой разновидности дюралюминия.

Технологические свойства дюрали

Плакированные листы отличаются высокой коррозионной стойкостью,
прессованные изделия, штамповки и поковки — пониженной стойкостью. Прессованные
изделия из дюралюминия Д1 и Д16 в закаленном и
естественно состаренном состоянии при эксплуатационных нагревах выше 100°С
склонны к межкристаллитной коррозии; искусственное старение повышает
сопротивление коррозии. Неплакированные детали из дуралюминов следует подвергать
анодированию и защищать лакокрасочными покрытиями.

Сплавы хорошо свариваются точечной сваркой и не свариваются плавлением из-за высокой склонности к трещинообразованию. Все дуралюмины удовлетворительно обрабатываются резанием (в закаленном и состаренном состоянии) и химическим фрезерованием (размерным травлением). Обрабатываемость резанием в отожженном состоянии плохая. Высокотемпературная пайка не применяется из-за .

Температура начала ковки Д16, Д16П — 460°C, конца — 380°C.
Дуралюмин широко применяют во всех областях народного хозяйства, особенно в авиации. Сплав Д16 в виде листов и
прессованных полуфабрикатов — основной материал для силовых элементов конструкции самолетов (детали каркаса, обшивка, шпангоуты, нервюры, лонжероны, тяги управления) и других нагруженных конструкций.
Сплав Д19 применяют для тех же деталей, что и сплав Д16, работающих в условиях эксплуатационных
нагревов до температуры 200—250°С, а также для изготовления заклепок. Сплав
Д1 используют для штамповки лопастей воздушных винтов, а также различных узлов
крепления. Сплав ВД17 применяют для изготовления лопаток
компрессора двигателей.

Ассортимент дюралюминия Д16

Наша компания предлагает трубный, листовой и сортовой прокат из алюминиевого деформируемого сплава марки Д16. Постоянно в наличии большой выбор качественной продукции отечественных и зарубежных производителей по типоразмерам. Купить дюралевые полуфабрикаты можно на нашем складе в Москве или под заказ. Комфортный сервис и индивидуальный подход к каждому покупателю. Выгодные условия сотрудничества для оптовиков, строительных и промышленных организаций.

Квадрат дюралевый Д16 Сторона 10-55 мм, матовый, цена — уточняйте
Квадрат дюралевый Д16Т Сторона 10-55 мм, матовый, цена — уточняйте
Круг дюралевый Д16 Диаметр 20-500 мм, матовый, цена от 233 руб./кг
Круг дюралевый Д16Т Диаметр 6-250 мм, матовый, цена от 233 руб./кг
Лист дюралевый Д16 Толщина 0,5-10 мм, матовый, цена — уточняйте
Лист дюралевый Д16АМ Толщина 0,5-10 мм, отожженный с нормальной плакировкой, цена от 304 руб./кг
Лист дюралевый Д16АТ Толщина 0,5-10 мм, твердый с нормальной плакировкой, цена от 447 руб./кг
Плита дюралевая Д16 Толщина 12-355 мм, цена от 253 руб./кг
Плита дюралевая Д16Б Толщина 12-100 мм, технологическая плакировка, цена от 254 руб./кг
Плита дюралевая Д16Т Толщина 12-190 мм, твердая, цена от 361 руб./кг
Труба дюралевая Д16 Толщина 8-10 мм, цена — уточняйте
Труба дюралевая Д16Т Толщина 6-160 мм, твердая, цена от 480 руб./кг
Уголок дюралевый Д16Т Сторона 10-100 мм, твердый, цена — уточняйте
Шестигранник дюралевый Д16 Диаметр 10-41 мм, матовый, цена от 355 руб./кг
Шестигранник дюралевый Д16Т Диаметр 10-41 мм, твердый, матовый, цена от 355 руб./кг

Типоразмеры и стоимость товара марки Д16 постоянно обновляются, поэтому обращайтесь к нашим менеджерам, чтобы быстро и правильно оформить свой заказ. Мы оказываем квалифицированные услуги по анодированию, шлифовке, гибке и резке изделий в размер. Временная противокоррозионная защита, упаковка, транспортирование и хранение по ГОСТ 9.510-93.

Свойства и применение

Несущая конструкция германского дирижабля жёсткой схемы «Цеппелин», выполненная из соединенных заклёпками дюралюминиевых профилей

Сборка цельнометаллического самолёта Dewoitine D.333 (Франция, 1934 год), фюзеляж которого изготовлен из дюралюминия марки AU4G

Дюралюминий — основной конструкционный материал в авиации, космонавтике и других областях машиностроения, для которых принципиальную роль играет минимальная масса конструкции.

Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции. Начиная с 1911 года, дюралюминий стал широко применяться в других отраслях машиностроения. В годы Первой мировой войны состав сплава и термообработка были засекречены. Начиная с 1920‑х годов, благодаря высокой удельной прочности, дюралюминий становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.

Плотность сплава: 2500-2800 кг/м³.
Температура плавления сплава: около 650 °C.

Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например, поездов Синкансэн) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей прочностью, чем чистый алюминий).

После отжига (нагрева до температуры около 500°C и охлаждения) сплав становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного, проходящего при комнатной температуре в течение нескольких суток, или искусственного, проходящего при повышенной температуре в течение нескольких часов) становится твёрдым и жёстким.

В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками марганца — известны под общим названием дюралюмины. К дюралюминам относят советские сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному или искусственному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450-500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150…175 °C) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения.

Недостаток дюралюминов — низкая коррозионная стойкость. Изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Дюралюминиевый прокат, как правило, плакируют чистым алюминием, создавая из него лист с двухсторонней плакировкой, — так называемый альклед. Также, как правило, все детали из алюминиевых сплавов, применяемые в конструкции самолёта, , покрывают грунтовками, специально разработанными для авиации (обычно жёлтого или зелёного цветов) и при необходимости окрашивают.

Искусственное старение при температурах выше 20°C

При температурах старения 20—100°С отмечается интенсивное первоначальное упрочнение (при 20°С после инкубационного периода), а затем стабилизация прочностных свойств на определенном уровне.

Относительное удлинение не изменяется, электропроводность в начале понижается, а затем остается без изменения (при 100°С в течение 720ч). В интервале температур 150—220°С прочностные свойства повышаются, достигают максимума, затем упрочнение замедляется, после чего прочностные свойства вновь повышаются (особенно предел текучести), достигая второго максимума. При переходе ко второму максимуму относительное удлинение существенно понижается, а электропроводность возрастает.

После достижения максимальных прочностных свойств на стадии коагуляционного старения σ0,2 снижается интенсивнее, чем σв, отмечается тенденция к повышению относительного удлинения.

Исследование показало, что наиболее чувствительна к началу образования при старении частиц мета-стабильных фаз коррозионная стойкость: она понижается, хотя механические свойства еще не меняются.

Повышение сопротивления коррозии под напряжением достигается при максимальном пределе текучести и некотором переходе за максимум прочностных свойств. При этом и структуре наблюдается равномерный распад по границам и внутри зерен, интенсивные выделения метастабильных и стабильных частиц фазы S, уменьшается разность потенциалов между границей и зерном.

Наиболее оптимальная температура фазового старения 190°С. При более низких температурах старения требуются слишком большие выдержки, а при более высоких — снижается уровень максимальных прочностных свойств. Длительность старени—13ч при 190°С улучшает коррозионной стойкость.

Деформация после закалки ускоряет процессы старения: для нагартованных (5—7%) прокаткой листов и плит время старения составляет 9ч, а для неправленных прессованных полуфабрикато—17ч.

Названия

Название сплава пришло в Россию из Германии в первое десятилетие XX века (нем. Duraluminium) и в русском языке стало общим обозначением для целой группы сплавов на основе алюминия, легированного добавками меди, магния и марганца. Иногда встречаются также старая (основная до 1940‑х годов) форма «дуралюми́ний» и англизированный вариант «дюралюми́н». Название происходит от немецкого города Дюрен (нем. Düren), где в 1909 году было начато промышленное производство сплава.

Дюралюминий разработан немецким инженером-металлургом Альфредом Вильмом (Alfred Wilm), сотрудником металлургического завода «Dürener Metallwerke AG». В 1903 году Вильм установил, что сплав алюминия с добавкой 4 % меди после резкого охлаждения (температура закалки 500 °C), находясь при комнатной температуре в течение 4-5 суток, постепенно становится более твёрдым и прочным, не теряя при этом пластичности. В 1909 году Альфред Вильм подал заявку на патент «Способ улучшения сплавов алюминия, содержащих магний». Вскоре лицензии на способ были приобретены компанией «Dürener Metallwerken», которая вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» (нем. duraluminium). Состав патентованного дюралюминия, выпускаемого на заводе «Dürener Metallwerken»: 3,5-5,5 % Cu; 0,5-0,8  % Mg; 0,6  % Mn.

На международной выставке дирижаблей, проходившей во Франкфурте в 1909 году, новый сплав получил третью премию. В 1910 году на выставке дирижаблей в Петербурге Вильм получил Большую серебряную медаль за лучший материал для дирижаблей, а также Большую золотую медаль за «достижения в области военной техники».

Обнаруженное Вильмом явление старения алюминиевых сплавов позволило повысить прочность дюралюминия до 350-370 МПа по сравнению с 70-80 МПа у чистого алюминия.

Распространённые в Европе сплавы марок «Hiduminium» и «Avional» являются близкими по составу к дюралюминию сплавами других фирм-производителей — High Duty Alloys Ltd. (Великобритания) и Aluminium-Industrie A-G. (Швейцария).

В СССР/России дюралюминами называют деформируемые сплавы системы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дюралюмином является сплав Д1 (состав: 4,3 % Cu, 0,6 % Mg, 0,6 % Mn, остальное — Al), однако вследствие сравнительно низких механических свойств производство его заметно сокращается; сплав Д1 для листов и профилей заменяется сплавом Д16.

В США и Евросоюзе дюралюмины представлены, в первую очередь, сплавами , 2017 (во Франции ранее обозначался AU4G или duralumin) и 2117. По международной универсальной классификации группе деформируемых алюминиевых сплавов Al-Cu-Mg присваиваются обозначения от 2000 до 2999.

Состав сплавов, % массы
Сплав Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Zr+Ti Прочие

каждого

Прочие

сумма

Al
2017A мин. 0,20 3,50 0,40 0,40 основа
макс. 0,80 0,70 4,50 1,00 1,00 0,10 0,25 0,25 0,05 0,15
2024 мин. 3,80 0,30 1,20 основа
макс. 0,50 0,50 4,90 0,90 1,80 0,10 0,25 0,15 0,20 0,05 0,15
Физико-механические свойства
2017 2024
Массовая плотность (г/см³) 2,79 2,77
Интервал температур плавления 510-640 500-638
Линейный коэффициент термического расширения (10−6/K) 23,0 22,9
Модуль упругости МПа (1) 74 000 73 000
Коэффициент Пуассона 0,33 0,33
Теплопроводность (W/M°C) состояние T4: 134 состояние T3: 120
Удельная теплоёмкость (Дж/кг°C) 920 920
Предел упругости RP0.2 (МПа) 260 (2) 300 (3)
Предел прочности Rm (MPa) 390 (2) 440 (3)
Относительное удлинение (%) 9 (2) 9 (3)

(1) Среднее значение модулей при растяжении и сжатии
(2) Пруток, состояние Т4 (закалка и естественное старение) диаметром от 6 до 75 мм
(3) Пруток, состояние Т3 (закалка, деформация в холодном состоянии, старение) диаметром от 50 до 100 мм

Использование дюралюминия

Это семейство сплавов, по сути, базовый материал, применяемый в строительстве авиационной и космической техники. Это его использования началось в начале ХХ века при сооружении первых дирижаблей.

В наши дни на практике используется больше десяти марок этого сплава. При сооружении авиационной техники чаще используют материал под названием Д16т. В его состав состоит из девяти веществ – никель, титан, в качестве легирующих составляющих применяют медь, кремний и пр. Но при всем. Доля алюминия остаётся неизменной – 93%.

При выборе материала для деталей и узлов технолог должен помнить, что далеко не все дюрали хорошо свариваются или паяются. В таком случае для сборки деталей из него применяют заклепки. Такие операции широко распространения при сборке фюзеляжей и плоскостей при строительстве самолетов, водного транспорта всех типов. Так, небольшая лодка, применяемая для своих целей, может прослужить ее хозяину на 20 лет больше.

С другой стороны, некоторые марки дюралюминия хорошо свариваются при использовании аппаратов аргонной сварки.

Кстати, еще в ХХ веке велись опытные работы по использованию дюралей в автомобильной отрасли. Из него изготавливают кузова автобусов, некоторых марок легковых и спортивных автомобилей. Само собой дюрали применяют и в силовых узлах.

Некоторые марки этого сплава применяют для производства труб, которые устанавливают на судах, авиационной технике, автомобилях.

Свойства дюраля позволили его использовать и в пищевой промышленности, например, из дюралевой фольги производят фантики для конфет и шоколада.

Нельзя забывать и том, что многие домохозяйки применяют кухонную утварь, выполненную из этого материала.

Низкий вес дюраля позволяет его применение при выполнении буровых работ. Все дело в том, дюралюминий в 3 – 4 раза легче стали. Кроме этого трубы из дюралюминия проще переносят вибрацию, которая неизменно возникает при выполнении буровых работ.

Отдельного разговора требует применения дюраля в строительной отрасли. Его применяют для производства облицовочных материалов, различных ограждающих конструкций и пр.

Влияние примесей на механические свойства

Кроме основных легирующих элементов, в дюралюминии присутствуют небольшие количества примесей. Некоторые из них (железо и кремний) имеются в исходном первичном алюминии, другие (цинк и никель) попадают в сплавы при переплаве отходов, третьи (бериллий, титан и цирконий) вводят в сплавы специально в качестве технологических добавок.

В сплавах типа дуралюмин железо образует соединения, оказывающие охрупчивающее влияние. Железо соединяется с медью и уменьшает количество растворимой меди, которая упрочнеяет сплав при старении.

Кремний в этих сплавах увеличивает склонность к трещинообразованию при сварке (ВАД-1) и литье, особенно крупных слитков из сплавов Д16, Д19, понижает пластичность заклепок из всех сплавов. Для нейтрализации вредного влияния кремния при литье и сварке содержание железа в сплавах должно в 1,1–1,5 раза превышать содержание кремния.

Для получения высокой пластичности литого и деформированного материала, а также для повышения вязкости разрушения содержание железа и кремния должно быть минимальным.

Никель образует нерастворимые фазы с медью и железом, уменьшает пластичность и прочность термически обрабатываемых сплавов, улучшает твердость и прочность при повышенных температурах и понижает коэффициент линейного расширения.

Совместное присутствие железа и никеля в сплавах системы Al-Cu-Mg обеспечивает повышение механических свойств при комнатной и повышенных температурах по сравнению со сплавами, содержащими либо железо, либо только никель.
Положительное влияние совместного содержания железа и никеля связано с образованием нерастворимой фазы FeNiAl9, в которой отсутствует медь.

В дюралюминах Д1, Д16 и др, содержащих железо и кремний в виде примесей, при введении никеля фаза FeNiAl9 не образуется.
Небольшие количества цинка (0,1—0,5 %) не влияют на механические свойства рассматриваемых сплавов при комнатной температуре и значительно понижают их жаропрочность. Примесь цинка в количестве 0,1—0,3 % увеличивает склонность к трещинообразованию при литье и сварке.

Бериллий в небольших количествах (около 0,005 %) предохраняет сплавы с высоким содержанием магния (1,5 % и более) от окисления при литье и термической обработке, не оказывая влияния на механические свойства как при комнатной, так и при повышенных температурах.

Бериллий входит в состав окисной пленки, состоящей в этих сплавах главным образом из окиси магния, способствует ее упрочнению и, следовательно, уменьшает дальнейшее окисление сплава.

Более высокое содержание в сплавах бериллия (0,1— 0,5 %) требует особых мер предосторожности при плавке и литье из-за его токсичности. Литий увеличивает прочность при комнатной и повышенных температурах, понижает плотность и увеличивает модуль упругости, но снижает пластичность

Литий увеличивает прочность при комнатной и повышенных температурах, понижает плотность и увеличивает модуль упругости, но снижает пластичность.

Хром, как и марганец, повышает температуру рекристаллизации сплавов. Выделения частиц, содержащих хром, имеют игольчатую форму и в большей мере, чем марганцовистые, снижают характеристики разрушения. Хром в присутствии марганца, железа и титана может выпадать в виде грубых составляющих фазы СгAl7. В промышленные сплавы типа дуралюмин хром не добавляют.
Титан, в алюминиевых сплавах применяется в основном для измельчения зерна литого металла. Природу способности титана измельчать литое зерно объясняют образованием в расплаве зародышей, служащих центрами кристаллизации. По данным одних авторов, эти зародыши — алюминид титана, по данным других авторов,— карбид титана. В присутствии бора такими зародышами будут частички борида титана.

Цирконий в небольших количествах, так же как и титан, является модификатором. Добавка циркония практически не влияет на прочностные свойства холоднодеформированных полуфабрикатов из сплавов, содержащих марганец, и несколько повышает их у сплавов без марганца. Цирконий аналогично марганцу, но при значительно меньшем содержании повышает температуру рекристаллизации сплава, что способствует получению нерекристаллизованной структуры и высокой прочности горячепрессованных полуфабрикатов.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации