Дюралюминий: состав, свойства и применение

Пластичен, как алюминий, но в несколько раз тверже. Таков дюралюминий – сплав, созданный немецким металлургом Альфредом Вильмом. Он работал на заводе города Дюрен.

От его имени и образовано название сплава. Имя же Альфреда знают лишь в узком кругу ученых и промышленников. Расширим рамки, рассказав об открытии немецкого металлурга и том, что это открытие дало миру.

Химические и физические свойства дюралюминия

Дюралюминий получен Вильмом в 1903-ем. Мастер примешал к чистому металлу №13 немного меди, марганца и магния. На всю лигатуру пришлось всего 7% от состава дюралюминия.

Но, этого оказалось достаточно, чтобы упрочнить сплав. Правда, твердым он стал не сразу, а лишь после закалки. Металлурги именуют ее искусственным старением материала.

Процесс заключается в нагреве и постепенном охлаждении металла. Внутри него происходят перестановки атомов, которые в естественных условиях длятся десятилетиями. В итоге, получается сплав, как будто проживший свой век, закалившийся в «невзгодах жизни».

Дюралюминий – сплав, запущенный в серийное производство в 1909-ом. С момента открытия Альфреда Вильмома прошли всего 6 лет. Это указывает на важность разработки, ее необходимость.

Свойства дюралюминия и низкая стоимость сразу склонили на его сторону, к примеру, авиапромышленников. Уже в 1910-ом из нового материала начали производство дирижаблей. Дюраль сделал их легкими, ведь и алюминий легок. При этом, новый сплав выдерживал высокие температуры. Плавится материал лишь при 650-ти градусах Цельсия.

Плотность дюралюминия равна 2,5 граммам на кубический сантиметр. Именно этот показатель обуславливает легкость сплава. У некоторых его марок плотность доходит до 2,8, что тоже ниже среднего. У стали, к примеру, на каждый кубический сантиметр приходится по 8 граммов веса.

Ценно в  дюралюминии и сочетание статической прочности с усталостной. Под первой понимается способность противостоять разовой нагрузке. Усталостной прочностью именуют критическую нагрузку, при которой материал разрушается.

Так вот, разрушить дюраль непросто. Это, скорее, может сделать коррозия, чем силовое воздействие, давление. Поэтому, разрушение смеси алюминия с медью в присутствии кислорода блокируют, нанося на сплав защитное покрытие. Им может быть чистый алюминий. Покрытие им деталей из дюраля именуют плакированием.

Применение дюралюминия

Тугоплавкость дюрали сделала ее основным материалом не только самолетостроения, но изготовления скоростных поездов. В движении они могут сильно нагреваться. Сплав алюминия с медью пускают, как на обшивку, так и на внутренние узлы, а так же, крепежи. Так, из дюралюминия делают болты, прутки, заклепки.

Сварка дюралюминия проста, осуществляется с помощью аргона, возможна даже в домашних условиях. Такая элементарность обращения с материалом – еще одна причина его распространенности. Так, из дюрали делают трубопроводы. Речь о проводниках газа и прочих энергоресурсов ЖКХ.

Пластичность героя статьи позволяет раскатывать его в тонкие листы. В итоге, плавление дюралюминия «рождает» фольгу толщиной не более 0,2 миллиметра. Ей обертывают строительные товары.

Фольгу из дюраля, так же, используют в качестве тепловых экранов. Ими утепляют бани и сауны. В пищевой промышленности в листовой дюралюминий оборачивают конфеты.

Говоря иначе, сплав идет на фантики. Садоводы обертывают фольгой деревья, защищая их от грызунов и морозов. Туристы сооружают из раскатанного дюраля подобие посуды.

Круги из сплава алюминия с медью закупают для буровой отрасли. В ней важна не только компоновка, но и вес колонн прохождения. Легкость дюралюминия в сочетании с прочностью и стойкостью к высоким температурам делают выбор промышленников однозначным. Буры из сплава алюминия отлично гасят вибрации, немагнитны и обладают пониженным значением продольного сдвига.

Пригождается дюралюминий и в производственных цехах. Здесь листами из сплава выстилают полы и прочие поверхности. Покрытие делают рифленым, чтобы придать антискользящие свойства.

А вот свойства проводника тока у дюраля, так сказать, в базовой комплектации. Поэтому, провода из сплава алюминия с медью не менее распространены, чем просто медные. Точнее, алюминиевые провода более популярны, ведь и весят меньше, и стоят.

Доступность материала сделало дюралевые листы – одним из материалов для облицовки домов. Как правило, это дачные строения. Их покрытие дюралем требует дополнительного фасада, защиты от коррозии.

Зато, сплав устойчив к химическим реагентам, поэтому, часто применяется еще и в вентиляционных системах, становится материалом для изготовления вытяжек.

Производство дюралюминия

Производство сплава проходит в несколько этапов. Сначала, формируют шихту из гранул чистого алюминия и легирующих металлов. Сплавление осуществляется поэтапно. В итоге, получается первичный дюралюминий.

Теперь, необходима закалка. Она начинается с нагрева материала до 500-от градусов Цельсия. Отжиг при такой температуре дает достаточные мягкость и гибкость сплава. Далее, его нужно охладить. На это уходят несколько дней. Выдерживается 20-градусная температура. Ждут, пока дюраль не достигнет ее же. Старение сплава завершено.

Дабы ускорить закалку промышленники часто проводят ее за несколько часов в условиях небольшого нагрева материала. Качество дюралюминия, при этом, падает. Зато, падают и затраты на производство, ускоряется выпуск.

Между тем, главное, выдержать баланс меж прочностью и пластичностью дюраля. Если сделать его чуть тверже нужного, потеряется не только способность принимать нужную форму, но и стойкость к коррозии.

Поэтому, прежде чем купить дюралюминий, промышленники, как правило, посещают его производство, убеждаясь в следовании нормативам. Берутся образцы для экспертизы. Лишь потом происходит сделка. Узнаем расценки.

Цена дюралюминия

Пластичность дюралюминия позволяет делать из него заготовки любых форм. Так, кило шестигранников по ГОСТу 21488-97 стоит в районе 100-160-ти рублей. Круглые прутки стоят ль 90-та до 230 000 рублей.

Ценник зависит от марки дюрали и сечения деталей. То же касается листов. За образцы толщиной в половину миллиметра, к примеру, просят около 300 000 рублей за тонну.

Уголки из дюралюминия, используемые в строительстве в качестве направляющих, оцениваются в 300 рублей за килограмм. 1 000 граммов в плите оценивается примерно в 100 рулей. Толщина плит, как правило, составляет 1,5 сантиметра.

Трубы из дюрали стоят в районе 130 рублей за килограмм веса. От прутков детали отличаются наличием внутренних полостей. Они есть и в кругах из сплава алюминия с медью. Диаметр полостей в кругах меньше, чем в трубах. Стоят детали, используемые в буровых установках, 140-200 рублей за 1 000 граммов.

Осталось узнать расценки на фольгу. За ее техническую версию просят всего около 200-от рублей за тонну. Если же приобретается пищевая фольга, ценник доходит до 350-ти рублей за кило. Продают материал, как правило, в рулонах весом не более 200-от граммов. Это несколько метров фольги.

Текущая версия страницы пока

не проверялась

опытными участниками и может значительно отличаться от

версии

, проверенной 10 марта 2016;
проверки требует

61 правка

.

Текущая версия страницы пока

не проверялась

опытными участниками и может значительно отличаться от

версии

, проверенной 10 марта 2016;
проверки требует

61 правка

.

Бинарная

фазовая диаграмма

состояния сплавов алюминий-медь. Узкий диапазон сплавов типа дюралюмин представлен окрашенной полосой.

Дюралюми́н, дюралюминий, дюраль — собирательное обозначение группы высокопрочных сплавов на основе алюминия (алюминиевый сплав) с добавками меди, магния и марганца. Название сплава происходит от торговой марки Dural (фр. dur — твёрдый) — коммерческого обозначения одного из первых упрочняемых термообработкой и последующим старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами в нём являлись медь (4,5 % массы), магний (1,5 %) и марганец (0,5 %); остальное — алюминий (93,5 %). При испытаниях на растяжение типовое значение предела текучести дюралюминов составляет порядка 250 МПа, предела кратковременной прочности 400…500 МПа, однако прочностные характеристики конкретного сплава зависят от его состава и, в особенности, от термообработки.

Названия[править | править код]

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[1]. 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 2019 году было начато промышленное производство сплава[2].

Дюралюминий разработан немецким инженером-металлургом Альфредом Вильмом (Alfred Wilm), сотрудником металлургического завода «Dürener Metallwerke AG». В 2019 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 2019 году Альфред Вильм подал заявку на патент «Способ улучшения сплавов алюминия, содержащих магний»[3]. Вскоре лицензии на способ были приобретены компанией «Dürener Metallwerken», которая вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» (нем. duraluminium)[4]. 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 2019 году, новый сплав получил третью премию. В 2019 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[5].

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 2024, 2019 (во Франции ранее обозначался AU4G или duralumin) и 2117. По международной универсальной классификации группе деформируемых алюминиевых сплавов Al-Cu-Mg присваиваются обозначения от 2019 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

Свойства и применение[править | править код]

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

заклёпками

дюралюминиевых профилей

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 2019 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[6].

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, анодируют, покрывают грунтовками, специально разработанными для авиации (обычно жёлтого или зелёного цветов) и при необходимости окрашивают.

Факты[править | править код]

  • В конце 1930-х годов руководство фирмы «Dürener Metallwerke AG» и исследовательские лаборатории располагались в районе Борзигвальде Берлина. Там в начале 1940-х годов были разработаны высокопрочные деформируемые сплавы системы Al-Zn-Mg с пределом прочности не ниже 50 кгс/мм2, применявшиеся серийно на самолётах Хейнкель и Юнкерс в виде прессованных профилей и штамповок[7]. В частности, для сплава «Hydronalium Hy43», разработанного в Институте DVL в 2019 году (состав: 4,5 % Zn, 3,5 % Mg, 0,3 % Mn, 0,4 % Cu, остальное — Al), к 2019 году Министерством авиации RLM была выпущена спецификация Flw3.425.5[8].
  • Марка сплава Д16 появилась к 2019 году как результат безлицензионного воспроизводства и освоения металлургической промышленностью СССР технологии изготовления плит, листов и профилей американского сплава 2019 (состав: 4 % Cu, 1,5 % Mg, 0,3 % Сг, остальное — Al), составлявшего основу конструкции планера тяжёлого бомбардировщика Boeing B-29 Superfortress. Приказ о подетальном копировании («…Не допускается никаких отклонений от американского прототипа, ни в одной детали, ни в одном агрегате…» подпись — Иосиф Сталин.) самолёта Boeing B-29 был отдан лично Сталиным в 2019 году в планах и перспективах создания Ту-4 — первого отечественного самолёта-бомбардировщика, носителя атомного оружия. «ВИАМ исследовал вес деталей, их химический состав, структуру и свойства. Как оказалось, отечественные дуралюмины уступали по свойствам сплаву 2024»[9]. Как оказалось, американский сплав 2019 отличался от отечественного дюралюмина Д1 повышенным (до 1,5 %) содержанием магния и небольшой добавкой (0,3 %) хрома.

См. также[править | править код]

  • Кольчугалюминий — советский аналог дюралюминия, разработанный в 2019 году.
  • Альклед — алюминиевый сплав, по заказу NACA. С 2019 года использования в авиастроении США.

Примечания[править | править код]

  1. ↑ В 2019 году компания «Dürener Metallwerken» вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» (нем. duraluminium).
  2. ↑ Краткий словарь авиационных терминов. Под редакцией проф. В. А. Комарова. М.: Изд-во МАИ, 1992, с. 54.
  3. ↑ Германский патент № 244554 Verfahren zum Veredeln von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen. 20 марта 2019 года.
  4. ↑ Вскоре многие компании стали изготавливать дюралюминий, не обращая внимание на патент Вильма. Вильм долго боролся с патентными нарушителями, пока борьба исчерпала его силы и пока не кончились лицензионные поступления. К 2019 году Вильям оставил профессию металлурга и стал фермером. Вильм оставался фермером вплоть до своей смерти. — В кн. Walther Pahl, Weltkampf um Rohstoffe. Leipzig 1941, S. 126.
  5. ↑ A. Wilm, Physikalisch-metallurgische Untersuchungen über magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen. Metallurgie, 1911, Bd. 8, N 7, 225—27.
  6. ↑ Алюминиевые сплавы.- В кн.: Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г. П. Свищев. — М.: Научное издательство «Большая российская энциклопедия» : Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского, 1994. — 736 c.: ил. ISBN 5-85270-086-X
  7. ↑ Организация ОТБ по изучению немецкой авиационной науки и техники.
  8. ↑ Mühlenbruck A., Seeman H.J. Untersuchungen an Al-Zn-Mg-Knetlegierungen. Luftfahrtforsch., 1942, Bd. 19, № 9, s. 337—343
  9. ↑ О Фридляндере И. Н. Международная научно-техническая конференция ВИАМ Архивная копия от 8 апреля 2019 на Wayback Machine. 2019 год.