Сплав Д16Т — состав, свойства, область применения, аналоги

Справочники по продукции предприятий металлургической отрасли говорят о том, что на базе алюминия производят порядка 250 сплавов. У каждого свой состав, назначение и технические характеристики. Между тем среди этого разнообразия можно встретить сплав Д16Т, который благодаря характеристикам применяют практически во всех отраслях промышленности. 

Особенности сплава и его состав

Д16 представляет собой алюминиевый сплав с добавлением различных легирующих элементов. Главной особенностью дюраля является тот факт, что это самый первый металл, при упрочнении которого начало применяться старение.

В качестве легирующих элементов в сплаве Д16 применяют медь (Cu 4,4%), магний (Mg 1,5%), марганец (Mn 0,5%) и очень незначительное количество кремния (Si до 0,5%), железа (Fe до 0,5%), хрома (Cr до 0,1%), титана (Ti до 0,15%) и цинка (Zn до 0,25%).

Чистый сплав Д16 применяется очень редко, так как он обладает недостаточной прочностью и твердостью. По этой причине дюраль закаляют и подвергают старению. Эти процессы заключаются в нагреве деталей до 500 градусов Цельсия и дальнейшем охлаждении в воде. Старение в свою очередь может применяться искусственное и естественное. При этом название сплава изменяется на Д16Т.

Д16Т является самым востребованным алюминиевым сплавом. Он легкий, прочный и имеет отличные показатели сопротивления усталостным нагрузкам.

Промышленные сплавы системы Al-Cu-Mg

Конструкционные дюралюминиевые сплавы (дюраль, дуралюмин) Д1, Д16, Д19, ВД17, 2024 и др. упрочняют термической обработкой, они обладают высокими характеристиками механических свойств. Упрочнение дуралюмина при термической обработке достигается в результате образования зон Гинье-Престона сложного состава или метастабильных фаз S’ и θ’.

Дюралюминий получают легированием алюминия медью и магнием. Система легирования Al-Cu-Mg была открыта А. Вильмом, когда он получил сплав Д1. Дюралюмины остаются важнейшим сплавом для машиностроения и авиации. Самые значимые для промышленности сплавы в группе дюралюминов Д16 или 2024 и его модификации Д16ч и 1163 используют в термически упрочненном состоянии. Стадия старения после закалки проходит в естественных условиях при комнатной температуре (20°С) и обозначается буквой «Т» после марки сплава — Д16Т, Д16чТ, 1163Т по ГОСТ или «Т4» (близкий «Т3511») в импортной маркировке — 2024Т4 (2024Т3511). Такая термообработка создает хорошее сочетание характеристик вязкости разрушения, выносливости и скорости роста усталостной трещины. Дюралюминий Д16 уступает по прочности и коррозионной стойкости сплавам системы Al-Zn-Mg-Cu (В95, В95пч, В95оч), но превосходит по сопротивлению трещинообразованию при одинаковых относительно прочности напряжениях. Плотность Д16 равна 2,78 г/см3, что ниже плотности В95 — 2,85г/см3. Сплавы 1163 и Д16ч применяются для деталей, от которых требуется повышенная выносливость в условиях растягивающих напряжений.

Сплавы типа дуралюмин упрочняются при термической обработке, состоящей из закалки с 490—525°С (в зависимости от со­става сплава) и естественного (зонного) или искусственного (фазового) старения.

В наиболее легированных сплавах (Д16, Д19, ВД17 и ВАД-1) содержание меди и магния превышает предельную растворимость этих элементов в твердом растворе или приближается к ней, что обусловли­вает гетерогенное состояние сплавов при температурах нагрева перед закалкой. Ограничение верхнего предела по содержанию легирующих элементов позволяет уменьшить количество растворимых избыточных фаз и повысить вязкость разрушения без снижения прочности.

Достоинства и недостатки

Как и любой сплав, дюралюминий Д16Т имеет сильные и слабые стороны. Среди основных преимуществ этого металла стоит выделить:

• гибкость и пластичность;
• механическую прочность в результате термоупрочения;
• разнообразие видов обработки;
• широкий сортамент изготавливаемого проката;
• малый удельный вес.

К незначительным минусам следует отнести:

• небольшую подверженность ржавлению;
• слабую способность к сварке.

Различие естественного и искусственного состаренных сплавов

Температура эксплуатации сплавов Д16, Д16ч, 1163 в естественно состаренном состоянии ограничена 80°С из-за снижения коррозионной стойкости в случае нагревов при более высоких температурах.

Эти сплавы в искусственно состаренном состоянии имеют улучшенную коррозионную стойкость, которая не снижается при нагревах, более высокие прочностные свойства, особенно предел текучести, однако более низкие значения относительного удлинения, вязкости разрушения, выносливости по сравнению с естественно состаренным состоянием.

Существенное улучшение вязкости разрушения в искусственно состаренном состоянии достигается в результате снижения содержания железа, кремния, а также легирующих элементов. Поэтому для деталей в искусственно состаренном состоянии используются улучшенные модификации сплава Д16 — Д16ч и 1163. Эти сплавы в искусственно состаренном состоянии могут применяться в температурно-временных областях, в которых не рекомендуется применять сплавы в естественно состаренном состоянии: при эксплуатационных нагревах при температурах выше 80°С или технологических нагревах выше 125°С, а также при повышенной опасности коррозии под напряжением. При изготовлении деталей из сплавов Д16ч и 1163 в искусственно состаренном состоянии необходимо выбирать конструктивные формы с минимальной концентрацией напряжений, отрабатывать плавность переходов при изменении сечения деталей, уменьшать эксцентриситеты. Кроме того, ограничиваются допустимые деформации при формообразовании и правке в зависимости от состояния термообработки, величины зазора перед сборкой, не рекомендуется ударная клепка.

Сплавы системы Аl-Сu-Mg превосходят по жаропрочности сплавы систем Аl-Mg, Аl-Mg-Si, Аl-Zn-Mg-Cu. Их преимущество перед высокопрочными алюминиевыми сплавами проявляется при температурах выше 100°С и особенно при длительных выдержках. Сплавы Д1, Д16 склонны к образованию кристаллизационных трещин и поэтому относятся к категории несваривающихся плавлением сплавов. Cвариваемым сплавом является сплав ВАД-1.

Как улучшить Д16Т

Для того чтобы защитить сплав Д16Т от коррозии, его поверхность поддается плакировке техническим алюминием, анодированию или лакированию. Материал практически не пригоден для сварки, за исключением точечного метода. В основном монтаж изделий из данного металла осуществляется за счет создания специальных крепежных элементов – заклепок, болтов, шурупов и т. д.

Усилить преимущества дюралюминия Д16Т позволяет дополнительная термообработка. При температуре 500-505 градусов происходит закалка материала (в более высоких пределах возможен пережог Al), затем он закаляется в воде при температуре 250-350 градусов. На последнем этапе дюраль предается естественному старению при комнатной температуре, что дает на выходе максимальную для этого класса твердость 120-130 НВ.

Возврат при старении

В естественно состаренных сплавах типа дуралюмин при быстром и кратковременном (2 мин) нагреве до 250—300°С происходит снижение прочности до значений, свойственных свежезакаленному состоянию. Это явление называется возвратом при старении. Искусственное старение уменьшает явление возврата.

Химический состав и некоторые свойства

Алюминий Д16Т относят к сплавам металлической системы Al/Cu/Mg. В состав входят:

• алюминий до 94 %;
• медь до 4,9%;
• магний до 1,8%;
• марганец до 0,9% и множество других элементов.

Химсостав дюралюминия Д16Т регламентирован в ГОСТ 4784-97. Название расшифровывают следующим образом:

• Д – дюралюминий,
• 16 порядковый номер сплава,
• Т — закаленный и состаренный.

В состав Д16Т могут входить элементы: бериллий, титан, кремний, никель и прочее.

Кремний препятствует свариваемости сплава. Дело в том, что при воздействии высоких температур, возникающих в зоне сварки, в месте сварочного шва образуются трещины, снижающие качество сварки.

Никель снижает пластичность и прочность термически обработанных сталей. Вместе с тем при высоких температурах снижает коэффициент линейного расширения.

Одновременное присутствие в сплаве никеля и железа приводит к повышению механических характеристик. Следует отметить, что совместное содержание этих двух металлов оказывающих положительное влияние на Д16Т напрямую связано с образованием соединения FeNiAl9, как видно из формулы в нем нет и следов пребывания меди.

Специалисты по цветным металлам знают, что наличие одного железа в химическом составе алюминиевого сплава заметно ухудшает его характеристики. Оно способствует образованию пластин феррума. Это явление существенно понижает прочностные характеристики сплава Д16Т. Именно поэтому ГОСТ жестко нормирует содержание железа в Д16Т.

Аналоги

Технические параметры алюминия Д16Т привели к тому, что его производят более чем десяти странах мира. Ниже приведены аналоги сплава, который производят в в индустриально развитых странах мира, в США сплав называется 2024. В Германии 3,155, в странах Европейского союза сплав носит название ENAW-2024.

ГОСТ

Номенклатура выпускаемой продукции чрезвычайно широка, это можно объяснить высокой популярностью металла, возникшей вследствии его широкого применения. Предприятия цветной металлургии, расположенные в нашей стране, выпускают следующую номенклатуру продукцию:

• трубный прокат разного диаметра — ГОСТ 18482-79;
• прутки разного калибра и исполнения — ГОСТ 21488-97, ГОСТ 51834-2001;
• лента в различном состоянии — ГОСТ 13726-97;
• профили разного сечения и размеров — ГОСТ 8617-81
• плиты — ГОСТ 17232-99

Термическая обработка сплава Д16Т

Для повышения рабочих свойств Д16Т подвергают термической обработке, которая проходит в несколько этапов.

На втором этапе дюраль закаливают в воде, при этом важную роль играет ее температура. Оптимальная температура закаливания составляет 250-350 ºC. Именно по достижению этих температур сплав получает предельную стойкость к межкристаллической коррозии.

На третьем этапе сплав подвергают старению. Для этого он выдерживается несколько дней (обычно 4 – 5 дней) при температуре 18 – 20 ºC.

По окончании проведения вышеперечисленных операций сплав марки Д16Т получает твердость 125 – 130 по НВ. Это самый высокий показатель среди всего семейства дюралей.

Зависимость свойств дюралюминия от степени рекристаллизации

Механические свойства горячедеформированных полуфабрикатов из сплавов типа дуралюмин сильно зависят от степени рекристаллизации в процессе нагрева при деформации и термической обработке. Разница в прочности закаленного и состаренного рекристаллизованного и нерекристаллизованного материалов достигает 200 МПа.

Полуфабрикаты с нерекристаллизованной структурой по сравнению с рекристализованной при повышенных прочностных свойствах в долевом направлении имеют преимущество по вязкости разрушения, выносливости при одинаковом по абсолютной величине уровне напряжения, сопротивлению коррозии под напряжением, но обладают более низким относительным удлинением в долевом направлении; выигрыш по прочностным свойствам уменьшается на образце с отверстием.

Листовой материал, изготовленный методом горячей и последующей холодной прокатки, а также проволока и трубы, изготовленные холодной прокаткой и волочением, в закаленном состоянии имеют полностью рекристаллизованную структуру. Профили и прутки, полученные горячим прессованием, после термической обработки могут иметь структуру от полностью нерекристаллизованной до полностью рекристаллизованной. Возможно получение преимущественно нерекристаллизованной структуры и в плитах. Сохранению нерекристаллизованной структуры способствует повышение температуры и уменьшение степени горячей деформации изделий, понижение температуры и времени выдержки при нагреве под закалку, увеличение содержания элементов (Мn, Cr, Zr и др.), повышающих температуру рекристаллизации.

Сферы применения проката Д16Т

Ввиду высокой прочности, твердости и легкости, сплав Д16Т используется для изготовления различного металлопроката. Он востребован в различных промышленных областях:

• в конструкциях самолетов и судов и космических аппаратов;
• для изготовления деталей для машин и станков;
• для производства обшивки и лонжеронов автомобилей, самолетов, вертолетов;
• для изготовления дорожных знаков и уличных табличек.

Незаменимы трубы Д16Т при производстве нефтяного сортамента. Эксплуатационные колонны, собранные них способны обеспечить бесперебойную эксплуатацию скважины в течение 8 лет.

В отличие от стального трубного проката, дюралюминиевые трубы пластичны, легки в транспортировке, прочны и имеют гладкую поверхность. Единственный минус труб Д16Т – склонность к коррозии при длительных нагревах, в агрессивной кислой или газовой среде. Однако, данная проблема успешно решается с помощью неорганических ингибиторов, которые создают на поверхности труб толстую оксидную пленку и снижают их чувствительность к межкристаллитному разрушению.

У нас вы можете купить:

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 опасности пережога.

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.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Ковка металла — горячая, холодная ковка... Поршневые компрессоры воздушные масляные... Влагоотделители для компрессора — видео,... Электроды УОНИ — технические характерист...