Дюралюминий — состав, свойства, применение различных марок сплава

В промышленности применяют множество конструкционных материалов и один из них дюралюминий. По сути — это собирательное название сплавов, изготовленных на базе алюминия и состава легирующих компонентов. Сплав получил своё название от слова Dural. Именно таково было название одного из первых сплавов, который подвергался термической обработке.

 

Дюралюминий: особенности

Само наименование сплава пошло от торговой марки Dural, под которой был начат его выпуск. В русский язык оно пришло в начале двадцатого века и обозначает целую группу сплавов с алюминием в основе. Могут встречаться различные формы, например «дуралюминий» и «дюраль».

Немного истории

Дюралюминий разработан немецким ученым Вильмом в 1903-ем. Металлург попросту смешал алюминий, медь, кремний. С этого момента до начала серийного производства прошло всего 6 лет. В 1911 году дюралюминий стали применять строительства воздушных судов, в частности, дирижаблей и тяжелых бомбардировщиках. Малый вес конструкций при сопоставимой с прочностью стали позволил уменьшить массу летательных аппаратов в 2 — 3 раза. Это привело к резкому развитию авиационной промышленности.

Основные свойства этих сплавов

В базовый состав сплава входят следующие вещества:

• медь — до 0,5%;
• марганец до 0,5%;
• магний до 1,2%;
• кремний и многие другие.

Изменяя пропорции используемых веществ можно изменять и свойства дюралюминия.

Прочность дюралюминия достигает — до 500 МПа под действием временных нагрузок и 250 — 300 при стандартных нагружениях, (прочность чистого алюминия — 70-80 МПа). Этот параметр сделал дюрали материалом, используемым во многих областях промышленности в том числе и высокотехнологичных. Сплав алюминия с некоторыми элементами, в определенных пропорциях, изменяет полученного сплава.

Благодаря компонентам, применяемым в производстве дюралюминия он приобретает ниже приведенные свойства:

• прочность, которая сопоставима с определёнными марками стали;
• высокая стойкость к температурному воздействия. материал начинает плавиться при температуре 650 ºC.
• повышенная электропроводность. это происходит из-за наличия меди.
• дюраль хорошо переносит прокат как по горячей, так и по холодной технологии.

Высокие технологические свойства дюралюминия, привели к высокому спросу на него. В мире производят порядка 60 000 тысяч тонн, из которого почти половину (свыше 30 000 тысяч тонн) изготавливают на территории КНР. Россия занимает второе место об объёмам производства, металлургические заводы получают 3 580 тыс. тонн.

Особенности производства

Производства дюраля, как и большинства сплавов, сопряжено с рядом сложностей. Получение дюраля происходит последовательно. На первом этапе получают технический алюминий и только потом в него начинают вносить добавки, формирующие его свойства. На втором этапе, получений первичный дюраль проходит через термический отжиг, производимый при 500 ºC. Такой режим обработки обеспечивает гибкость и мягкость металла. Для повышения прочности дюраль проходит через операцию старения.

Отечественная и иностранная промышленность освоила выпуск следующих видов проката:

• листы и полосы разного типоразмера ГОСТ 21631-76;
• прутки круглые и многогранные по ГОСТ 21488-97;
• трубы разного диаметра и разной толщиной стенок ГОСТ 18475-82 и ГОСТ 18482-79;
• профили различной формы сечения.

 

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.

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.

Химический состав по ГОСТ 4784–77 и ОСТ 190048–77

Сплавы данной группы содержат от 2 до 5 % Cu, 0,15–2,7 % Mg, 0–1,0 % Mn, до 0,7 % Fe, до 0,7 % Si и небольшие количества цинка и титана в виде примесей. В сплавы с повышенным содержанием магния (Д19, ВАД-1, Д19П) вводят небольшие количества бериллия для понижения окисления в процессе плавки, литья и термической обработки.

Химический состав (%) конструкционных сплавов типа дуралюмин (дюралюминий)

Сплав	Основные компоненты			Примеси (не более)
	Си	Mg	Мп	Fe	Si	Ni	Zn	Ti	Прочие
									Каждая	Сумма
Конструкционные сплавы
*  В сплавах Д19, Д19ч, Д19П, ВАД-1 содержится 0,0002—0,005%   Be.
Д1	3,8–4,8	0,4–0,8	0,4–0,8	0,7	0,7	0,1	0,3	0,1	0,05	0,1
Д1ч	3,8–4,8	0,4–0,8	0,4–0,8	0,4	0,5	0,1	0,3	0,1	0,05	0,1
Д16	3,8–4,9	1,2–1,8	0,3–0,9	0,5	0,5	0,1	0,3	0.1	0,05	0,1
Д16ч	3,8–4,9	1,2–1,8	0,3–0,9	0,3	0,2	0,05	0,1	0,1	0,05	0,1
1163	3,8–4,5	1,2–1,6	0,4–0,8	0,15	0,1	0,05	0,1	0,01–0,07	0,05	0,1
Д19*	3,8–4,3	1,7–2,3	0,5–1,0	0,5	0,5	—	0,1	0,1	0,05	0,1
Д19ч*	3,8–4,3	1,7–2,3	0,4–0,9	0,3	0,3	—	0,1	0,1	0,05	0,1
ВАД-1*	3,8–4,5	2,3–2,7	0,35–0,8	0,3	0,2	—	0,1	—	0,05	0,1
ВД17	2,6–3,2	2,0–2,4	0,45–0,7	0,3	0,3	—	0,1	0,1	0,05	0,1
Заклепочные сплавы
Д19П*	3,2–3,7	2,1–2,6	0,5–0,8	0,3	0,3	—	0,1	0,1	0,05	0,1
Д18	2,2–3,0	0,2–0,5	0,2	0,5	0,5	—	0,1	0,1	0,05	0,1
В65	3,9–4,5	0,15–0,3	0,3–0,5	0,2	0,25	0,1	0,1	0,1	0,05	0,1

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.

Нормативная база

В нашей стране существует несколько ГОСТ, которые нормируют требования к алюминию и его сплавов. Один из них — это ГОСТ 4784-97 Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки (с Изменениями N 1, 2, 3, с Поправками). Он распространяется на алюминий и сплавы из него, которые предназначены для получения полуфабрикатов различного типа и форм.

В частности, ГОСТ определяет соотношение алюминия и остальных компонентов. В этом же документе указаны требования.

Кстати, в этом же документе можно найти и наименование иностранных аналогов, например,

Д16 можно заменить на AlCu4Mg1, а Д16ч на сплав 2124.

В документах, которые предоставляет производитель, в обязательном порядке должны быть указаны не только марка готовой продукции но и ее химический состав.

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.

Дюраль: состав сплава

С течением времени состав сплава дюрали совершенствовался, появилось множество новых видов, их различия как в составе примесей, так и способе последующей обработки.

• Al+Cu+Mg. Этот тип называется дюралюмином. В зависимости от концентрации меди и марганца в сплавах меняются и его общие свойства и характеристики. Данный вид не имеет дополнительной защиты от коррозии, потому для его эксплуатации необходимо дополнительное покрытие для защиты от влаги.
• Al+Mg+Si. Такой тип называется «авиаль». Добавление к алюминию частей магния и кремния повысило коррозионную стойкость сплава. Для получения своих свойств сплав проходит термообработку при температуре около пятисот градусов по Цельсию и охлаждается в воде с температурой двадцать градусов с естественным старением около суток. Такая обработка позволяет эксплуатировать сплав в условиях повышенной влажности и под напряжением.
• Al+Mg, Al+Mn. Этот сплав имеет название «магналии». При его производстве не используется термическая обработка. Основными его плюсами является повышенная устойчивость к коррозии и хорошая пригодность к сварочным и паяльным работам.

Состав дюралюминия в процентах можно рассмотреть на примере состава сплава дюралюминий д16:

• Al (Алюминий): 91 — 94.7%.
• Cu (Медь): 3.7−4.9%.
• Fe (Железо): 0.5%.
• Si (Кремний): 0.5%.
• Zn (Цинк): 0.25%.
• Mg (Магний): 1.1 — 1.8%.
• Cr (Хром): 0.1%.
• Mn (Марганец): 0.4% – 0.9%.
• Ti (Титан): 0.15%.

Могут добавляться маркировки, зависящие от форм выпуска сплава:

• «Т» — закалка в естественных условиях.
• «Т1» — после процесса искусственного старения.
• «А» — после покрытия специальными лаками и анодирования.

Например, д16т.

Немного экономики

Изделия из дюралюминиевого сплава не составит труда приобрести. Его производство развёрнуто почти на всех предприятия цветной металлургии. Цена на продукцию образовываются в зависимости от состава, сортамента, размеров отгрузки и, конечно, удалённостью производителя до места реализации.

Немного слов в заключении

Про дюралюминий, можно смело сказать, что его появление обеспечило технологические прорывы в самолетостроении, космической промышленности и без своевременного появления мы бы летали на самолетах из дерева.

:

/5 — голосов

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...