Конструкционные алюминиевые сплавы дюралюмины

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/см 3 , что ниже плотности В95 — 2,85г/см 3 . 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.

Дюралевый сплав. Свойства и технологии

Дюраль был создан немецким инженером-металлургом Альфредом Вильмом в 1903 году. Через шесть лет после этого сплав начал выпускаться в промышленных масштабах под маркой «Дюраль».

Дюраль начал широко использоваться в авиации – из него изготавливались каркасы для дирижаблей, а с 1920 года он стал главным материалом в авиастроении. Однако сфера его применения на сегодняшний день намного шире. Сейчас дюралевый прокат используется в производстве самолетов, скоростных поездов и автомобилей, для изготовления оборудования в пищевой и легкой промышленности, в строительстве, для создания рекламных конструкций.

Что отличает дюраль от обычного алюминия? В первую очередь – более высокие показатели прочности и износостойкости, а также несколько меньший вес. Кроме того, дюралюминий легче поддается как холодной, так и термообработке. Он устойчив к экстремальным температурам, поэтому широко используется в производстве скоростных поездов и самолетов.

Поскольку дюралевый прокат менее стоек к коррозии, чем обычный алюминий, на поверхность этого материала наносят тонкий слой чистого алюминия методом горячего катания – это предохраняет прокат от окисления.

В процессе проката дюралю можно придать различные свойства. В зависимости от типа обработки дюралюминий бывает мягким и пластичным или очень прочным и жестким. Также он может обладать шероховатой, матовой, полузеркальной или шлифованной поверхностью.

Существует несколько марок дюраля, которые различаются содержанием разных примесей: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Самая популярная марка – Д16 с высоким содержанием магния, она заслужила широкое распространение благодаря оптимальному сочетанию цены и качества.

По ГОСТу 8617-81 дюралевый профиль подразделяется на несколько групп исходя из нескольких критериев:

Назначение:

профиль электротехнический;
дюралевый профиль общего назначения.

Прочность:

повышенная. Этот вид маркируется как «ПП»;
нормальная. Обозначается маркой дюралевого сплава без дополнительных символов.

Состояние материала:

Т – закалённые и естественно состаренные;
Т5 – не полностью закалённые и искусственно состаренные;
Т1 – закалённые и искусственно состаренные;
М – отожжённые;
горячепрессованные (без термической обработки). Эти виды обозначаются маркой дюралевого сплава без дополнительных знаков.

Кстати…

Температура плавления дуралюминия – 650 o С. Это позволяет использовать его даже там, где требуется особая жаростойкость.

Изделия из дюраля. Характеристики и преимущества

Листы

Дюралюминиевые изделия чаще всего выпускаются в виде листов – такая форма наиболее удобна для использования. Толщина дюралевых листов колеблется от 0,3 до 10 мм.

Дюраль листовой часто используется в строительно-отделочных работах, например, для внешней облицовки строений. Рифленые дюралевые листы с антискользящими свойствами нередко применяются в транспорте – при изготовлении автобусов, вагонов электричек и метро, судов, лодок и катеров. Дюралевый лист незаменим при отделке фасадов, потолков, лестниц, стенных панелей, он нередко используется при возведении перегородок. Дюраль легко поддается окраске, что делает возможным его применение в декоративных целях для оформления интерьеров и для создания сложных рекламных конструкций.

Плиты

Более толстые листы называют «дюралевыми плитами». Это прочное, легкое и пластичное изделие из дюралюминия. Согласно принятым стандартами дюралевые плиты до 60 мм имеют длину с интервалами в 500 мм. Если же толщина плиты более 60 мм, то ее длина не нормируется.

Дюралевые плиты хорошо обрабатываются и свариваются точечной сваркой. Их используют для обшивки самолетов, скоростных поездов и кораблей – это оптимальный материал для подобных целей. Из них также производят различные строительные конструкции. Дюралевая плита – это, в сущности, очень простой в обработке полуфабрикат, которому можно придать любую форму.

Трубы

Труба дюралевая – это полый профиль, сечение которого может быть не только круглым, но и квадратным, прямоугольным или фасонным. Дюралевые трубы могут быть:

тонкостенными (толщина стенки менее 5 мм);
толстостенными (более 5 мм).

По способу изготовления они делятся на прямошовные сварные, прессованные и холоднодеформированные. Трубы из дюралюминия прочны, долговечны и не подвержены коррозии. Использование дюралевых труб обеспечивает пропускную способность в различных инженерных системах. Кроме того, дюралевая труба небольшого диаметра часто служит материалом для создания легких каркасных конструкций. Дюралевые трубы незаменимы в авиастроении, энергетике, пищевой, нефтяной, газовой, фармацевтической и химической промышленности.

Прутки

Дюралевый пруток — это сплошной профиль с круглым, квадратным или шестигранным сечением. Он пластичен и легко поддается резке. Материал используется в строительстве и машиностроении, в том числе и в создании самолетов. Основное преимущество такого прутка – сочетание небольшого веса и высокой прочности. Он применяется не только как конечный продукт, но и в качестве полуфабриката для изготовления других изделий. Это один из самых распространенных и востребованных видов цветного металлопроката.

Где купить дюраль?

Продажей дюралевого профиля занимаются многие фирмы, но далеко не все они могут предложить не только качественный товар, но и соответствующий уровень сервиса, особенно для заказчиков из регионов. Чтобы избежать неприятных неожиданностей, следует обращаться к профессионалам с большим опытом.

«МетПромСтар» работает на отечественном рынке металлопроката с 2005 года и давно заслужила репутацию надежного партнера. Компания имеет солидный опыт работы на рынке металлопроката и прочные партнерские связи с ведущими отечественными и зарубежными производителями. Она предлагает своим клиентам огромный ассортимент продукции и сжатые сроки поставок. Клиенты «МетПромСтар» имеют возможность выбрать удобную для них форму оплаты и воспользоваться системой скидок. Помимо продажи проката компания занимается и металлообработкой – к услугам клиентов лазерная, плазменная и газовая резка стали, гибка металла и производство изделий по эскизам заказчика. Все виды обработки выполняются на новейших импортных установках.

Купить дюралевый прокат любого типа можно как на складе в Москве, так и через региональные терминалы транспортных компаний по всей России. «МетПромСтар» принимает заказы из Абакана, Архангельска, Астрахани, Барнаула, Белгорода, Брянска, Владимира, Волгограда, Воронежа, Екатеринбурга, Ижевска, Иркутска, Калуги, Краснодара, Курска, Липецка, Мурманска, Новосибирска, Орла, Пензы, Пскова, Рязани, Самары, Санкт-Петербурга, Саратова, Смоленска, Тамбова, Твери, Тулы, Тюмени, Ульяновска, Уфы, Хабаровска, Челябинска, Ярославля и других городов.

Основные виды сплавов

Существует несколько видов сплавов, отличающихся своими характеристиками.

1. Алюминий + марганец или магний. Такой сплав называют «магналии». Материал отличает высокая стойкость к коррозии, хорошая сварка и пайка. Между тем — материал плохо поддаётся обработке на металлорежущем оборудовании. Кроме того при работе со сплавом магнолии никогда не используют промежуточную закалку.

Магнолии применяют для бензопроводных систем, радиаторов для автомобилей, ёмкостей различного назначения.

2. Сплав, состоящий из алюминия, магния и кремния, получил название — «авиаль». Сплав обладает такими свойствами как:

Высокая стойкость к воздействию коррозии;
Высокая прочность сварных и паянных швов.

Для получения данных технологических свойств авиаль проходит термообработку. Ее проводят при температуре, почти в 520 ºC. Последующее резкое охлаждение необходимо выполнить в воде, температура которой составляет 20 ºC.

После проведения такой обработки авиаль можно использовать для работы в условиях повышенной влажности, его широко применяют в самолетостроении. В последние годы, авиаль используют для замены стальных деталей из носимым устройств связи, например сотовых аппаратов и пр.

3. Еще один сплав — дюралюмин. В него, кроме алюминия входят медь и марганец. Пропорции компонентов изменяют, тем самым модифицируя качественные свойства сплава. Но несмотря ни на что, дюралюмин обладает не высокой стойкостью к коррозии. Поэтому на поверхность наносят слой чистого алюминия. Такая операция называется плакированием и с успехом предотвращает воздействие коррозии.

Дюралюмин применяют в транспортном машиностроении, в частности, детали из этого материала установлены в скоростном поезде «САПСАН».

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.

Сразу после появления дюралюминия его назвали самым подходящим материалом для строительства дирижаблей и самолетов.

Среди технологических свойств следует отметить нижеприведенные моменты:

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.
Небольшой вес. Рассматривая химический состав можно отметить, что большая часть состава представлена алюминием. Этот металл известен своей легкостью.
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.
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.
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:

Закалку в естественных условиях. При маркировке указывается буква «Т».
Выполняют процедуру искусственного старения, что также отражается на маркировке «Т1».
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.

Технология производства и применение дюраля

Дюраль можно легко выковать, отлить и обработать в связи с его низкой температурой плавления. Он отжигается при температуре от 350 до 380 C, с последующим охлаждением воздухом. После этого сплав становится пластичным и может быть легко обработан и сформирован в желаемых формах. Затем сплав подвергают термической обработке при температуре от 490 до 510 C для улучшения его свойств растяжения. После этого дюраль гасится и затвердевает.

Дюраль имеет следующие области применения:

Для изготовления проволоки, прутка и стержней, в местах, где требуется хорошая прочность и обрабатываемость.
В тяжелых поковках, колесах, плитах, авиационной арматуре, резервуаре космического усилителя и в компонентах подвески, то есть в местах, где требуется высокая прочность, в рабочих зонах при повышенных температурах.
Для изготовления конструкций самолетов, колес грузовых автомобилей, изделий винтовых станков, заклепок и других конструкционных изделий.
В качестве листов для панелей кузова.
В поковках, в поршнях авиационного двигателя, рабочих колесах реактивных двигателей и кольцах компрессора.
Для изготовления штамповок и листовой продукции.

Дюраль используется для производства самолетов

Метод, который используется для превращения дюралюминия в слитки:

Сплав подвергается высокому давлению, прежде чем превратится в слитки.
Процесс включает в себя прокатку, прессование и другие обязательные этапы.
Затем он преобразуется в пластины, листы, трубы и провода и гасится в воде в течение примерно четырех дней, этот процесс называется естественным старением.
Иногда он подвергается искусственному старению при температуре около 190 Свтечение нескольких часов.

Антикоррозийная защита дюралюминия Д16.

Повышенной стойкостью к коррозии обладает дюралюминиевый сплав Д16, прошедший высокотемпературную закалку, плакировку чистым алюминием или анодирование. Первый способ применим только для листов, поскольку тонкий слой алюминия (не более 4% от толщины изделия) необходимо наносить с обеих сторон заготовки. Для этого отфрезерованные слитки дюралюминия, покрывают планшетами из чистого алюминия, а затем прокатывают. В результате получают листовые полуфабрикаты, устойчивые к коррозии, царапинам и другим механическим повреждениям. Правда, у них имеется недостаток – пониженная усталостная прочность.

Другие полуфабрикаты подвергают анодированию или электрохимическому оксидированию в серной кислоте. Таким образом, на их поверхности образуется плотная и толстая оксидная пленка, которая эффективно защищает дюралюминиевый сплав от коррозии.

Однако, коррозионная стойкость естественно состаренного дюралюминия, не имеющего защитного слоя, резко снижается при температуре более 100 градусов. Нагрев ведет к возникновению межкристаллитной коррозии и растрескиванию готового изделия.

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».

Области применения дюралюминия

Формула успеха дюралюминия была проста. Лёгкий вес и прочность нового продукта способствовали его быстрому распространению. Первым большим его применением стали конструкции каркаса дирижабля. Показал он себя отлично, и со временем ему находили место во всё больших отраслях машиностроения.

Авиастроители по достоинству оценили дюраль, и она быстро стала основой самолётостроения, а также в будущем основным конструкционным материалом в производстве космической техники.

Её применяют в производстве поездов. Дюралюминий в наши дни можно встретить даже на кухне в виде многочисленных бытовых предметов. А также активно используется дюралюминиевая фольга, в которой продают кондитерские изделия.

Активно используется сплав и в строительстве. Различные трубы, листы являются частями конструкций зданий.

Используется дюраль и в автомобилестроении, помогая инженерам уменьшить вес машины, улучшая технические показатели автомобиля. Благодаря устойчивости к высоким температурам, её можно использовать и для внутренних механизмов двигателя.

Дюралюминий лучше переносит вибрацию, чем сталь, что позволило применять его в буровых работах.

Можно заметить, что не все сплавы дюралюминия пригодны для сварки. Например, при строительстве самолётов для создания конструкций из деталей дюралюминия используются заклёпки. Они могут делаться из того же сплава дюралюминия, только пригодного для сварочных работ.

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.

Свойства дюралюминия

Не смотря на попытки борьбы с коррозией путём добавления марганца и магния, дюралюминий все же ей подвержен и подвержен достаточно, чтобы на это обратить внимание. Потому, при эксплуатации необходимо защитить его при помощи какого-либо покрытия. Защита должна быть настолько тщательной, насколько это возможно.

Дюраль отличается небольшим весом при большой прочности. Благодаря этому её и используют как основной конструкционный материал в космонавтике и авиации. Используется также в авиастроении, при производстве скоростных поездов и различных других областях машиностроения.

Средняя плотность дюралюминия 2500−2800 килограмм на кубический метр.

Дюралюминиевый сплав, в отличие от алюминия чистого, хорошо подходит к сварочным работам.

Обладает высокой устойчивостью воздействиям среды и низкой уязвимостью к разрушению.

Появление такого лёгкого и прочного материала позволило поднять машиностроение на новый уровень и построить такие технические проекты, которые ранее казались неосуществимыми.

Состав и общие требования к дюралюминию указаны в ГОСТ 4784-97. Документ распространяется на все алюминиевые сплавы. Он содержит таблицы, в которых указаны состав и области применения соединений.

Существенное достоинство дюралюминия — меньший, чем у стали вес, несмотря на прочность этого материала. Это позволяет использовать его при изготовлении автомобилей, самолетов, ракет для облегчения конструкции.

Дюралюминий более устойчив к вибрациям, чем сталь. Благодаря этому он широко используется при изготовлении бурового оборудования.

Среди недостатков — высокая чувствительность к коррозии. Не все типы дюраля пригодны для сварки.

Преимущества и недостатки

Дюралюминий – это сплав на основе алюминия, который, как любой материал, имеет преимущества. Среди них:

Высокие показатели статической прочности.
Продолжительный срок эксплуатации.
Низкая уязвимость к разрушению.
Устойчивость ко многим агрессивным средам, механическому, температурному воздействию.
Адаптированность к сварным работам (алюминий в чистом виде плохо реагирует на сваривание швов).
Многочисленность областей применения.

Есть один существенный недостаток, которым обладает дюралюминий – это подверженность коррозионным поражениям. Все изделия из материала в обязательном порядке плакируют чистым алюминием или покрывают грунтовочными составами, препятствующими появлению ржавчины.

Приобрести материал не представляет сложности, стоимость формируется в зависимости от компонентного состава. Большинство заводов, производящих цветные металлы, выпускают дюралюминий. Цена зависит от многих факторов, в частности от вида изделия, объема поставки и других условий. В сопроводительных документах производитель обязан указать данные о процентном содержании сплава, соответствии ГОСТу, эксплуатационные характеристики.

Стоимость изделий из дюраля (уголок, труба, лист) стартует от 580 рублей за килограмм. При увеличении объема поставки цена за тонну труб из сплава составляет около 510 тысяч рублей. Дюралюминиевые круги стартуют в цене от 250 рублей за килограмм. Круг – условное обозначение заготовки материала, сечением которого является круг различной величины, длина изделия достигает 3 метров.

Читать еще: Сварка на электронно-лучевых сварочных установках: плюсы и минусы