Дюралюминий что это такое

Дюралюминий

Дюралюми́ний — торговая марка одного из первых упрочняемых старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами являются медь (4,5 % массы), магний (1,6 %) и марганец (0,7 %). Типовое значение предела текучести составляет 450 МПа, однако зависит от состава и термообработки.

Содержание

Названия

Фирменное название дюра́ль (Dural®) в русском языке стало по преимуществу разговорным и профессионально-жаргонным. Иногда встречаются также старая (основная до 1940-х) форма дуралюми́ний и англизированные варианты дуралюми́н, дюралюми́н, дюралеалюми́ний. Название происходит от немецкого города Дюрен, нем.  Düren , где в 1909 году было начато его промышленное производство [1] .

Дюралюминий разработан германским 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 твердым и прочным, не теряя при этом пластичности. Дальнейшие эксперименты со сплавами этой системы привели к освоению в 1909 году заводом Dürener Metallwerke сплава дюралюминия. Обнаруженное Вильмом старение алюминиевых сплавов позволило повысить прочность дюралюминия до 350—370 МПа по сравнению с 70—80 МПа у чистого алюминия [2] . Распространённые в Европе (Швейцария и Великобритания) алюминиевые сплавы марок Avional и Hiduminium являются близкими по составу к дюралюминию сплавами других производителей.

Дуралюминами называют сплавы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дуралюмином является сплав Д1, однако вследствие сравнительно низких механических свойств производство его заметно сокращается; сплав Д1 для листов и профилей заменяется сплавом Д16.

Свойства и применение

Дюралюминий — основной конструкционный материал в авиации и космонавтике, а также в других сферах с высокими требованиями к весовой отдаче.

Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции, с 1911 года — более широкое применение. Состав сплава и термообработка в годы Первой мировой войны были засекречены. Благодаря высокой удельной прочности дюралюминий начиная с 1920-х годов становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.

Плотность сплава 2500—2800 кг/м³, температура плавления 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 твёрдостью, чем чистый алюминий).

После отжига (нагрева до температуры около 500 °C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного — при 20 °C — несколько суток, искусственного — при повышенной температуре — несколько часов) становится твёрдым и жёстким.

В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками марганца — известны под общим названием дюралюмины. В их число входят сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному 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 [3] .

Недостаток дюралюминов — низкая коррозионная стойкость, изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Листы дюралюминов, как правило, плакируют чистым алюминием.

Новости. Полезная информация.

Дюраль представляет собой особый по своим параметрам дюралевый сплав особой марки.
Материал разработан германским инженером-металлургом по имени Альфред Вильм. Это сотрудник металлургического завода, расположенного в Германии.
В начале 20 века Вильм в процессе работы установил, что алюминиевый качественно выполненный сплав особой марки, в котором присутствует определенное количество меди, после достаточно резкого и сильного охлаждения, находясь в помещении с комнатной температурой в течение примерно 5 суток, постепенно и верно становится очень прочным и очень твердым, так как дюралевый состав оптимален. При этом сплав совершенно не теряет свою пластичность.

Состав материала
На данном достижении эксперименты, которые проводились, не закончились. Обнаруженные специалистом строения металлов и сплавов позволили значительно повысить показатели уровня прочности такого основания, как дюралюминий, примерно до 350—370 МПа. Этому способствует особый состав и сплав качественных компонентов.
Дюраль имеет в своем составе такие элементы, как:
• медь 4,4%;
• марганец 0,5%;
• магний 1,5%;
• кремний 1,2%;
• железо примерно 0,1%;
• алюминий – все остальное.
Показатели прочности находятся на самом высоком уровне, именно по этой причине ему дали название «дюраль», который в переводе с латинского обозначается, как твердый состав.

Как получается материал

Данный сплав получается в процессе нагревания его до температуры не менее 500 градусов. После этого материал закаливается в нужной температуры воде или упрочняется посредством методов естественного или качественного искусственного строения.
После данной процедуры дюралюминий обретает такие показатели, как гибкость и мягкость, а после придания сплаву старения становится он очень твердым и приобретает такое качество, как прочность.
Сварка проводится на высоком качественном уровне, а состав его отличается идеальным качеством.
Процесс естественного старения осуществляется, как правило, в течение суток. При этом выдерживается температура примерно 20 градусов. Что касается искусственного старения, то оно обычно занимает не так много времени, но при этом требует применения более высоких температурных показателей. В результате проведенных работ металл в процессе изготовления получается очень прочным. Сплав дюралюминий в состоянии идеально противостоять всем механическим повреждениям и выдерживать серьезные нагрузки.

Дюралюминий на данный момент считается не таким распространенным, как обычный алюминий, несмотря на это в процессе строительства он просто незаменим, особенно при таком процессе, как сварка. Используют его, как правило, при возведении разнообразных жилых сооружений, а также в распространенных сферах автомобиле- и авиастроения. Подобная популярность основана на том, что дюраль обладает высокими показателями прочности, в отличие от самого алюминия.
Детали, которые производятся из качественного дюраля обладают показателями плотности от 2500 до 2700 килограмм на один метр кубический. Отмечаются также такие качество, как износоустойчивость. Технические свойства характеризуются, как уникальные и по достоинству оцениваются большим количеством специалистов. Они осуществляют с ним такие виды деятельности, как сварка и иные манипуляции.

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.

Д16 Алюминиевый сплав

Алюминиевый сплав Д16 – дюралюминий повышенной прочности системы А1–Сu–Мg с легируемыми добавками марганца. По твердости и механической прочности он не уступает стали, но, в отличие от нее, обладает в 3 раза более легким удельным весом. В связи с этим, он активно используется во всех областях промышленности, особенно в авиастроении, при изготовлении силовых конструкционных элементов.
Однако, дюралюминий Д16 обладает одним главным недостатком – низкой коррозионной стойкостью и нуждается в специальных антикоррозийных средствах защиты. В большинстве своем сплав плакируют или анодируют, что существенно повышает его сопротивление коррозии.
Химический состав
Дюралюминий Д16 относится к алюминиевым сплавам, содержащим до 94,7% алюминия. Остальное приходится на легируемые элементы – медь, магний, марганец, а также ряд примесей.
Примеси железа и кремния негативно сказываются на прочности и пластичности сплава Д16, поэтому их содержание строго регламентируется стандартом – доля каждого из них не должна превышать 0,5-0,7%.
Марганец не входит в состав упрочняющих фаз, но его присутствие в дюралюминии повышает его антикоррозийность, улучшает механические свойства и увеличивает температуру рекристализации.
В связи с этим, сплав Д16 удовлетворительно куется, режется и фрезеруется с помощью размерного травления, а также сваривается точечной сваркой.

Для увеличения прочности, дюралюминий Д16 подвергают температурной закалке, нагревая до 495-505 градусов. Старение при более высоких температурах приводит к пережогу алюминия, его окислению и оплавлению, в результате чего понижается прочность и пластичность сплава.
Закалку проводят в холодной воде, что значительно увеличивает стойкость дюралюминия Д16 к кристаллизационной коррозии. Затем его подвергают естественно старению в течение 4-5 суток при комнатной температуре, обеспечивающему максимальные антикоррозийные свойства.
В серийном производстве полуфабрикаты сплава Д16 подвергают ускоренному старению, повышая температуру до 100 градусов.
Процесс заканчивается буквально через несколько часов, а изделия получают практически такие же прочностные характеристики, как и при естественном старении.

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.

Применение дюраля Д16.

Дюралюминий Д16 превосходно деформируется в горячем или холодном состоянии, позволяя получать трубы, прутки, профили, заклепки и листы.
Листы и прессованные заготовки нашли широкое применение в авиации. Из них изготавливают обшивку, детали каркасов, шпангоуты и тяги управления для самолетов.
Трубы Д16, обладающие отличной пластичностью, используются во многих силовых конструкциях нефтяной, газовой, химической, энергетической и пищевой отраслях промышленности.
Они превосходно подходят для возведения металлоконструкций, поскольку, в отличие от стальных труб, имеют множество достоинств – легкий вес, удобство при транспортировке, высокую пропускную способность, устойчивость к влаге и коррозии.
В последнее время легкосплавные трубы для бурения стали делать из плакированного или оксидированного дюралюминия Д16, так как он имеет меньшую чувствительность к надрезу, чем высокопрочные алюминиевые сплавы В95, а также обладает повышенной выносливостью в глинистом растворе.

Дюралюминий — состав сплава, свойства и его виды

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.

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.

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».

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Влияние циркония как антирекристаллизатора в сплаве Д16 при содержании менее 0,1 % незначительно. При концентрации циркония более 0,15 % отмечается появление первичных интерметаллидов с цирконием, увеличивается количество дефектов, выявляемых ультразвуковым контролем. Цирконий снижает сопротивление коррозии под напряжением. Небольшие количества бора (0,005—0,01 %) измельчают зерно алюминия и его сплавов. Эффект модифицирования увеличивается в присутствии небольших количеств титана (0,01 %). Эти два элемента образуют соединение TiB₂.

Режимы термической обработки конструкционных сплавов типа дуралюмин

Сплав	Температура нагрева под закалку, °С	Старение
		Температура, °С	Время, ч
Д1	495—510	20	>96
Д16	495—505 (листы)	20	>96
		188—193	11-13
	485—503 (прессованные изделия)	20	>96
		185—195	6-8
Д19	500—510 (листы)	20	120—240
		185—195	12-14
	495—505 (прессованные изделия)	20	120—240
		185—195	8—10
ВД17	495—505	165—175	15—17

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.