Дюралюминий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Бинарная фазовая диаграмма сплавов алюминий-медь. Узкий диапазон сплавов типа дюралюмин представлен окрашенной полосой.

Дюралюми́н, дюралюминий, дюраль — собирательное обозначение группы высокопрочных сплавов на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца. Название происходит от торговой марки Dural — 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 %). Типовое значение предела текучести дюралюминов составляет порядка 250 МПа, предела кратковременной прочности — 400…500 МПа, однако характеристики конкретного сплава зависят от состава и — в особенности — термообработки.

Названия[править | править вики-текст]

Название сплава пришло в Россию из Германии в первое десятилетие XX века - немецк. 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 гг.) форма дуралюми́ний и англизированные варианты дюралюми́н. Название происходит от немецкого города Дюрен, нем. Düren, где в 1909 году было начато его промышленное производство[2].

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 процентов 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 1909 Альфред Вильм подал заявку на патент «Способ улучшения сплавов алюминия, содержащих магний»[3]. Вскоре лицензии на способ были приобретены компанией Dürener Metallwerken, которые вышли на рынок с продуктом под маркой дуралюминий (немецк. Duraluminium)[4]. Состав патентованного дюралюминия завода Dürener Metallwerken: 3,5 - 5,5% Cu; 0,5 - 0,8% Mg; 0,6% Mn. На Международной выставке дирижаблей во Франкфурте в 1909 году новый сплав получил третью премию, в 1910 году на выставке дирижаблей в Петербурге 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 (Великобритания и Швейцария) алюминиевые сплавы марок Hiduminium и Avional являются близкими по составу к дюралюминию сплавами других производителей.

В СССР/России дюралюминами называют деформируемые сплавы системы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дюралюмином является сплав Д1 (Al - 4,3% Cu - 0,6% Mg - 0,6% Mn), 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, 2017 и 2117. По международной универсальной классификации группе деформируемых алюминиевых сплавов AlCuMg присваиваются обозначения от 2000 до 2999.

Свойства и применение[править | править вики-текст]

Несущая конструкция германского дирижабля жесткой схемы «Цеппелин». Выполнена из дюралюминиевых профилей, соединенных заклепками.
Сборка цельнометаллического самолёта Dewoitine D.333 (Франция, 1934): фюзеляж полностью выполнен из дюралюминия марки AU4G.

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

Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции, начиная с 1911 года — 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 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 применяемые в конструкции самолёта детали из алюминиевых сплавов покрываются специально разработанными для авиации грунтовками (обычно жёлтого или зелёного цветов) и, при необходимости, окрашиваются.

Интересные факты[править | править вики-текст]

  • В конце 1930-х годов правление фирмы Dürener Metallwerke AG и исследовательские лаборатории располагались в Берлине, район Борзигвальде. Здесь в начале 1940-х годов были разработаны высокопрочные деформируемые сплавы системы Al-Zn-Mg, нашедшие применение в самолетостроении Германии в период до 1945 года, в частности сплав Hydronalium Hy43 (1940) состава Al — 4,5Zn — 3,5Mg — 0,3Mn — 0,4Cu разработки Института DVL, на который к 1944 году Министерством авиации RLM выпущена спецификация Flw3.425.5.[7]
  • Марка сплава Д16 появилась к 1946 году как результат безлицензионного воспроизводства и освоения металлургической промышленностью СССР технологии изготовления плит, листов и профилей американского сплава 2024 Al - 4% Cu - l,5% Mg - 0,3% Сг, 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 1944 году в планах и перспективах создания первого отечественного самолёта-бомбардировщика - носителя атомного оружия, Ту-4. «ВИАМ исследовал вес деталей, их химический состав, структуру и свойства. Как оказалось, отечественные дуралюмины уступали по свойствам сплаву 2024»[8]. Как видно, американский сплав 2024 отличался от отечественного дюралюмина Д1 повышенным до 1,5% содержанием магния и небольшой добавкой (0,3%) хрома.

Ссылки[править | править вики-текст]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «дюралюминий»
  1. В 1909 году компания Dürener Metallwerken вышла на рынок с продуктом под маркой дуралюминий (немецк. 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 March 1909.
  4. Вскоре многие компании стали изготавливать дюралюминий не обращая внимание на патент Вильма. А. Вильм долго боролся с патентными нарушителями, борьба исчерпала его силы и лицензионные поступления, так что уже к 1919 году он полностью оставил свою профессию и стал фермером. Им он и оставался 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. Mühlenbruck A., Seeman H.J. Untersuchungen an Al-Zn-Mg-Knetlegierungen. Luftfahrtforsch., 1942, Bd. 19, № 9, s. 337—343
  8. О Фридляндере И.Н. Международная научно-техническая конференция ВИАМ 2013 год.

См. также[править | править вики-текст]