История открытия дюралюминия
Уникальные свойства соединения были обнаружены в 1903 г. немецким инженером, работавшим в немецком г. Дюрен. От названия города произошел термин «дюралюминий». Получившийся сплав металлов отличался повышенной прочностью и небольшим весом, а также другими полезными свойствами.
В 1911 г. на выставке в Санкт-Петербурге дюраль получил серебряную медаль как один из лучших материалов для создания летательных аппаратов.
Наиболее востребованным этот металл стал во время Великой Отечественной войны. Из него изготавливали детали для оружия, самолетов и танков.
С течением времени состав дюраля совершенствовался, появлялись новые виды сплава.
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.
Технология производства
Для получения дюралюминия сначала смешивают шихту — гранулы различных металлов, которые будут сплавляться в единый состав. Затем смесь нагревают до температуры +500°C и резко охлаждают водой или селитрой до комнатной температуры — закаливают.
Промышленное получение дюралюминия основано на использовании электричества огромной мощности.
После этого в большинстве случаев производят т. н. «искусственное старение» полученного сплава. Эта операция заключается в дополнительной выдержке металла при повышенной температуре в течение длительного времени, например, при +150…+200°С в течение 2 часов (все условия зависят от марки соединения и требуемых качеств). Процесс старения проводят для приобретения дюралюминием особой прочности. Без него сплав характеризуется мягкостью, податливостью.
После изготовления состав может покрываться защитной пленкой, предохраняющей от коррозии.
Основные виды дюралевых сплавов и их свойства
Классификация дюралевых сплавов, список типичных областей применения деформируемых сплавов Al-Cu 2000 серия по ГОСТ и ISO:
- АК8/2014: Поковки, плиты и экструзии для тяжелых условий эксплуатации для авиационной арматуры, колес и основных конструктивных элементов, резервуара и конструкции космического усилителя, рамы грузового автомобиля и компонентов подвески. Применения, требующие высокой прочности и твердости, включая обслуживание при повышенных температурах.
- Д16/2024: Авиационные конструкции, заклепки, скобяные изделия, колеса для грузовых автомобилей, изделия для винтовых машин и другие различные конструктивные применения. Первый когда-либо обнаруженный закаленный сплав.
- 1201/2219: Сварные космические ускорители окислителя и топливные баки, сверхзвуковая обшивка самолета и элементы конструкции. Сварка дюрали выполняется легко, сплав полезен для применения в температурном диапазоне от -270 до 300 C (от -450 до 600 F). Обладает высокой вязкостью разрушения, а закалка Т8 обладает высокой устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением.
- АК4 1/2618: штамповка и ручная ковка. Поршни и вращающиеся детали авиационных двигателей для работы при повышенных температурах. Пресс-формы для шин. Высокая статическая прочность сплава, что определяет его стойкость при разовых нагрузках, в связи, с чем его используют при выпуске ответственных узлов. Проведенные испытания доказали, что разрушить подобные изделия довольно сложно.
Дюраль АК8/2014
Дюралюминий: состав
Основная часть сплава — алюминий. Доля этой составляющей может доходить до 94% от общей массы. Следующий компонент, присутствующий чаще других — медь. Вес остальных добавок — марганца, магния, железа и других — невелика.
Это интересно: Рубка металла
Пример состава часто применяемого дюралюминия марки Д16:
- алюминий — 93-94%;
- медь — 3,8-4,9%;
- легирующие сплавы — 1,5-2%.
Химический состав дюралюминия.
Свойства дюралюминия
Отличные свойства дюралюминия делают его пригодным для применения во многих сферах производства, изготовления деталей, изоляции.
Физико-механические
Особенностью дюралюминия является его легкость при повышенной прочности и термоустойчивости. Так, удельный вес этого металла составляет 2,8 г/м³, тогда как у стали этот показатель равен 8 г/м³. Температура плавления дюралюминия — +500°С.
Недостатком сплава является повышенная склонность к коррозии в результате воздействия повышенной температуры или нагрузки.
Технологические
Отличительное свойство дюралюминия представляет легкость его производства. Этот сплав можно сделать даже в бытовых условиях: например, в гараже. Его не нужно нагревать до экстремальных температур. Благодаря несложной технологии изготовления этот металл относительно дешевый.
Процедуру литья дюралюминия можно провести в домашних условиях.
Технологические свойства
К технологическим особенностям дюралюминия относят простоту его производства, которая обусловлена низкой температурой рабочей среды. При острой необходимости изготовить сплав несложно в бытовых условиях по причине низкой температуры плавления основных компонентов.
Если чистый алюминий начинает плавиться при температуре 660 градусов, то снижение его доли в сплаве до 99% влечет за собой понижение порога плавления до 643 градусов.
Температурный порог, позволяющий приступить к ковке марок Д16, Д16П составляет 450 градусов. Прессованные изделия из сплава этих марок, прошедших закаливание или естественное состаривание, при нагреве до 100 градусов имеют склонность к межкристаллитной коррозии.
Дюралевый материал не рекомендуется подвергать пайке с высокой температурой из-за риска пережога.
К достоинствам материала относят:
- длительный срок эксплуатации;
- устойчивость к химическому, механическому, термическому воздействию;
- высокий уровень статической прочности;
- пригодность к сварке;
- широкую сферу применения.
Разновидности сплавов
В зависимости от области применения и необходимости приобретения нужных характеристик в сплав добавляют различные вещества.
Чтобы избежать коррозии, металл анодируют, т.е. покрывают специальной пленкой.
Все типы дюраля можно разделить на:
- закаленные, имеющие в составе обозначения букву «Т»;
- прошедшие этап искусственного старения — в обозначении стоит «Т1»;
- анодированные — с буквой «А» в названии марки.
В зависимости от формулы и термообработки меняются свойства соединений. Широко применяются сплавы:
- Алюминий+медь+магний с добавками марганца. Примерами могут служить сплавы марок Д1, Д16. Эти соединения называют «дюралюмин». Они не защищены от коррозии и требуют дополнительного покрытия.
- Алюминий+магний или марганец. Помимо устойчивости к коррозии, такой состав позволяет производить сварку. Сплав называется «магналий».
- Алюминий+магний+кремний. Материал защищен от коррозии. Его используют при повышенной влажности, в условиях прохождения электрического тока. Он называется «авиаль».
Дюралюминий сплав. Свойства, производство, применение и цена дюралюминия
Пластичен, как алюминий, но в несколько раз тверже. Таков дюралюминий – сплав, созданный немецким металлургом Альфредом Вильмом. Он работал на заводе города Дюрен.
От его имени и образовано название сплава. Имя же Альфреда знают лишь в узком кругу ученых и промышленников. Расширим рамки, рассказав об открытии немецкого металлурга и том, что это открытие дало миру.
Химические и физические свойства дюралюминия
Дюралюминий получен Вильмом в 1903-ем. Мастер примешал к чистому металлу №13 немного меди, марганца и магния. На всю лигатуру пришлось всего 7% от состава дюралюминия.
Но, этого оказалось достаточно, чтобы упрочнить сплав. Правда, твердым он стал не сразу, а лишь после закалки. Металлурги именуют ее искусственным старением материала.
Процесс заключается в нагреве и постепенном охлаждении металла. Внутри него происходят перестановки атомов, которые в естественных условиях длятся десятилетиями. В итоге, получается сплав, как будто проживший свой век, закалившийся в «невзгодах жизни».
Дюралюминий – сплав, запущенный в серийное производство в 1909-ом. С момента открытия Альфреда Вильмома прошли всего 6 лет. Это указывает на важность разработки, ее необходимость.
Свойства дюралюминия и низкая стоимость сразу склонили на его сторону, к примеру, авиапромышленников. Уже в 1910-ом из нового материала начали производство дирижаблей. Дюраль сделал их легкими, ведь и алюминий легок. При этом, новый сплав выдерживал высокие температуры. Плавится материал лишь при 650-ти градусах Цельсия.
Плотность дюралюминия равна 2,5 граммам на кубический сантиметр. Именно этот показатель обуславливает легкость сплава. У некоторых его марок плотность доходит до 2,8, что тоже ниже среднего. У стали, к примеру, на каждый кубический сантиметр приходится по 8 граммов веса.
Ценно в дюралюминии и сочетание статической прочности с усталостной. Под первой понимается способность противостоять разовой нагрузке. Усталостной прочностью именуют критическую нагрузку, при которой материал разрушается.
Так вот, разрушить дюраль непросто. Это, скорее, может сделать коррозия, чем силовое воздействие, давление. Поэтому, разрушение смеси алюминия с медью в присутствии кислорода блокируют, нанося на сплав защитное покрытие. Им может быть чистый алюминий. Покрытие им деталей из дюраля именуют плакированием.
Применение дюралюминия
Тугоплавкость дюрали сделала ее основным материалом не только самолетостроения, но изготовления скоростных поездов. В движении они могут сильно нагреваться. Сплав алюминия с медью пускают, как на обшивку, так и на внутренние узлы, а так же, крепежи. Так, из дюралюминия делают болты, прутки, заклепки.
Сварка дюралюминия проста, осуществляется с помощью аргона, возможна даже в домашних условиях. Такая элементарность обращения с материалом – еще одна причина его распространенности. Так, из дюрали делают трубопроводы. Речь о проводниках газа и прочих энергоресурсов ЖКХ.
Пластичность героя статьи позволяет раскатывать его в тонкие листы. В итоге, плавление дюралюминия «рождает» фольгу толщиной не более 0,2 миллиметра. Ей обертывают строительные товары.
Фольгу из дюраля, так же, используют в качестве тепловых экранов. Ими утепляют бани и сауны. В пищевой промышленности в листовой дюралюминий оборачивают конфеты.
Говоря иначе, сплав идет на фантики. Садоводы обертывают фольгой деревья, защищая их от грызунов и морозов. Туристы сооружают из раскатанного дюраля подобие посуды.
Круги из сплава алюминия с медью закупают для буровой отрасли. В ней важна не только компоновка, но и вес колонн прохождения. Легкость дюралюминия в сочетании с прочностью и стойкостью к высоким температурам делают выбор промышленников однозначным. Буры из сплава алюминия отлично гасят вибрации, немагнитны и обладают пониженным значением продольного сдвига.
Пригождается дюралюминий и в производственных цехах. Здесь листами из сплава выстилают полы и прочие поверхности. Покрытие делают рифленым, чтобы придать антискользящие свойства.
А вот свойства проводника тока у дюраля, так сказать, в базовой комплектации. Поэтому, провода из сплава алюминия с медью не менее распространены, чем просто медные. Точнее, алюминиевые провода более популярны, ведь и весят меньше, и стоят.
Доступность материала сделало дюралевые листы – одним из материалов для облицовки домов. Как правило, это дачные строения. Их покрытие дюралем требует дополнительного фасада, защиты от коррозии.
Зато, сплав устойчив к химическим реагентам, поэтому, часто применяется еще и в вентиляционных системах, становится материалом для изготовления вытяжек.
Производство дюралюминия
Производство сплава проходит в несколько этапов. Сначала, формируют шихту из гранул чистого алюминия и легирующих металлов. Сплавление осуществляется поэтапно. В итоге, получается первичный дюралюминий.
Теперь, необходима закалка. Она начинается с нагрева материала до 500-от градусов Цельсия. Отжиг при такой температуре дает достаточные мягкость и гибкость сплава. Далее, его нужно охладить. На это уходят несколько дней. Выдерживается 20-градусная температура. Ждут, пока дюраль не достигнет ее же. Старение сплава завершено.
Дабы ускорить закалку промышленники часто проводят ее за несколько часов в условиях небольшого нагрева материала. Качество дюралюминия, при этом, падает. Зато, падают и затраты на производство, ускоряется выпуск.
Между тем, главное, выдержать баланс меж прочностью и пластичностью дюраля. Если сделать его чуть тверже нужного, потеряется не только способность принимать нужную форму, но и стойкость к коррозии.
Поэтому, прежде чем купить дюралюминий, промышленники, как правило, посещают его производство, убеждаясь в следовании нормативам. Берутся образцы для экспертизы. Лишь потом происходит сделка. Узнаем расценки.
Цена дюралюминия
Пластичность дюралюминия позволяет делать из него заготовки любых форм. Так, кило шестигранников по ГОСТу 21488-97 стоит в районе 100-160-ти рублей. Круглые прутки стоят ль 90-та до 230 000 рублей.
Ценник зависит от марки дюрали и сечения деталей. То же касается листов. За образцы толщиной в половину миллиметра, к примеру, просят около 300 000 рублей за тонну.
Уголки из дюралюминия, используемые в строительстве в качестве направляющих, оцениваются в 300 рублей за килограмм. 1 000 граммов в плите оценивается примерно в 100 рулей. Толщина плит, как правило, составляет 1,5 сантиметра.
Трубы из дюрали стоят в районе 130 рублей за килограмм веса. От прутков детали отличаются наличием внутренних полостей. Они есть и в кругах из сплава алюминия с медью. Диаметр полостей в кругах меньше, чем в трубах. Стоят детали, используемые в буровых установках, 140-200 рублей за 1 000 граммов.
Осталось узнать расценки на фольгу. За ее техническую версию просят всего около 200-от рублей за тонну. Если же приобретается пищевая фольга, ценник доходит до 350-ти рублей за кило. Продают материал, как правило, в рулонах весом не более 200-от граммов. Это несколько метров фольги.
Сферы применения
Из дюралюминия делают листы, прутки, плиты, проволоку. Эти материалы используют для изготовления различных деталей.
Это интересно: Раскрой металла
Основные области применения:
- Авиатехника. Важным направлением является применение дюраля в самолетостроении и постройке других летательных аппаратов — космических ракет, дирижаблей. Из этого состава делают обшивку, детали рулевой тяги, силовые элементы и т.п.
- Строительство. В этой отрасли широко используются листы, трубы, уголки и пр.
- Автомобилестроение. Из сплава изготавливают кузова, радиаторы и другие детали.
- Буровая промышленность. Из дюралюминия делают круги, буры и пр.
Дюралюминий часто используется в быту, например, в виде фольги для выпечки или обертки конфет.
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.
Отличие дюралюминия от алюминия
Дюраль имеет характерный серый цвет. Но его основные отличия от алюминия — отсутствие пластичности, твердость и хрупкость. Сплав невозможно согнуть, сделать вмятину. Стружка из дюраля хрупкая и ломкая. Поцарапать его легко, при рассмотрении повреждения видна мелкокристаллическая структура материала.
Более точно вид металла можно определить, капнув на него едким натрием. Если через 10 минут пятно потемнело — это дюралюминий.
Алюминий и дюраль отличаются друг от друга химическим составом.
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.
Оцените статью:
Рейтинг: 0/5 — 0 голосов
Преимущества и недостатки
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.
Важным свойством дюраля является высокая термостойкость, что способствует его применению при производстве радиаторов.
Дюралюминий более устойчив к вибрациям, чем сталь. Благодаря этому он широко используется при изготовлении бурового оборудования.
Это интересно: Правка металла
Среди недостатков — высокая чувствительность к коррозии. Не все типы дюраля пригодны для сварки.
