Дюралюминий — алюминиевый сплав¶

Дюралюминий — общее название группы деформируемых алюминиевых сплавов системы алюминий—медь—магний, отличающихся способностью к упрочнению при старении. Первый промышленный сплав этой группы — Д1 (международный аналог 2017) — был разработан в 1906 году немецким металлургом Альфредом Вильмом. Название происходит от города Дюрен (Германия), где Вильм работал. Дюралюминий стал первым сплавом, упрочняемым закалкой с искусственным старением, и открыл эру высокопрочных алюминиевых сплавов в авиации и машиностроении.

¶Состав и маркировка

Основные легирующие элементы дюралюминия — медь (3,8—4,8 %) и магний (1,2—1,8 %). В качестве микролегирующих добавок используются марганец (0,3—0,9 %) и титан. Суммарное содержание легирующих элементов обычно не превышает 8 %, что обеспечивает низкую плотность сплава (2,7—2,8 г/см³).

В России дюралюминии маркируются буквой «Д» с порядковым номером:

Марки с индексом «Т» обозначают состояние после закалки и старения. Зарубежные аналоги относятся к серии 2xxx по системе AA (Aluminum Association).

¶Технология производства

Дюралюминий получают литьём в слитки, которые подвергают гомогенизации, деформации (проковке или прессованию) и термической обработке. Заключительная операция — закалка: нагрев до 490—510 °C, выдержка и быстрое охлаждение в воде. При этом образуется пересыщенный твёрдый раствор, который в течение нескольких суток при комнатной температуре (естественное старение) или за часы при нагреве 120—190 °C (искусственное старение) даёт дисперсные выделения фазы Al₂CuMg (S-фаза). Именно эти выделения обеспечивают рост прочности — в 2—3 раза по сравнению с исходным состоянием.

¶Свойства

Дюралюминий сочетает относительно низкую плотность с высокой прочностью. Механические свойства марки Д16Т:

• предел прочности при растяжении — 420—460 МПа;
• предел текучести — 275—325 МПа;
• относительное удлинение — 10—18 %;
• модуль упругости — 71—73 ГПа.

Плотность составляет около 2,77 г/см³, что примерно втрое меньше плотности стали. По удельной прочности (отношению прочности к плотности) дюралюминий превосходит большинство конструкционных сталей.

К недостаткам относятся невысокая коррозионная стойкость (особенно в морской воде и в промышленной атмосфере), склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением и ограничение рабочей температуры — не выше 150—200 °C, поскольку при нагреве происходит разупрочнение. Для защиты от коррозии поверхность покрывают праймерами, анодируют или применяют клёпаные и клеевые соединения с алюминиевыми сплавами, не образующими гальванических пар.

¶Применение

Основная область применения дюралюминия — авиакосмическая промышленность. Из марки Д16Т изготавливают силовые элементы планера, лонжероны, нервюры, панели обшивки, заклёпки. В советской и российской авиации дюралюминий применялся при построении самолётов Ил-2, МиГ-15, МиГ-21, Ан-124 «Руслан» и многих других. В космической технике из дюралюминия изготовлены элементы конструкций ракет-носителей «Союз» и станции «Мир».

В машиностроении дюралюминий используется для штамповок, поковок, прессованных профилей, валов, шестерён, крепежа. В железнодорожном транспорте — для кузовов пассажирских вагонов. В быту — для производства спортивного инвентаря, корпусов приборов, инструмента.

¶Историческая справка

Альфред Вильм в 1906 году установил, что сплав Al—4%Cu—0,5%Mg, закалённый и выдержанный при комнатной температуре, через несколько недель значительно увеличивает прочность. В 1911 году эффект был описан в литературе, а в 1915—1916 годах дюралюминий начал применяться в немецкой дирижаблестроении. В 1919 году сплав запатентовала фирма Dürener Metallwerke. В СССР производство дюралюминия было налажено в 1920-е годы на заводе «Красный треугольник» в Ленинграде и на Уралмаше. Разработкой отечественных марок занимались А. Д. Соколов, И. Н. Фридляnder и другие исследователи.

¶Источники

• Справочник «Материаловедение», под ред. М. Л. Бернштейна.
• ГОСТ 4784—2019 «Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые».
• Пономарёва И. А., Седов В. И. «Металловедение».
• Полищук Н. Т. «Металловедение».