Дюралюминий: состав, свойства и применение¶

Дюралюмини́й (дюраль, от нем. Duralumin) — общее название ряда деформируемых алюминиевых сплавов системы алюминий — медь — магний, упрочняющихся при комнатной температуре в результате естественного старения. Относится к классу высокопрочных алюминиевых сплавов; первые марки содержали около 4 % меди, 0,5 % марганца и 0,5 % магния при алюминии в остальной массе. Дюралюминий — один из первых сплавов, ставших основой массового производства авиационных конструкций.

¶История

Дюралюминий был получен в 1906 году немецким металлургом Альфредом Вильмом на заводе Dürener Metallwerke в Дюрене (Германия). Вильм исследовал сплавы алюминия с медью и обнаружил, что после закалки с выдержкой при комнатной температуре прочность сплава со временем существенно возрастает — эффект, названный естественным старением. Первоначально открытие не привлекло внимания промышленности, но в 1911 году на авиационной выставке в Франции дюралюминий был продемонстрирован как перспективный лёгкий конструкционный материал.

В 1915 году Вильм запатентовал сплав, и вскоре дюралюминий начал применяться в немецком самолётостроении. В годы Первой мировой войны из дюралюминия изготавливались каркасы самолётов, что позволило заметно снизить массу конструкций по сравнению с деревянными и стальными аналогами.

В СССР производство дюралюминия было налажено в 1920-е годы. В 1925 году на заводе «Красный треугольник» в Ленинграде были выпущены первые советские партии сплава. Марки Д1, Д16, Д18 и их аналоги стали основой конструкций большинства советских самолётов — от гражданских пассажирских до боевых машин Великой Отечественной войны. Обшивка и силовые элементы истребителей Як, Ла, МиГ и бомбардировщиков Ту, Пе выполнялись преимущественно из дюралюминия.

¶Состав и маркировка

Базовый дюралюминий (международное обозначение 2024, в российской классификации — Д16) содержит:

Упрочняющая фаза — интерметаллид CuAl₂ (θ-фаза) и Al₂CuMg (S-фаза), которые образуются в процессе старения и препятствуют движению дислокаций.

В российской маркировке буква «Д» означает принадлежность к дюралюминиям, цифра — порядковый номер разработанного состава. Основные марки:

• Д1 — универсальный сплав, применяется для штамповок и кованых деталей;
• Д16 — наиболее распространённый конструкционный сплав, аналог 2024;
• Д18 — сплав повышенной чистоты для листов и заклёпочных работ;
• Д19, Д20 — жаропрочные марки для сварных конструкций;
• ВД17 — высокопрочный сплав для ответственных деталей.

Существуют также сплавы с повышенным содержанием цинка (система Al–Zn–Mg–Cu, марки В95, В96), которые формально относятся к дюралюминиям, но превосходят базовые марки по прочности.

¶Свойства

Основные свойства дюралюминия Д16 в состоянии Т (закалка + естественное старение):

• плотность — 2,78 г/см³;
• предел прочности при растяжении — 380–470 МПа;
• предел текучести — 240–320 МПа;
• относительное удлинение — 10–18 %;
• модуль упругости — 71 ГПа;
• температура плавления — около 640 °C.

По удельной прочности (отношению прочности к плотности) дюралюминий превосходит большинство конструкционных сталей, что и определило его широкое применение в авиации.

К недостаткам относятся:

• невысокая коррозионная стойкость, особенно в морской воде и при контакте с медью — поэтому дюралюминий подвергают защитному анодированию;
• склонность к отжигу при нагреве выше 150–200 °C — ограничивает рабочую температуру;
• пониженная свариваемость — соединения выполняются преимущественно заклёпками.

¶Технология обработки

Дюралюминий поддаётся всем основным видам обработки давлением: проковке, прессованию, штамповке, вытяжке. Листы и профили поставляются в состояниях:

• М — мягкий (отожжённый);
• Т — закалённый с естественным старением (основное состояние для конструкций);
• Т1 — охлаждение после горячей обработки с естественным старением;
• Т2 — закалка с искусственным старением.

Закалка дюралюминия производится при 495–505 °C с быстрым охлаждением в воде. Упрочнение происходит в течение 4–5 суток при комнатной температуре.

¶Применение

Дюралюминий применяется в отраслях, где критична масса конструкции:

• Авиастроение — обшивка, каркас, силовые элементы планера и крыла (в современных самолётах дюралюминий сочетается с углепластиками и композитами);
• Ракетостроение и космос — корпуса ракет, обшивка космических аппаратов;
• Судостроение — надстройки и корпуса катеров;
• Автомобилестроение — элементы подвески, кузовные панели;
• Спортивный инвентарь — велосипедные рамы, лыжные палки, корпуса снаряжения;
• Общее машиностроение — прессовые формы, оснастка, инструмент.

¶См. также

• Алюминий
• Алюминиевые сплавы
• Сплав В95
• Анодирование алюминия

¶Источники

• Курдюмов Г. В., Камынин Л. И., Хатаев Г. П. «Закалка и старение сплавов алюминия». — М.: Металлургия, 1966.
• Фридляндер И. Н., Драговский Л. А. «Дюралюминий». — М.: Металлургия, 1983.
• Болдырев В. Н. «Алюминиевые сплавы в самолётостроении». — М.: Машиностроение, 1984.
• Материаловедение: учебник для вузов / под ред. В. А. Лахтина. — М.: Высшая школа, 2001.