Дюралюминий – что это за сплав, его состав и температура плавления

Поврежденная огнем дюралюминиевая крестовина с дирижабля Zeppelin Гинденбург
(DLZ129) был спасен с места крушения в Военно-морская авиабаза Лейкхерст, Нью-Джерси 6 мая 1937 г. Коррозия дюралюминия

Дюралюминий

(также называется
дюралюминий
,
дюралюминий
,
дюралюм
,
дюраль (l) ium
, или
дюраль
— чемоданчик
Дура
Ble и A
люмин
ium) — торговое наименование одного из самых ранних типов стойкий к старению алюминиевые сплавы. Его использование в качестве торгового наименования устарело, и сегодня этот термин в основном относится к алюминиево-медным сплавам, обозначенным Международной системой обозначений сплавов (IADS) как серия 2000, как и 2014 и 2024 сплавы, используемые при изготовлении планера.

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.

Примечания

Температура плавления припоя. свойства припоев и подшипниковых материалов
В 1909 году вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» (нем. duraluminium).

Краткий словарь авиационных терминов. Под редакцией проф. В. А. Комарова. М.: Изд-во МАИ, 1992, с. 54.

Германский патент № 244554 Verfahren zum Veredeln von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen

20 марта 1909 года.

Вскоре многие компании стали изготавливать дюралюминий, не обращая внимание на патент Вильма. Вильм долго боролся с патентными нарушителями, пока борьба исчерпала его силы и пока не кончились лицензионные поступления

К 1919 году Вильям оставил профессию металлурга и стал фермером. Вильм оставался фермером вплоть до своей смерти. — В кн. Walther Pahl, Weltkampf um Rohstoffe. Leipzig 1941, S. 126.

A. Wilm, Physikalisch-metallurgische Untersuchungen über magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen. Metallurgie, 1911, Bd. 8, N 7, 225—27.

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

Mühlenbruck A., Seeman H.J. Untersuchungen an Al-Zn-Mg-Knetlegierungen. Luftfahrtforsch., 1942, Bd. 19, № 9, s. 337—343

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.

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.

Как сделать форму для отливки

Перед тем, как расплавить алюминий, готовят болванку для отливки. Существует несколько способов заливки жидкого расплава. Чаще используют открытый и закрытый метод. О каждом стоит рассказать подробнее.

Открытая форма

Когда плавят алюминий по открытой методике, после плавления расплав выливают в подготовленную емкость, например, жестяную банку. Алюминиевую отливку вынимают из банки в горячем виде, когда горячий расплав немного схватится сверху. Достаточно несильно постучать по емкости. Если не нужен слиток заданной геометрии, расплавленный металл выливают на любую ровную огнеупорную поверхность, он хорошо держится, не растекается, внешне напоминает ртуть.

Закрытая форма

Сложные по геометрии отливки получают в специально приготовленных формах. Она должна соответствовать параметрам детали, обычно делается разъемной. Для изготовления формы используют деталь-макет, по которому делают отливку. В качестве формующего материала используют кремнезем, он хорошо трамбуется, его несложно найти. Кремнезем заменяют:

• смесью речного песка и жидкого стекла;
• смесь песка, цемента, вместо воды добавляют тормозную жидкость;
• гипс, он удобен для сложных макетов.

Из гипса делают сплошные бесшовные формы, они одноразовые, их после застывания алюминия разбивают. Деталь-макет изготавливают из воска или пенопласта. Его помещают внутрь емкости, используемой для формы, затем заливают пустоты. Получаются ровные детали, не требующие дополнительной обработки. Когда используется гипс, его сушат в течение пары дней. Гипс боится влаги, разбухает. Он склонен к растрескиванию при высыхании. При контакте с парафином или пенопластом гипс сохраняет свою структуру, не образуется рытвин, раковин.

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: Что такое термическая обработка металлов и сплавов

Пример состава часто применяемого дюралюминия марки Д16:

• алюминий — 93-94%;
• медь — 3,8-4,9%;
• легирующие сплавы — 1,5-2%.

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.

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.

Велосипедные приложения

Дюралюминий использовался для производства велосипедных компонентов и рам с 1930-х по 1990-е годы. Несколько компаний в Сент-Этьене, Франция, выделялись своим ранним инновационным внедрением дюралюминия: в 1932 году Verot et Perrin разработали первые шатуны из легкого сплава; в 1934 году компания Haubtmann выпустила полную систему шатунов; с 1935 года муфты свободного хода, переключатели, педали, тормоза и рули из дюралюминия производились несколькими компаниями.

Вскоре последовали полные комплекты рам, в том числе произведенные Mercier (и Aviac и другими лицензиатами) с их популярным семейством моделей Meca Dural, братьями Пелисье и их достойными гонками моделями La Perle, а также Николасом Барра и его изысканными моделями середины двадцатого века ». Барралюмин ». Среди других имен, которые здесь встречаются: Пьер Каминад с его прекрасными творениями Caminargent и их экзотическими восьмиугольными трубками, а также Gnome et Rhône с его глубоким наследием в качестве производителя авиационных двигателей, который после мировой войны также расширил производство мотоциклов, веломоторов и велосипедов. Два.

Mitsubishi Heavy Industriesкомпании, которой было запрещено производить самолеты во время американской оккупации Японии, в 1946 году изготовила «крестовик» из излишков военного дюралюминия. Киро Хондзё, бывший авиаконструктор, ответственный за Mitsubishi G4M.[7]

Использование дюралюминия в производстве велосипедов прекратилось в 1970-х и 1980-х годах. Тем не менее, Vitus в 1979 году выпустил почтенный набор фреймов «979», модель «Duralinox», которая мгновенно стала классикой среди велосипедистов. Vitus 979 был первым производственным комплектом алюминиевых рам, тонкостенные трубки 5083/5086 которого были вставлены, а затем склеены между собой с помощью сухой термически активированной эпоксидной смолы. В результате получился чрезвычайно легкий, но очень прочный каркас. Производство Vitus 979 продолжалось до 1992 года.[8]

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:

1. 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.
2. Алюминий+магний или марганец. Помимо устойчивости к коррозии, такой состав позволяет производить сварку. Сплав называется «магналий».
3. Алюминий+магний+кремний. Материал защищен от коррозии. Его используют при повышенной влажности, в условиях прохождения электрического тока. Он называется «авиаль».

В чем опасность на самом деле?

Чем вредна алюминиевая посуда, которой мы пользуемся сегодня? Не так давно можно было встретить посуду из этого металла в каждом доме. Как сырье алюминий недорог, вместе с этим он ещё гибкий и легкий. Благодаря этим свойствам он является отличным проводником тепловой энергии, что даёт возможность очень быстро нагревать продукты. Крупы, например, не «пристают» ко дну, молоко не подгорает, но оставлять на хранение приготовленную еду в такой посуде нельзя. Алюминиевая кастрюля также не предназначена для хранения продуктов, содержащих различные кислоты. В противном случае непременно произойдет окислительная реакция. Если при приготовлении еды продукты пригорели ко дну, ни в коем случае счищать их для употребления в пищу нельзя.

Известно, что примеси алюминия могут попадать человеку в организм в критически малом количестве.

Нельзя игнорировать тот факт, что примеси алюминия постепенно накапливаются в организме человеке. В 70-х годах XX столетия ученые из Канады провели исследования и пришли к заключению в том, что у людей, страдающих заболеванием Альцгеймера, повышено содержание 13-го элемента в мозговых клетках. Неужели в этом виновата посуда из алюминия? Установить причинно-следственную связь между болезнью и использованием данной утвари так и не удалось.

Сферы применения

Из дюралюминия делают листы, прутки, плиты, проволоку. Эти материалы используют для изготовления различных деталей.

Это интересно: Что такое термическая обработка металлов и сплавов

Основные области применения:

1. 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.
2. Строительство. В этой отрасли широко используются листы, трубы, уголки и пр.
3. Автомобилестроение. Из сплава изготавливают кузова, радиаторы и другие детали.
4. Буровая промышленность. Из дюралюминия делают круги, буры и пр.

Дюралюминий часто используется в быту, например, в виде фольги для выпечки или обертки конфет.

Общие сведения

Дюраль — это сплав, торговое название, данное самому раннему варианту упрочняемого алюминия. Он, состоит из 90% алюминия, 4% меди, 1% магния и от 0,5% до 1% марганца. Поскольку он очень твердый его используются в местах, где требуются особенные защитные свойства, например, в броне транспортного средства, в оборонной промышленности. Дюраль — имеет предел текучести 450 МПа, и есть некоторые другие вариации, которые зависят от состава, типа и характера сплава. Он становится прочным, после термической обработке и может быть отпущен, заклепан, приварен или подвержен другому типу обработки. Он устойчивым против коррозии, может нести тяжелые нагрузки, при этом является пластичным.

Это ковкий металл, который легко поддается формовке, очень хороший проводник тепла и электричества. Когда медь добавляется в сплав, ее прочность увеличивается, но в то же время она также становится более подверженной коррозии. Для листовых изделий из дюралюминия металлургическое соединение высокочистого металлического слоя повышает коррозионную стойкость. Эти листы обычно используются в авиационной промышленности.

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.

Лучшие производители алюминиевой посуды

На рынке сейчас много посуды из этого металла, относящейся к самым разным сегментам – низкому, среднему, среднему плюс.

Алюминиевая посуда изготовляется как на заводах России, стран СНГ, так и в странах Европы, США и других. Однако лучшими по «цене-качеству-долговечности» являются товары, сделанные в Италии, Чехии, Германии.

Наиболее преуспели в этом деле итальянцы. Сейчас можно купить сравнительно недорого изящные алюминиевые сковородки с керамическим покрытием от Moneta (серии Ceramica 01 и Forno), кастрюли и сотейники от Ballarini, модную кухонную посуду, выпускающуюся по брендом Regent Inox S.r.l. К хорошим производителям посуды относится и крупнейшая португальская компания Bioflon.

Качественные и недорогие кастрюли и скороварки можно приобрести у чешского производителя Tescoma.

Если вы доверяете на кухне только немецкому качеству, обратите внимание на алюминиевую посуду, сделанную методом литья и продающуюся под маркой Stoneline. Она совершенно безопасна, имеет уникальное каменное покрытие

Однако кастрюли и сковородки этой марки стоят дороже итальянских, хотя и служат значительно дольше.

Советуем прочитать:

• Какой должна быть кухонная посуда
• Выбор посуды для свч-печи
• Все о керамической посуде

В средневековье вельможи ели из алюминиевой посуды и преподносили друг другу дары в виде столовых приборов из этого лёгкого металла. Спустя время этот элемент периодической таблицы научились добывать в достаточных количествах и его себестоимость постепенно снизилась. Так как предметы кухонной утвари из алюминия остались на полках магазинов, ученные захотели выяснить, вредна ли алюминиевая посуда для человеческого организма.

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: Что такое термическая обработка металлов и сплавов

Среди недостатков — высокая чувствительность к коррозии. Не все типы дюраля пригодны для сварки.

Авиационные приложения

Образец дюралюминия из USS Акрон
(ЗРС-4) Первый серийный самолет с широким использованием дюралюминия, бронированный Юнкерс Дж. полуторный Первой мировой войны.

Дуралюмин, его состав и термическая обработка были открыто опубликованы в немецкой научной литературе перед Первой мировой войной. Несмотря на это, он не был принят за пределами Германии до окончания Первой мировой войны. Отчеты о его использовании в Германии во время Первой мировой войны, даже в технических журналах, таких как так как Рейс

, все еще может ошибочно идентифицировать свой ключевой легирующий компонент как магний, а не медь.[3] В Великобритании до послевоенного времени к его использованию не проявляли особого интереса.[4]

Самая ранняя известная попытка использовать дюралюминий для конструкции самолета тяжелее воздуха произошла в 1916 году, когда Хьюго Юнкерс впервые представил его использование при создании Юнкерс Дж 3планер, однодвигательный моноплан, «демонстратор технологий», который ознаменовал первое использование гофрированной обшивки из дюралюминия торговой марки Junkers. Только закрытые крылья и трубчатый каркас фюзеляжа J 3 были завершены, прежде чем проект был заброшен. Чуть позже, исключительно IdFlieg

-назначен Юнкерс Дж. бронированный полуторный, известный на заводе как Junkers J 4, его цельнометаллические крылья и горизонтальный стабилизатор были сделаны так же, как крылья J 3, а также экспериментальные и годные к полетам полностью дюралюминиевые Юнкерс Дж 7 одноместный истребитель, что привело к Юнкерс Д.И. истребитель-моноплан с низкорасположенным крылом, в 1918 году внедривший в немецкую военную авиацию полностью дюралевую конструкцию самолетов.

Его первое использование в аэростатический планеры были в жестких дирижабль кадры, в конечном итоге включающие все кадры эпохи «Великого дирижабля» 1920-х и 1930-х годов: британцы построили R-100, немецкие пассажирские Zeppelins LZ 127 Граф Цеппелин

, LZ 129
Гинденбург
, LZ 130
Граф Цеппелин II
, и ВМС США дирижабли USS
Лос-Анджелес
(ZR-3, бывший LZ 126), USS
Акрон
(ЗРС-4) и USS
Macon
(ЗРС-5).[5][6]