Дюралюминий — лёгкий алюминиевый сплав¶

Дюралюминий — общее название группы деформируемых алюминиевых сплавов системы Al—Cu—Mg, отличающихся способностью к упрочнению при естественном старении. Относится к классу высокопрочных алюминиевых сплавов; плотность составляет около 2,7—2,8 г/см³, что примерно втрое меньше плотности стали. Наиболее распространённый сплав этой группы — Д16 (международный аналог — 2024), содержащий 3,8—4,9 % меди, 1,2—1,8 % марганца и 1,2—1,8 % магния.

¶История

Дюралюминий был получен в 1906 году немецким металлургом Альфредом Вильмом на заводе в Оберуселе. Вильм экспериментировал с алюминиевыми сплавами и обнаружил, что после закалки с температуры около 500 °C сплав со временем (в течение нескольких суток при комнатной температуре) значительно твердеет — эффект, названный естественным старением. В 1909 году Вильм запатентовал изобретение, а в 1911 году на Всемирной выставке в Турине дюралюминий получил золотую медаль.

Название сплава происходит от города Дюрен (Düren) в Германии, где располагалось производство, и латинского лёгкого суффикса -ium. Первоначально состав дюралюминия включал около 4 % меди, 0,5 % марганца и 0,5 % магния.

В России (СССР) производство дюралюминия было налажено в 1920-е годы под руководством П. Д. Ананьева и В. И. Дубовина на заводе «Красный треугольник» в Ленинграде. В 1930-е годы сплав Д1 (современный аналог 2017) стал основным конструкционным материалом советской авиации. В 1938 году в СССР был разработан сплав Д16, превзошедший Д1 по прочности и ставший основным авиационным дюралюминием на десятилетия вперёд.

¶Состав и маркировка

Дюралюминии относятся к сплавам системы Al—Cu—Mg с обязательным содержанием меди (3—8 %). Марганец (0,3—1 %) и кремний (до 0,7 %) вводятся для улучшения пластичности и коррозионной стойкости. Основные марки, применявшиеся в СССР и России:

Зарубежные аналоги: 2024 (США), АВ95 (бывший СССР для сплава, близкого к 2024), 2014, 2017. Обозначение «Д16Т» означает: Д16 — марка сплава, Т — термически упрочнённое состояние (закалка + естественное старение).

¶Свойства

Основные свойства дюралюминия (Д16Т в закалённом и состаренном состоянии):

• Плотность — 2,77 г/см³;
• Время разрыва при растяжении — 410—460 МПа;
• Предел текучести — 275—325 МПа;
• Относительное удлинение — 10—18 %;
• Модуль упругости — 71—73 ГПа;
• Температура закалки — 495—503 °C;
• Рабочая температура — до 150—175 °C (при более высоких температурах свойства снижаются из-за распада твёрдого раствора).

Упрочнение дюралюминия основано на дисперсионном твердении: при старении в матрице выделяются когерентные наночастицы фаз Al₂CuMg (S-фаза) и Al₂Cu (θ-фаза), препятствующие движению дислокаций. Естественное старение при комнатной температуре продолжается несколько суток, искусственное (при 160—190 °C) — несколько часов.

¶Технология производства

Производство дюралюминия включает:

1. Плавку и литьё заготовок (слитков, плит, поковок);
2. Горячую и холодную деформацию (проковку, прессование, прокатку);
3. Термическую обработку: закалку с 495—503 °C в воде, затем старение.

Закалка сопровождается образованием внутренних напряжений, поэтому детали из дюралюминия подвергают релаксационному отжигу или выдержке при комнатной температуре. Сварка дюралюминия затруднена из-за склонности шва к горячим трещинам; для соединения деталей применяют заклёпки, болты и клеевые соединения.

¶Применение

Дюралюминий является основным конструкционным материалом авиации. Из Д16Т изготавливают силовые элементы планера, ферменные конструкции, лонжероны, нервюры, панели обшивки. В гражданской авиации дюралюминий применяется в самолётах Ту, Ил, Ан, Су, МиГ; в западной — Boeing, Airbus. В космической промышленности дюралюминий используется для корпусов и каркасов спутников.

Другие области применения:

• Судостроение (корпусные конструкции, надстройки);
• Железнодорожный транспорт (кузовные панели вагонов);
• Спортивный инвентарь (лопасти винтов, рамы велосипедов, детали гребных снарядов);
• Приборостроение и машиностроение;
• Медицинское оборудование (рентгеновские столы, койки — благодаря малому весу и рентгенопрозрачности).

¶Ограничения

Дюралюминий обладает невысокой коррозионной стойкостью в морской воде и в промышленной атмосфере. Для защиты применяют анодирование, лакокрасочные покрытия, алюминирование. Сплавы склонны к межкристаллитной коррозии в зоне сварного шва, что ограничивает сварные конструкции. Рабочая температура ограничена 150—175 °C, выше этих значений прочность резко падает.

¶См. также

• Алюминий
• Алюминиевые сплавы
• АК (сплав)
• Вячеслав Дубовин

¶Источники

• Справочник по конструкционным материалам, под ред. Л. И. Когана.
• ГОСТ 4784—2019. Сплавы алюминиевые деформируемые.
• Пантелеев И. Л. Материаловедение. — М.: Высшая школа.
• Бернштейн М. Л. Металловедение. — М.: Металлургия.