Дюралюминий

Сплавы типа дюралюминий

Всего имеется 4 сплава типа дюралюминий. Все они в разной пропорции содержат как основные компоненты (купрум, магний, марганец), так и другие (Fe, Si, Ti, Zn, Ni).

• Д1: купрум — 4,4 ±0,4%, магний — 0,6 ± 0,2%, марганец — от 0,6 ± 0,2%;
• Д16: купрум — от 3,8 до 4,9%, магний — 1,5 ±0,3%, марганец — 0,6 ±0,3%;
• Д19: купрум — от 3,8 до 4,3%, магний — 2,0 ±0,3%, марганец — от 0,5 до 1,0%;
• ВД17: купрум — 2,9 ±0,3%, магний — 2,2 ±0,2%, марганец — от 0,45 до 0,7%.

Для каждого типа дуралюмина также необходим свой режим термической обработки.

Сплав Д1 закаливается при температуре 495—510° C, а затем проходит стадию естественного старения при 20° C в течение 96 часов и более.

Для Д16 закалка проходит в двух режимах (зависимо от того, в каком виде будет представлен исходный материал). Если речь о листах из Д16, то для него нужна температура закалки 500 ± 5°C. Процесс старения можно произвести при 20 °C в течение четырёх суток и более, или при 188—193°C за гораздо меньшее количество часов — 11–13. Если же этот Д16 после используют для прессованных изделий, то предел температур закалки падает до 485–503° C. Старение тоже можно выполнить двумя путями:

• комнатная температура — в те же сроки;
• при температурах 185–195° C — в интервале 6–8 часов.

ВД17 закаляется в пределах 495–505° C, а старение выполняется только в принудительном порядке при 170 ± 5° C в течение 16 ±1 часов.

Д19, как и Д16, имеет разные условия закалки и старения материалов:

• для листов — t=505 ± 5° C, старение — при 20° C в течение 5–10 суток или при 185–195° C 13 ±1 часов;
• прессованныее изделия — t=500 ± 5°C, старение — аналогичное при комнатных условиях, или при 190 ± 5°C за 9 ±1 часов;

Характеристики алюминиевых сплавов

Сплавы на основе алюминия могут обладать самыми различными характеристиками, так как при их получении проводится смешивание различных примесей

Именно поэтому рассматривая механические свойства алюминиевых сплавов следует уделить внимание тому, какие именно элементы входят в состав

Для начала отметим классификацию материалов, которые получаются при соединении меди и алюминия. Они делятся на три основные группы:

1. Действующие элементы медь и алюминий.
2. Действующие элементы медь, магний и алюминий.
3. Сочетание меди, алюминия и магния с добавлением легирующих элементов (в основном марганца).

Последняя группа сегодня получила довольно большое распространение, так как температура плавления алюминиевых сплавов, входящих в нее, довольно высока. Сплавы последней группы называют дюралюминием.

Рассматривая дюралюминий уделим внимание нижеприведенным моментам:

1. В состав данного сплава входят железо и кремний. В большинстве случаев подобные легирующие элементы воспринимаются как вещества, ухудшающие эксплуатационные качества. В данном случае железо способствует повышению жаростойкости, а кремний позволяет с высокой эффективностью провести старение.
2. Входящие в состав магний и марганец повышают прочность. За счет их включения в состав стало возможно использовать дюралюминий при производстве обшивочных листов для высокоскоростных поездов и летательных аппаратов или самолетов.

Среди основных особенностей можно отметить нижеприведенные моменты:

1. С увеличением концентрации магния повышается прочность, но уменьшается коррозионная стойкость.
2. Прирост магния на 1% приводит к повышению прочности примерно на 30 000 Па.
3. В большинстве сплавов не более 6% магния. Это связано с тем, что слишком большая концентрация станет причиной покрытия всей поверхности коррозией. Также большая концентрация марганца становится причиной неоднородности структуры, неравномерная нагрузка может стать причиной появления трещины или другой деформации.

Сочетание алюминия с марганцем практически не подвергают термической обработке. Это связано с тем, что даже при соблюдении условий проведения закалки существенно изменить эксплуатационные качества сплава не получится. Плотность алюминиевого сплава может колебаться в достаточно большом диапазоне: от 2 до 4 грамм на кубический сантиметр.

Рассматривая слав, прочность которого имеет рекордные показатели, следует уделить внимание сплаву алюминия с цинком и магнием. При применении современных технологий производства можно добиться качеств, которые будут характерны для титана

Среди особенностей подобного сплава отметим:

Среди особенностей подобного сплава отметим:

1. Термическая обработка становится причиной растворения цинка, за счет чего предел прочности алюминиевого сплава возрастает в несколько раз.
2. Применять подобный материал в электрической промышленности нельзя, так как прохождение электричества становится причиной существенного снижения коррозионной стойкости.
3. Коррозионная стойкость в некоторых случаях повышается путем добавления меди, но все же она становится низкой.

В литейной промышленности весьма большое распространение получили алюминиевые сплавы, которые в своем составе имеют кремний. Тот момент, что при термической обработке кремний отлично растворяется в алюминии, позволяет использовать металл при фасонном или формовочном литье. Получаемые изделия хорошо обрабатываются резанием, а также обладают повышенной плотностью.

Примером можно назвать то, что железо добавляется в состав для упрощения процесса отделения детали от формы. В состав могут добавляться титан, который существенно повышает показатель прочности.

Подводя итоги по характеристикам алюминиевых сплавов можно отметить нижеприведенные моменты:

1. Предел текучести может варьироваться в достаточно большом диапазоне.
2. Температура плавления алюминия может изменяться в зависимости от того, какие применялись легирующие вещества.
3. Прочность материала можно существенно повысить.
4. Некоторые легирующие элементы снижают коррозионную стойкость, улучшая другие эксплуатационные качества. Именно поэтому проводится покрытие поверхности защитными веществами.

Из-за легкости и прочности, а также относительно высокой коррозионной стойкости алюминиевые сплавы получили достаточно широкое применение. Альтернативных материалов, которые обладают подобными свойствами и низкой стоимостью, практически нет.

Достоинства и недостатки

У горячего метода обработки дюралюминия есть ряд преимуществ:

1. Из нескольких горячих способов всегда можно выбрать приемлемый для конкретных условий.
2. Для сварки дюралюминия не требуется высокой квалификации. Достаточно навыков работы со сварочным аппаратом.
3. Большой выбор расходных материалов, используют плавящиеся электроды, проволоку нескольких марок.
4. Подготовительный этап не трудоемкий. Не нужно дополнительно обрабатывать образовавшийся шов.
5. Себестоимость сварных работ ниже других способов монтажа дюралюминия.
6. Для работы подходят бытовые аппараты, работающие от стандартной сети.

Недостатки горячего метода соединения дюралюминия:

1. При температурном воздействии прочностные характеристики дюралюминия снижаются, это связано с химической активностью алюминия, он легко окисляется.
2. Обязательность использования флюса.
3. При скоростной электросварке сложно контролировать качество шва.
4. При выборе электродов бывают проблемы, по внешнему виду сложно определить марку дюралюминия.
5. Обмазка не защищает ванну расплава.
6. Для выполнения прочных соединений приходится использовать аргоновую сварку.

Для чего используется

Алюминиевая посуда лёгкая, поэтому она отлично подойдёт для того, чтобы кипятить воду и готовить не кислые блюда. А вот квасить, солить рыбу или делать маринад не стоит.

Готовка

Готовить в алюминиевой посуде без вреда для здоровья можно:

• Макаронные изделия – они хорошо провариваются, не пристают ко дну;
• Все овощи с нейтральным вкусом;
• Мясо нежирных сортов;
• Рыбу – ее можно только варить, жарить, тушить. Пользоваться алюминиевой посудой для засолки нельзя;
• Крупы – разрешается варить различные каши.

Оставлять уже готовую пищу не стоит. После приготовления ее следует переложить в более подходящую ёмкость. Ещё одним подтверждением, почему без опасения можно пользоваться посудой из данного металла это то, что пищевой алюминий используют в производстве гейзерных кофеварок. Также из него изготовляют армейские фляги, казаны, полезна для кухонного производства, например, фольга для запекания. Из алюминиевых кружек можно спокойно пить молоко, воду и кофе.

Читать также: Цветки липы лечебные свойства и противопоказания

Далее разберемся, что можно приготовить в алюминиевой толстостенной сковороде. К таким блюдам относится:

• Жареный картофель;
• Тушенные или пассированые овощи.

Как в случае со сковородами с антипригарным покрытием, перемешивать продукты стоит лопаткой из дерева, пластмассы или силикона. Она поможет избежать царапин, сохранит красивый внешний вид изделия на долгие годы.

Также есть список продуктов, которые нельзя готовить в посуде из алюминия. Следует воспользоваться кастрюлями и сковородами из других материалов, если решили:

• Готовить мясные блюда с кисло-сладким соусом;
• Тушить кислые или маринованные овощи;
• Варить томатные соусы или фруктовые компоты;
• Готовить диетические блюда и питание для детей.

Она не подойдёт для приготовления щей, киселя и варенья. На стенках посуды могут оставить тёмные пятна продукты, которые содержат серу и кальций. Сюда входят молочные продукты, рассолы и яйца.

Хранение

Вредна ли алюминиевая посуда, если ее использовать для хранения, давайте разбираться. В некоторых случаях – да. Здесь все будет зависть от качества изделия. Конечно, если продукты будут храниться в старой сковороде с царапинами, то для здоровья алюминиевая посуда будет вредной. Нельзя хранить продукты и в не проветриваемой таре с некачественным защитным покрытием.

Если покрытие сковороды антипригарное, то здесь практически нет ограничений по хранению. Полезно периодически осматривать посуду. Главное, чтобы не было поцарапано или повреждено каким-либо другим способом. Если все же повреждения есть, даже незначительные, то лучше для хранения использовать другую ёмкость.

Качественные кастрюли вредны, если в них хранить щи, рассольник, солянку, уксусные маринады, компоты или варенье. Если хотите замариновать мясо, то лучше подобрать для этого другую тару. То же самое касается салатов заправленных уксусом, лимонным соком или майонезом. Это объясняется тем, что под действием кислой среды идёт окисление металла, он начинает вырабатывать опасные для человека вещества. Также не стоит хранить молоко, это приведёт к тому, что оно приобретет неприятный привкус.

Физические свойства дюралюминия

Основной особенностью материала является его малый собственный вес при хороших показателях термической устойчивости и отменной прочности. Удельный вес дюралюминия составляет всего 2,8 г/см3 (у стали этот показатель равен 8 г/см3).

Температура плавления дюралюминия составляет около 650 градусов по шкале Цельсия. Плотность дюралюминия определена в пределах от 2500 до 2800 кг/см3.

К недостаткам материала в первую очередь относят его подверженность коррозии под воздействием повышенной рабочей температуры или увеличенной нагрузки. Примечательно, что сплав в отличие от металла без примесей пригоден для выполнения точечных сварных работ.

Дюралюминий обладает отменной устойчивостью к длительному воздействию любой агрессивной среды, стоек к износу и разрушению. Физические свойства сплава позволили реализовать на практике технические проекты в сфере авиации и машиностроения, которые были не осуществимы без такого конструкционного материала.

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Алюминиево-магниевые сплавы

Эти пластичные сплавы обладают хорошей свариваемостью, коррозийной стойкостью и высоким уровнем усталостной прочности.

В алюминиево-магниевых сплавах содержится до 6% магния. Чем выше его содержание, тем прочнее сплав. Повышение концентрации магния на каждый процент увеличивает предел прочности примерно на 30 МПа, а предел текучести — примерно на 20 МПа. При подобных условиях уменьшается относительное удлинение, но незначительно, оставаясь в пределах 30–35%. Однако при содержании магния свыше 6% механическая структура сплава в нагартованном состоянии приобретает нестабильных характер, ухудшается коррозийная стойкость.

Для улучшения прочности в сплавы добавляют хром, марганец, титан, кремний или ванадий. Примеси меди и железа, напротив, негативно влияют на сплавы этого вида — снижают свариваемость и коррозионную стойкость.

Алюминиево-марганцевые сплавы

Это прочные и пластичные сплавы, которые обладают высоким уровнем коррозионной стойкости и хорошей свариваемостью.

Для получения мелкозернистой структуры сплавы этого вида легируют титаном, а для сохранения стабильности в нагартованном состоянии добавляют марганец. Основные примеси в сплавах вида Al-Mn — железо и кремний.

Сплавы алюминий-медь-кремний

Сплавы этого вида также называют алькусинами. Из-за высоких технических свойств их используют во втулочных подшипниках, а также при изготовлении блоков цилиндров. Обладают высокой твердостью поверхности, поэтому плохо прирабатываются.

Алюминиево-медные сплавы

Механические свойства сплавов этого вида в термоупрочненном состоянии порой превышают даже механические свойства некоторых низкоуглеродистых сталей. Их главный недостаток — невысокая коррозионная стойкость, потому эти сплавы обрабатывают поверхностными защитными покрытиями.

Алюминиево-медные сплавы легируют марганцем, кремнием, железом и магнием. Последний оказывает наибольшее влияние на свойства сплава: легирование магнием значительно повышает предел текучести и прочности. Добавление железа и никеля в сплав повышает его жаропрочность, кремния — способность к искусственному старению.

Алюминий-кремниевые сплавы

Сплавы этого вида иначе называют силуминами. Некоторые из них модифицируют добавками натрия или лития: наличие буквально 0,05% лития или 0,1% натрия увеличивает содержание кремния в эвтектическом сплаве с 12% до 14%. Сплавы применяются для декоративного литья, изготовления корпусов механизмов и элементов бытовых приборов, поскольку обладают хорошими литейными свойствами.

Сплавы алюминий-цинк-магний

Прочные и хорошо обрабатываемые. Типичный пример высокопрочного сплава этого вида — В95. Подобная прочность объясняется высокой растворимостью цинка и магния при температуре плавления до 70% и до 17,4% соответственно. При охлаждении растворимость элементов заметно снижается.

Основной недостаток этих сплавов — низкую коррозионную стойкость во время механического напряжения — исправляет легирование медью.

Авиаль

Авиаль — группа сплавов системы алюминий-магний-кремний с незначительными добавлениями иных элементов (Mn, Cr, Cu). Название образовано от сокращения словосочетания «авиационный алюминий».

Применять авиаль стали после открытия Д. Хансоном и М. Гейлером эффекта искусственного состаривания и термического упрочнения этой группы сплавов за счет выделения Mg2Si.

Эти сплавы отличаются высокой пластичностью и удовлетворительной коррозионной стойкостью. Из авиаля изготавливают кованые и штампованные детали сложной формы. Например, лонжероны лопастей винтов вертолетов. Для повышения коррозионной стойкости содержание меди иногда снижают до 0,1%.

Также сплав активно используют для замены нержавеющей стали в корпусах мобильных телефонов.

Маркировка алюминия и алюминиевых сплавов

Чистый алюминий маркируется в зависимости от содержания в нем примесей, различается;

• А999 — алюминий особой чистоты;
• А995, А99, А97, А95 — алюминий высокой чистоты;
• А85, А8, … — алюминий технической чистоты.

        Алюминий особой чистоты применяется в производстве полупроводниковых приборов и для исследовательской работы.

        Алюминий высокой чистоты применяется для плакирования деталей электро- и радиооборудования.

        Алюминий технической чистоты используется для приготовления алюминиевых сплавов, изготовления проводов, прокладок

      Технический  алюминий  обозначается    буквами  АД   (алюминий деформируемый), в случае использования более чистого алюминия ставится цифра  1. Сочетание букв АМ_г и АМ_ц означает сплав алюминия (А) с магнием (M_г) и марганцем (М_ц). У сплавов алюминия с магнием цифра показывает процентное содержание магния. Так, например, сплавы марок АМ_гЗ, АМ_г5, АМ_г6 содержат соответственно 3, 5 и 6% магния.

Сплавы в виде полуфабриката обозначаются буквами, которые ставятся после маркировки сплава: А — означает, что сплав повышенного качества, из лучшего алюминия; М — мягкий, отожженный; П — полунагартованный (степень обжатия 40%): Н — нагартованный (степень обжатия 80%). Так, отожженные сплавы обозначаются АДМ, АМцАМ, полунагартованные — АМгАП и нагартованиые — АД1Н. АМгЗН.

       Дюралюминий обозначают буквой Д и цифрой, показывающей условный номер сплава, например сплав Д1, Д16, Д18, Д20. Некоторые сплавы, разработанные и последнее время, с маркировкой В65 ВД17 (дюралюминий, покрытый тонким слоем чистого алюминия для придания сплаву коррозионной стойкости) называют алькледом (Альклед это термин, торговая марка)

       Высокопрочный сплав алюминия с цинком и магнием обозначается В94, В95, В96 (вторая цифра указывает номер сплава).

       Состояние полуфабрикатов высокопрочных сплавов и характер плакировки также имеют буквенно-цифровую маркировку: М— мягкий, отожженный; Т— термически обработанный, закаленный и естественно состаренный. T1- термически обработанный, закаленный и искусственно состаренный; Н — нагартованный (нагартовка листов дюралюминия около 5—7%, а сплавов В95—3%); H1—усиленно нагартованный (нагартовка листов около 20%); В — повышенное качество выкатки закаленных и состаренных листов; О — повышенное качество выкатки отожженных листов; Б — листы без плакировки или с технологической плакировкой; УП — утолщенная плакировка (8% на сторону); ГК — горячекатаные листы, плиты; ТПП — закаленные и состаренные профили повышенной прочности (для Д16).

        Геометрическая маркировка. В конце маркировки для листового материала указывается его толщина в миллиметрах, а для профилей — условное цифровое обозначение формы сечения и размеров. Например, маркировка Д16АТНВЛ2,5 означает, что плакированный листовой дюралюминий Д16 — повышенного качества, термически обработан, нагартован и имеет повышенное качество выкатки. Толщина листа 2,5 мм.

       Заклепочные сплавы. Сплавы, идущие на изготовление заклепок, имеют в маркировке букву П (сплав для проволоки), например ДЗП, Д16П.

       Алюминиевые сплавы для ковки и горячей штамповки обозначаются буквами АК (алюминиевые ковочные) и цифрой — условным номером сплава, например сплавы АК4, АК4-1, АК6, АК6-1, АК8. Дополнительная цифра -1  показывает, что сплав является близкой модификацией сплава без цифры.

        Разработанные в последнее время ковочные сплавы имеют нестандартную маркировку, например сплав Д20.

       Литейные алюминиевые сплавы обозначаются буквами АЛ (алюминиевые литейные) и цифрой, показывающей условный номер сплава, например сплав АЛ2, АЛ4. АЛ9 и т. д. Исключение составляют новые марки литейных сплавов ВИ-11-3, В300, В14-А.

        Силумины. В зависимости от состава все алюминиевые литейные сплавы делятся на силумины, представляющие собой сплавы алюминия и кремния (АЛ2. АЛ4, АЛ9), и легированные силумины — сплавы алюминия и кремния с добавкой меди (АЛЗ, АЛ5. АЛ9) или магния (АЛ 13, ВИ-11-3). Применяются также альтмаг — сплав алюминия и магния (АЛ8)—и сплавы алюминия с медью (АЛ7, АЛ 19).

       Режимы термообработки. Для литейных алюминиевых и магниевых сплавов применяют следующие обозначения режимов термической обработки: T1— старение; Т2 — отжиг; Т4 — закалка; Т5 — закалка и частичное старение; Т6 —закалка и полное старение до наибольшей твердости; Т7 — закалка и стабилизирующий отпуск; Т8 — закалка и смягчающий отпуск. Например, обозначение АЛ4Т6 показывает, Что сплав АЛ4 подвергается термической обработке по режиму Т6, состоящему из закалки и полного старения.

САМЫЙ МОЩНЫЙ АВИАДВИГАТЕЛЬ

Наряду с работой в ЦАГИ и ВИАМе Иван Иванович Сидорин занимался педагогической деятельностью в Московском высшем техническом училище. Именно он в 1924 году настоял на введении в программу обучения студентов-механиков новой дисциплины «Металловедение и термическая обработка металлов» и стал первым лектором по этому курсу.

В 1929 году ученый совет МВТУ принял решение о создании кафедры металловедения — первой подобной кафедры в мировой практике, руководство которой было поручено профессору Сидорину.

Лишь в конце 1942-го с Сидорина была снята судимость. Сталин лично включил его в список разработчиков нового мощного мотора для бомбардировщика дальнего радиуса действия.

В 1938 году металлург был репрессирован. Его направили в одну из «шарашек», а с на­чалом войны перевели на Казанский моторостроительный завод. И лишь в конце 1942-го с Сидорина была снята судимость. Сталин лично включил его в список разработчиков нового мощного мотора для бомбардировщика дальнего радиуса действия. Сидорин был назначен главным металлургом завода № 45 (ныне НПЦ газотурбостроения «Салют»), где за короткий срок был сконструирован и внедрен в производство самый на тот момент мощный в мире авиационный двигатель АЧ-30Б.

В 1946 году ученый вернулся к пре­подавательской работе в МВТУ. Работая в МВТУ им. Н. Э. Баумана заведующим кафедрой металловедения, со временем переросшей в кафедру материаловедения, он продолжал создавать высокопрочные стали и литейные алюминиевые сплавы (серия сплавов МВТУ), а также разрабатывал композиционные материалы для многих отраслей промышленности.

Иван Иванович Сидорин ушел из жизни в 1982 году.

По материалам книг: Сидорина Н. К. Крылатый металл. Русский прорыв. М.: ВИАМ, 2017 и 100 российских инженеров, изменивших наш образ жизни. М.: Группа «Базовый элемент», 2014.

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.