Дюралюминий: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[непроверенная версия][непроверенная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
отмена правки 141260077 участника 188.162.65.167 (обс.)
Метка: отмена
 
(не показано 37 промежуточных версий 22 участников)
Строка 1: Строка 1:
[[Файл:Al-Cu-phase-diagram-partial-greek.svg|thumb|right|260px|Бинарная [[Фазовая диаграмма|фазовая диаграмма]] состояния сплавов алюминий-медь. Узкий диапазон сплавов типа дюралюмин представлен окрашенной полосой.]]
[[Файл:Al-Cu-phase-diagram-partial-greek.svg|thumb|right|260px|Бинарная [[фазовая диаграмма]] состояния сплавов алюминий-медь. Узкий диапазон сплавов типа дюралюмин представлен окрашенной полосой.]]


'''Дюралюми́н''', '''дюралюминий''', '''дюраль''' — собирательное обозначение группы высокопрочных [[сплав]]ов на основе [[Алюминий|алюминия]] ([[алюминиевые сплавы|алюминиевый сплав]]) с добавками [[Медь|меди]], [[Магний|магния]] и [[Марганец|марганца]]. Название сплава происходит от торговой марки ''Dural'' — коммерческого обозначения одного из первых [[упрочнение сплавов|упрочняемых]] термообработкой и последующим старением [[алюминиевый сплав|алюминиевых сплавов]]. Основными [[Легирование (металлургия)|легирующими]] элементами в нём являлись медь (4,5 % массы), магний (1,5 %) и марганец (0,5 %); остальное — алюминий (93,5 %). При испытаниях на растяжение типовое значение [[предел текучести|предела текучести]] дюралюминов составляет порядка {{s|250 [[мега-|М]][[Паскаль (единица измерения)|Па]]}}, предела кратковременной прочности {{s|400…500 МПа}}, однако характеристики конкретного сплава зависят от его состава и, в особенности, от [[Термическая обработка металлов|термообработки]].
'''Дюралюми́н''', '''дюралюми́ний, дюра́ль''' — собирательное обозначение группы высокопрочных [[сплав]]ов на основе [[Алюминий|алюминия]] ([[алюминиевые сплавы|алюминиевый сплав]]) с добавками [[Медь|меди]], [[Магний|магния]] и [[Марганец|марганца]]. Название сплава происходит от торговой марки ''Dural'' ({{lang-fr|dur}} — твёрдый) — коммерческого обозначения одного из первых [[упрочнение сплавов|упрочняемых]] термообработкой и последующим старением [[алюминиевый сплав|алюминиевых сплавов]]. Основными [[Легирование (металлургия)|легирующими]] элементами в нём являлись медь (4,5 % массы), магний (1,5 %) и марганец (0,5 %); остальное — алюминий (93,5 %). При испытаниях на растяжение типовое значение [[предел текучести|предела текучести]] дюралюминов составляет порядка {{s|250 [[мега-|М]][[Паскаль (единица измерения)|Па]]}}, предела кратковременной прочности {{s|400…500 МПа}}, однако прочностные характеристики конкретного сплава зависят от его состава и, в особенности, от [[Термическая обработка металлов|термообработки]].


== Названия ==
== Названия ==
Название сплава пришло в Россию из Германии в первое десятилетие XX века ({{lang-de|Duraluminium}}) и в русском языке стало общим обозначением для целой группы сплавов на основе алюминия, легированного добавками меди, магния и марганца<ref>В 1909 году компания Dürener Metallwerken вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» ({{lang-de|duraluminium}}).</ref>. Иногда встречаются также старая (основная до 1940‑х годов) форма «'''дуралюми́ний'''» и англизированный вариант «'''дюралюми́н'''». Название происходит от немецкого города [[Дюрен]] ({{lang-de|Düren}}), где в 1909 году было начато промышленное производство сплава<ref>Краткий словарь авиационных терминов. Под редакцией проф. В. А. Комарова. М.: Изд-во МАИ, 1992, с. 54.</ref>.


Дюралюминий разработан немецким инженером-металлургом [[Вильм, Альфред|Альфредом Вильмом]] ([[:de:Alfred Wilm|Alfred Wilm]]), сотрудником металлургического завода [[:de:Dürener Metallwerke|Dürener Metallwerke]] AG. В 1903 году Вильм установил, что сплав алюминия с добавкой 4 % меди после резкого охлаждения (температура [[Закалка (металлургия)|закалки]] {{s|500 [[Градус Цельсия|°C]]}}), находясь при комнатной температуре в течение 4-5 суток, постепенно становится более [[Твёрдость|твёрдым]] и [[Прочность|прочным]], не теряя при этом [[Пластичность (физика)|пластичности]]. В 1909 году Альфред Вильм подал заявку на патент «Способ улучшения сплавов алюминия, содержащих магний»<ref>Германский патент № 244554 ''Verfahren zum Veredeln von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen''. 20 марта 1909 года.</ref>. Вскоре лицензии на способ были приобретены компанией Dürener Metallwerken, которая вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» ({{lang-de|duraluminium}})<ref>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.</ref>. Состав патентованного дюралюминия, выпускаемого на заводе Dürener Metallwerken: 3,5-5,% Cu; 0,5-0,8  % Mg; 0,6  % Mn.
Название сплава пришло в Россию из Германии в первое десятилетие XX века ({{lang-de|duraluminium}}) и в русском языке стало общим обозначением для целой группы сплавов на основе алюминия, легированного добавками меди, магния и марганца<ref>В 1909 году компания «Dürener Metallwerken» вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» ({{lang-de|duraluminium}}).</ref>. Иногда встречаются также старая (основная до 1940‑х годов) форма «'''дуралюми́ний'''» и англизированные варианты «'''дюралюми́н'''». Название происходит от немецкого города [[Дюрен]] ({{lang-de|Düren}}), где в 1909 году было начато промышленное производство сплава<ref>Краткий словарь авиационных терминов. Под редакцией проф. В. А. Комарова. М.: Изд-во МАИ, 1992, с. 54.</ref>.


На международной выставке дирижаблей, проходившей во [[Франкфурт]]е в 1909 году, новый сплав получил третью премию. В 1910 году на выставке дирижаблей в Петербурге Вильм получил Большую серебряную медаль за лучший материал для дирижаблей, а также Большую золотую медаль за «достижения в области военной техники».
Дюралюминий разработан немецким инженером-металлургом [[Вильм, Альфред|Альфредом Вильмом]] ([[:de:Alfred Wilm|Alfred Wilm]]), сотрудником металлургического завода «[[:de:Dürener Metallwerke|Dürener Metallwerke]] AG». В 1903 году Вильм установил, что сплав алюминия с добавкой 4 % меди после резкого охлаждения (температура [[Закалка (металлургия)|закалки]] {{s|500 [[Градус Цельсия|°C]]}}), находясь при комнатной температуре в течение 4-5 суток, постепенно становится более [[Твёрдость|твёрдым]] и [[Прочность|прочным]], не теряя при этом [[Пластичность (физика)|пластичности]]. В 1909 году Альфред Вильм подал заявку на патент «Способ улучшения сплавов алюминия, содержащих магний»<ref>Германский патент № 244554 ''Verfahren zum Veredeln von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen''. 20 марта 1909 года.</ref>. Вскоре лицензии на способ были приобретены компанией «Dürener Metallwerken», которая вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» ({{lang-de|duraluminium}})<ref>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.</ref>. Состав патентованного дюралюминия, выпускаемого на заводе «Dürener Metallwerken»: 3,5-5,5 % Cu; 0,5-0,8 % Mg; 0,6 % Mn.

На международной выставке дирижаблей, проходившей во [[Франкфурт]]е в 1909 году, новый сплав получил третью премию. В 1910 году на выставке дирижаблей в Петербурге Вильм получил Большую серебряную медаль за лучший материал для дирижаблей, а также Большую золотую медаль за «достижения в области военной техники».


Обнаруженное Вильмом явление старения алюминиевых сплавов позволило повысить прочность дюралюминия до {{s|350-370 МПа}} по сравнению с {{s|70-80 МПа}} у чистого [[алюминий|алюминия]]<ref>A. Wilm, Physikalisch-metallurgische Untersuchungen über magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen. Metallurgie, 1911, Bd. 8, N 7, 225—27.</ref>.
Обнаруженное Вильмом явление старения алюминиевых сплавов позволило повысить прочность дюралюминия до {{s|350-370 МПа}} по сравнению с {{s|70-80 МПа}} у чистого [[алюминий|алюминия]]<ref>A. Wilm, Physikalisch-metallurgische Untersuchungen über magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen. Metallurgie, 1911, Bd. 8, N 7, 225—27.</ref>.


Распространённые в Европе сплавы марок «Hiduminium» и «Avional» являются близкими по составу к дюралюминию сплавами других фирм-производителей - High Duty Alloys Ltd. (Великобритания) и Aluminium-Industrie A-G. (Швейцария).
Распространённые в Европе сплавы марок Hiduminium и Avional являются близкими по составу к дюралюминию сплавами других фирм-производителей — High Duty Alloys Ltd. (Великобритания) и Aluminium-Industrie A-G. (Швейцария).


В СССР/России дюралюминами называют деформируемые сплавы системы [[Al]]-[[Cu]]-[[Mg]], в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дюралюмином является сплав Д1 (состав: 4,3% Cu, 0,6% Mg, 0,6% Mn, остальное — Al), однако вследствие сравнительно низких механических свойств производство его заметно сокращается; сплав Д1 для листов и профилей заменяется сплавом Д16.
В СССР/России дюралюминами называют деформируемые сплавы системы [[Al]]-[[Cu]]-[[Mg]], в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дюралюмином является сплав Д1 (состав: 4,3 % Cu, 0,6 % Mg, 0,6 % Mn, остальное — Al), однако вследствие сравнительно низких механических свойств производство его заметно сокращается; сплав Д1 для листов и профилей заменяется сплавом Д16.


В США и Евросоюзе дюралюмины представлены, в первую очередь, сплавами [[:en:2024 aluminium alloy|2024]], 2017 (во Франции ранее обозначался AU4G или duralumin) и 2117. По международной универсальной классификации группе деформируемых алюминиевых сплавов Al-Cu-Mg присваиваются обозначения от 2000 до 2999.
В США и Евросоюзе дюралюмины представлены, в первую очередь, сплавами [[:en:2024 aluminium alloy|2024]], 2017 (во Франции ранее обозначался AU4G или duralumin) и 2117. По международной универсальной классификации группе деформируемых алюминиевых сплавов Al-Cu-Mg присваиваются обозначения от 2000 до 2999.
Строка 40: Строка 39:
|-----
|-----
| 2017A
| 2017A
|Min.
|мин.
|0,20
|0,20
| /
| /
Строка 55: Строка 54:
|основа
|основа
|-----
|-----
|
|
| Max.
| макс.
|0,80
|0,80
|0,70
|0,70
Строка 72: Строка 71:
|-----
|-----
|2024
|2024
|Min.
|мин.
| /
| /
| /
| /
Строка 88: Строка 87:
|-----
|-----
|
|
|макс.
|Max.
|0,50
|0,50
|0,50
|0,50
Строка 126: Строка 125:
| 73 000
| 73 000
|-----
|-----
| Коэффициент Пуасона
|[[Коэффициент Пуассона]]
| 0,33
| 0,33
| 0,33
| 0,33
Строка 144: Строка 143:
| Предел прочности Rm (MPa)
| Предел прочности Rm (MPa)
| 390 (2)
| 390 (2)
| 400 (3)
| 440 (3)
|-----
|-----
| Относительное удлинение (%)
| Относительное удлинение (%)
Строка 152: Строка 151:


(1) Среднее значение модулей при растяжении и сжатии<br>
(1) Среднее значение модулей при растяжении и сжатии<br>
(2) Пруток, состояние Т4 диаметром от 6 до 75 мм<br>
(2) Пруток, состояние Т4 (закалка и естественное старение) диаметром от 6 до 75 мм<br>
(3) Пруток, состояние Т3 диаметром от 50 до 100 мм<br>
(3) Пруток, состояние Т3 (закалка, деформация в холодном состоянии, старение) диаметром от 50 до 100 мм


== Свойства и применение ==
== Свойства и применение ==

[[Файл:Duraluminiumstruktur_eines_Zeppelin.jpg|thumb|280px|Несущая конструкция германского дирижабля жёсткой схемы «Цеппелин», выполненная из соединенных [[заклёпка]]ми дюралюминиевых профилей]]
[[Файл:Duraluminiumstruktur_eines_Zeppelin.jpg|thumb|280px|Несущая конструкция германского дирижабля жёсткой схемы «Цеппелин», выполненная из соединенных [[заклёпка]]ми дюралюминиевых профилей]]


[[Файл:Dewoitine D.333 assemblage.jpg|thumb|right|280px|Сборка цельнометаллического самолёта [[:fr:Dewoitine D.333|Dewoitine D.333]] (Франция, 1934 год), фюзеляж которого изготовлен из [[Дюралюминий|дюралюминия]] марки AU4G]]
[[Файл:Dewoitine D.333 assemblage.jpg|thumb|right|280px|Сборка цельнометаллического самолёта [[:fr:Dewoitine D.333|Dewoitine D.333]] (Франция, 1934 год), фюзеляж которого изготовлен из дюралюминия марки AU4G]]


Дюралюминий — основной конструкционный материал в авиации, космонавтике и других областях машиностроения, для которых принципиальную роль играет минимальная масса конструкции.
Дюралюминий — основной конструкционный материал в авиации, космонавтике и других областях машиностроения, для которых принципиальную роль играет минимальная масса конструкции.


Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса [[дирижабль|дирижаблей]] жёсткой конструкции. Начиная с [[1911 год]]а, дюралюминий стал широко применяться в других отраслях машиностроения. В годы [[Первая мировая война|Первой мировой войны]] состав сплава и термообработка были засекречены. Начиная с 1920‑х годов, благодаря высокой [[Удельная прочность|удельной прочности]], дюралюминий становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.
Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса [[дирижабль|дирижаблей]] жёсткой конструкции. Начиная с [[1911 год]]а, дюралюминий стал широко применяться в других отраслях машиностроения. В годы [[Первая мировая война|Первой мировой войны]] состав сплава и термообработка были засекречены. Начиная с 1920‑х годов, благодаря высокой [[Удельная прочность|удельной прочности]], дюралюминий становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.


Плотность сплава: {{s|2500-2800 [[кило-|к]][[грамм|г]]/[[кубический метр|м³]]}}.
Плотность сплава: {{s|2500-2800 [[кило-|к]][[грамм|г]]/[[кубический метр|м³]]}}.
Строка 170: Строка 168:
Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например, [[Электропоезд Shinkansen E2|поездов Синкансэн]]) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей прочностью, чем чистый алюминий).
Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например, [[Электропоезд Shinkansen E2|поездов Синкансэн]]) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей прочностью, чем чистый алюминий).


После [[отжиг]]а (нагрева до температуры около {{s|500°C}} и охлаждения) сплав становится мягким и гибким (как алюминий). После [[Старение (металлургия)|старения]] (естественного, проходящего при комнатной температуре в течение нескольких суток, или искусственного, проходящего при повышенной температуре в течение нескольких часов) становится твёрдым и жёстким.
После [[Закалка|закалки]] (нагрева до температуры около {{s|500°C}} и охлаждения в подогретую воду) сплав становится мягким и гибким (как алюминий). После [[Старение (металлургия)|старения]] (естественного, проходящего при комнатной температуре в течение нескольких суток, или искусственного, проходящего при повышенной температуре в течение нескольких часов) становится твёрдым и жёстким.


В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками марганца — известны под общим названием '''дюралюмины'''. К дюралюминам относят советские сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному или искусственному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до {{s|450-500 МПа}}) при комнатной и повышенной (до {{s|150…175 °C}}) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения<ref>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</ref>.
В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками марганца — известны под общим названием '''дюралюмины'''. К дюралюминам относят советские сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному или искусственному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до {{s|450-500 МПа}}) при комнатной и повышенной (до {{s|150…175 °C}}) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения<ref>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</ref>.


Недостаток дюралюминов — низкая [[коррозионная стойкость]]. Изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Дюралюминиевый прокат, как правило, [[Плакирование|плакируют]] чистым алюминием, создавая из него лист с двухсторонней плакировкой, — так называемый [[альклед]]. Также, как правило, все детали из алюминиевых сплавов, применяемые в конструкции самолёта, покрывают грунтовками, специально разработанными для авиации (обычно жёлтого или зелёного цветов) и при необходимости окрашивают.
Недостаток дюралюминов — низкая [[коррозионная стойкость]]. Изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Дюралюминиевый прокат, как правило, [[Плакирование|плакируют]] чистым алюминием, создавая из него лист с двухсторонней плакировкой, — так называемый [[альклед]]. Также, как правило, все детали из алюминиевых сплавов, применяемые в конструкции самолёта, [[Анодирование#Анодирование алюминия|анодируют]], покрывают грунтовками, специально разработанными для авиации (обычно жёлтого или зелёного цветов) и при необходимости окрашивают.


== Факты ==
== Интересные факты ==
* В конце 1930-х годов руководство фирмы «Dürener Metallwerke AG» и исследовательские лаборатории располагались в районе [[:de:Berlin-Borsigwalde|Борзигвальде]] [[Берлин]]а. Там в начале 1940-х годов были разработаны высокопрочные деформируемые сплавы системы Al-Zn-Mg с пределом прочности не ниже 50 кгс/мм<sup>2</sup>, применявшиеся серийно на самолётах Хейнкель и Юнкерс в виде прессованных профилей и штамповок<ref>{{Cite web |url=http://german.minot.ru/html/german/docs/d-49.htm |title=Организация ОТБ по изучению немецкой авиационной науки и техники. |access-date=2016-12-17 |archive-date=2016-12-20 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161220141953/http://german.minot.ru/html/german/docs/d-49.htm |deadlink=no }}</ref>. В частности, для сплава «Hydronalium Hy43», разработанного в Институте DVL в 1940 году (состав: 4,5 % Zn, 3,5 % Mg, 0,3 % Mn, 0,4 % Cu, остальное — Al), к 1944 году [[Имперское министерство авиации|Министерством авиации]] RLM была выпущена спецификация Flw3.425.5<ref>Mühlenbruck A., Seeman H.J. Untersuchungen an Al-Zn-Mg-Knetlegierungen. Luftfahrtforsch., 1942, Bd. 19, № 9, s. 337—343</ref>.

* Марка сплава Д16 появилась к 1946 году как результат безлицензионного воспроизводства и освоения металлургической промышленностью СССР технологии изготовления плит, листов и профилей американского сплава [[:en:2024 aluminium alloy|2024]] (состав: 4 % Cu, 1,5 % Mg, 0,3 % Сг, остальное — Al), составлявшего основу конструкции планера тяжёлого бомбардировщика [[Boeing B-29 Superfortress]]. Приказ о подетальном копировании ''(«…Не допускается никаких отклонений от американского прототипа, ни в одной детали, ни в одном агрегате…»'' ''подпись — Иосиф Сталин''.) самолёта Boeing B-29 был отдан лично [[Сталин, Иосиф Виссарионович|Сталиным]] в 1944 году в планах и перспективах создания [[Ту-4]] — первого отечественного самолёта-бомбардировщика, носителя атомного оружия. ''«[[ВИАМ]] исследовал вес деталей, их химический состав, структуру и свойства. Как оказалось, отечественные дуралюмины уступали по свойствам сплаву 2024»''<ref>[http://conf.viam.ru/conf/115/240 О Фридляндере И. Н. Международная научно-техническая конференция ВИАМ] {{Wayback|url=http://conf.viam.ru/conf/115/240 |date=20160408155239 }}. 2013 год.</ref>. Как оказалось, американский сплав 2024 отличался от отечественного дюралюмина Д1 повышенным (до 1,5 %) содержанием магния и небольшой добавкой (0,3 %) хрома.
* В конце 1930-х годов руководство фирмы «Dürener Metallwerke AG» и исследовательские лаборатории располагались в районе [[:de:Berlin-Borsigwalde|Борзигвальде]] [[Берлин]]а. Там в начале 1940-х годов были разработаны высокопрочные деформируемые сплавы системы Al-Zn-Mg с пределом прочности не ниже 50 кгс/мм<sup>2</sup>, применявшиеся серийно на самолётах Хейнкель и Юнкерс в виде прессованных профилей и штамповок<ref>[http://german.minot.ru/html/german/docs/d-49.htm Организация ОТБ по изучению немецкой авиационной науки и техники.]</ref>. В частности, для сплава «Hydronalium Hy43», разработанного в Институте DVL в 1940 году (состав: 4,5% Zn, 3,5% Mg, 0,3% Mn, 0,4% Cu, остальное — Al), к 1944 году [[Имперское министерство авиации|Министерством авиации]] RLM была выпущена спецификация Flw3.425.5<ref>Mühlenbruck A., Seeman H.J. Untersuchungen an Al-Zn-Mg-Knetlegierungen. Luftfahrtforsch., 1942, Bd. 19, № 9, s. 337—343</ref>.

* Марка сплава Д16 появилась к 1946 году как результат безлицензионного воспроизводства и освоения металлургической промышленностью СССР технологии изготовления плит, листов и профилей американского сплава [[:en:2024 aluminium alloy|2024]] (состав: 4% Cu, 1,5% Mg, 0,3% Сг, остальное — Al), составлявшего основу конструкции планера тяжёлого бомбардировщика [[Boeing B-29 Superfortress]]. Приказ о подетальном копировании ''(«...Не допускается никаких отклонений от американского прототипа, ни в одной детали, ни в одном агрегате...»'' ''подпись Иосиф Сталин''.) самолёта Boeing B-29 был отдан лично [[Сталин, Иосиф Виссарионович|Сталиным]] в 1944 году в планах и перспективах создания [[Ту-4]] — первого отечественного самолёта-бомбардировщика, носителя атомного оружия. ''«[[ВИАМ]] исследовал вес деталей, их химический состав, структуру и свойства. Как оказалось, отечественные дуралюмины уступали по свойствам сплаву 2024»''<ref>[http://conf.viam.ru/conf/115/240 О Фридляндере И.Н. Международная научно-техническая конференция ВИАМ]. 2013 год.</ref>. Как оказалось, американский сплав 2024 отличался от отечественного дюралюмина Д1 повышенным (до 1,5%) содержанием магния и небольшой добавкой (0,3%) хрома.


== См. также ==
== См. также ==

{{Викисловарь|дюралюминий}}
{{Викисловарь|дюралюминий}}
* [[Кольчугалюминий]] — советский аналог дюралюминия, разработанный в 1922 году.

* [[Альклед]] — алюминиевый сплав, разработанный по заказу [[Национальный консультативный комитет по воздухоплаванию|Национального консультативного комитета по воздухоплаванию (NACA)]]. С 1922 года используется в авиастроении США.
* [[Кольчугалюминий]] — советский аналог [[дюралюминий|дюралюминия]], разработанный в 1922 году.
* [[Силумин]].
* [[Альклед]] — алюминиевый сплав, по заказу [[Национальный консультативный комитет по воздухоплаванию|NACA]]. С 1922 года использования в авиастроении США.
* [[Alferium]] — алюминиево-железный сплав, разработанный во Франции фирмой [[Schneider Electric|Schneider]] для самолётов в 1924 году.
* [[Дирижабли класса R33]] — британские жёсткие дирижабли фирмы [[Vickers Limited|Vickers Ltd.]] на основе сбитого в 1916 году немецкого [[Zeppelin]] L 33, летали с 1919 года. Для них разработан аналог [[дюралюминий|дюралюминия]].


== Примечания ==
== Примечания ==
{{примечания}}
{{примечания}}


[[Категория:Металлургия]]
[[Категория:Сплавы алюминия]]
[[Категория:Сплавы алюминия]]
[[Категория:Авиастроительные материалы]]
[[Категория:Авиастроительные материалы]]
[[Категория:Товарные знаки, ставшие именами нарицательными]]
[[Категория:Металлургия]]
[[Категория:Металлургия Германии]]

Текущая версия от 09:47, 5 ноября 2024

Бинарная фазовая диаграмма состояния сплавов алюминий-медь. Узкий диапазон сплавов типа дюралюмин представлен окрашенной полосой.

Дюралюми́н, дюралюми́ний, дюра́ль — собирательное обозначение группы высокопрочных сплавов на основе алюминия (алюминиевый сплав) с добавками меди, магния и марганца. Название сплава происходит от торговой марки Dural (фр. dur — твёрдый) — коммерческого обозначения одного из первых упрочняемых термообработкой и последующим старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами в нём являлись медь (4,5 % массы), магний (1,5 %) и марганец (0,5 %); остальное — алюминий (93,5 %). При испытаниях на растяжение типовое значение предела текучести дюралюминов составляет порядка 250 МПа, предела кратковременной прочности 400…500 МПа, однако прочностные характеристики конкретного сплава зависят от его состава и, в особенности, от термообработки.

Название сплава пришло в Россию из Германии в первое десятилетие XX века (нем. Duraluminium) и в русском языке стало общим обозначением для целой группы сплавов на основе алюминия, легированного добавками меди, магния и марганца[1]. Иногда встречаются также старая (основная до 1940‑х годов) форма «дуралюми́ний» и англизированный вариант «дюралюми́н». Название происходит от немецкого города Дюрен (нем. Düren), где в 1909 году было начато промышленное производство сплава[2].

Дюралюминий разработан немецким инженером-металлургом Альфредом Вильмом (Alfred Wilm), сотрудником металлургического завода Dürener Metallwerke AG. В 1903 году Вильм установил, что сплав алюминия с добавкой 4 % меди после резкого охлаждения (температура закалки 500 °C), находясь при комнатной температуре в течение 4-5 суток, постепенно становится более твёрдым и прочным, не теряя при этом пластичности. В 1909 году Альфред Вильм подал заявку на патент «Способ улучшения сплавов алюминия, содержащих магний»[3]. Вскоре лицензии на способ были приобретены компанией Dürener Metallwerken, которая вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» (нем. duraluminium)[4]. Состав патентованного дюралюминия, выпускаемого на заводе Dürener Metallwerken: 3,5-5,5 % Cu; 0,5-0,8  % Mg; 0,6  % Mn.

На международной выставке дирижаблей, проходившей во Франкфурте в 1909 году, новый сплав получил третью премию. В 1910 году на выставке дирижаблей в Петербурге Вильм получил Большую серебряную медаль за лучший материал для дирижаблей, а также Большую золотую медаль за «достижения в области военной техники».

Обнаруженное Вильмом явление старения алюминиевых сплавов позволило повысить прочность дюралюминия до 350-370 МПа по сравнению с 70-80 МПа у чистого алюминия[5].

Распространённые в Европе сплавы марок Hiduminium и Avional являются близкими по составу к дюралюминию сплавами других фирм-производителей — High Duty Alloys Ltd. (Великобритания) и Aluminium-Industrie A-G. (Швейцария).

В СССР/России дюралюминами называют деформируемые сплавы системы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дюралюмином является сплав Д1 (состав: 4,3 % Cu, 0,6 % Mg, 0,6 % Mn, остальное — Al), однако вследствие сравнительно низких механических свойств производство его заметно сокращается; сплав Д1 для листов и профилей заменяется сплавом Д16.

В США и Евросоюзе дюралюмины представлены, в первую очередь, сплавами 2024, 2017 (во Франции ранее обозначался AU4G или duralumin) и 2117. По международной универсальной классификации группе деформируемых алюминиевых сплавов Al-Cu-Mg присваиваются обозначения от 2000 до 2999.

Состав сплавов, % массы
Сплав - Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Zr+Ti Прочие

каждого

Прочие

сумма

Al
2017A мин. 0,20 / 3,50 0,40 0,40 / / / / / / / основа
макс. 0,80 0,70 4,50 1,00 1,00 0,10 / 0,25 / 0,25 0,05 0,15
2024 мин. / / 3,80 0,30 1,20 / / / / / / / основа
макс. 0,50 0,50 4,90 0,90 1,80 0,10 / 0,25 0,15 0,20 0,05 0,15
Физико-механические свойства
/ 2017 2024
Массовая плотность (г/см³) 2,79 2,77
Интервал температур плавления 510-640 500-638
Линейный коэффициент термического расширения (10−6/K) 23,0 22,9
Модуль упругости МПа (1) 74 000 73 000
Коэффициент Пуассона 0,33 0,33
Теплопроводность (W/M°C) состояние T4: 134 состояние T3: 120
Удельная теплоёмкость (Дж/кг°C) 920 920
Предел упругости RP0.2 (МПа) 260 (2) 300 (3)
Предел прочности Rm (MPa) 390 (2) 440 (3)
Относительное удлинение (%) 9 (2) 9 (3)

(1) Среднее значение модулей при растяжении и сжатии
(2) Пруток, состояние Т4 (закалка и естественное старение) диаметром от 6 до 75 мм
(3) Пруток, состояние Т3 (закалка, деформация в холодном состоянии, старение) диаметром от 50 до 100 мм

Свойства и применение

[править | править код]
Несущая конструкция германского дирижабля жёсткой схемы «Цеппелин», выполненная из соединенных заклёпками дюралюминиевых профилей
Сборка цельнометаллического самолёта Dewoitine D.333 (Франция, 1934 год), фюзеляж которого изготовлен из дюралюминия марки AU4G

Дюралюминий — основной конструкционный материал в авиации, космонавтике и других областях машиностроения, для которых принципиальную роль играет минимальная масса конструкции.

Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции. Начиная с 1911 года, дюралюминий стал широко применяться в других отраслях машиностроения. В годы Первой мировой войны состав сплава и термообработка были засекречены. Начиная с 1920‑х годов, благодаря высокой удельной прочности, дюралюминий становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении.

Плотность сплава: 2500-2800 кг/м³. Температура плавления сплава: около 650 °C.

Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например, поездов Синкансэн) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей прочностью, чем чистый алюминий).

После закалки (нагрева до температуры около 500°C и охлаждения в подогретую воду) сплав становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного, проходящего при комнатной температуре в течение нескольких суток, или искусственного, проходящего при повышенной температуре в течение нескольких часов) становится твёрдым и жёстким.

В настоящее время сплавы алюминий — медь — магний с добавками марганца — известны под общим названием дюралюмины. К дюралюминам относят советские сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1. Дюралюмины упрочняются термообработкой; подвергаются, как правило, закалке и естественному или искусственному старению. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450-500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150…175 °C) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения[6].

Недостаток дюралюминов — низкая коррозионная стойкость. Изделия требуют тщательной защиты от коррозии. Дюралюминиевый прокат, как правило, плакируют чистым алюминием, создавая из него лист с двухсторонней плакировкой, — так называемый альклед. Также, как правило, все детали из алюминиевых сплавов, применяемые в конструкции самолёта, анодируют, покрывают грунтовками, специально разработанными для авиации (обычно жёлтого или зелёного цветов) и при необходимости окрашивают.

  • В конце 1930-х годов руководство фирмы «Dürener Metallwerke AG» и исследовательские лаборатории располагались в районе Борзигвальде Берлина. Там в начале 1940-х годов были разработаны высокопрочные деформируемые сплавы системы Al-Zn-Mg с пределом прочности не ниже 50 кгс/мм2, применявшиеся серийно на самолётах Хейнкель и Юнкерс в виде прессованных профилей и штамповок[7]. В частности, для сплава «Hydronalium Hy43», разработанного в Институте DVL в 1940 году (состав: 4,5 % Zn, 3,5 % Mg, 0,3 % Mn, 0,4 % Cu, остальное — Al), к 1944 году Министерством авиации RLM была выпущена спецификация Flw3.425.5[8].
  • Марка сплава Д16 появилась к 1946 году как результат безлицензионного воспроизводства и освоения металлургической промышленностью СССР технологии изготовления плит, листов и профилей американского сплава 2024 (состав: 4 % Cu, 1,5 % Mg, 0,3 % Сг, остальное — Al), составлявшего основу конструкции планера тяжёлого бомбардировщика Boeing B-29 Superfortress. Приказ о подетальном копировании («…Не допускается никаких отклонений от американского прототипа, ни в одной детали, ни в одном агрегате…» подпись — Иосиф Сталин.) самолёта Boeing B-29 был отдан лично Сталиным в 1944 году в планах и перспективах создания Ту-4 — первого отечественного самолёта-бомбардировщика, носителя атомного оружия. «ВИАМ исследовал вес деталей, их химический состав, структуру и свойства. Как оказалось, отечественные дуралюмины уступали по свойствам сплаву 2024»[9]. Как оказалось, американский сплав 2024 отличался от отечественного дюралюмина Д1 повышенным (до 1,5 %) содержанием магния и небольшой добавкой (0,3 %) хрома.

Примечания

[править | править код]
  1. В 1909 году компания Dürener Metallwerken вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» (нем. duraluminium).
  2. Краткий словарь авиационных терминов. Под редакцией проф. В. А. Комарова. М.: Изд-во МАИ, 1992, с. 54.
  3. Германский патент № 244554 Verfahren zum Veredeln von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen. 20 марта 1909 года.
  4. 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.
  5. A. Wilm, Physikalisch-metallurgische Untersuchungen über magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen. Metallurgie, 1911, Bd. 8, N 7, 225—27.
  6. 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
  7. Организация ОТБ по изучению немецкой авиационной науки и техники. Дата обращения: 17 декабря 2016. Архивировано 20 декабря 2016 года.
  8. Mühlenbruck A., Seeman H.J. Untersuchungen an Al-Zn-Mg-Knetlegierungen. Luftfahrtforsch., 1942, Bd. 19, № 9, s. 337—343
  9. О Фридляндере И. Н. Международная научно-техническая конференция ВИАМ Архивная копия от 8 апреля 2016 на Wayback Machine. 2013 год.