Теплофизические свойства, состав и теплопроводность алюминиевых сплавов

Дюралюминий состав, свойства, применение различных марок сплава

Для производства различных деталей и вещей может использоваться дюралюминий. Данный материал получил свое название от города, в котором он был создан. Отличия дюрали от алюминия заключаются в химическом составе, который оказывает влияние на основные эксплуатационные качества. Рассмотрим особенности данного сплава подробнее.

Химический состав

Появление дюралюминия связывают с немецкой компанией, которая расположена в городе Дюрен. Специалисты этой компании занимались разработкой нового сплава, и ошибочно провели смешивание ранее не используемых компонентов. После проведения предварительных тестов они были удивлены тем, какого смогли добиться результата, но изначально посчитали их ошибочными. Спустя некоторое время они повторили свой эксперимент и добились еще более высоких результатов.

Алюминий и дюралюмин, в первую очередь, отличаются друг от друга химическим составом. Дюралюминий обладает следующим составом:

  1. 4-5% меди;
  2. 93% алюминия;
  3. 2-3% других легирующих элементов, которые добавляются для придания сплаву особых качеств.

Состав различных марок дюрали

Долгое время дюралюмин изготавливался при обычных условиях, что определяло некачественное соединение элементов. Начавшаяся война сделала данный металл стратегически важным, что привело к поиску более эффективных методов соединения всех компонентов. Результатом данных исследований стали следующие технологические особенности процесса:

  1. Нагрев проводится при температуре до 500 градусов Цельсия.
  2. На разогрев уходит около 3-х часов.
  3. Проводится быстрое охлаждение водой или селитрой для повышения прочности.

Состав дюралюминия может существенно меняться — все зависит от особенностей применяемой технологии производства.

Наиболее распространенная марка Д16 имеет следующий химический состав:

  1. Основная часть дюралюминия во всех случая представлена алюминием, на который приходится 90-94% от общей массы.
  2. В состав добавляется достаточно большое количество меди (3,8-4,9%).
  3. Обязательным условием можно назвать добавление в равных частях кремния и железа, примерно по 0,5%.
  4. В состав входит цинк (не более 2,5%).
  5. Добавляется фиксированное значение магния — 1,8%.

Остальные компоненты представлены хромом, марганцем, титаном, которые берутся примерно по 1%.

Получаемый дюралюминий при подобном химическом составе обладает достаточно высоким показателем мягкости. Именно поэтому Д16 зачастую применяется в качестве полуфабрикатов при производстве штамповок.

Не только состав сплава дюрали оказывает влияние на основные технологические свойства. Вместе со специфической подборкой компонентов применяются технология искусственного старения, которая заключается в закалке.Для повышения прочности и твердости поверхности сплав подвергается термической обработке с охлаждением.

Технологические свойства дюрали

В зависимости от химического состава и применяемого метода изготовления технологические свойства дюрали могут существенно отличаться. ГОСТа именно для этого металла пока нет.

Сразу после появления дюралюминия его назвали самым подходящим материалом для строительства дирижаблей и самолетов.

Среди технологических свойств следует отметить нижеприведенные моменты:

  1. Низкая стоимость, которая обуславливается простой технологией производства. Тот момент, что компоненты не нужно разогревать до экстремально высоких температур определяет существенное удешевление материала. Также на стоимости благоприятно отражается возможность проведения производства в обычной среде.
  2. Небольшой вес. Рассматривая химический состав можно отметить, что большая часть состава представлена алюминием. Этот металл известен своей легкостью.
  3. Высокие показатели температуры плавления позволили использовать сплав дюраль при производстве различных элементов самолетов и другой техники. Температура плавления дюралюминия около 650 градусов Цельсия. При этом обычный алюминий плавится уже при более низких температурах, что приводит к изменению основных технологических качеств и деформации изделий.
  4. Плотность дюралюминия составляет 2,5 грамма на кубический сантиметр (у стали на каждый кубический сантиметр приходится 8 грамм). Именно этот показатель определяет существенно снижение веса изготавливаемых деталей. Данный показатель может варьироваться в относительно небольшом диапазоне, достигать значения 2,8 грамм на кубический сантиметр.
  5. Статическая прочность дюралюминия достаточно высока, что определяет устойчивость к разовой нагрузке. Именно поэтому сплав применяется при изготовлении различных ответственных деталей. Проведенные исследования указывают на то, что разрушить подобный материал довольно сложно.

Однако есть и один недостаток – относительно невысокая устойчивость к воздействию повышенной влажности. Разрушение сплава блокируют путем нанесения защитного покрытия, что несколько повышает стоимость сплава.

Читайте также:  Установка GSM-модуля StarLine своими руками на примере автомобиля Mitsubishi Lancer (фото)

Детали из дюрали

Дюралюминий Д16 получил достаточно широкое распространение. Отличные эксплуатационные качества он демонстрирует при температуре не выше 250 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что уже при температуре 80 градусов Цельсия появляются признаки образования межкристаллической коррозии.

В последнее время в чистом виде дюралюминий практически не применяется. Это связано не только с высокой вероятностью появления коррозии, но и другими недостатками алюминиевого сплава. Для повышения эксплуатационных качеств сегодня выполняют следующее улучшение:

  1. Закалку в естественных условиях. При маркировке указывается буква «Т».
  2. Выполняют процедуру искусственного старения, что также отражается на маркировке «Т1».
  3. Анодирование и покрытие поверхности специальными лаками (в маркировке указывают букву «А»).

Снижение коррозионной стойкости происходит не только по причине повышения температуры, но и механического воздействия. Именно поэтому уделяется внимание дополнительным процедурам увеличения эксплуатационных качеств.

Более высокими эксплуатационными качествами обладает сплав под названием ВД95. Кроме этого, данная разновидность сплава проходит процедуру старения, за счет чего существенно повышается потенциал этой разновидности дюралюминия.

Область применения

Тугоплавкость дуралюмина марки ВД95 определяет его широкое применение не только в сфере авиастроения, но и изготовления скоростных поездов, которые постепенно становятся самым распространенным транспортным средством в Европе и Азии. Это связано с тем, что при движении на большой скорости из-за возникающего трения поверхность может сильно нагреваться. Слишком высокая пластичность из-за перестроения кристаллической решетки становится причиной деформации поверхности при механическом воздействии. Также применение дюралюминия представлено производством прутков, заклепок, болтов и других крепежных материалов.

Несмотря на тугоплавкость, есть возможность проводить сварочные работы с помощью аргона. Данный процесс настолько прост, что его можно провести в собственном гараже. В различных отраслях машиностроения дюралюминий применяется для получения изоляционных материалов. Примером можно назвать появление фольги толщиной около 0,2 миллиметров, которая применяется в качестве отражающего слоя при производстве изоляции.

В пищевой промышленности фольга из дюралюминия встречается довольно часто — ее используют для оборачивания конфет.

Сплав получил широкое применение и в буровой отрасли. Это связано с уникальным сочетанием нижеприведенных качеств:

  1. Легкость.
  2. Прочность.
  3. Стойкость к повышенным температурам и влажности.

Изготавливаемые буры из дюралюминия отлично справляются с гашением вибрации.

В заключение отметим, что широкая область применения определена особыми эксплуатационными качествами и относительно невысокой стоимостью материала. Кроме этого отметим, что сегодня алюминий в чистом виде стали использовать намного реже.

Характеристики и свойства сплава дюралюминий

Дюралюминий — сплав на основе алюминия. Существует разные виды этого материала, которые отличаются количеством основных компонентов, техническими характеристиками. Сплав обладает высокой прочностью, твердостью, пластичностью.

Листы из дюралюминия

История открытия

Открытие дюралюминия произошло в 1903 году. Его произвел Альфред Вильм. Мужчина работал инженером на немецком металлургическом заводе. При смешивании разных металлов он смог установить закономерность.

Мужчина смешивал алюминий с 4% меди, выполнял закалку при 500°C, резко охлаждал и выдерживал заготовку при комнатной температуре до 5 дней, а потом проверял ее технические характеристики. После нескольких экспериментов он смог доказать, что у готового сплава повышенные показатели твердости, прочности.

Позже инженер вместе с другими работниками начал проводить разные эксперименты, пытаться модернизировать полученный состав. При добавке легирующих компонентов удалось получить сплав с еще большей прочностью, но сохранением других характеристик на прежнем уровне.

Наименование соединения произошло от названия городка Дюрен в Германии. Там началось промышленное производство этих сплавов, их дальнейшее распространение по миру.

Промышленное получение

  1. Формируется шихта, которая состоит из гранул легирующих добавок, алюминия.
  2. Происходит сплавка гранул. Она осуществляется в несколько этапов.
  3. Проводится закалка. Сплав нагревается до 500°C в промышленной печи.
  4. Выполняется охлаждение.
  5. Заготовка остывает при комнатной температуре несколько дней.

Часто производители ускоряют производственный процесс. Они выполняют слабое нагревание заготовок, чтобы они быстрее остывали. Это негативно влияет на технические характеристики сплава, но удешевляет и ускоряет процесс его производства.

Преимущества и недостатки

  1. Длительная эксплуатация при нормальных условиях.
  2. Высокая статическая прочность.
  3. Универсальность. Материал применяется в разных сферах деятельности.
  4. Стойкость к перепадам температуры, механическим воздействиям.
Читайте также:  Что такое жидкое стекло для автомобиля, как полировать жидким стеклом, отзывы

Недостаток — низкая устойчивость к воздействию влаги.

Свойства и характеристики

  • медь — до 5%;
  • алюминий — до 93%;
  • легирующие элементы — до 3%.

Компоненты дюралюминиевого сплава с обозначением Д16:

  1. Алюминий — от 90 до 94%.
  2. Медь — от 3,8 до 4,9%.
  3. Цинк — до 2,5%.
  4. Магний — до 1,8%.
  5. Дополнительные компоненты — железо, кремний. Их количество не превышает 0,5%.

Другие легирующие добавки, которые можно встретить в составе, — титан, марганец, хром.

Физико-механические свойства

  1. Плотность — до 2,77 г/см³.
  2. Температура плавления — до 650°C.
  3. Модуль упругости — до 74 000 МПа (1).
  4. Коэффициент теплового расширения — до 23 10−6/K.
  5. Показатель теплопроводности — до 134 W/M°C.
  6. Коэффициент Пуассона — до 0,33.
  7. Удельная теплоемкость — до 920 Дж/кг°C.
  8. Предел прочности — до 440 Мпа.
  9. Предел упругости — до 300 Мпа.
  10. Относительное удлинение — до 9%.

Дюралюминий (Фото: Instagram / aozapp)

Технологические свойства

  1. Изготовление в обычной среде. Технология производства простая, недорогая. Это удешевляет стоимость производства сплава.
  2. Высокая температура плавления. Сплав может использоваться при изготовлении деталей для промышленной техники, корпусов самолетов.
  3. Малый удельный вес. У стали показатель плотности доходит до 8 грамм на 1м 3 , а у дюралюминия — 2.
  4. Высокая устойчивость к нагрузке. Сплав подходит для изготовления деталей, которые будут испытывать повышенную нагрузку. Готовые изделия сложно разрушить.

Дюралюминиевые сплавы восприимчивы к воздействию влаги. Если детали будут долго находиться в условиях повышенной влажности, они покроются слоем ржавчины. Чтобы не допустить этого, производители наносят слой защитного покрытия.

Виды сплавов

  1. Магний и алюминий, марганец и алюминий. При производстве соединения не проходят закалки. Применяются для изготовления герметичных баков, радиаторов для автомобилей, труб для сборки бензопроводов. Из них изготавливаются строительные материалы. Сплавы хорошо поддаются сварке, пайке, невосприимчивы к образованию ржавчины. Плохо разрезаются.
  2. Марганец, медь и алюминий. Сложный конструкционный материал. Основой выступает алюминий, остальные компоненты легирующие. Сплав используется при сборке космических аппаратов, самолетов, скоростных железнодорожных составов. Недостаток — восприимчивость к воздействию влаги.
  3. Кремний, марганец и алюминий. Сплав обладает малым удельным весом, стойкостью к образованию ржавчины.

При изготовлении последнего вида сплава соединение подвергается дополнительной закалке при температуре 525°C. После этого деталь резко охлаждается в воде до 20°C. Процесс охлаждения занимает 10 суток.

Кремний (Фото: Instagram / kaolinnature)

Где применяется дюралюминий?

  1. Изготовление листов для строительных работ.
  2. Производство проводов.
  3. Изготовление буров.
  4. Производство фольги.
  5. Судостроение — изготовление корпусов для кораблей, лодок, внутренних узлов.
  6. Производство труб для сборки промышленных, бытовых трубопроводов.
  7. Станкостроение, автомобилестроение, самолетостроение.

Из этого материала часто собирают системы вентиляции, вытяжки.

Казан из дюралюминия (Фото: Instagram / sudarushka_labinsk)

Влияние на организм

Готовый дюралюминий, продукция из него безопасна для организма. Поэтому в продаже можно найти посуду из этого материала. При его плавке рекомендуется использовать респиратор, защитные перчатки.

Дюралюминий — собирательное название сплавов, которые изготавливаются из алюминия. К основе добавляются легирующие компоненты, чтобы изменить технические характеристики, добиться определенных показателей. Дюралюминиевые соединения применяются в сферах промышленности.

Дюралюминий: состав, свойства и применение

Дюралюминий — сплав, состоящий из основы в виде алюминия с медью и добавками других металлов. Открытие технологии его изготовления произошло в самом начале девятнадцатого века работником немецкого металлургического завода. После многочисленных экспериментов он установил, что при добавлении к алюминию меди в соотношении 96% на 4% получается сплав, который при выдержке в помещении с комнатной температурой сохраняет пластичность основного элемента с повышением показателей прочности.

Дюралюминий: особенности

Само наименование сплава пошло от торговой марки Dural, под которой был начат его выпуск. В русский язык оно пришло в начале двадцатого века и обозначает целую группу сплавов с алюминием в основе. Могут встречаться различные формы, например «дуралюминий» и «дюраль».

Читайте также:  Режим Valet в сигнализации автомобиля зачем нужен, как включить или отключить

Области применения дюралюминия

Формула успеха дюралюминия была проста. Лёгкий вес и прочность нового продукта способствовали его быстрому распространению. Первым большим его применением стали конструкции каркаса дирижабля. Показал он себя отлично, и со временем ему находили место во всё больших отраслях машиностроения.

Авиастроители по достоинству оценили дюраль, и она быстро стала основой самолётостроения, а также в будущем основным конструкционным материалом в производстве космической техники.

Её применяют в производстве поездов. Дюралюминий в наши дни можно встретить даже на кухне в виде многочисленных бытовых предметов. А также активно используется дюралюминиевая фольга, в которой продают кондитерские изделия.

Активно используется сплав и в строительстве. Различные трубы, листы являются частями конструкций зданий.

Используется дюраль и в автомобилестроении, помогая инженерам уменьшить вес машины, улучшая технические показатели автомобиля. Благодаря устойчивости к высоким температурам, её можно использовать и для внутренних механизмов двигателя.

Дюралюминий лучше переносит вибрацию, чем сталь, что позволило применять его в буровых работах.

Можно заметить, что не все сплавы дюралюминия пригодны для сварки. Например, при строительстве самолётов для создания конструкций из деталей дюралюминия используются заклёпки. Они могут делаться из того же сплава дюралюминия, только пригодного для сварочных работ.

Дюраль: состав сплава

С течением времени состав сплава дюрали совершенствовался, появилось множество новых видов, их различия как в составе примесей, так и способе последующей обработки.

  • Al+Cu+Mg. Этот тип называется дюралюмином. В зависимости от концентрации меди и марганца в сплавах меняются и его общие свойства и характеристики. Данный вид не имеет дополнительной защиты от коррозии, потому для его эксплуатации необходимо дополнительное покрытие для защиты от влаги.
  • Al+Mg+Si. Такой тип называется «авиаль». Добавление к алюминию частей магния и кремния повысило коррозионную стойкость сплава. Для получения своих свойств сплав проходит термообработку при температуре около пятисот градусов по Цельсию и охлаждается в воде с температурой двадцать градусов с естественным старением около суток. Такая обработка позволяет эксплуатировать сплав в условиях повышенной влажности и под напряжением.
  • Al+Mg, Al+Mn. Этот сплав имеет название «магналии». При его производстве не используется термическая обработка. Основными его плюсами является повышенная устойчивость к коррозии и хорошая пригодность к сварочным и паяльным работам.

Состав дюралюминия в процентах можно рассмотреть на примере состава сплава дюралюминий д16:

  • Al (Алюминий): 91 — 94.7%.
  • Cu (Медь): 3.7−4.9%.
  • Fe (Железо): 0.5%.
  • Si (Кремний): 0.5%.
  • Zn (Цинк): 0.25%.
  • Mg (Магний): 1.1 — 1.8%.
  • Cr (Хром): 0.1%.
  • Mn (Марганец): 0.4% – 0.9%.
  • Ti (Титан): 0.15%.

Могут добавляться маркировки, зависящие от форм выпуска сплава:

  • «Т» — закалка в естественных условиях.
  • «Т1» — после процесса искусственного старения.
  • «А» — после покрытия специальными лаками и анодирования.

Свойства дюралюминия

Не смотря на попытки борьбы с коррозией путём добавления марганца и магния, дюралюминий все же ей подвержен и подвержен достаточно, чтобы на это обратить внимание. Потому, при эксплуатации необходимо защитить его при помощи какого-либо покрытия. Защита должна быть настолько тщательной, насколько это возможно.

Дюраль отличается небольшим весом при большой прочности. Благодаря этому её и используют как основной конструкционный материал в космонавтике и авиации. Используется также в авиастроении, при производстве скоростных поездов и различных других областях машиностроения.

Средняя плотность дюралюминия 2500−2800 килограмм на кубический метр.

Дюралюминиевый сплав, в отличие от алюминия чистого, хорошо подходит к сварочным работам.

Обладает высокой устойчивостью воздействиям среды и низкой уязвимостью к разрушению.

Появление такого лёгкого и прочного материала позволило поднять машиностроение на новый уровень и построить такие технические проекты, которые ранее казались неосуществимыми.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector