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 М Па , предела кратковременной прочности 400…500 МПа , однако прочностные характеристики конкретного сплава зависят от его состава и, в особенности, от термообработки .

Названия

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 . 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 .

Дюралюминий разработан немецким инженером-металлургом ( ), сотрудником металлургического завода 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» . Вскоре лицензии на способ были приобретены компанией Dürener Metallwerken, которая вышла на рынок с продуктом под маркой «дуралюминий» ( нем. duraluminium ) . 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 .

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 , 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.

(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

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 к г / 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 .

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.

Факты

• В конце 1930-х годов руководство фирмы «Dürener Metallwerke AG» и исследовательские лаборатории располагались в районе Берлина . Там в начале 1940-х годов были разработаны высокопрочные деформируемые сплавы системы Al-Zn-Mg с пределом прочности не ниже 50 кгс/мм ² , применявшиеся серийно на самолётах Хейнкель и Юнкерс в виде прессованных профилей и штамповок . 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 .
• Марка сплава Д16 появилась к 1946 году как результат безлицензионного воспроизводства и освоения металлургической промышленностью СССР технологии изготовления плит, листов и профилей американского сплава (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» . Как оказалось, американский сплав 2024 отличался от отечественного дюралюмина Д1 повышенным (до 1,5 %) содержанием магния и небольшой добавкой (0,3 %) хрома.

См. также

• Кольчугалюминий — советский аналог дюралюминия, разработанный в 1922 году.
• Альклед — алюминиевый сплав, по заказу NACA . С 1922 года использования в авиастроении США.
• Силумин

Примечания