Свойства и состав дюралюминия, области его применения, температура плавления и другие характеристики

Дюралюмины, дюрали, дуралюмины

Дюралюмины, дюрали, дуралюмины?

Главным легирующим элементом этих сплавов – дюралюминов – является медь с содержанием в основном от 3 до 6 %. Магний также служит основным легирующим элементов с содержанием от 0 до 2 %. Высокая прочность сплавов обеспечивается за счет дисперсного упрочнения. Сплавы этой серии имеют очень хорошие усталостные характеристики.

Эта серия включает первый термоупрочняемый алюминиевый сплав – дюралюминий – Д1 по ГОСТ 4784. Более прочный сплав Д16 раньше называли супердюралюмином. Часто все сплавы этой серии называют дюралюминами , дюралями или дуралюминами .

Именно из сплавов Д1 и Д16 изготавливали большинство алюминиевых лодок в советские времена. Поэтому все алюминиевые лодки – не обязательно из дюралюминиевых сплавов – до сих пор называют “дюральками”.

Роль меди в дюралюминах

Присутствие меди, однако, плохо сказывается на коррозионной стойкости сплавов. Медь стремится выпадать по границам зерен, что делает эти сплавы очень подверженным точечной коррозии, межзеренной коррозии и коррозии под напряжением. Эти богатые медью зоны оказываются гальванически более благородными (катодными), чем окружающая алюминиевая матрица и поэтому особенно уязвимы для коррозии, которая происходит по гальваническому механизму.

Кроме того, медь очень вредна для анодирования. Медные частицы растворяются в анодном кислотном электролите, оставляя отверстия в оксидном слое, а растворенная медь мигрирует под действием электрического поля к границе между алюминием и его оксидом, что оказывает отрицательное влияние на качество анодного покрытия.

С увеличением содержания меди в сплаве вплоть до 12 % его прочностные свойства возрастают за счет механизма дисперсного упрочнения. Упрочнение достигается за счет выделения интерметаллидных частиц Al2Cu или Al2CuMg в процессе старения, что обеспечивает прочность, уступающую только прочности высокопрочных сплавов серии 7ххх. При содержании меди более 12 % сплав становится хрупким.

Применение дюралюминов

Алюминиевые профили из сплавов с умеренным содержанием меди, таких как обычные 2024 и 2014 (Д16 и АК8) востребованы автомобильной промышленностью. Алюминиевые профили их этих сплавов имеют достаточно хорошую обрабатываемость, точечную свариваемость и хорошую коррозионную стойкость (по сравнению с профилями из сплавов с высоким содержанием меди).

Алюминиевые профили из сплавов серии 2ххх применяются в таких ответственных конструкциях, как самолеты, военная техника, мосты, большегрузные автомобили. Добавка легирующих элементов с низкой температурой плавления, таких как свинец и висмут, дает возможность автоматической механической обработки этих сплавов, что делает их подходящими для применения массовых изделий, таких как винты, болты, крепежные детали. В настоящее время в связи с экологическими ограничениями на применение свинца ему ищут замену на другие легкоплавкие элементы.

Сплав 2117 (Д18) специально предназначен для изготовления алюминиевых заклепок, которые широко применяются в самолетостроении, а также в других областях, например, при изготовлении и ремонте алюминиевых лодок.

Для повышения тепловой стойкости алюминиевых профилей, повышения их обрабатываемости и свариваемости, а также улучшения литейных свойств при разливке столбов могут вводить добавки марганца, ванадия, циркония, титана.

Марганец повышает прочностные свойства сплавов A l- Cu – Mg , однако снижает пластичность, поэтому его содержание ограничивают 1 %.

Железо добавляют в сплавы Al-Cu-Ni для повышения прочности при повышенных температурах (например, сплав 2618 – АК4). Железо способствует измельчению зерна. В сплавах без никеля содержание железа ограничивают, так оно может снижать прочность сплава, если избыток железа не связан кремнием в частицы α-Fe-Si. Это избыточное железо образует соединения с медью и, следовательно, «отбирает» у сплава медь, которая нужна ему для термического упрочнения.

Никель в количестве от 0,8 до 2,3 % повышает прочность и твердость сплавов A l- Cu – Mg при повышенных температурах. Однако добавки всего 0,5 % никеля в простом дуралюмине Al –4% Cu –0,5% Mg (2017 – Д1) снижают его прочность при комнатной температуре.

Читайте также:  Почему не работает подсветка приборов на Приоре Авто-помощь

Химический состав дюралюминов

Европейский стандарт ЕТ 573-3 включает 17 сплавов серии 2ххх и их модификаций, ГОСТ 4784-97 – 12.

Теплофизические свойства, состав и теплопроводность алюминиевых сплавов

Теплофизические свойства алюминиевых сплавов АМц, АМг, Д16, АК и др.

В таблице представлены состав и теплофизические свойства алюминиевых сплавов для нагартованного, закаленного и отожженого состояний сплава:

  • плотность сплавов, кг/м 3 ;
  • коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
  • коэффициент линейного теплового расширения, 1/град;
  • удельное электрическое сопротивление, Ом·м.

Теплофизические свойства представлены для следующих сплавов алюминия: А, АМц, АМг, Амг1, АМг5, АВ, Д18, Д1, Д16, АК8, АК4, 32S, В95. Свойства сплавов даны при комнатной температуре, за исключением коэффициента теплового расширения (КТР), который указан для интервалов температуры 20-100, 20-200 и 20-300°С.

Теплопроводность алюминиевых сплавов

Представлена сводная таблица теплопроводности алюминиевых сплавов. В ней приведены значения теплопроводности распространенных алюминиевых сплавов (сплавы алюминия с кремнием, медью, магнием и цинком, литейные сплавы, дюралюминий) при различной температуре в диапазоне от 4 до 700К.

По данным таблицы видно, что теплопроводность алюминиевых сплавов в основном увеличивается с ростом температуры. Наибольшей теплопроводностью при комнатной температуре обладает такой сплав, как АД1 — его теплопроводность при этой температуре равна 210 Вт/(м·град). Более низкая теплопроводность свойственна в основном литейным алюминиевым сплавам, например АК4, АЛ1, АЛ8 и другим.

Температура в таблице в градусах Кельвина !

Таблица теплопроводности сплавов алюминия

Алюминиевый сплав Температура, K Теплопроводность алюминиевого
сплава, Вт/(м·град)
АВ 298…373…473…573 176…180…184…189
АД1 нагартованный 4…10…20…40…80…150…300 50…130…260…400…250…220…210
АД31 закаленный, состаренный 4…10…20…40…80…200…300…600 35…87…170…270…230…200…190…190
АД33 300…373…473…573 140…151…163…172
АД35 298…373…473…573 170…174…178…182
АК4 300…500…600…700 145…160…170…170
АК6 закаленный, состаренный 20…77…223…293…373…473…573…673 35…90…192…176…180…184…184…189
АК8 закаленный, состаренный 20…40…80…150…300…573…673 50…72…100…125…160…180…180
АЛ1 300…400…600 130…140…150
АЛ2 20…77…293 10…18…160
АЛ4 300…473…673 150…160…155
АЛ5 300…473…573 160…170…180
АЛ8 300…473…673 92…100…110
АМг1 298…373…473…573…673 184…188…192…188…188
АМг2 4…10…20…40…80…150…300…373…473…573…673 4,6…12…25…49…77…100…155…159…163…164…167
АМг3 20…77…90…203…293 41…86…89…123…132
АМг5 отожженный 10…20…40…80…150…300…473…673 10…20…40…66…92…130…130…150
АМг6 20…77…173…293 13…43…75…92
АМц нагартованный 4…10…20…40…80…150…300…473…573…673 11…28…58…110…140…150…180…180…184…188
В93 300…473…673 160…170…160
В95 300…473…673 155…160…160
ВАД1 20…80…300 30…61…160
ВАЛ1 300…473…673 130…150…160
ВАЛ5 300…573…673 150…160…160
ВД17 300…673 130…170
Д1 298…373…473…573…673 117…130…150…172…176
Д16 закаленный, состаренный 10…20…40…80…150…300…373…473…573 9…19…37…61…90…120…130…146…163
Д20 закаленный, состаренный 20…40…80…150…300…373…473…573…673 27…38…61…85…140…142…147…155…160
Д21 298…373…473…573 130…138…151…168

Свойства сплавов алюминия с кремнием, медью, магнием и цинком

В таблице представлены состав и следующие теплофизические свойства алюминиевых сплавов:

  • плотность сплавов, кг/м 3 ;
  • коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С);
  • коэффициент линейного теплового расширения, 1/град;
  • коррозионная устойчивость в воде и на воздухе;
  • температура изменения прочности.

Плотность, теплопроводность и коэффициент линейного теплового расширения сплавов представлены в зависимости от температуры в интервале от 500 до 660°С. Плотность алюминиевых сплавов с кремнием и цинком наиболее высока. Из легких сплавов можно отметить сплавы, содержащие магний.

Следует отметить, что наибольшей коррозионной устойчивостью в воде и на воздухе обладают алюминиевые сплавы с высоким содержанием меди — они устойчивы к коррозии до температуры 200…250°С. Такие сплавы также обладают высокими прочностными характеристиками.

Теплопроводность алюминиевых сплавов в зависимости от температуры

В таблице представлены состав алюминиевых сплавов и коэффициент их теплопроводности в диапазоне температуры от 173 (-100°С) до 773К (500°С). По данным таблицы видно, что чем больше содержится алюминия в сплаве, тем выше его теплопроводность. При нагревании алюминиевых сплавов, их теплопроводность, как правило, увеличивается.

Теплопроводность сплава алюминия с литием

Даны значения коэффициента теплопроводности сплава алюминия с литием при комнатной температуре. Теплопроводность указана в зависимости от содержания лития в сплаве по массе (от 0 до 11%). Необходимо отметить, что увеличение процентного содержания лития приводит к уменьшению теплопроводности сплава.

Плотность, теплопроводность, теплоемкость алюминиевых сплавов Амц, Амг1, Амг2, Д1, Д16

Представлены значения плотности (при температуре 293К), коэффициента теплопроводности, Вт/(м·°С), и удельной (массовой) теплоемкости, кДж/(кг·°С) некоторых алюминиевых сплавов в зависимости от температуры (свойства даны при температурах 25, 100 , 200, 300, 400 °С).

В таблице указана плотность, теплопроводность, теплоемкость следующих сплавов алюминия: Амц, Амг1, Амг2, Д1, Д16. Следует отметить, что плотность алюминиевых сплавов примерно одинаковая, но немного выделяется такой сплав алюминия, как Д-1 — его плотность равна 2800 кг/м 3 .

Теплопроводность, теплоемкость и удельное сопротивление сплава 1151Т

В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности, Вт/(м·град), удельной (массовой) теплоемкости, кДж/(г·град)
и удельного сопротивления алюминиевого сплава 1151Т.

Свойства алюминиевого сплава 1151Т даны в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 400 °С). По данным таблицы видно, что теплопроводность этого сплава увеличивается при нагревании, однако в районе температуры 200°С имеет место некоторое ее снижение с последующим ростом. Такой же характер изменения свойственен и удельной теплоемкости сплава 1151Т. Удельное электрическое сопротивление рассматриваемого сплава увеличивается по мере роста его температуры.

Читайте также:  Топливная система Сommon Rail принцип работы впрыска, двигателя

Температурные коэффициенты линейного расширения (КТР) сплава 1151Т

В таблице представлены значения температурных коэффициентов линейного расширения (КТР) алюминиевого сплава 1151Т.
Коэффициенты линейного расширения алюминиевого сплава 1151Т даны в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 500 °С). При высоких температурах КТР сплава 1151Т увеличивается.

Теплофизические свойства алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mn

В таблице представлены теплофизические свойства алюминиевых сплавов, содержащих медь и марганец. рассмотрены такие сплавы, как сплав 01205, 1201, Д21, Д20. Свойства сплавов представлены в зависимости от температуры в диапазоне от 25 до 400°С. Из рассмотренных сплавов наиболее теплопроводным является сплав Д20, с теплопроводностью 138 Вт/(м·град) при температуре 25°С.

Даны следующие теплофизические свойства сплавов:

  • коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
  • удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
  • коэффициент линейного теплового расширения, 1/град.

Теплофизические свойства алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si

В таблице представлены следующие теплофизические свойства сплавов алюминия с магнием и кремнием:

  • плотность, кг/м 3 ;
  • коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С);
  • удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С).

Свойства представлены в зависимости от температуры в интервале от 25 до 400°С. Даны свойства следующих сплавов: АД31, АД33, АД35, АВ. Следует отметить, что удельная теплоемкость сплавов увеличивается при нагревании.

Удельная теплоемкость высокопрочных сплавов алюминия В93, сплав 1933, В95, сплав 1973, В96 и др.

Указана массовая теплоемкость кДж/(кг·°С) при температуре от 20 до 400°С следующих сплавов: В93, В93пч, сплав 1933, В95, В95пч, В95оч, сплав 1973, В96Ц, В96Ц-3. С ростом температуры сплава его теплоемкость увеличивается.

Теплопроводность высокопрочных сплавов алюминия В93, сплав 1933, В95, сплав 1973, В96 и др.

В таблице приведены значения теплопроводности в размерности Вт/(м·град) в зависимости от температуры (интервал от 25 до 400°С) следующих алюминиевых сплавов: В93, В93пч, сплав 1933, В95, В95пч, В95оч, сплав 1973, В96Ц, В96Ц-3. Наиболее теплопроводными, по данным таблицы, являются сплавы В93, В93пч, сплав 1933, имеющие значение теплопроводности 163 Вт/(м·град) при температуре 25°С.

Источники:
1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
3. В.М. Белецкий, Г.А. Кривов. Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение). Справочник. Под общей ред. академика РАН И.Н. Фридляндера — К.: «Коминтех», 2005. — 365 с.
4. Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.

Дюралюминий

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%.
Читайте также:  Subaru Impreza Преимущество своего поля — журнал За рулем

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.

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.

Ссылка на основную публикацию
Сварка чугуна специальными электродами в домашних условиях
Как варить чугун электросваркой в домашних условиях У домашнего мастера выполнение сварочных работ со сталью не вызывает трудностей. А вот...
Самые экономичные автомобили по расходу топлива 2020 года
ТОП-10 недорогих, надежных, экономичных автомобилей 2019-2020 описания, характеристики, цены Мы изучили десятки автомобилей и выбрали самые недорогие, надежные и экономичные...
Самые экономичные автомобили по расходу топлива
Машины с маленьким расходом топлива Мало водителей, которые не следят за расходом топлива на своей машине. Это стоит делать для...
Сварочная маска Хамелеон с автоматическим затемнением видео тестов обычного аксессуара сварщика с пр
Сварочная маска Хамелеон с автоматическим затемнением видео тестов обычного аксессуара сварщика с пр Главная / Приспособления и детали Время на...
Adblock detector