Дюралюминий

Дюралюминием или дюралью называют группу сплавов, отличающихся своей высокой прочностью, в основе которых находится алюминий (алюминиевый сплав),  а также добавки меди, магния и марганца. Сплав «дюралюминий» получил свое название благодаря торговой марки Dural, что в переводе с французского означает «твердый». Dural является коммерческим обозначением одного из первых алюминиевых сплавов, которым придавалась прочность путем термообработки и последующего старения.

В Россию название данного сплава пришло из Германии в первом десятилетии ХХ столетия, после чего в русском языке стало обозначать целую группу легированных медью, магнием и марганцем сплавов, в основе которых находился алюминий. В 1909 году в немецком городе Дюрен стартовало промышленное производство алюминиевого сплава. Разработка же данного сплава принадлежит немецкому инженеру-металлургу Альфреду Вильму, который работал на металлургическом предприятии «Dürener Metallwerke AG». В1903 году Вильмом было установлено, что если в алюминиевый сплав добавить медь в количестве 4%, резко охладить и оставить при комнатной температуре не несколько суток (4-5), то сплав приобретает большую твердость и прочность, сохраняя при этом свою пластичность. Спустя 6 лет Альфредом была подана заявка на патент «Способ улучшения сплавов алюминия, содержащих магний». В недолгом времени компания Dürener Metallwerke приобрела данные лицензии и вышла на рынок с новым продуктом, получившим название «дюралюминий». В том же 1909 году во Франкфурте состоялась международная выставка дирижаблей, на которой сплав получил третью премию, а спустя еще год на выставке дирижаблей в Петербурге Вильм был награжден Большой серебряной медалью за лучший материал для дирижаблей, а также Большой золотой медалью «за достижения в области военной техники».

Состав дюралюминия

Алюминиевый сплав легируют медью, магнием и марганцем. Таким образом, в составе дюралюминиевого сплава содержится алюминия 93,5%, меди – 4,5%, магния – 1,5%, марганца – 0,5%. Дюраль производства Dürener Metallwerke имел следующий состав: медь 3,5 – 5,5%, магний 0,5 – 0,8% и марганец – 0,6%.

В России название дюралюминий характерно для деформируемых сплавов системы алюминий – медь – магний, в которые дополнительно вводят марганец. Среди типичных дюралюминов стоит отметить сплав Д1, в составе которого 4,3% меди, 0,6% магния, 0,6% марганца и остальное – алюминий. Но такой сплав имеет очень низкие механические свойства, в связи с чего его производство существенно снижается. На смену сплаву Д1 для листов и профилей приходит сплав Д16.

Свойства дюралюминия

Сплав обладает плотностью в пределах 2500 – 2800 кг/м³. Температура плавления дюралюминия составляет около 650⁰С. Если сплав подвергнуть отжигу, т.е. довести его температуру практически до 500⁰С, то сплав приобретает мягкость и гибкость, подобную алюминию. После старения, которое может осуществляться естественным (в условиях комнатной температуры на протяжении нескольких суток, как правило около 4-5), или искусственным (в условиях повышенных температур на протяжении нескольких часов) путями, жесткость и твердость сплава значительно увеличивается.

На сегодняшний день сплавы алюминий-медь-магний с добавками марганца называются дюралюмины. К ним относятся следующие марки дюралюминия: Д1, Д16, Д18, Д19, В65, В17, ВАД1.  Упрочнение дюралюминов осуществляется путем термообработки, а также подвергаются закалке и естественному и искусственному старениям. Однако, имеют недостаток, который заключается в низкой коррозионной стойкостью. В связи с тем ,что защита от коррозии является достаточно важным свойством, то на дюралюминиевый прокат наносится чистый алюминий, который создает из него лист, имеющий двустороннюю плакировку – альклед.

Применение дюралюминия

Дюралюминий является материалом, из которого изготавливаются каркасы дирижаблей жесткой конструкции. Кроме того, с 1911 года дюралюминий нашел свое широкое применение в других машиностроительных сферах. В период Первой мировой войны состав сплава и термообработки скрывались под грифом «совершенно секретно». А с 1920 года дюралюминий стали применять в самолетостроении. Стоит отметить, что все применяемые алюминиевые сплавы при строительстве самолетов анодируются, покрываются грунтовками, которые специально разработаны для авиации (обычно такие грунтовки имеют желтый или зеленый окрас), а в случае необходимости, покрывают лакокрасочными материалами. Применение в данной отрасли связано с таким свойством сплава, как удельная прочность. Также сплав широко используется в авиастроении, при изготовлении скоростных поездов, и в других машиностроительных сферах. Листовой дюралюминий используется в строительной отрасли, кораблестроении и самолетостроении. Алюминиевый лист изготавливается в несколько этапов – производство, деформирование и обработка. Самым распространенным в применении является лист Д16АТ, для которого характерны высокие показатели прочности конструкции или, как еще называют данное свойство, трещиностойкости.

Сварка дюралюминия

Для ручного дугового сваривания сплава используются электроды со специальным покрытием. Сварку используют при сборке сооружений из алюминиевых сплавов, в том числе и дюралюминия. Толщину сварочного электрода необходимо выбирать в соответствии с толщиной свариваемого металла. При значительной толщине металла могут возникнуть трудности при использовании электродов небольшого сечения.

Как правило, во время сварки используются электроды, имеющие диаметр 4мм. Стоит отметить, что расплавление алюминиевого электрода происходит в два-три раза быстрее, чем стального. По этой причине свариваемый металл должен иметь толщину, которая больше 4мм.

Самым распространенным способом сварочного соединения является сварка дюралюминия стыковым способом сваривания. Алюминий и алюминиевые сплавы обладают значительно большей теплопроводностью в отличие от других металлов. В связи с этим есть существенные отличия в сварке алюминиевых сплавов от сварки стальных металлических конструкций. Во время ручной дуговой сварки дюралюминия шлак не успевает удаляться из раскаленного металла, что является причиной его застывания внутри. Это, в свою очередь, приводит к образованию дефектов в металле сварочного шва.

Перед свариванием дюралюминия свариваемые детали подогреваются до температуры, близкой к 300⁰С. Если металл имеет большую толщину, то температура подогрева увеличивается до 400⁰С. Благодаря этому в процессе сварки получается необходимое проплавления при умеренном сварочном токе.

Также обязательным условием успешного процесса сварки дюралюминия является прокаливание электродов для сварки. Обычно электроды прокаливаются при температуре 150 – 200⁰С в течении получаса.

Сваривание осуществляется постоянным током обратной полярности. Источниками питания являются специальные сварочные выпрямители, имеющие повышенное напряжения холостого хода. Подборка сварочного тока осуществляется на основе диаметра сварочных электродов, а также от толщины металла, который подвергается сварке.