Дюраль или дюралюминий обладает повышенной прочностью. В Д16 в качестве основных добавок используют медь, магний, марганец. По механической прочности и твердости дюраль можно сравнить со сталью, но только алюминиевый сплав в три раза легче. Из Д16 изготавливают плиты, листы, уголки, прутки, другой металлопрокат.
Дюраль активно применяется благодаря легкому весу и удивительной прочности во многих областях промышленности, но особенно Д16 ценится в космической отрасли, авиастроении, при изготовлении нагружаемых конструктивных элементов. Дюралюминий не стыкуется с помощью дуговой электросварки из-за опасности растрескивания горячего шва, поэтому детали из него соединяются при помощи заклепок или специальных креплений. Другой недостаток сплава Д16 — низкая стойкость к образованию коррозии. Поэтому его приходится защищать с помощью плакирования или анодирования. Хотя тот и другой способы удорожают дюраль, но сопротивление коррозии существенно повышается.
Химический состав
Дюраль Д16 относится к группе высокопрочных алюминиевых сплавов с добавлением меди, магния, марганца — так называемой системы Al-Cu-Mg-Mn. Цифра 16 после буквы Д указывает на чистоту сплава в процентах. Химический состав дюраля определяется согласно требованиям ГОСТ 4784-2019. В Д16 должно содержаться:
- алюминия (Al) — 90,9–94,7 %;
- магния (Mg) — 1,2–1,8 %;
- железа (Fe) — до 0,5 %;
- кремния (Si) — не больше 0,5 %;
- марганца (Mn) — 0,3–0,9 %;
- меди (Cu) — 3,8–4,9 %;
- титана (Ti) — не свыше 0,15 %;
- цинка (Zn) — меньше 0,25 %;
- хрома (Cr) — не больше 0,1 %;
- примесей — в пределах 0,15 %.
Добавки кремния и железа негативно отражаются на пластичности и прочности дюралюминия Д16, поэтому их процентное содержание строго регламентировано стандартом. В составе доля каждого не должна быть больше 0,5 %. Марганец не относится к легирующей добавке, повышающей прочность, но он в дюрале повышает антикоррозионные качества, улучшает механические свойства, поднимает температуру рекристаллизации. Именно благодаря наличию Mn сплав Д16 можно ковать, резать, фрезеровать с помощью равномерного травления, использовать точечную сварку.
Температурная обработка Д16
Наиболее надежной защитой от коррозии считаются плакировка и закалка. Для того чтобы повысить прочность, дюраль нагревают до 495–505 °С, подвергая температурной закалке. Превышение верхнего предела грозит пережогом алюминия, которое приведет к окислению, понижению прочности и пластичности дюраля.
Твердость
Термическая закалка совершается в холодной воде. Она существенно повышает стойкость дюралюминия Д16 к коррозии. Затем алюминиевый сплав подвергается естественному старению при комнатной температуре в течение 4–5 суток. Это один из способов придания максимальных антикоррозийный свойств дюралюминию. При массовом производстве полуфабрикатов из сплава Д16, используют процесс ускоренного старения. Для этого температура остывания повышается до 100 °С. Процесс протекает всего несколько часов, а прочностные характеристики получаются такими же, как во время естественного старения. За это время длина образцов сплава Д16 немного уменьшается (за 300 ч длина заготовки убавляется на 3–4 мкм на каждые 10 мм). Укорачивание после закалки можно объяснить растворением фаз, которые содержат медь. В результате размер решетки алюминия снижается.
Антикоррозионная стойкость
Однако естественно состаренный дюраль, не имеющий защитного слоя, обладает слабой стойкостью против коррозии. Особенно снижается сопротивление ржавчине при нагревании до температуры больше 100 °С. При таких температурах возникает межкристаллитная коррозия, приводящая к растрескиванию готового проката. Повышения стойкости к коррозии после высокотемпературной закалки можно добиться плакировкой поверхности чистым алюминием или анодированием.
Первый способ применяется только для листового проката, поскольку тонкий (не больше 4 % от толщины листа) слой чистого алюминия наносится с обеих сторон. Для этого отфрезерованные поверхности покрываются планшетами, состоящими из чистого алюминия. При этом получаются полуфабрикаты из листов, стойкие не только к коррозии, но и царапинам, другим механическим воздействиям. Но они подвержены другому недостатку — пониженной усталостной прочности.
Некоторые полуфабрикаты подвергаются анодированию или оксидированию электрохимическим способом в серной кислоте. В результате на поверхности изделий образуется толстая, плотная оксидная пленка, надежно защищающая дюралюминиевый сплав Д16 от коррозии.
Применение
Дюралюминий легко поддается деформированию как в горячем, так и в холодном состоянии. Поэтому из него изготавливают:
- трубы, которые используются при изготовлении силовых элементов конструкций в нефтегазовой отрасли, энергетике;
- прутки, которые применяются при производстве деталей для конструкций бурильных установок, кораблей, самолетов, вертолетов, автомобилей. Кроме этого, прутками пользуются дизайнеры при отделке зданий;
- плиты, которые применяются в топливной и строительной индустрии, при сооружении морских и воздушных судов;
- листы, которыми обшиваются каркасы, кузова, из них делаются тяги управления, силовые детали конструкций, других элементов летательных аппаратов, автомобилей;
- круги, которые служат материалом для производства крепежа: заклепок, шурупов, гаек, шестигранников для болтов.
Также изготавливают профили, которые востребованы при производстве окон, дверей, внутренних перегородок.
