Дюрали

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 Al-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 Al-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.

Химический состав дюралюминов

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