Теплофизические свойства, состав и теплопроводность алюминиевых сплавов

Теплофизические свойства, состав и теплопроводность алюминиевых сплавов

Дюралюминий сплав состав, характеристики, свойства, получение, сферы применения

Дюралюминий — сплав на основе алюминия. Существует разные виды этого материала, которые отличаются количеством основных компонентов, техническими характеристиками. Сплав обладает высокой прочностью, твердостью, пластичностью.

Листы из дюралюминия

История открытия

Открытие дюралюминия произошло в 1903 году. Его произвел Альфред Вильм. Мужчина работал инженером на немецком металлургическом заводе. При смешивании разных металлов он смог установить закономерность.

Мужчина смешивал алюминий с 4% меди, выполнял закалку при 500°C, резко охлаждал и выдерживал заготовку при комнатной температуре до 5 дней, а потом проверял ее технические характеристики. После нескольких экспериментов он смог доказать, что у готового сплава повышенные показатели твердости, прочности.

Позже инженер вместе с другими работниками начал проводить разные эксперименты, пытаться модернизировать полученный состав. При добавке легирующих компонентов удалось получить сплав с еще большей прочностью, но сохранением других характеристик на прежнем уровне.

Наименование соединения произошло от названия городка Дюрен в Германии. Там началось промышленное производство этих сплавов, их дальнейшее распространение по миру.

Промышленное получение

  1. Формируется шихта, которая состоит из гранул легирующих добавок, алюминия.
  2. Происходит сплавка гранул. Она осуществляется в несколько этапов.
  3. Проводится закалка. Сплав нагревается до 500°C в промышленной печи.
  4. Выполняется охлаждение.
  5. Заготовка остывает при комнатной температуре несколько дней.

Часто производители ускоряют производственный процесс. Они выполняют слабое нагревание заготовок, чтобы они быстрее остывали. Это негативно влияет на технические характеристики сплава, но удешевляет и ускоряет процесс его производства.

Преимущества и недостатки

  1. Длительная эксплуатация при нормальных условиях.
  2. Высокая статическая прочность.
  3. Универсальность. Материал применяется в разных сферах деятельности.
  4. Стойкость к перепадам температуры, механическим воздействиям.

Недостаток — низкая устойчивость к воздействию влаги.

Свойства и характеристики

  • медь — до 5%;
  • алюминий — до 93%;
  • легирующие элементы — до 3%.

Компоненты дюралюминиевого сплава с обозначением Д16:

  1. Алюминий — от 90 до 94%.
  2. Медь — от 3,8 до 4,9%.
  3. Цинк — до 2,5%.
  4. Магний — до 1,8%.
  5. Дополнительные компоненты — железо, кремний. Их количество не превышает 0,5%.

Другие легирующие добавки, которые можно встретить в составе, — титан, марганец, хром.

Физико-механические свойства

  1. Плотность — до 2,77 г/см³.
  2. Температура плавления — до 650°C.
  3. Модуль упругости — до 74 000 МПа (1).
  4. Коэффициент теплового расширения — до 23 10−6/K.
  5. Показатель теплопроводности — до 134 W/M°C.
  6. Коэффициент Пуассона — до 0,33.
  7. Удельная теплоемкость — до 920 Дж/кг°C.
  8. Предел прочности — до 440 Мпа.
  9. Предел упругости — до 300 Мпа.
  10. Относительное удлинение — до 9%.

Дюралюминий (Фото: Instagram / aozapp)

Технологические свойства

  1. Изготовление в обычной среде. Технология производства простая, недорогая. Это удешевляет стоимость производства сплава.
  2. Высокая температура плавления. Сплав может использоваться при изготовлении деталей для промышленной техники, корпусов самолетов.
  3. Малый удельный вес. У стали показатель плотности доходит до 8 грамм на 1м 3 , а у дюралюминия — 2.
  4. Высокая устойчивость к нагрузке. Сплав подходит для изготовления деталей, которые будут испытывать повышенную нагрузку. Готовые изделия сложно разрушить.

Дюралюминиевые сплавы восприимчивы к воздействию влаги. Если детали будут долго находиться в условиях повышенной влажности, они покроются слоем ржавчины. Чтобы не допустить этого, производители наносят слой защитного покрытия.

Виды сплавов

  1. Магний и алюминий, марганец и алюминий. При производстве соединения не проходят закалки. Применяются для изготовления герметичных баков, радиаторов для автомобилей, труб для сборки бензопроводов. Из них изготавливаются строительные материалы. Сплавы хорошо поддаются сварке, пайке, невосприимчивы к образованию ржавчины. Плохо разрезаются.
  2. Марганец, медь и алюминий. Сложный конструкционный материал. Основой выступает алюминий, остальные компоненты легирующие. Сплав используется при сборке космических аппаратов, самолетов, скоростных железнодорожных составов. Недостаток — восприимчивость к воздействию влаги.
  3. Кремний, марганец и алюминий. Сплав обладает малым удельным весом, стойкостью к образованию ржавчины.
Читайте также:  Рули для фанатов три версии Fanatec Porsche 911

При изготовлении последнего вида сплава соединение подвергается дополнительной закалке при температуре 525°C. После этого деталь резко охлаждается в воде до 20°C. Процесс охлаждения занимает 10 суток.

Кремний (Фото: Instagram / kaolinnature)

Где применяется дюралюминий?

  1. Изготовление листов для строительных работ.
  2. Производство проводов.
  3. Изготовление буров.
  4. Производство фольги.
  5. Судостроение — изготовление корпусов для кораблей, лодок, внутренних узлов.
  6. Производство труб для сборки промышленных, бытовых трубопроводов.
  7. Станкостроение, автомобилестроение, самолетостроение.

Из этого материала часто собирают системы вентиляции, вытяжки.

Казан из дюралюминия (Фото: Instagram / sudarushka_labinsk)

Влияние на организм

Готовый дюралюминий, продукция из него безопасна для организма. Поэтому в продаже можно найти посуду из этого материала. При его плавке рекомендуется использовать респиратор, защитные перчатки.

Дюралюминий — собирательное название сплавов, которые изготавливаются из алюминия. К основе добавляются легирующие компоненты, чтобы изменить технические характеристики, добиться определенных показателей. Дюралюминиевые соединения применяются в сферах промышленности.

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).

Читайте также:  Характеристики двигателя ЗМЗ-409 лучшее масло, какой ресурс, количество клапанов, мощность, объем, в

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.

Химический состав дюралюминов

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

Дюралюминий: состав, свойства и применение

Дюралюминий — сплав, состоящий из основы в виде алюминия с медью и добавками других металлов. Открытие технологии его изготовления произошло в самом начале девятнадцатого века работником немецкого металлургического завода. После многочисленных экспериментов он установил, что при добавлении к алюминию меди в соотношении 96% на 4% получается сплав, который при выдержке в помещении с комнатной температурой сохраняет пластичность основного элемента с повышением показателей прочности.

Дюралюминий: особенности

Само наименование сплава пошло от торговой марки Dural, под которой был начат его выпуск. В русский язык оно пришло в начале двадцатого века и обозначает целую группу сплавов с алюминием в основе. Могут встречаться различные формы, например «дуралюминий» и «дюраль».

Области применения дюралюминия

Формула успеха дюралюминия была проста. Лёгкий вес и прочность нового продукта способствовали его быстрому распространению. Первым большим его применением стали конструкции каркаса дирижабля. Показал он себя отлично, и со временем ему находили место во всё больших отраслях машиностроения.

Авиастроители по достоинству оценили дюраль, и она быстро стала основой самолётостроения, а также в будущем основным конструкционным материалом в производстве космической техники.

Читайте также:  Volvo vnl 670 предохранители

Её применяют в производстве поездов. Дюралюминий в наши дни можно встретить даже на кухне в виде многочисленных бытовых предметов. А также активно используется дюралюминиевая фольга, в которой продают кондитерские изделия.

Активно используется сплав и в строительстве. Различные трубы, листы являются частями конструкций зданий.

Используется дюраль и в автомобилестроении, помогая инженерам уменьшить вес машины, улучшая технические показатели автомобиля. Благодаря устойчивости к высоким температурам, её можно использовать и для внутренних механизмов двигателя.

Дюралюминий лучше переносит вибрацию, чем сталь, что позволило применять его в буровых работах.

Можно заметить, что не все сплавы дюралюминия пригодны для сварки. Например, при строительстве самолётов для создания конструкций из деталей дюралюминия используются заклёпки. Они могут делаться из того же сплава дюралюминия, только пригодного для сварочных работ.

Дюраль: состав сплава

С течением времени состав сплава дюрали совершенствовался, появилось множество новых видов, их различия как в составе примесей, так и способе последующей обработки.

  • Al+Cu+Mg. Этот тип называется дюралюмином. В зависимости от концентрации меди и марганца в сплавах меняются и его общие свойства и характеристики. Данный вид не имеет дополнительной защиты от коррозии, потому для его эксплуатации необходимо дополнительное покрытие для защиты от влаги.
  • Al+Mg+Si. Такой тип называется «авиаль». Добавление к алюминию частей магния и кремния повысило коррозионную стойкость сплава. Для получения своих свойств сплав проходит термообработку при температуре около пятисот градусов по Цельсию и охлаждается в воде с температурой двадцать градусов с естественным старением около суток. Такая обработка позволяет эксплуатировать сплав в условиях повышенной влажности и под напряжением.
  • Al+Mg, Al+Mn. Этот сплав имеет название «магналии». При его производстве не используется термическая обработка. Основными его плюсами является повышенная устойчивость к коррозии и хорошая пригодность к сварочным и паяльным работам.

Состав дюралюминия в процентах можно рассмотреть на примере состава сплава дюралюминий д16:

  • Al (Алюминий): 91 — 94.7%.
  • Cu (Медь): 3.7−4.9%.
  • Fe (Железо): 0.5%.
  • Si (Кремний): 0.5%.
  • Zn (Цинк): 0.25%.
  • Mg (Магний): 1.1 — 1.8%.
  • Cr (Хром): 0.1%.
  • Mn (Марганец): 0.4% – 0.9%.
  • Ti (Титан): 0.15%.

Могут добавляться маркировки, зависящие от форм выпуска сплава:

  • «Т» — закалка в естественных условиях.
  • «Т1» — после процесса искусственного старения.
  • «А» — после покрытия специальными лаками и анодирования.

Свойства дюралюминия

Не смотря на попытки борьбы с коррозией путём добавления марганца и магния, дюралюминий все же ей подвержен и подвержен достаточно, чтобы на это обратить внимание. Потому, при эксплуатации необходимо защитить его при помощи какого-либо покрытия. Защита должна быть настолько тщательной, насколько это возможно.

Дюраль отличается небольшим весом при большой прочности. Благодаря этому её и используют как основной конструкционный материал в космонавтике и авиации. Используется также в авиастроении, при производстве скоростных поездов и различных других областях машиностроения.

Средняя плотность дюралюминия 2500−2800 килограмм на кубический метр.

Дюралюминиевый сплав, в отличие от алюминия чистого, хорошо подходит к сварочным работам.

Обладает высокой устойчивостью воздействиям среды и низкой уязвимостью к разрушению.

Появление такого лёгкого и прочного материала позволило поднять машиностроение на новый уровень и построить такие технические проекты, которые ранее казались неосуществимыми.

Ссылка на основную публикацию
Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов
Теплопроводность чистых металлов Теплопроводность металлов в зависимости от температуры В таблице представлена теплопроводность металлов в зависимости от температуры при отрицательных...
Сцепление для мотоблока своими руками, самодельное
Сцепление на мотоблок - как сделать своими руками Автомеханик, специализируется на С/Х технике Без качественной работы сцепления невозможна полноценная работа...
Сцепление Лада Гранта характеристики, возможные поломки, методы их устранения
Как отрегулировать сцепление на Лада Гранта фото, видео, два способа На автомобилях ВАЗ применён трос сцепления с автоматической регулировкой. Сам...
Теплообменник для газового котла ремонт, как снять и почистить
Ремонт газовых котлов Навьен – что можно исправить самостоятельно Газовый отопительный прибор сегодня популярен среди владельцев квартир и частных домов....
Adblock detector