История открытия
Невероятные качества сплава открыты в 1903 году инженером из Германии, который работал в городе Дюрен. От указанного наименования и произошло название «дюралюминий». Дюралюмины это такие сплавы, которые отличаются высокой крепостью и небольшой массой, иными востребованными качествами.
Интересно: В 1911 году на санкт-петербургской выставке такой сплав удостоился серебряной медали в категории наилучших материалов, использующихся в летательных аппаратах.
Большую пользу дюралюминий принес в период Великой Отечественной войны. Из него делали компоненты для оружия, бронетанковой техники и боевой авиации.
Со временем состав материала обновлялся, рождались новые типы сплава.
Химический состав
Состав дюралюминия в основном состоит из двух металлов. Главной частью дюраля является алюминий. Его доля может составлять до 94% от общего веса. Вторым во важности элементом, который обычно имеется в наличии, стала медь. Масса других компонентов небольшая. Дополнительно в формуле дюралюминия могут содержаться магний, марганец, железо, иные металлы.
Состав популярного дюраля марки Д16Т:
- алюминий — 93-94 %;
- медь — 3.8-4.9 %;
- легирующие сплавы — 1.5-2 %.
Промышленное получение
В целях промышленного производства сплава применяют электроэнергию большой мощности.
Чтобы получить дюраль делают соединение (шихту) — это частицы разных металлов, позже их будут сплавлять в однородный материал. После этого компонент нагревается до уровня +500° C, затем резко охлаждается при помощи воды или селитры. Когда температура дюралевой заготовки дойдет до показателей комнатной — делают закаливание.
Интересное: Виды оборудования для резки металла
Вслед за этим чаще всего используют так называемое «искусственное старение», изготовленного компонента. Для этого производится дополнительная выдержка материала при большой температуре в течение долгого периода: около 2 часов при +…+200° С. Процесс проводится с учетом марки смеси и необходимых свойств. Процедура старения проводится в целях получения дюралем высокой прочности. Если этот процесс не применять, металл будет мягким и податливым.
После формирования, компонент иногда покрывают защитным веществом, которое защищает от коррозии.
Алюминий и его сплавы
Алюминий — цветной металл, который имеет серебристо-белый оттенок и плавится при температуре 650°С. В периодической системе ему соответствует символ Al. Этот элемент занимает третье место по распространенности среди всех пород в земной коре (на первом месте — кислород, на втором — кремний). В атмосферных условиях на поверхности алюминия образуется оксидная пленка, препятствующая появлению коррозии.
Важные свойства алюминия:
- Низкая плотность — всего 2,7г/см3 (например, у меди — 8,94г/см3).
- Высокая электрическая проводимость (37*106 См/м) и теплопроводность (203,5 Вт/(м·К)).
- Низкая прочность в чистом виде — 50 МПа.
- Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.
Металл легко обрабатывается давлением. Находит широкое применение в электропромышленности: из алюминия изготавливают проводники электрического тока. При производстве стали его используют для раскисления. Из алюминия также делают посуду, однако она не подходит для приготовления солений и хранения кисломолочных продуктов — элемент неустойчив в щелочной и кислой среде. Некоторые стальные детали покрывают алюминием (процесс алитирования), чтобы повысить их жаростойкость. Из-за невысокой прочности алюминий практически не применяется в чистом виде.
При маркировке алюминия используется буква А в сочетании с числом, которое указывает на содержание металла. Например, марка A99 содержит 99,95% алюминия, а марка А99 — 99,99%. Существует также марка особой чистоты — А999, в которой 99,999% алюминия.
Деформируемые сплавы алюминия
Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые.
Упрочняемые деформируемые сплавы алюминия — это дуралюмины (система А-Сu-Mg) и высокопрочные сплавы (Аl-Сu-Mg-Zn). Высокие механические свойства и небольшой удельный вес позволяют широко применять эти сплавы в области машиностроения, особенно — в изготовлении деталей для самолетов.
Основными легирующими элементами для дуралюминов служат магний и медь. Эти сплавы маркируются буквой Д с числом. Из Д1 делают лопасти винтов, Д16 используется для лонжеронов, шпангоутов, обшивки самолетов, а Д 17 — для крепежных заклепок.
Высокопрочные сплавы, помимо алюминия, меди и магния, содержат цинк. Обозначаются буквой В и числом, применяются для изготовления деталей сложной конфигурации, лопастей вертолетов, высоконагруженных конструкций.
Неупрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы — это сплавы алюминия с марганцем (маркировка — АМц1) и с магнием (AМг2 и АМг3). Они хорошо обрабатываются сваркой, вытяжкой, прокаткой, горячей и холодной штамповкой. Отличаются высокой пластичностью, но при этом не очень прочные. Они выпускаются преимущественно в виде листов, которые применяются для изготовления изделий сложной формы (заклепки, рамы и др.).
Литейные сплавы на основе алюминия
Наиболее широкое применение получили литейные сплавы алюминия и кремния, которые называются силуминами. Они содержат более 4,5% кремния и обозначаются буквами АК с номером марки. Силумины сочетают малый удельный вес с высокими механическими и литейными свойствами. Они применяются для сложного литья авто-, мото- и авиадеталей, а также для производства некоторых видов бытовой техники — мясорубок, теплообменников, санитарно-технических арматур и др.
Марки дюралей
В зависимости от сферы использования и необходимости придания материалу требуемых свойств, в дюраль добавляют разные компоненты.
Для защиты от ржавчины, металл подвергается анодированию – покрытию специальными веществами.
Марки дюралюминия разделяются на:
- закаленные в естественной среде, обозначаются буквой «Т»;
- прошедшие процедуру искусственного старения, при обозначении используют символы «Т1»;
- анодированные, то есть обработанные специальными лаками — с буквой «А» в наименовании материала.
Сферы применения
Применение дюралюминия достаточно разнообразно. Из него изготовляют плиты, прутки, листы и проволоку. Эти материалы используют для изготовления различных деталей.
Изделия из дюралюминия применяются в следующих областях:
- Авиационная техника. Легкий сплав используется при изготовлении самолетов и создании корпусов других летательных аппаратов – дирижаблей или ракет. Из данного компонента изготавливают обшивку, силовые элементы, материалы рулевой тяги и др.
- Строительная сфера. В этой области часто применяют трубы, уголки, листы и т.д.
- Автомобилестроение. Из дюралюминиевой субстанции делают кузовы, радиаторы, иные компоненты.
- Производство буров. Из металла производят буры, круги и т.п.
- Дюраль нередко применяют в быту, из него делают фольгу, применяемую в выпечке или при оборачивании сладостей.
Области применения
Медные сплавы играют ключевую роль в удовлетворении современных социальных потребностей – при производстве возобновляемых источников энергии, в здравоохранении, изготовлении высокоэффективных энергетических устройств, а также в сфере коммуникаций. Вот некоторые примеры:
При изготовлении систем вентиляции, отопления и кондиционирования медные сплавы способствуют снижению трудоёмкости изготовления и сборки кондиционеров, снижению их веса, уменьшению размеров, повышению КПД работы приборов, снижению расхода хладагента.
В строительстве и архитектуре медные сплавы улучшают внешний вид и выразительность зданий, повышают их устойчивость от наводнений и подтоплений. Использование медных сплавов отвечает важным требованиям современного дизайна зданий, которые требуют применения перерабатываемых и экологически чистых материалов, что обеспечивает эффективную защиту окружающей среды.
В электроэнергетике медные сплавы применяются, начиная от технологии производства высоковольтных проводов и микросхем до мощных генераторов и компьютеров. Возрастает их роль в вопросах оптимального распределения и генерации энергии, в том числе, и из возобновляемых источников.
Эффективность использования сплавов на основе меди увеличивается при внедрении процессов вторичной переработки некондиционных устройств, которые содержат в своей конструкции детали из данных материалов.
Свойства и характеристики
Благодаря полезным качествам дюралюминия, он применяется в производственных сферах, при изготовлении деталей, изоляции.
Интересное: Технология резки металла газом
Характеристики делятся на следующие типы:
Физико-механические
Свойства дюралюминия – это легкость металла, устойчивость к высоким показателям температуры. Кроме того, материал обладает повышенной твердостью. Плотность дюралюминия равна 2.8 г/м³, у стали данный параметр равняется 8 г/м³. Температура плавления сплава дюралюминия — +500 °С. Отрицательной чертой материала является его подверженность коррозии, в результате действия больших температур или сильной нагрузки.
Технологические
Характерным свойством металла считается легкость в изготовлении. Материал можно сделать даже в быту: в гараже и др. Он не нуждается в нагреве до предельных температур. Из-за простой технологии производства сплав недорогой в изготовлении.
Сплавы на основе меди и алюминия
Сплавы на основе меди и алюминия
Все сплавы на основе меди и алюминия при наличии достаточной физико-механической прочности не имеют необходимой коррозийной стойкости. Поэтому в ортопедической стоматологии они находят весьма ограниченное применение (для изготовления временных аппаратов в челюстно-лицевой ортопедии). В последнее время они с успехом заменяются и в этом разделе ортопедической стоматологии нержавеющей сталью.
Медно-алюминиевый сплав (алюминиевая бронза) состоит из 90%. меди и 10% алюминия, золотисто-желтого цвета, не меняет его при нахождении в полости рта, несмотря на происходящее окисление. Температура плавления 1030°, твердость 50, сопротивление разрыву 40 кг/мм2, удлинение 30%, Алюминиевая бронза применяется в виде проволоки в ортодонтии и челюстно-лицевой ортопедии.
Медно-цинк-никелевый сплав — никелевая латунь. Сплав меди с цинком, а иногда и с добавками небольших количеств других элементов называется латунью. Так, нейзильбер состоит из 60—65% меди, 18—23% цинка и 12—22% никеля. Сплав обладает высокой прочностью и вязкостью, высокими антикоррозийными свойствами, хороша обрабатывается давлением. В полости рта покрывается тонкой окисной пленкой.
Дюралюминий содержит, кроме алюминия, меди 4%, магния, марганца, кремния и железа примерно по 0,5% каждого. Сплав мягок, пластичен и легко деформируется, при комнатной температуре со временем упрочняется. Для отжига прибегают к нагреванию при 350—370°.
Оловянистые сплавы
При изготовлении различных конструкций зубных протезов требуется получение металлических форм, штампов и контрштампов. Для этой цели применяются сплавы на основе олова и свинца. Данные сплавы, помимо низкой температуры плавления (отсюда название легкоплавкие сплавы), имеют относительную твердость, обеспечивающую устойчивость сплава в процессе работы. Эти сплавы дают не очень большую усадку при охлаждении.
Для уменьшения усадки и некоторого увеличения твердости в сплавы олова и свинца вводят до 50% висмута.
Эти сплавы представляют собой сплав типа механической смеси. Выпускаются они промышленностью в виде блоков весом около 50 г.
При работе со сплавами следует помнить, что перегрев его не только ведет к сгоранию металла, но также повышает усадку и делает сплав хрупким. Кроме того, содержащиеся в сплаве свинец и висмут легко соединяются с золотом и платиной, вызывая их хрупкость и растрескивание.
При перегреве металла из него выделяются пары кадмия, которые ядовиты для организма.
Виды сплавов
С учетом способа изготовления и воздействия разной температуры могут изменяться параметры дюраля. Существуют такие разновидности металла:
- Алюминий с медью, магнием, добавлением марганца. Иное название – «дюралюмин». При создании не подвергается закалке. Соединения применяют для производства автомобильных радиаторов, герметично закрывающихся баков, труб для изготовления бензопроводов. Из них производят стройматериалы. Сплавы легко свариваются, плохо поддаются ржавчине. Их сложно разрезать. Вместе с тем для защиты от ржавчины необходимо применять дополнительное покрытие.
- Алюминий, магний или марганец. По-другому называют «мангалий». Материал сложен по конструкции. Основной элемент – алюминий, другие компоненты представлены для придания сплаву полезных свойств. Применяется для сборки космических объектов, авиационной техники, скоростных поездов. Слабо подвержен коррозии, легко сваривается. Однако плохо переносит воздействие влажной среды.
- Алюминий, магний и кремний. По-другому называют «авиаль». Хорошо защищен от коррозии, а весит мало. Применяется при высокой влажности, при прохождении электротока. При изготовлении сплав подвергают закаливанию при температуре 525°C. Затем его резко охлаждают с помощью воды – до 20°C. Процедура длится 10 дней.
Интересное: Что такое поверхностная закалка стали
Магний и его сплавы
Магний — цветной металл, который имеет серебристый оттенок и обозначается символом Mg в периодической системе.
Важные свойства магния:
- Температура плавления — 650°С.
- Плотность — 1,74 г/см3.
- Твердость — 30-40 НВ.
- Относительное удлинение — 6-17%.
- Временное сопротивление — 100-190 МПа.
Металл обладает высокой химической активностью, в атмосферных условиях неустойчив к образованию коррозии. Он хорошо режется, воспринимает ударные нагрузки и гасит вибрации. Так как магний имеет низкие механические свойства, он практически не применяется в конструкционных целях, зато используется в пиротехнике, химической промышленности и металлургии. Он часто выступает в качестве восстановителя, легирующего элемента и раскислителя при изготовлении сплавов.
При маркировке используются буквы Мг с цифрами, которые обозначают процентное содержание магния. Например, в марке Мг96 содержится 99,96% магния, а в Мг90 — 99,9 %.
Сплавы на основе магния характеризуются высокой удельной прочность (предел прочности — до 400 МПа). Они хорошо режутся, шлифуются, полируются, куются, прессуются, прокатываются. Из недостатков магниевых сплавов — низкая устойчивость к коррозии, плохие литейные свойства, склонность воспламеняться при изготовлении.
Деформируемые сплавы магния
Наиболее распространены три группы сплавов на основе магния.
Сплавы магния, легированные марганцем
Содержат до 2,5% марганца, не упрочняются термической обработкой. У них хорошая коррозионная стойкость. Так как эти сплавы легко свариваются, они применяются для сварных деталей несложной конфигурации, а также для деталей арматуры, масляных и бензиновых систем, которые не испытывают больших нагрузок. Среди данной группы — сплавы МА1 и МА8.
Сплавы системы Mg-Al-Zn-Mn
В состав этих сплавов, помимо магния и марганца, входят алюминий и цинк. Они заметно повышают прочность и пластичность, благодаря чему сплавы подходят для изготовления штампованных и кованых деталей сложных форм. К этой группе относятся марки МА2-1 и МА5.
Сплавы системы Mg-Zn
Сплавы на основе магния и цинка дополнительно легируются кадмием, цирконием и редкоземельными металлами. Это высокопрочные магниевые сплавы, которые применяются для деталей, испытывающих высокие нагрузки (в самолетах, автомобилях, станках и др.). К данной группе относятся сплавы марок МА14, МА15, МА19.
Литейные сплавы магния
Самая распространенная группа литейных магниевых сплавов относится к системе Mg-Al-Zn. Эти сплавы практически не поглощают тепловые нейтроны, поэтому широко применяются в атомной технике. Из них также делают детали самолетов, ракет, автомобилей (двери кабин, корпуса приборов, топливные баки и др.). Сплавы магния, цинка и алюминия используют в приборостроении и в изготовлении кожухов для электронной аппаратуры. К данной группе относятся марки МЛ5 и МЛ6.
Высокопрочные литейные магниевые сплавы отличаются лучшими механическими и технологическими свойствами. Они применяются в авиации для изготовления нагруженных деталей. К данной группе относятся сплавы МЛ12 (магний, цинк и цирконий), МЛ8 (магний, цинк, цирконий и кадмий), МЛ9 (магний, цирконий, неодим), МЛ10 (магний, цинк, цирконий, неодим).
Отличие дюралюминия от алюминия
Дюраль с алюминием различны по химическому составу, влияющему на особенности применения. Кроме того, у дюралюминия специфический серый цвет, а исходный материал обладает светлым оттенком. Однако главное отличие дюраля от алюминия — у него нет пластичности, он тверд и хрупок. Соединение нельзя согнуть, сделать вмятину. Стружка из него отличается ломкостью и хрупкостью. Металл легко царапается, если посмотреть на повреждение, становится видно, что материал состоит из мелких кристаллов.
Есть простой способ понять, какой материал перед вами. Накапайте на металл едкий натрий. При потемнении пятна спустя 10 минут – это дюраль.
Первые сплавы
Открытие меди, а также сплавов, содержащих этот металл, произошло после случайного (а потом – и намеренного) нагрева сульфидных руд до температуры более 8000С. Этот процесс оказался доступным человечеству ещё с 4000-3000 гг. до н.э., тогда и были получены сплавы меди.
Поскольку извлечение меди из медных руд происходило с неизбежным включением в состав конечного продукта также и попутных химических элементов – кремния, олова, железа, то фактически речь шла о получении бронзы. Бронза – исторически первый сплав меди. Достоверно известно, что бронза уже была известна в древнем Иране и на Балканах. Так родилась металлургия Бронзового века человечества.
Значительно позже была открыта латунь. Впервые латунь (позже названную за тусклый жёлтый блеск «поддельным золотом») получили римляне в эпоху правления императора Октавиана Августа (начало нашей эры). Для этого медь сплавили с рудой, содержащей большой процент цинка.
В последующем металлургия медных сплавов постоянно совершенствовалась: уменьшалось количество посторонних примесей, увеличивалась точность состава сплавов, содержащих медь, росла их номенклатура.
