XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Дюралюми́н - собирательное обозначение группы высокопрочных сплавов на основе алюминия (алюминиевый сплав с добавками меди, магния и марганца. Название сплава происходит от торговой марки Dural (фр. dur — твёрдый) — коммерческого обозначения одного из первых упрочняемых термообработкой и последующим старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами в нём являлись медь (4,5 % массы), магний (1,5 %) и марганец (0,5 %); остальное — алюминий (93,5 %). Текучесть дюралюминов составляет порядка 250 МПа, предела кратковременной прочности 400…500 МПа, однако прочностные характеристики конкретного сплава зависят от его состава и, в особенности, от термообработки.

Название сплава пришло в Россию из Германии в начале XX века (нем. Duraluminium), и в русском языке стало общим обозначением для целой группы сплавов на основе алюминия, легированного добавками меди, магния и марганца. Иногда встречаются также старая (основная до 1940‑х годов) форма «дуралюми́ний» и англизированный вариант «дюралюми́н». Название происходит от немецкого города Дюрен (нем. Düren), где в 1909 году было начато промышленное производство сплава.

Дюралюминий разработан немецким инженером-металлургом Альфредом Вильмом, сотрудником металлургического завода «Dürener Metallwerke AG» в 1903 году. Тогда экспериментальным путём было установлено, что сплав алюминия с добавкой 4 % меди после резкого охлаждения (температура закалки 500 °C), находясь при комнатной температуре в течение 4-5 суток, постепенно становится более твёрдым и прочным, не теряя при этом пластичности. В 1909 году Альфред Вильм подал заявку на патент «Способ улучшения сплавов алюминия, содержащих магний». Вскоре лицензии на способ были приобретены компанией «Dürener Metallwerken», которая вышла на рынок с продуктом под маркой (düraluminium). Состав патентованного дюралюминия: 3,5-5,5 % Cu; 0,5-0,8  % Mg; 0,6  % Mn. К дюралюминам относят советские и российские сплавы следующих марок: Д1, Д16, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1.

На международной выставке дирижаблей, проходившей во Франкфурте в 1909 году, новый сплав получил премию. В 1910 году на выставке дирижаблей в Петербурге Вильм получил Большую серебряную медаль за лучший материал для дирижаблей, а также Большую золотую медаль за «достижения в области военной техники».

Обнаруженное Вильмом явление старения алюминиевых сплавов позволило повысить прочность дюралюминия до 350-370 МПа по сравнению с 70-80 МПа у чистого алюминия.

Распространённые в Европе сплавы марок «Hiduminium» и «Avional» являются близкими по составу к дюралюминию сплавами других фирм-производителей — High Duty Alloys Ltd. (Великобритания) и Aluminium-Industrie A-G. (Швейцария).

В нашей стране дюралюмины - деформируемые сплавы системы Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дюралюмином является сплав Д1 (состав: 4,3 % Cu, 0,6 % Mg, 0,6 % Mn, остальное — Al), однако из-за сравнительно низких механических свойств сплав Д1 заменяется сплавом Д16.

В США и Евросоюзе дюралюмины представлены, в первую очередь, сплавами 2024, 2017 (во Франции ранее обозначался AU4G или duralumin) и 2117. По международной универсальной классификации группе деформируемых алюминиевых сплавов Al-Cu-Mg присваиваются обозначения от 2000 до 2999.

Первое применение дюралюминия - это  изготовление каркаса дирижаблей жёсткой конструкции. Начиная с 1911 года, дюралюминий стал широко применяться в других отраслях машиностроения. В годы первой мировой войны состав сплава и термообработка были засекречены. Начиная с 1920‑х годов, благодаря высокой удельной прочности, дюралюминий становится важнейшим конструкционным материалом в самолётостроении. Данный сплав имеет плотность: 2500-2800 кг/м³ и температуру плавления около 650 °C. После отжига (нагрева до температуры около 500°C и охлаждения) сплав становится мягким и гибким (как алюминий). После естественного, проходящего при комнатной температуре в течение нескольких суток, или искусственного, проходящего при повышенной температуре в течение нескольких часов материал становится твёрдым и жёстким. Характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450-500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150…175 °C) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения.

Недостаток дюралюминов — низкая коррозионная стойкость. Чтобы это исключить, дюралюминиевый прокат плакируют чистым алюминием, создавая из него лист с двухсторонней плакировкой — альклед.

Дюраль широко применяется при производстве скоростных поездов (например, поездов Синкансэн) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей прочностью, чем чистый алюминий) и авиастроении. В авиастроении используются дюралевые сплавы Д16 и Д19, кроме нижних частей фюзеляжа и крыльев, так как для их обшивки используется сплав 1163. Для изготовления трапов, сидений, ручек креплений используется дюралевые трубы, так как благодаря своей конструкции, они обладают повышенной механической устойчивостью. Помимо этого из дюраля могут делать лопасти винтов, прутки, различные болты и заклепки, которые используются для крепления деталей самолетов. Для этих же целей может быть использован сплав с добавлением никеля, например сплав 2618 АК4. Дюралевый уголок и профиль широко используются для изготовления элементов планера ЛА. Также из дюралюминия изготавливают сам корпус летающего аппарата, грузовые отсеки, разнообразное оборудование, и даже пассажирский салон. Стоит отметить важное преимущество сплава – это его теплоемкость, так как корпус самолета, оббитый дюралюминием, прекрасно держат тепло внутри. А все детали из алюминиевых сплавов, применяемые в конструкции самолёта, анодируют, покрывают грунтовками, специально разработанными для авиации (обычно жёлтого или зелёного цветов) и при необходимости окрашивают.