Дюралюминий (также называемый дюралюминием , дюралюминием , дюралюминием , дюралюминием, дюралюминием или дюралем ) — торговое название одного из самых ранних типов упрочняемых при старении алюминиево-медных сплавов . Термин представляет собой комбинацию слов Dürener и Aluminum . Его использование в качестве торгового названия устарело. Сегодня этот термин в основном относится к алюминиево-медным сплавам, обозначенным как серия 2000 по международной системе обозначения сплавов (IADS), как и сплавы 2014 и 2024 , используемые при изготовлении планера самолета.
Дюралюминий был разработан в 1909 году в Германии. Дюралюминий известен своей прочностью и твердостью, что делает его пригодным для различных применений, особенно в авиационной и аэрокосмической промышленности. Однако он подвержен коррозии, которую можно смягчить, используя материалы alclad-duralum.
Дюралюминий был разработан немецким металлургом Альфредом Вильмом в частной военно-промышленной лаборатории Zentralstelle für wissenschaftlich-technische Untersuchungen (Центр научно-технических исследований) в Нойбабельсберге . В 1903 году Вильм обнаружил, что после закалки алюминиевый сплав, содержащий 4% меди, затвердевает, если его оставить при комнатной температуре на несколько дней. Дальнейшие усовершенствования привели к появлению дюралюминия в 1909 году. [1] Название, изначально являвшееся торговой маркой компании Dürener Metallwerke AG , которая приобрела патенты Вильма и коммерциализировала материал, в основном используется в поп-науке для описания всей системы сплавов Al-Cu , или серии «2000», как обозначено через международную систему обозначения сплавов, первоначально созданную в 1970 году Алюминиевой ассоциацией .
Помимо алюминия , основными материалами в дюралюминии являются медь , марганец и магний . Например, дюралюминий 2024 состоит из 91-95% алюминия, 3,8-4,9% меди, 1,2-1,8% магния, 0,3-0,9% марганца, <0,5% железа, <0,5% кремния, <0,25% цинка, <0,15% титана, <0,10% хрома и не более 0,15% других элементов вместе. [2] Хотя добавление меди повышает прочность, оно также делает эти сплавы восприимчивыми к коррозии . Коррозионная стойкость может быть значительно повышена за счет металлургического соединения поверхностного слоя алюминия высокой чистоты, называемого альклад -дюраль. Материалы альклад широко используются в авиационной промышленности и по сей день. [3] [4]
Удивительная прочность и долговечность дюралюминия обусловлены его уникальной микроструктурой, на которую существенное влияние оказывают процессы термической обработки.
Твердый раствор: После первоначального затвердевания дюралюминий существует как однофазный твердый раствор, состоящий в основном из атомов алюминия с диспергированными медью, магнием и другими легирующими элементами. Это начальное состояние относительно мягкое и пластичное.
Отжиг на твердый раствор: дюралюминий подвергается отжигу на твердый раствор — процессу высокотемпературной термической обработки, в ходе которого легирующие элементы растворяются в алюминиевой матрице, образуя однородный твердый раствор.
Закалка: Быстрое охлаждение (закалка) после отжига на твердый раствор замораживает высокотемпературный твердый раствор, предотвращая выделение упрочняющих фаз.
Старение (дисперсионное твердение): В процессе старения пересыщенный твердый раствор становится нестабильным. В алюминиевой матрице образуются мелкие осадки, такие как CuAl2 и Mg2Si. Эти осадки препятствуют движению дислокаций, значительно увеличивая прочность и твердость сплава.
Окончательная микроструктура дюралюминия состоит из преимущественно алюминиевой матрицы с дисперсными тонкими выделениями (CuAl2, Mg2Si) Границы зерен. Размер, распределение и тип выделений играют решающую роль в определении механических свойств дюралюминия. Оптимальные условия старения приводят к образованию тонкодисперсных выделений, что приводит к пиковой прочности и твердости.
Алюминий, легированный медью (сплавы Al-Cu), которые могут быть подвергнуты дисперсионному твердению , обозначены Международной системой обозначений сплавов как серия 2000. Типичные области применения деформируемых сплавов Al-Cu включают: [5]
Немецкая научная литература открыто публиковала информацию о дюралюминии, его составе и термической обработке до начала Первой мировой войны в 1914 году. Несмотря на это, использование сплава за пределами Германии началось только после окончания боевых действий в 1918 году. Отчеты об использовании немцами во время Первой мировой войны, даже в технических журналах, таких как Flight , все еще могли ошибочно идентифицировать его ключевой легирующий компонент как магний, а не как медь. [9] Инженеры в Великобритании не проявляли особого интереса к дюралюминию до окончания войны. [10]
.jpg/1280px-Junkers_J.I_-_Ray_Wagner_Collection_Image_(20821101334).jpg)
Самая ранняя известная попытка использовать дюралюминий для конструкции самолета тяжелее воздуха была предпринята в 1916 году, когда Хуго Юнкерс впервые представил его использование в планере самолета Junkers J 3 , одномоторного моноплана «демонстратора технологий», который ознаменовал первое использование фирменной дюралюминиевой гофрированной обшивки Junkers. Компания Junkers завершила только закрытые крылья и трубчатый каркас фюзеляжа J 3, прежде чем отказаться от своей разработки. Чуть позже, в 1917 году, бронированный полутораплан Junkers JI , обозначенный исключительно IdFlieg и известный на заводе как Junkers J 4, имел цельнометаллические крылья и горизонтальный стабилизатор, изготовленные по той же схеме, что и крылья J 3, как и экспериментальный и пригодный к полетам одноместный истребитель Junkers J 7, полностью выполненный из дюралюминия, который привел к созданию истребителя-моноплана с низким крылом Junkers DI , представившего в 1918 году технологию полностью дюралюминиевой конструкции самолета в немецкой военной авиации .
Его первое применение в аэростатических планерах произошло в жёстких каркасах дирижаблей , в конечном итоге включив в себя все те, что относятся к эпохе «великого дирижабля» 1920-х и 1930-х годов: построенный в Великобритании R100 , немецкие пассажирские цеппелины LZ 127 Graf Zeppelin , LZ 129 Hindenburg , LZ 130 Graf Zeppelin II и дирижабли ВМС США USS Los Angeles (ZR-3, бывший LZ 126) , USS Akron (ZRS-4) и USS Macon (ZRS-5) . [11] [12]
Дюралюминий использовался для производства компонентов велосипедов и рам с 1930-х по 1990-е годы. Несколько компаний в Сент-Этьене, Франция, выделялись своим ранним инновационным внедрением дюралюминия: в 1932 году Verot et Perrin разработала первые шатуны из легкого сплава; в 1934 году Haubtmann выпустила полный комплект шатунов; с 1935 года дюралюминиевые трещотки, переключатели передач , педали, тормоза и рули производились несколькими компаниями.
Вскоре появились полные рамы, в том числе произведенные: Mercier (и Aviac и другими лицензиатами) с их популярным семейством моделей Meca Dural, братьями Пелисье и их гоночными моделями La Perle, а также Николя Барра и его изысканными творениями середины двадцатого века «Barralumin». Другие имена, которые здесь встречаются, также включают: Пьера Каминада с его прекрасными творениями Caminargent и их экзотическими восьмиугольными трубами, а также Gnome et Rhône с его глубоким наследием производителя авиационных двигателей, который также диверсифицировался в мотоциклы, веломоторы и велосипеды после Второй мировой войны.
Компания Mitsubishi Heavy Industries , которой было запрещено производить самолеты во время американской оккупации Японии, в 1946 году изготовила «крестовый» велосипед из излишков военного дюралюминия. «Крест» был разработан Киро Хондзё , бывшим авиаконструктором, ответственным за Mitsubishi G4M . [13]
Использование дюралюминия в производстве велосипедов сошло на нет в 1970-х и 1980-х годах. Тем не менее, Vitus выпустила почтенную раму «979» в 1979 году, модель «Duralinox», которая мгновенно стала классикой среди велосипедистов. Vitus 979 была первой серийной алюминиевой рамой, тонкостенные трубы 5083/5086 которой были посажены скользящим образом, а затем склеены с помощью сухой термоактивируемой эпоксидной смолы. Результатом стала чрезвычайно легкая, но очень прочная рама. Производство Vitus 979 продолжалось до 1992 года. [14]
В 2011 году компания BBS Automotive выпустила RI-D — первое в мире серийное автомобильное колесо из дюралюминия. [15] С тех пор компания выпускала и другие колеса из дюралюминия, например, RZ-D. [16]
использовался для производства компонентов велосипедов и рам с 1930-х по 1990-е годы.