Как называется сплав на основе алюминия

Труба Д16Т: стандарт и особенности материала

По каким стандартам производится тонкостенная и толстостенная труба Д16т? Из какого материала она изготавливается? Чем этот материал отличается от альтернативных решений? Давайте разбираться.

Знакомьтесь: герой нашего сегодняшнего материала.

Сырье

Для начала давайте отделим мух от котлет. Д16т — это маркировка не самой трубы, а сплава, из которого она изготовлена. Как и все алюминиевые сплавы, наш отличается небольшой плотностью (около 2800 кг/м3).

Главный недостаток алюминия — невысокая механическая прочность в большой степени нивелируется добавками других элементов периодической таблицы.

Состав

Согласно ГОСТ 4784-97, сплав Д16 имеет следующий состав:

Обратите внимание: количество алюминия в сплаве дано приблизительно. Этот металл является основой; при определенных условиях верхняя граница содержания, указанная в таблице, может быть превышена.

Итак, основные компоненты сплава — алюминий и медь.

Какие характеристики обеспечивает такой состав?

• Д16 заметно тверже чистого алюминия. Впрочем, как и все дюралевые сплавы.
• Прочность полностью сохраняется в диапазоне до 250 градусов по шкале Цельсия. Собственно, в диапазоне 120 — 250С этот сплав не знает себе равных среди всех видов дюралюминия.
• Верхняя граница кратковременного нагрева — около 500С.

Постобработка

Возможно, читатель обратил внимание на то, что название сплава — Д16 — отличается от вынесенного в заголовок статьи Д16т отсутствием буквы в конце.

Болванки сплавов Д16 и Д16т.

Она означает метод постобработки. Возможны следующие варианты:

Полезно: в прайс-листах производителей можно встретить маркировку вида Д16ТА. Так обозначается сплав, прошедший закалку, естественное старение и (после формирования детали) плакировку.

Терминология

Некоторые термины, вероятно, нуждаются в разъяснении.

• Отжиг — это нагрев до температуры рекристаллизации (в нашем случае — примерно до 500С) с последующим медленным охлаждением. Не вдаваясь в физику процесса, отметим, что отжиг придает металлам повышенную пластичность и вязкость, а заодно снимает внутренние напряжения в металлоконструкциях.
• При быстром охлаждении с температуры рекристаллизации до комнатной и ниже, физические свойства металла меняются в другом направлении: он, напротив, становится исключительно твердым. Соответствующий процесс называется закалкой.
• Плакировка — это нанесения на поверхность сплава слоя чистого алюминия. Дело в том, что он обладает большей коррозионной стойкостью, чем многие его сплавы; плакировка выполняет защитную функцию.

Нарушенный плакирующий слой на 5-рублевой монете.

А вот процесс состаривания сплава настолько любопытен, что мы посвятим знакомству с ним  отдельный раздел.

Состаривание

В начале 20 века (точнее, за десятилетие до Первой Мировой, в 1903 году) немецкий материаловед Альфред Вильм, сотрудник металлургической фабрики Dürener Metallwerke AG, в процессе исследования свойств алюминия обнаружил неожиданный феномен.

Сплав 96% алюминия с 4% меди после прохождения закалки, как и многие другие металлы, вполне предсказуемо делался более твердым и прочным. Однако процесс не останавливался при достижении сплавом комнатной температуры: при 20С в последующие 4-5 дней металл продолжал набирать прочность, не утрачивая при этом пластичности.

Сплав назвали дюралюминием (в честь немецкого города Дюрена, в котором в 1909 году начали его промышленное производство), а его состав и технологию термообработки оперативно засекретили: первое время он массово применялся для строительства каркасов военных дирижаблей.

На фото — немецкий дирижабль Граф Цеппелин. Дюралюминий использовался для сооружения жесткого каркаса, делавшего летательный аппарат устойчивым к порывам ветра.

Шила, однако, в мешке не утаить: уже к 1920 году дюралюминий стал основным материалом в самолетостроении по всему миру. В процессе экспериментов выяснилось еще одно любопытное свойство сплава: процесс набора им прочности можно резко ускорить, нагрев его после закалки  до 188 — 193 градусов.

В этом случае максимальная прочность достигалась за 11 — 13 часов, что, разумеется, с точки зрения технологичности производства выглядело куда более выигрышно.

Насколько прочен сплав Д16т на фоне чистого алюминия? Сравним их устойчивость к нагрузке на сжатие: алюминий способен выдержать 7-8 кг/мм2, а дюралюминий 45.

Твердость, электро- и теплопроводность алюминиевых сплавов.

О сплаве полезно знать еще несколько вещей.

Гост 18482-79

В самом деле, вернемся к трубам. Они должны производиться  по ГОСТу 18482-79 «Трубы прессованные из алюминия и его сплавов».

Давайте изучим основные положения документа:

• Трубы могут быть как круглыми, так и фасонными.

Несколько видов дюралюминиевого профиля.

• По толщине стенки стандарт предусматривает деление лишь на тонкостенные (стенка до 5 мм) и толстостенные (свыше 5 мм).
• Наружный диаметр для круглого сечения согласно содержащейся в стандарте таблице сортамента может варьироваться от 18 до 300 миллиметров. Предельно допустимые отклонения от номинального размера увеличиваются с ростом диаметра и принимают значения от 0,5 до 2,8 мм в большую или меньшую стороны.
• Толщина стенки может достигать 93,116 миллиметра при 300-миллиметровом диаметре.

Заметьте: таблица сортамента — не незыблемый канон. По согласования с поставщиком могут быть введены дополнительные размеры; допуски при этом берутся как для меньшего из ближайших диаметров.

• Длина изделий — от 1 до 6 метров: немерная, мерная или кратная мерной. В последнем случае действует общая для большинства аналогичных стандартов инструкция: на каждый рез делается 5-миллиметровый припуск. Что любопытно, трубы из более мягких сплавов могут поставляться в бухтах длиной до 15 километров.

Твердость сплава Д16т позволяет поставлять трубы только в прямых отрезках.

• Изделия с толщиной стенок свыше 10 мм и наружным диаметром от 100 мм не должны иметь заусенцев на своей наружной поверхности.

Заключение

Будем считать наше знакомство с новым материалом состоявшимся. Надеемся, что оно окажется полезным читателю (см.также статью «Труба для теплого пола: как выбрать оптимальную разновидность и правильно ее уложить»).

Как обычно, видео в этой статье предложит его вниманию дополнительную информацию. Успехов!

Источник: https://remstroymast.ru/tryba-d16t-standart-i-osobennosti-materiala.html

Как называется сплав алюминия с медью? Производство сплавов металлов на основе меди и алюминия

Одним из самых распространенных металлов на Земле считается алюминий. Его еще называют «летающим металлом». Несмотря на то, что в природе он не встречается в чистом виде, его можно найти во многих минералах. А самый распространенный сплав, который используется для производства множества деталей и конструкций, – это дюралюминий (дюраль).

Его изобрел немецкий ученый Альфред Вильм, который работал на заводе Dürener Metallwerke AG (город Дюрен). Он определил, что сплав алюминия с медью обладает намного более лучшими характеристиками, чем сам металл в чистом виде.

Группа высокопрочных сплавов

На самом деле дюралюминий – это целая группа сплавов, в которых основным компонентом является алюминий, а его легирующими элементами – медь, цинк, марганец, магний. Но в целом их характеристика определяется не только составом, но и способом термообработки. В 1903 году впервые было обнаружено, что в процессе старения сплав алюминия с медью становится еще более прочным и твердым.

Как выяснилось позже, это объясняется тем, что когда после закалки металл находится несколько дней при комнатной температуре, его перенасыщенный твердый раствор распадается, а это, в свою очередь, сопровождается упрочнением материала.

Процесс старения и возврат к предыдущему состоянию

Как уже было сказано ранее, старение металла – важный процесс, который обуславливается структурными превращениями, вызывающими изменения физических и механических свойств. Оно может быть естественным и искусственным. В первом случае сплав выдерживают несколько суток при комнатной температуре.

При искусственном старении время обработки сокращается, но при этом увеличивается температура. Для того чтобы вернуть сплав к предыдущему состоянию, его необходимо на несколько секунд нагреть до 270 градусов и затем быстро остудить.

Производство алюминия

Для того чтобы изготовить сплав алюминия с медью, необходимо высокотехнологичное оборудование и, конечно же, сам металл. Его добывают из бокситов. Это горная порода, которую необходимо измельчить, добавить в неё воду и обработать паром под большим давлением. Таким образом из глинозема отделяют кремний. Затем густую массу помещают в специальную ванну с расправленным криолитом. Содержимое нагревают до 950 °С и через него пропускают электрический ток в 400 кА.

Это позволяет разорвать связь между атомами кислорода и алюминия. В результате последний оседает на дно в качестве жидкого металла. Так из жидкого алюминия делают отливки. Теперь металл полностью готов к механической обработке. Однако для того чтобы повысить его прочность, необходимо в него добавить легирующие элементы и таким образом получить высококачественный сплав алюминия с медью.

Производство дюрали

В общей сложности все алюминиевые сплавы делятся на две группы: литейные и деформированные. Процесс их производства зависит именно от того, какой вид должен получиться в конечном итоге. Кроме того, способ изготовления также зависит и от требуемых характеристик.

Для производства дюраля алюминиевые слитки расплавляют в электрической печи. Интересно, что это один из немногих металлов, который можно переводить из твердого состояния в жидкое и наоборот множество раз. Это не повлияет на его характеристики. В расплавленный алюминий по очереди добавляют медь и другие легирующие элементы, такие как марганец, железо, магний. Очень важно соблюдать процентное соотношение: 93% алюминия, 5% меди, остальные 2% приходятся на другие легирующие элементы.

Закалка и отжиг дюраля

Обязательным для такого сплава является процесс закалки. Время выдержки для небольших деталей составляет всего несколько минут, а температура — около 500 °С. Сразу после процедуры дюраль получается мягким и вязким.

Он легко поддается деформации и обработке. Спустя некоторое время сплав твердеет и его механические свойства повышаются. Если превысить порог температуры, происходит окисление и материал теряет свои характеристики.

После закалки его необходимо медленно остудить в прохладной воде.

Итак, вы уже знаете, как называется сплав алюминия с медью. Он нередко поддается деформации: холодному прокату, вытяжке, ковке. При этом возникает так называемая нагартовка. Это процесс, в ходе которого в структуре металла происходит передвижение и размножение дислокаций.

В итоге сам сплав меняет свою структуру, становится более твердым и прочным. При этом снижается его пластичность и ударная вязкость. Для того чтобы деформации проходили более легко и нагартовка не разрушала металл, используют отжиг.

Для этого сплав нагревают до 350 °С и затем остужают на воздухе.

Диаграмма состояния сплава (алюминий и медь)

Для того чтобы наиболее четко описать взаимодействие компонентов дюраля в твердом и жидком состоянии, а также объяснить характер изменения свойств сплава, используют диаграмму состояний.

Из неё видно, что наибольшая растворимость Cu в сплаве с алюминием наблюдается при температуре 548 °С и при этом она составляет 5,7 %. При повышении температуры она будет увеличиваться, а при понижении – уменьшаться. Минимальная растворимость (0,5 %) будет наблюдаться при комнатной температуре. Если же дюраль закалить выше 400 °С, он станет твердым однородным раствором – α.

Во время данного процесса будет происходить распад твердого раствора. Очень необычно ведёт себя сплав алюминия и меди, формула которого — CuAl2. Процесс сопровождается выделением избыточной фазы А1. Такой распад протекает в течение длительного времени. Это и есть то естественное старение, о котором мы уже ранее упоминали.

Свойства сплава

Легирование металла теми или иными элементами позволяет повысить его характеристики. Вы запомнили, как называется сплав алюминия с медью? Какими же свойствами он обладает?

Сам по себе алюминий очень легкий, мягкий и совершенно непрочный. Он растворим в слабо концентрированных щелочах и кислотах. Добавив к алюминию медь и магний, можно получить уже достаточно прочный сплав. Его эксплуатационные параметры достаточно легко улучшить – просто нужно оставить его полежать при комнатной температуре. Так, эффект старения увеличивает прочность дюраля, о чём мы говорили выше.

Сам по себе алюминий достаточно легкий. Незначительный процент меди не утяжеляет сплав. Еще одна положительная характеристика – это возможность многократно переплавлять сплав. При этом он не будет терять своих свойств. Единственное, что необходимо, так это после отливки дать ему «отдохнуть» пару суток.

Недостатком дюралюминия является его низкая коррозионная стойкость. Поэтому чаще всего такой материал покрывают чистым слоем алюминия или же красят лаками и красками.

Алюминиевые сплавы и их применение

Впервые дюраль был использован для изготовления дирижаблей. Легкость и прочность этого материала позволила создать отличный летательный аппарат. Для этого применялась марка Д16т. В настоящее время сплавы с алюминием, цинком, медью и другими легирующими элементами широко используются в космонавтике, авиации и иных областях машиностроения.

Так, например, использование дюралюминия при изготовлении авто может значительно снизить его вес и стоимость, но при этом оно будет достаточно прочным.

В общем, можно отметить, что ассортимент данного сплава достаточно широк: трубы, проволоки, листы, ленты, прутки и литые детали разных форм. Одной из самых востребованных и распространенных марок по-прежнему считается Д16т. Маленькая буква «т» в конце маркировки означает, что сплав закаленный и естественно состарился. Он используется:

• В конструкциях космических аппаратов, морских судов и самолетов.
• Для изготовления различных деталей для станков и машин.
• Для изготовления уличных табличек, дорожных знаков.

Название сплава алюминия и меди должен знать каждый. Дюраль используется и в нефтяной промышленности. Так, специальные трубы, изготовленные из него, могут обеспечить эксплуатацию скважины в течение 6-7 лет.

Как называется сплав алюминия и меди, запомнить легко. Итак, мы рассказали, каким свойствами он обладает и где применяется. Он с легкостью может заменить стальной прокат, в особенности если необходимо сделать конструкцию маловесной.

Источник: https://autogear.ru/article/358/652/kak-nazyivaetsya-splav-alyuminiya-s-medyu-proizvodstvo-splavov-metallov-na-osnove-medi-i-alyuminiya/