Сплав Д16Т: состав, свойства, область применения, аналоги

Сплав Д16т

Д16т характеристики и расшифровка марки, сплав алюминия Д16т плотность, ГОСТ и другая информация.

Д16т – один из самых востребованных дюралюминиевых сплавов в судостроительной, авиационной и космической промышленности. Главное его преимущество заключается в том, что получаемый из него металлопрокат обладает:

стабильной структурой;
высокими прочностными характеристиками;
в 3 раза более легким весом, чем стальные изделия;
повышенным сопротивлением микроскопической деформации в процессе эксплуатации;
хорошей механической обрабатываемостью на токарных и фрезеровочных станках, уступая лишь некоторым другим алюминиевым сплавам.

В связи с этим, изделия не требует дополнительной термообработки и позволяет избежать такой распространенной проблемы, как уменьшение размеров заготовок после естественной или искусственной закалки, которая характерна для изделий, выполненных из сплава Д16.

Сплав д16т: расшифровка марки

Химический состав дюралюминия Д16Т строго регламентируется ГОСТом 4784-97 и расшифровывается следующим образом:

Д – дюралюминий;
16 – номер сплава в серии;
Т – закаленный и естественно состаренный.

Дюралюминий Д16Т относится к алюминиевым сплавам системы Al-Сu-Mg, легируемым марганцем. Большую его часть составляет алюминий – до 94,7%, остальное приходится на медь, магний и другие примеси. Марганец увеличивает коррозийную стойкость сплава и улучшения его механические свойства, хотя и не образует с алюминием общих упрочняющих фаз, а лишь дисперсные частицы состава Al12Mn2Cu.

Негативно на характеристики д16т влияют включения железа, которое не растворяется в алюминии. Феррум кристаллизуется в дюралюминиевом сплаве в виде грубых пластин, существенно снижая его прочностные и пластичные параметры.

Кроме того, примеси железа связывают медь, в результате чего уменьшается прочность сплава, достигающих максимальных значений после естественного старения.

На западе существует аналог сплава Д16Т, плотность которого также равна 2,78 г/ кв. см., но маркируемого по-другому – 2024 т3511.

Термообработка сплава д16т

Дюралюминий Д16Т подвергается дополнительной обработке для улучшения его эксплуатационных качеств:

В первую очередь проводится температурная закалка при 495-505 градусах. При более высоких температурах происходит пережог алюминия, приводящий к резкому снижению качественных характеристик сплава.
Во-вторых, дюралюминий закаливается в холодной воде, причем большое влияние имеет температура охлаждающей воды. Самый оптимальный диапазон, при котором сплав достигает максимального сопротивления к межкристаллитной коррозии и питингу – 250-350 градусов.
И в последнюю очередь дюралюминиевый сплав Д16Т подвергается естественному старению, которое проводится при комнатной температуре в течение 4-5 дней.

В результате после закалки и старения материал приобретает твердость, равную 125-130 НВ, которая является максимальной среди всех известных дюралюминов.

Сферы применения проката Д16Т

Ввиду высокой прочности, твердости и легкости, сплав Д16Т используется для изготовления различного металлопроката. Он востребован в различных промышленных областях:

в конструкциях самолетов и судов и космических аппаратов;
для изготовления деталей для машин и станков;
для производства обшивки и лонжеронов автомобилей, самолетов, вертолетов;
для изготовления дорожных знаков и уличных табличек.

Незаменимы трубы Д16Т при производстве нефтяного сортамента. Эксплуатационные колонны, собранные них способны обеспечить бесперебойную эксплуатацию скважины в течение 8 лет.

В отличие от стального трубного проката, дюралюминиевые трубы пластичны, легки в транспортировке, прочны и имеют гладкую поверхность.

Единственный минус труб Д16Т – склонность к коррозии при длительных нагревах, в агрессивной кислой или газовой среде.

Однако, данная проблема успешно решается с помощью неорганических ингибиторов, которые создают на поверхности труб толстую оксидную пленку и снижают их чувствительность к межкристаллитному разрушению.

У нас вы можете купить:

Алюминиевые листы Д16АТ
Алюминиевые плиты Д16Т
Алюминиевые прутки Д16Т

Технологические свойства дюрали

В зависимости от химического состава и применяемого метода изготовления технологические свойства дюрали могут существенно отличаться. ГОСТа именно для этого металла пока нет.

Среди технологических свойств следует отметить нижеприведенные моменты:

Низкая стоимость, которая обуславливается простой технологией производства. Тот момент, что компоненты не нужно разогревать до экстремально высоких температур определяет существенное удешевление материала. Также на стоимости благоприятно отражается возможность проведения производства в обычной среде.
Небольшой вес. Рассматривая химический состав можно отметить, что большая часть состава представлена алюминием. Этот металл известен своей легкостью.
Высокие показатели температуры плавления позволили использовать сплав дюраль при производстве различных элементов самолетов и другой техники. Температура плавления дюралюминия около 650 градусов Цельсия. При этом обычный алюминий плавится уже при более низких температурах, что приводит к изменению основных технологических качеств и деформации изделий.
Плотность дюралюминия составляет 2,5 грамма на кубический сантиметр (у стали на каждый кубический сантиметр приходится 8 грамм). Именно этот показатель определяет существенно снижение веса изготавливаемых деталей. Данный показатель может варьироваться в относительно небольшом диапазоне, достигать значения 2,8 грамм на кубический сантиметр.
Статическая прочность дюралюминия достаточно высока, что определяет устойчивость к разовой нагрузке. Именно поэтому сплав применяется при изготовлении различных ответственных деталей. Проведенные исследования указывают на то, что разрушить подобный материал довольно сложно.

Однако есть и один недостаток – относительно невысокая устойчивость к воздействию повышенной влажности. Разрушение сплава блокируют путем нанесения защитного покрытия, что несколько повышает стоимость сплава.

Детали из дюрали

Дюралюминий Д16 получил достаточно широкое распространение. Отличные эксплуатационные качества он демонстрирует при температуре не выше 250 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что уже при температуре 80 градусов Цельсия появляются признаки образования межкристаллической коррозии.

В последнее время в чистом виде дюралюминий практически не применяется. Это связано не только с высокой вероятностью появления коррозии, но и другими недостатками алюминиевого сплава. Для повышения эксплуатационных качеств сегодня выполняют следующее улучшение:

Закалку в естественных условиях. При маркировке указывается буква «Т».
Выполняют процедуру искусственного старения, что также отражается на маркировке «Т1».
Анодирование и покрытие поверхности специальными лаками (в маркировке указывают букву «А»).

Снижение коррозионной стойкости происходит не только по причине повышения температуры, но и механического воздействия

Именно поэтому уделяется внимание дополнительным процедурам увеличения эксплуатационных качеств

Более высокими эксплуатационными качествами обладает сплав под названием ВД95. Кроме этого, данная разновидность сплава проходит процедуру старения, за счет чего существенно повышается потенциал этой разновидности дюралюминия.

Технология производства и применение дюраля

Дюраль можно легко выковать, отлить и обработать в связи с его низкой температурой плавления. Он отжигается при температуре от 350 до 380 C, с последующим охлаждением воздухом. После этого сплав становится пластичным и может быть легко обработан и сформирован в желаемых формах. Затем сплав подвергают термической обработке при температуре от 490 до 510 C для улучшения его свойств растяжения. После этого дюраль гасится и затвердевает.

Дюраль имеет следующие области применения:

Для изготовления проволоки, прутка и стержней, в местах, где требуется хорошая прочность и обрабатываемость.
В тяжелых поковках, колесах, плитах, авиационной арматуре, резервуаре космического усилителя и в компонентах подвески, то есть в местах, где требуется высокая прочность, в рабочих зонах при повышенных температурах.
Для изготовления конструкций самолетов, колес грузовых автомобилей, изделий винтовых станков, заклепок и других конструкционных изделий.
В качестве листов для панелей кузова.
В поковках, в поршнях авиационного двигателя, рабочих колесах реактивных двигателей и кольцах компрессора.
Для изготовления штамповок и листовой продукции.

Дюраль используется для производства самолетов
Метод, который используется для превращения дюралюминия в слитки:

Сплав подвергается высокому давлению, прежде чем превратится в слитки.
Процесс включает в себя прокатку, прессование и другие обязательные этапы.
Затем он преобразуется в пластины, листы, трубы и провода и гасится в воде в течение примерно четырех дней, этот процесс называется естественным старением.
Иногда он подвергается искусственному старению при температуре около 190 Свтечение нескольких часов.

Чем отличаются сплавы Д16, Д16Т и Д16Б в маркировке плит

Все перечисленные марки – это один сплав дюралюмин Д16, содержащий согласно ГОСТ 4784-97 кроме алюминия 3,8-4,9% Cu; 1,2-1,8% Mg; 0,3-0,9% Mn. Отличие в обработке сплава. В частности, маркировка «плита Д16» указывает только на состав сплава. Плита Д16Т – не корректная маркировка, т.к. индекс «Т» соответствует термически обработанному состоянию (закалка + естественное старение), а плиты поставляются без термообработки.

Индексы «А» и «Б» указывают на наличие плакирования, нормального и технологического соответственно. Т.е. маркировка «плита Д16Б» соответствует дюралюмину с технологической плакировкой.

Форма выпуска

Как уже было сказано ранее, Д16 в чистом виде, хотя применяется, но редко. А невысокая стойкость к коррозии диктует необходимость в плакировке металлопроката. Соответственно, выпускаются полуфабрикаты из Д16 следующих видов:

В чистом виде,
Т — закалённые и естественно состаренные,
Т1 — искусственно состаренное состояние.
М — отожжённые,
Плакированные (прим. Д15ТА)

Из Д16 производят:

Плиты Д16Т,
Листы Д16АТ,
Прутки Д16Т,
Уголки Д16,
Листовой алюминий.

Прутки диаметром до 100 мм производятся в естественно-состаренном виде в состоянии Т иногда отожжённые — М, а листы — плакированные в состоянии М или Т, в зависимости от области применения.

Химический состав

Химический состав каждого материала имеет свои определенные особенности, которые и определяют физико-механические качества.

Рассматриваемый алюминиевый сплав Д16Т относится к группе Al-Cu-Mg с легированием марганца. Химический состав сплава Д16Т характеризуется следующим образом:

Большая часть сплава – алюминий, концентрация которого доходит до показателя 94,7%.
Остальная часть массы приходится на магний, медь и другие различные примеси.
Включение в состав марганца определяет существенно увеличение коррозионной стойкости сплава Д16Т и увеличить некоторые механические свойства.
В состав включается небольшая доля титана и железа. Негативное влияние на сплав Д16Т оказывает концентрация железа. Это связано с тем, что подобный химический элемент не растворяется в алюминии, создает неоднородные пластины. Концентрация железа выдерживается в строгом пределе, так как неоднородная структура может привести к серьезным проблемам.

Химический состав сплава Д16Т

Дуралюмин производится при тщательном контроле концентрации всех элементов. Увеличение в составе количества железа приводит к тому, что металл становится менее однородным, за счет чего падает качество и ухудшаются другие эксплуатационные качества. Титан и марганец должны также выдерживаться в определенном диапазоне концентрации, так как слишком высокий и низкий показатели могут привести к изменению основных физико-механических качеств.

Характеристики алюминиевых сплавов

Сплавы на основе алюминия могут обладать самыми различными характеристиками, так как при их получении проводится смешивание различных примесей

Именно поэтому рассматривая механические свойства алюминиевых сплавов следует уделить внимание тому, какие именно элементы входят в состав

Для начала отметим классификацию материалов, которые получаются при соединении меди и алюминия. Они делятся на три основные группы:

Действующие элементы медь и алюминий.
Действующие элементы медь, магний и алюминий.
Сочетание меди, алюминия и магния с добавлением легирующих элементов (в основном марганца).

Последняя группа сегодня получила довольно большое распространение, так как температура плавления алюминиевых сплавов, входящих в нее, довольно высока. Сплавы последней группы называют дюралюминием.

Рассматривая дюралюминий уделим внимание нижеприведенным моментам:

В состав данного сплава входят железо и кремний. В большинстве случаев подобные легирующие элементы воспринимаются как вещества, ухудшающие эксплуатационные качества. В данном случае железо способствует повышению жаростойкости, а кремний позволяет с высокой эффективностью провести старение.
Входящие в состав магний и марганец повышают прочность. За счет их включения в состав стало возможно использовать дюралюминий при производстве обшивочных листов для высокоскоростных поездов и летательных аппаратов или самолетов.

Среди основных особенностей можно отметить нижеприведенные моменты:

С увеличением концентрации магния повышается прочность, но уменьшается коррозионная стойкость.
Прирост магния на 1% приводит к повышению прочности примерно на 30 000 Па.
В большинстве сплавов не более 6% магния. Это связано с тем, что слишком большая концентрация станет причиной покрытия всей поверхности коррозией. Также большая концентрация марганца становится причиной неоднородности структуры, неравномерная нагрузка может стать причиной появления трещины или другой деформации.

Сочетание алюминия с марганцем практически не подвергают термической обработке. Это связано с тем, что даже при соблюдении условий проведения закалки существенно изменить эксплуатационные качества сплава не получится. Плотность алюминиевого сплава может колебаться в достаточно большом диапазоне: от 2 до 4 грамм на кубический сантиметр.

Рассматривая слав, прочность которого имеет рекордные показатели, следует уделить внимание сплаву алюминия с цинком и магнием. При применении современных технологий производства можно добиться качеств, которые будут характерны для титана

Среди особенностей подобного сплава отметим:

Термическая обработка становится причиной растворения цинка, за счет чего предел прочности алюминиевого сплава возрастает в несколько раз.
Применять подобный материал в электрической промышленности нельзя, так как прохождение электричества становится причиной существенного снижения коррозионной стойкости.
Коррозионная стойкость в некоторых случаях повышается путем добавления меди, но все же она становится низкой.

В литейной промышленности весьма большое распространение получили алюминиевые сплавы, которые в своем составе имеют кремний. Тот момент, что при термической обработке кремний отлично растворяется в алюминии, позволяет использовать металл при фасонном или формовочном литье. Получаемые изделия хорошо обрабатываются резанием, а также обладают повышенной плотностью.

Примером можно назвать то, что железо добавляется в состав для упрощения процесса отделения детали от формы. В состав могут добавляться титан, который существенно повышает показатель прочности.

Подводя итоги по характеристикам алюминиевых сплавов можно отметить нижеприведенные моменты:

Предел текучести может варьироваться в достаточно большом диапазоне.
Температура плавления алюминия может изменяться в зависимости от того, какие применялись легирующие вещества.
Прочность материала можно существенно повысить.
Некоторые легирующие элементы снижают коррозионную стойкость, улучшая другие эксплуатационные качества. Именно поэтому проводится покрытие поверхности защитными веществами.

Из-за легкости и прочности, а также относительно высокой коррозионной стойкости алюминиевые сплавы получили достаточно широкое применение. Альтернативных материалов, которые обладают подобными свойствами и низкой стоимостью, практически нет.

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.

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

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.

Зависимость свойств дюралюминия от степени рекристаллизации

Механические свойства горячедеформированных полуфабрикатов из сплавов типа дуралюмин сильно зависят от степени рекристаллизации в процессе нагрева при деформации и термической обработке. Разница в прочности закаленного и состаренного рекристаллизованного и нерекристаллизованного материалов достигает 200 МПа.

Полуфабрикаты с нерекристаллизованной структурой по сравнению с рекристализованной при повышенных прочностных свойствах в долевом направлении имеют преимущество по вязкости разрушения, выносливости при одинаковом по абсолютной величине уровне напряжения, сопротивлению коррозии под напряжением, но обладают более низким относительным удлинением в долевом направлении; выигрыш по прочностным свойствам уменьшается на образце с отверстием.

Листовой материал, изготовленный методом горячей и последующей холодной прокатки, а также проволока и трубы, изготовленные холодной прокаткой и волочением, в закаленном состоянии имеют полностью рекристаллизованную структуру. Профили и прутки, полученные горячим прессованием, после термической обработки могут иметь структуру от полностью нерекристаллизованной до полностью рекристаллизованной. Возможно получение преимущественно нерекристаллизованной структуры и в плитах. Сохранению нерекристаллизованной структуры способствует повышение температуры и уменьшение степени горячей деформации изделий, понижение температуры и времени выдержки при нагреве под закалку, увеличение содержания элементов (Мn, Cr, Zr и др.), повышающих температуру рекристаллизации.

Дюраль: состав сплава

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.

Сплав Д16Т