В большом семействе труб из цветных металлов дюралевые трубы занимают совершенно особое место. Многие, впервые услышав слова «дюраль» или «дуралюмин», думают, что речь идёт о каком-то высокочистом алюминии, но на самом деле это алюминиевый сплав, легированный медью, магнием и марганцем и упрочняемый термической обработкой. Его появление изначально было связано с решением проблемы: чистый алюминий слишком мягкий и не подходит для несущих конструкций.
Для закупщиков и инженеров-технологов ключ к пониманию дюралевых труб лежит не в запоминании сложных таблиц химического состава, а в том, чтобы разобраться, чем они отличаются от обычных алюминиевых и стальных труб и в каких условиях их применение действительно оправдано.
В чём собственно «твёрдость» дюралевой трубы
«Твёрдость» дюраля — понятие относительное, по сравнению с технически чистым алюминием. Прочность чистого алюминия очень низкая: в отожжённом состоянии предел прочности при растяжении обычно составляет всего 70–80 МПа.
Из него ещё можно делать декоративные элементы или токопроводящие шины, но для несущих конструкций его прочности явно недостаточно. Дюраль за счёт добавления меди и магния в алюминиевую основу и специальной термообработки поднимает прочность на совершенно другой уровень.
Возьмём классическую марку Д16 (международный аналог 2024). В состоянии закалки и естественного старения её предел прочности при растяжении достигает примерно 440 МПа. Для сравнения: предел текучести обычной углеродистой конструкционной стали Q235 составляет около 235 МПа.
То есть при одинаковом весе дюралевая труба выдерживает значительно большую нагрузку, чем стальная. Разумеется, модуль упругости дюраля составляет лишь около трети от стального, жёсткость уступает стали — и это необходимо учитывать при выборе материала.
Читать также: Шариковые подшипники короли вращения
Платой за повышение твёрдости становится снижение пластичности и коррозионной стойкости. Дюраль содержит много меди, поэтому в агрессивных средах склонен к точечной и межкристаллитной коррозии. Именно поэтому реально используемые дюралевые трубы, особенно в авиации, подвергают плакированию или анодированию — поверхность покрывают слоем чистого алюминия или оксидной плёнкой, которая приносит себя в жертву, защищая основной металл.
Система марок и обозначения состояний
В продаже встречаются дюралевые трубы в основном нескольких марок, каждая из которых соответствует своей области применения.
Д16 — наиболее распространённая марка, относится к системе алюминий–медь–магний. Она обладает высокой прочностью и достаточно сбалансированной технологичностью, является основным материалом для авиационных конструкций. Обозначение Д16Т соответствует закалке и естественному старению — максимальная прочность, первый выбор для несущих каркасов; Д16АМ — отожжённое состояние, пластичное, подходит для деталей, требующих гибки. Следует учитывать, что при длительной работе Д16 при температуре выше 150 °C прочность заметно снижается.
Д1 — более ранняя марка дюраля, немного уступает Д16 по прочности, но несколько лучше по коррозионной стойкости и технологическим свойствам, чаще применяется в общем машиностроении и строительных конструкциях. Д18 обладает повышенной пластичностью, обычно используется для заклёпок, трубный прокат из неё встречается относительно редко. В95 относится к системе алюминий–цинк–магний–медь, это сверхпрочный алюминиевый сплав, прочность выше, чем у Д16, но коррозионная стойкость и свариваемость ещё хуже; применяется главным образом в авиационных силовых деталях, где вес критически важен.
Обозначение состояния — деталь, которую при выборе материала часто упускают, но она очень важна. Одна и та же марка Д16 с индексом «Т» — это закалка и естественное старение: высокая прочность, но при гибке возможны трещины; с индексом «М» — отожжённое состояние: мягкое и вязкое, подходит для последующей холодной обработки; с индексом «Н» — нагартованное состояние, нечто среднее.
Способы производства и выбор сечения
По способу производства дюралевые трубы делятся на две основные категории: горячепрессованные и холоднодеформированные.
Горячепрессованные трубы получают продавливанием нагретой до определённой температуры заготовки через матрицу. Так можно производить крупногабаритные трубы наружным диаметром от 20 до 300 мм с толщиной стенки от 1,5 мм.
Точность размеров у прессованных труб несколько ниже, качество поверхности тоже уступает холоднодеформированным, но себестоимость ниже, поэтому они подходят для конструкций, где точность размеров не критична.
Холоднодеформированные трубы включают холодную прокатку и холодное волочение — при комнатной температуре заготовку обжимают по стенке и калибруют по диаметру. Так получают трубы с высокой точностью размеров, чистой поверхностью и лучшей равномерностью толщины стенки, однако из-за наклепа степень деформации за один проход ограничена, крупногабаритные изделия таким способом не делают. ГОСТ 18475-82 как раз распространяется на холоднодеформированные алюминиевые и алюминиевые сплавные трубы, включая продукцию из дюраля.
Что касается формы сечения, круглые трубы наиболее распространены, но ценность профильных труб заключается в перераспределении момента инерции сечения. Квадратные и прямоугольные трубы при изгибе и кручении сопротивляются деформации заметно лучше, чем круглые трубы той же площади сечения, поскольку в углах образуется эффект, подобный «ребру жёсткости». Именно поэтому каркасы оборудования, рабочие столы и выставочные стенды часто делают из квадратных или прямоугольных труб, а не из круглых.
Практические соображения при выборе
Выбирать дюралевую трубу или стальную — это по сути вопрос о том, оправдывает ли выигрыш в весе разницу в стоимости. Плотность дюраля около 2,8 г/см³, стали — 7,85 г/см³, разница почти в три раза. Для мобильного оборудования, подвесных конструкций, каркасов, которые часто приходится разбирать и собирать, снижение веса даёт удобство в работе и уменьшает нагрузку на поддерживающие конструкции — это часто перекрывает разницу в цене материала.
Но у дюраля есть и явные слабые места. Во-первых, плохая свариваемость: прочность сварного соединения дюраля значительно падает, возможны горячие трещины, поэтому несущие конструкции предпочитают клепать или соединять болтами, а не сваривать.
Во-вторых, ограниченная теплостойкость: длительная рабочая температура выше 120–150 °C не рекомендуется. В-третьих, низкий модуль упругости: при одинаковом сечении и пролёте прогиб дюралевой трубы будет больше, чем у стальной, и при проектировании это приходится компенсировать увеличением размеров сечения.
При фактической закупке помимо подтверждения марки и состояния следует требовать у поставщика сертификат качества и отчёт о механических свойствах. Рынок дюралевых труб достаточно развит, основные технические стандарты — ГОСТ 18482-79 (прессованные трубы) и ГОСТ 18475-82 (холоднодеформированные трубы): в них чётко определены допуски по размерам, показатели механических свойств и требования к качеству поверхности.
Для применений, где нужна лишь обычная конструкционная поддержка и вес не критичен, обычная алюминиевая или стальная труба может оказаться выгоднее. Но если каждый килограмм веса приходится считать, ценность дюралевой трубы проявляется в полной мере. Само её существование отвечает на вопрос: насколько лёгкой можно сделать конструкцию, сохранив достаточную прочность.