Сплав Д19

Сплав Д19 (цифровое обозначение 1190) — деформируемый алюминиевый сплав системы Al–Cu–Mg, относящийся к группе дюралюминов. Разработан для работы в условиях повышенных температур (до +200…+250 °С), где близкий по классу сплав Д16 теряет прочностные характеристики. Д19 сочетает высокую статическую прочность с удовлетворительной пластичностью и умеренной коррозионной стойкостью. Основная область применения — авиационная промышленность и специальное машиностроение.

Химический состав сплава Д19

Химический состав регламентирован ГОСТ 4784-2019 и ОСТ 1 90048-90. Сплав относится к системе алюминий–медь–магний с добавками марганца и микродобавкой бериллия.

Элемент	Cu	Mg	Mn	Fe	Si	Ti	Zn	Be	Al
Массовая доля, %	3,8–4,3	1,7–2,3	0,5–1,0	≤0,5	≤0,5	≤0,1	≤0,1	0,0002–0,005	основа

Прочие нерегламентированные примеси: каждая ≤0,05 %, суммарно ≤0,10 %. Бериллий вводится расчётным путём и химическим анализом не определяется — его роль состоит в снижении окисления расплава при плавке, литье и термообработке.

Роль легирующих элементов в сплаве Д19

Медь и магний — основные упрочняющие компоненты. При термической обработке они образуют метастабильные фазы S’ (Al₂CuMg) и θ’ (Al₂Cu), обеспечивающие эффект дисперсионного твердения. По сравнению со сплавом Д16, в Д19 содержание магния повышено (1,7–2,3 % против 1,2–1,8 %), что увеличивает теплостойкость.

Марганец (0,5–1,0 %) повышает температуру рекристаллизации, стабилизирует структуру и способствует сохранению нерекристаллизованного состояния в прессованных полуфабрикатах, что критически важно для обеспечения прочности при повышенных температурах.

Микродобавка бериллия (0,0002–0,005 %) защищает расплав от окисления магния при плавке и литье. Без бериллия потери магния на окисление могут привести к отклонениям химического состава от нормы.

Физические свойства алюминиевого сплава Д19

Параметр	Значение	Условия
Плотность	2760 кг/м³	20 °С
Модуль нормальной упругости (E)	70 ГПа	20 °С
Модуль сдвига (G)	27 ГПа	20 °С
Удельное электросопротивление	61 нОм·м	20 °С
Теплопроводность	138 Вт/(м·°С)	100 °С
Коэффициент линейного расширения	20,3×10⁻⁶ 1/°С	20–100 °С
Удельная теплоёмкость	880 Дж/(кг·°С)	100 °С
Интервал кристаллизации (солидус–ликвидус)	~510–640 °С	—

Механические свойства сплава Д19 при комнатной температуре

Прочностные характеристики Д19 зависят от вида полуфабриката, сечения и состояния термообработки. Ниже приведены типичные значения при 20 °С по данным марочников и стандартов на полуфабрикаты.

Механические характеристики листов и прутков Д19

Полуфабрикат	Состояние	σВ, МПа	σ0,2, МПа	δ, %
Листы 2–4 мм	Закалка + ест. старение (Т)	440	310	16*
Листы 2–4 мм	Закалка + иск. старение (Т1)	450	400	6,5*
Прутки ∅7,5 мм	Закалка + ест. старение (Т)	480	350	10
Прутки ∅7,5 мм	Закалка + иск. старение (Т1)	490	450	5,5
Профили до 5 мм	Закалка + ест. старение (Т)	460	340	12

* Для листов указано относительное сужение ψ (%), а не δ.

Механические свойства плит из Д19

Минимальные гарантированные значения для плит в состоянии Т (закалка + естественное старение) по ГОСТ 17232-99, поперечные образцы:

Толщина, мм	σВ, МПа, не менее	σ0,2, МПа, не менее	δ, %, не менее
11–25	420	275	7
25–40	390	255	5
40–70	370	245	4
70–80	345	245	3

Прочность Д19 при повышенных температурах

Главное преимущество сплава Д19 — сохранение прочности при нагреве. Ниже приведены данные для листов толщиной 2 мм в состоянии Т (закалка + естественное старение):

Температура испытания, °С	σВ, МПа	σ0,2, МПа
20	440	300
100	420	280
175	370	260
200	340	250
250	270	220
300	180	150

При температурах 175–200 °С при длительных выдержках сплав Д19 превосходит Д16 по прочности: на 20 % в листах и на 10 % в прессованных изделиях (по данным каталога ВИАМ). Именно это преимущество определяет основную нишу Д19 — конструкции, работающие при эксплуатационных нагревах.

Свойства Д19 при отрицательных температурах

Дюралюмин Д19, как и другие сплавы системы Al–Cu–Mg, демонстрирует рост прочности при понижении температуры без потери пластичности:

Температура, °С	σВ, МПа	σ0,2, МПа	δ, %
+20	440	300	20
−70	480	370	23
−196	550	420	26

Данные приведены для листов 2 мм, состояние Т. Одновременный рост прочности и пластичности при охлаждении — характерная особенность дуралюминов, связанная с механизмом деформации ГЦК-решётки алюминия.

Термическая обработка дюралюминия Д19

Д19, как и все дюралюмины, упрочняется термической обработкой — закалкой с последующим старением. Без термообработки сплав не реализует своих прочностных свойств.

Режимы закалки

Температура нагрева под закалку зависит от вида полуфабриката:

Полуфабрикат	Температура закалки, °С	Среда охлаждения
Листы	500–510	Вода при 20 °С
Прессованные изделия (плакированные)	495–505	Вода при 20 °С

Превышение температуры закалки выше допустимого предела ведёт к пережогу — оплавлению легкоплавких эвтектик по границам зёрен, что является неисправимым браком.

Режимы старения

Естественное старение (состояние Т) — выдержка при комнатной температуре (~20 °С) в течение 5–7 суток. Обеспечивает формирование зон Гинье–Престона, дающих оптимальное сочетание прочности и пластичности. Это основное состояние поставки для большинства полуфабрикатов.

Искусственное старение (состояние Т1) — нагрев до 185–195 °С с выдержкой 12–14 часов, охлаждение на воздухе. Даёт максимальную прочность (σ_В до 490 МПа для прутков), но снижает пластичность. Обеспечивает повышенную коррозионную стойкость под напряжением по сравнению с естественно состаренным состоянием.

Холодная деформация после закалки (нагартовка на 5–7 %) ускоряет процесс искусственного старения: для нагартованных листов время выдержки сокращается до 9 часов, для ненагартованных прессованных полуфабрикатов составляет до 17 часов.

Горячая деформация

Температурный интервал горячей обработки давлением (ковка, штамповка, прокатка) для Д19 составляет 400–470 °С. Интервал узкий (70 °С), что требует тщательного контроля температуры при обработке — при остывании ниже 400 °С необходим дополнительный подогрев заготовки.

Коррозионная стойкость сплава Д19

Сплав Д19 обладает более высокой коррозионной стойкостью по сравнению со сплавами Д1, Д16, В65 и Д18. В частности, Д19 менее склонен к межкристаллитной коррозии (МКК) после нагревов. Крупногабаритные прессованные полуфабрикаты из Д19 не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Тем не менее, неплакированные полуфабрикаты из Д19 нуждаются в защите от коррозии. Применяются следующие методы:

Плакирование — нанесение слоя технически чистого алюминия (2–4 % от толщины с каждой стороны). Плакированный материал обозначается Д19П (маркировка 1197) и рекомендуется для деталей, работающих в агрессивных условиях.

Анодирование — электрохимическое оксидирование с образованием защитной плёнки Al₂O₃. Применяется для неплакированных деталей.

Лакокрасочные покрытия — используются в комбинации с грунтовками, часто по анодированной поверхности.

Модификации дюралюмина Д19

На базе сплава Д19 выпускается несколько модификаций, различающихся чистотой и состоянием поверхности:

Д19 (1190) — базовая марка, применяется для большинства полуфабрикатов.

Д19П (1197) — плакированная модификация. Алюминиевый плакирующий слой обеспечивает повышенную коррозионную защиту. Используется преимущественно для листов и плит.

Д19ч — модификация повышенной чистоты с пониженным содержанием примесей железа и кремния. Применяется в ответственных конструкциях, где требуется повышенная вязкость разрушения.

Область применения Д19 в промышленности

Основная сфера применения сплава Д19 — конструкции, работающие при эксплуатационных нагревах в диапазоне +200…+250 °С, где близкий сплав Д16 уступает по прочности.

Подтверждённые области использования:

Авиационная промышленность — силовые элементы конструкций самолётов: лонжероны, шпангоуты, стрингеры, обшивка. Прессованные панели постоянного сечения с продольным оребрением для авиастроения (ширина полотна до 2100 мм). Профильный прокат для специальных отраслей машиностроения.

Автомобильная промышленность — кузовные элементы автомобилей, работающие при повышенных температурах.

Трубопроводы — трубы для систем, эксплуатируемых при температурах до +200…+250 °С.

Формы поставки полуфабрикатов из Д19

Сплав Д19 поставляется в виде деформированных полуфабрикатов, полученных горячей прокаткой или прессованием. Основные виды продукции:

Листы и плиты — выпускаются в плакированном (Д19П) и неплакированном исполнении. Плиты — толщиной от 11 до 80 мм. Регламентируются ГОСТ 17232-99, ОСТ 1 90246-77, ОСТ 1 90166-75, ОСТ 1 90070-92.

Профили — прессованные профили сплошного и полого сечения для авиационной промышленности. Регламентируются ОСТ 1 92093-83, ОСТ 1 92041-90 и другими отраслевыми стандартами.

Прутки — прессованные, регламентируются ОСТ 1 90395-91.

Ленты — регламентируются ОСТ 1-92006-79. Толщина от 0,8 до 10,5 мм.

Прессованные панели — с продольным оребрением, для авиастроения. Регламентируются ОСТ 1 92041-90.

Все полуфабрикаты поставляются после термообработки — как правило, в состоянии Т (закалка + естественное старение). По отдельным стандартам возможна поставка в состоянии Т1 (закалка + искусственное старение).

Продукция из дюралевого проката востребована предприятиями авиастроения, специального машиностроения и оборонно-промышленного комплекса.

Сравнение сплавов Д19 и Д16

Д19 и Д16 — два основных конструкционных дюралюмина, различающихся по температурной области эффективного применения.

Параметр	Д19	Д16
Содержание Mg, %	1,7–2,3	1,2–1,8
Содержание Cu, %	3,8–4,3	3,8–4,9
Добавка бериллия	Да (0,0002–0,005 %)	Нет
Рабочая температура	до +200…+250 °С	до +80 °С (Т), до +150 °С (Т1)
Стойкость к МКК	Выше	Ниже
Прочность при 200 °С (листы)	~340 МПа	~270 МПа
Плотность, кг/м³	2760	2780

При комнатной температуре свойства Д19 и Д16 близки. Выбор в пользу Д19 целесообразен, когда конструкция подвергается длительным эксплуатационным нагревам свыше 150 °С. В остальных случаях более распространённый и доступный Д16 предпочтительнее.

Обрабатываемость и технологические особенности

Все дюралюмины, включая Д19, удовлетворительно обрабатываются резанием в закалённом и состаренном состояниях. При обработке в отожжённом (мягком) состоянии возможно налипание материала на инструмент.

Свариваемость сплава Д19 ограничена — как и все дуралюмины системы Al–Cu–Mg, он склонен к образованию горячих трещин при сварке плавлением. Основной способ соединения деталей — клёпка. Для Д19 широко применяются заклёпки из того же сплава или из более мягких алюминиевых сплавов (Д18, В65).

Нормативная документация на сплав Д19

Основные стандарты, регламентирующие химический состав, свойства и полуфабрикаты из Д19:

Стандарт	Объект регулирования
ГОСТ 4784-2019	Марки и химический состав деформируемых алюминиевых сплавов
ОСТ 1 90048-90	Сплавы алюминиевые деформируемые (марки, химический состав)
ГОСТ 17232-99	Плиты из алюминиевых сплавов
ОСТ 1 92093-83	Профильный прокат сплошного сечения
ОСТ 1 92041-90	Прессованные панели с оребрением
ОСТ 1 90395-91	Прутки из алюминиевых сплавов
ОСТ 1-92006-79	Ленты из алюминиевых сплавов

При заказе полуфабрикатов из Д19 в спецификации необходимо указывать: марку сплава и модификацию (Д19, Д19П, Д19ч), требуемое состояние термообработки (Т или Т1), вид полуфабриката и размеры, применимый стандарт.