Сплав Д1

Сплав Д1 — дюралюминий системы Al–Cu–Mg–Mn

Сплав Д1 (цифровое обозначение 1110) — деформируемый алюминиевый сплав системы Al–Cu–Mg–Mn, относящийся к классу конструкционных дюралюминов. Упрочняется термической обработкой. Разработан как один из первых промышленных дюралюминов и до настоящего времени применяется в авиастроении, машиностроении и транспортной отрасли.

По международной классификации ИСО 209 сплаву Д1 соответствует обозначение AlCu4MgSi (2017). Марка регламентируется действующим ГОСТ 4784-2019, а также рядом отраслевых стандартов (ОСТ 1 92014-90, ОСТ 1 90048-90). В зависимости от состояния поставки обозначение дополняется литерами: Д1Т — закалённый и естественно состаренный, Д1М — отожжённый, Д1Н — нагартованный. Разновидность повышенной чистоты маркируется Д1ч.

Химический состав сплава Д1

Основа сплава — алюминий. Главные легирующие элементы — медь, магний и марганец. Медь совместно с магнием формирует упрочняющие фазы при термической обработке, а марганец повышает прочность твёрдого раствора и измельчает зерно. Кремний и железо являются допустимыми примесями; их содержание ограничивается стандартами.

Химический состав зависит от нормативного документа. Ниже приведены данные по наиболее распространённым стандартам.

Состав по ГОСТ 4784-2019 и ОСТ 1 92014-90

Элемент	Cu	Mg	Mn	Si	Fe	Zn	Ti	Ni	Al
Содержание, %	3,8–4,8	0,4–0,8	0,4–0,8	≤ 0,7	≤ 0,7	≤ 0,3	≤ 0,15	≤ 0,1	Основа

Суммарное содержание прочих примесей — не более 0,10 % (ОСТ 1 92014-90) или 0,15 % (ГОСТ 4784-2019). Содержание каждой нерегламентированной примеси — не более 0,05 %.

Состав по ОСТ 1 90048-90 (Д1ч — повышенной чистоты)

Элемент	Cu	Mg	Mn	Si	Fe	Zn	Ti	Ni	Al
Содержание, %	3,8–4,8	0,4–0,8	0,4–0,8	≤ 0,5	≤ 0,4	≤ 0,3	≤ 0,1	≤ 0,1	Основа

Отличие марки Д1ч — пониженное суммарное содержание Fe+Si (≤ 0,70 %), а также более жёсткие ограничения по каждому из этих элементов в отдельности. Снижение примесей железа и кремния улучшает вязкость разрушения и повышает сопротивление коррозии под напряжением.

Физические свойства сплава Д1

Свойство	Значение
Плотность при 20 °C	2800 кг/м³ (2,80 г/см³)
Модуль нормальной упругости (модуль Юнга)	72 ГПа
Удельное электросопротивление при 20 °C	54 нОм·м

Интервал кристаллизации сплава Д1 типичен для медистых дюралюминов системы Al–Cu с содержанием Cu около 4 %: температура солидуса составляет порядка 510–515 °C, ликвидуса — около 640 °C. Широкий интервал кристаллизации (~130 °C) обусловлен высоким содержанием меди и определяет необходимость тщательного контроля температуры при термообработке — превышение солидуса приводит к появлению легкоплавких эвтектик по границам зёрен (пережог).

Механические свойства дюралюминия Д1

Механические характеристики сплава Д1 существенно зависят от вида полуфабриката, его толщины (сечения) и состояния термообработки. Ниже приведены типичные значения для основных видов продукции.

Листовой прокат Д1А (с нормальной плакировкой) по ГОСТ 21631-76

Толщина, мм	Состояние	σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %, не менее
0,5–1,9	Отожжённый (М)	145–225	—	12
0,5–1,9	Закалка + ест. старение (Т)	≥ 365	≥ 185	15
1,9–10,5	Закалка + ест. старение (Т)	≥ 375	≥ 195	15

Прутки прессованные по ГОСТ 21488-97

Диаметр, мм	Состояние	σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %, не менее
8–300	Без термообработки	≥ 195	≥ 110	12
8–130	Закалка + ест. старение (Т)	≥ 375	≥ 215	12
8–300	Повышенная прочность	≥ 420	≥ 275	8

Плиты по ГОСТ 17232-99

Толщина, мм	σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %, не менее
11–25	≥ 370	≥ 215	11
25–40	≥ 365	≥ 215	8
40–70	≥ 345	≥ 195	6
70–80	≥ 315	≥ 195	5

Твёрдость поковок и штамповок в состоянии Т — не менее 95 HB (по ОСТ 1 90073-85). В отожжённом состоянии твёрдость существенно ниже — порядка 45 HB.

Термическая обработка сплава Д1

Сплав Д1 относится к термически упрочняемым алюминиевым сплавам. Основные виды термообработки:

Закалка проводится нагревом до температуры 495–510 °C с выдержкой, обеспечивающей растворение упрочняющих фаз (CuAl₂, S-фаза Al₂CuMg) в алюминиевом твёрдом растворе, и последующим быстрым охлаждением в воде. Критически важно не превышать температуру солидуса — иначе происходит оплавление границ зёрен (пережог), который является неисправимым браком.

Естественное старение (состояние Т) — выдержка при комнатной температуре в течение нескольких суток после закалки. Прочность нарастает за счёт образования зон Гинье–Престона и метастабильных фаз. Это наиболее распространённое состояние поставки сплава Д1.

Искусственное старение применяется при необходимости получения максимальной прочности или повышенной стабильности размеров. Типичные режимы — нагрев до 150–190 °C с выдержкой от нескольких до десятков часов в зависимости от требуемых свойств.

Отжиг (состояние М) — нагрев до 350–420 °C с последующим медленным охлаждением. Обеспечивает максимальную пластичность для последующей обработки давлением.

Коррозионная стойкость

Дюралюминий Д1, как и другие сплавы системы Al–Cu, обладает пониженной коррозионной стойкостью по сравнению с алюминием технической чистоты или сплавами серий Al–Mg и Al–Mg–Si. Высокое содержание меди формирует интерметаллидные фазы (CuAl₂), являющиеся катодами по отношению к алюминиевой матрице, что провоцирует электрохимическую коррозию — преимущественно питтинговую и межкристаллитную.

Для защиты от коррозии листовой прокат из сплава Д1 выпускается в плакированном исполнении (марка Д1А) — на обе стороны листа наносится тонкий слой технического алюминия (АД1), выступающий протектором. Кроме того, применяются анодирование, химическое оксидирование и лакокрасочные покрытия.

Сравнение сплава Д1 с Д16

Сплав Д16 является более поздней и более прочной модификацией дюралюминия. Основное отличие — повышенное содержание магния (1,2–1,8 % у Д16 против 0,4–0,8 % у Д1). Благодаря этому Д16 после закалки и старения достигает предела прочности 440–520 МПа, тогда как Д1 — 365–420 МПа. При этом Д1 отличается несколько лучшей пластичностью и технологичностью при обработке давлением, что сохраняет его применение в ряде конструкций.

Формы поставки дюралюминия Д1

Сплав Д1 поставляется в виде широкого сортамента деформированных полуфабрикатов:

Листы и плиты — по ГОСТ 21631-76, ГОСТ 17232-99. Листы толщиной 0,5–10,5 мм, плиты толщиной 11–80 мм. Листовой прокат выпускается с нормальной (А) и утолщённой (Б) плакировкой, а также без плакировки.

Прутки — прессованные по ГОСТ 21488-97, круглого и квадратного сечения, диаметром 8–300 мм.

Профили — прессованные по ГОСТ 8617-81 и специальные прессованные с последующим волочением по ГОСТ 18591-91. Площадь сечения профилей — до 200 см², диаметр описанной окружности — до 350 мм.

Трубы — прессованные по ГОСТ 18482-79, холоднодеформированные по ГОСТ 18475-82, сварные прямошовные по ГОСТ 23697-79. Круглые тянутые и катаные трубы применяются для трубопроводов, валов трансмиссий и тяг управления в авиации.

Ленты — по ГОСТ 13726-97 толщиной от 0,1 до 3 мм.

Поковки и штамповки — по ОСТ 1 90073-85, размерами до 200 мм (поковки) и до 150 мм (штамповки).

Области применения сплава Д1

Сплав Д1 применяется преимущественно в отраслях, где требуется сочетание умеренно высокой прочности, хорошей обрабатываемости и невысокой массы конструкции:

Авиационная промышленность — изготовление лопастей винтов, узлов крепления, шпангоутов, нервюр, элементов обшивки, трубопроводов гидросистем, тяг управления, валов трансмиссий.

Машиностроение — корпусные детали, крепёжные элементы, детали приборов, конструкционные узлы с умеренной нагрузкой.

Транспортное машиностроение — элементы кузовных конструкций, детали агрегатов, нагруженные элементы шасси.

Для каждого конкретного применения выбирается вид полуфабриката и состояние термообработки, обеспечивающие требуемый баланс прочности, пластичности и коррозионной стойкости.

Нормативная документация

Химический состав сплава Д1 регламентируется ГОСТ 4784-2019 (действующая редакция, введена 01.09.2019, заменила ГОСТ 4784-97). Механические свойства, допуски и условия поставки определяются стандартами на конкретные виды продукции: ГОСТ 21631-76 (листы), ГОСТ 17232-99 (плиты), ГОСТ 21488-97 (прутки), ГОСТ 8617-81 (профили), ГОСТ 18482-79 и ГОСТ 18475-82 (трубы), ГОСТ 13726-97 (ленты) и др.

Прокат из сплава Д1 также изготавливается по алюминиевому прокату различного сортамента в соответствии с отраслевыми стандартами авиационной промышленности (ОСТ 1 92014-90, ОСТ 1 90048-90, ОСТ 1 90038-88 и др.).