УДК 669.1(091)

Сплав кольчугалюминий – дюралюмин Д1: освоение технологии производства. Из истории металлургии легких сплавов России

Бондарев Андрей Борисович – кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент Академии Медико-Технических наук, историк металлургии, писатель, город Москва.

Аннотация. История освоения и разработки в СССР технологии производства полуфабрикатов из сплава системы Алюминий-Медь-Магний: Кольчугалюминий - Д1(сплав 1110 - международное обозначение 2017).

Ключевые слова. Дюралюмин. Кольчугалюминий. Сплав Д1 - 1110 - 2017. Музалевский. Буталов. Левитский. Сучков

Вхождение СССР в ряд авиастроительных держав стало, наряду с другими событиями, важной вехой на пути превращения страны в одно из ведущих государств планеты.

Послереволюционные 1920-е годы были годами возрождения страны, восстановления остановленных и разрушенных производств, в том числе авиационных. В Москве были восстановлены самолетостроительные заводы: Государственный авиационный завод (ГАЗ) №1 имени Авиахима Народного комиссариата обороной промышленности (НКОП) (бывший «Дукс») [1], располагавшийся на 1-ой Тверской-Ямской улице, и завод №22 имени 10-летия Октября в Филях (бывший «Руссо-Балт», концессионный завода фирмы «Юнкерс», №7) [2].

Настоятельной необходимостью стало обеспечение металлом самолетостроительные производства. Авиационные конструкции из дерева, стали, обшитые тканевым полотном со специальной пропиткой стали постепенно уступать свои позиции легкому алюминиевому сплаву, названному дюралюмином [3-7].

Этот сплав был открыт Альфредом Вильмом в 1909 году, но получил широкое распространение лишь по окончании Первой мировой войны 1914-1918 годов. Распространению сплава способствовали начало развития металлического самолето- и дирижаблестроения в Германии, Англии, Франции и США, а также потеря действенности патента фирмы Dürener Metallwerke AG (город Дюрен в Северной Рейн-Вестфалии) из-за поражения в войне Германии. Название сплава и его производных получило название от комбинирования двух слов Dürener (Дюренерский) and aluminium (алюминий) – Duralumin (Дюралюмин).

b1

Рисунок 1. Слева направо: Альфред Вильм, немецкий химик и металлург, открывший первый алюминиевый упрочняемый сплав [8], Георгий Григорьевич Музалевский и Владимир Александрович Буталов (фото из архива Т.М. Швецовой), участники работ по разработке технологии производства Кольчугалюминия

Производители, выпускающие сплавы данного типа используют разные вариации этого названия (в переводе на русский язык): дюралюминиум, дюралум, дюраль и другие похожие названия.

Технология же производства дюралюмина держалась в строжайшем секрете, и каждой стране приходилось создавать её собственными силами.

В СССР первые работы по производству листов из дюралюмина были проведены весной 1922 года на Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов. Заслуги в установлении первоначальной технологии дюралюмина или дюраля (как его назвали на заводе) в Советском Союзе принадлежат специалистам – инженерам: Г.Г. Музалевскому, В.А. Буталову, Д.И. Сучкову, К.П. Левитскому. Г.Г. Музалевский установил методы прокатки, термообработкии осуществлял руководство всеми операциями по изготовлению листов из дюраля. В.А. Буталов отвечал за отливку слитков. Д.И. Сучкову было поручено ответственное наблюдение за всеми операциями термической обработки (нагрев слитков перед их прокаткой, контроль температуры при промежуточных отжигах, организация и руководство нагревом и закалкой готовых листов). К.П. Левитский организовал и проводил испытания механических свойств на все стадиях производства, включая старения. В работах участвовали матера: литейного цеха М.Г. Захаров, прокатных цехов К.А. Болотнов, И.Ф. Сухорезов И.А. Балакин [9, 10].

b2

Рисунок 2. Слева направо: Дмитрий Иванович Сучков, Евгений Григорьевич Деречей, Семен Николаевич Ванков [11]

Состав дюралюмина, с которым начали работать был известен из рекламного проспекта Дюренского завода Д.И. Сучкову, начавшему работать на заводе в 2021 году, и Е.Г. Деречею, работавшему на заводе до революции (Таблица 1). Е.Г. Деречей информировал участников работ о способности сплава закаливаться, упрочнении сплава при старении, возможных благоприятных режимах технологических нагревов [9, 10].

Таблица 1. Химический состав дюралюмина, кольчугалюминия и сплава Д1 [12, 13]

Название сплава, год патентования, использования, стандартизации

Содержание легирующих элементов в алюминии без примесей, % (весовые)

Медь

Магний

Марганец

Никель

Дюралюмин Вильма, 1909

3.5-5.5

0.5

0.5-0.8

-

Кольчугалюминий, 1922

3.5

0.5

0.6

0.5

Кольчугалюминий, 1925

4.5

0.5

0.6

0.3

Д1, ГОСТ 4874-2019

3.5-4.8

04-0.8

0.4-1.0

-

Первоначально были получены лабораторные образцы, а затем производство было освоено на серийном цеховом оборудовании. Первые слитки дюраля были выплавлены В.А. Буталовым в старых горнах, предназначенных для фасонного литья медных сплавов [11]. В дальнейшем теплые слитки передавались на прокатку, но большинстве случае листы получались с большими трещинами. Тогда ввели подогрев слитков перед прокаткой, и было обнаружено, что слитки, находившиеся в печи при заданной температуре большее время прокатываются лучше других - без больших трещин. Это явление было изучено, было установлено, что структура слитков становится более равномерной. Позже эта технологичеcкая стадия была названа гомогенизирующим отжигом [10].

Горячая прокатка велась до толщины листов, равной 8 мм. Все последующие прокатки велись без нагревов с промежуточными отжигами до толщин листов, равных 1 мм и 2 мм [9]. После закалки и старения были получены качественные листы из дюраля, названного «Кольчугалюминий». Механические свойства полученной продукции, испытанные в отделе авиационных испытаний ЦАГИ приведены в таблице 2.

В заключении Центрального научно-технического совета ВСНХ было отмечено, что полученный сплав прекрасно отливается, хорошо прокатывается, протягивается куется в горячую и холодную, закаливается, причем свойства металла повышаются после через некоторое время после закалки [12].

В этом же году И.И. Сидорин, сравнив свойства немецкого дюралюмина с кольчугинским алюминиевым сплавом, сделал заключение о том, что по механическим и физическим свойствам кольчугалюминий близок к дуралюмину и может быть признан пригодным для постройки металлических самолетов, глиссеров, дирижаблей и другой техники.

Таблица 2. Механические свойства дюраля и кольчугалюминия в нагартованном состоянии [12]

Механические свойства

1912 год

(дюралюмин)

1922 год

(дюралюмин – тот же металл через 10 лет)

1922 год

(кольчугалюминий)

Предел прочности, МПа

473

464

450

Предел текучести, МПа

244

317

350

Относительное удлинение, %

6.04

7.6

14

Относительное сужение, %

19

31

-

В конце 1922 года на объединенном собрании Русского (металлургического общества и Металлургического сектора Северо-Западного областного научно-технического совета было признано, что свойства, которыми обладает кольчугалюминий, дают полное основание признать его не только не уступающим заграничным маркам дуралюмина, но, вероятно, многих отношениях его превосходящим, а поэтому на производство этого материала должно быть особое внимание и оказано всякое содействие [12].

В конце 1922 года была отлита промышленная партия слитков и изготовлены из них первые промышленные полуфабрикаты в виде листов и проволоки (проволочным цехом руководил И.С. Бабаджан [9]), руководство Кольчугинского завода и ОИМ ЦАГИ (ВИАМ) доложили ВСНХ о выполнении правительственного задания.

О никеле в составе кольчугалюминия. Никель в количестве 0.5 % (вес.) был предложен В.А. Буталовым для патентной регистрации данного варианта сплава в СССР. Однако, экспериментами было установлено, что добавка никеля ни оказывает влияния на свойства сплава и поэтому позже была исключена из его состава (Таблица 1). Кроме того, в условиях сильнейшего дефицита дорогостоящего никеля в 1920-е и 1930-е годы введение такой добавки необоснованно удорожало продукцию из кольчугалюминия.

Об авторстве технологии производства кольчугалюминия. Первоначально Главное управление Госпромцветмета в лице его начальника С.И. Ванкова планировало заключить договор на разработку технологии работником химической лаборатории завода инженером-химиком Л.С. Хавенсоном, работавшим в Англии на заводе «Виккерс», выпускавшего продукцию из дюралюминия. Вознаграждение по этому договору было 3000 рублей золотом. Этот договор не был выполнен, узнавший о нем В.А. Буталов, убедил должностных лиц Госпромцветмета С.Н. Ванкова и Н.А. Калмыкова, что он сделает эту работу без Л.С. Хавенсона. В конечном итоге, несмотря на то, что над решением проблемы работал коллектив инженеров, В.А. Буталов приписал полностью себе успех по разработке технологии производства продукции из кольчугалюминия и получил премию 3000 рублей золотом. Когда Г.Г. Музалевский пытался объяснить С.Н. Ванкову о том, В.А. Буталов отвечал только за отливку слитков, что это только часть большой работы, сделанной коллективом инженеров, Ванков в очень грубой форме заявил ему, что он напрасно «примазывается» к этому делу [9, 10].

В результате Г.Г. Музалевский немедленно уволился и перешел работать на завод №1 Авиахима, где с нуля полностью создал производство листов, профилей и проволоки из кольчугалюминия, лучшее качество которого признали работники Кольчугинского завода [10].

После случившегося В.А. Буталов, потеряв уважение коллектива, не смог более работать на заводе и перевелся на завод «Красный выборжец», где в должности главного металлурга пытался воспроизвести технологию производства кольчугалюминия. Некоторые успехи им были сделаны в освоение производства первых магниевых сплавов («электронов»). Но в создании производства изделий из кольчугалюминия В.А. Буталов успехов не имел. Об этом написал И.И. Сидорин написал в своих воспоминаниях: «Такое тяжелое положение с производством кольчугалюминия, создавшееся на заводе «Красный Выборжец» в 1925 году, мне казалось не совсем понятным. Ведь на заводе работал главным металлургом инженер В.А. Буталов, который два года тому назад сумел на Кольчугинском заводе организовать производство кольчугалюминия вполне удовлетворительного качества. Приходилось думать, что качество кольчугалюминия, изготовлявшегося на Кольчугинском заводе, зависело не только от инженера В.А. Буталова, а от всего инженерного и рабочего коллектива этого завода».

Резкие критические замечания в адрес главного металлурга стали основной причиной ухода В.А. Буталова в 1926 году с завода «Красный Выборжец» [14].

В это же время по качеству прокатки и термобработки листового проката завод №1 им. Авиахима стал опережать по качеству продукции Кольчугиснкий завод и завод «Красный выборжец». На Кольчугинском заводе слитки Буталова толщиной 70 мм были заменены слитками Музалевского толщиной 45 мм [10].

Продукция из кольчугалюминия – сплава Д1 (современной обозначение 1110 [12]) была использована в первом советском цельнометаллическом самолете АНТ-2 [15], цельнометаллических аэросанях [16] и другой продукции.

В дальнейшем технология производства сплава Д1 совершенствовалась на новом оборудовании Завода легких сплавов в Сетуни.

Список литературы

  1. Дукс (завод)//Википедия - свободная энциклопедия. URL:-https://ru.wikipedia.org/wiki/Дукс_(завод)#1918-1941_годы (Дата обращения: 23.02.2021).
  2. Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева // Википедия - свободная энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Государственный_космический_научно-производственный_центр_имени_М._В._Хруничева (Дата обращения: 23.02.2021).
  3. М.Ю. Мухин Авиапромышленность СССР в 1921-1941 годах / М.Ю. Мухин; [отв. ред. А.К. Соколов]: Институт рос. истории РАН. М., Наука, 2006, 320 с.
  4. Их чего делают самолеты//SAMOLITING. URL: http://samoleting.ru/raznoe/iz-kakogo-materiala-delayut-samolety.html#i (Дата обращения: 23.02.2021).
  5. История отрасли. История алюминия//Сайт об алюминии. URL: https://aluminiumleader.ru/history/industry_history/ (Дата обращения: 23.02.2021).
  6. История самолетов, 1919-1945. Соболев Дмитрий Алексеевич. Металлическое самолетостроение//ВикиЧтение. URL: https://history.wikireading.ru/62808 (Дата обращения: 23.02.2021).
  7. Duralumin// WikipediA - free encyclopedia. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Duralumin (Дата обращения: 23.02.2021).
  8. Alfred Wilm Metallurgie//Google. URL: https://www.google.ru/search?q=Alfred+Wilm+Metallurgie&newwindow=1&tbm=isch&source=iu&ictx=1&fir=JNL3lSQGkMpmiM%252ClXt-uH8mBDCR1M%252C%252Fm%252F0479nhv&vet=1&usg=AI4_-kRD-Ljp9d8pY4wuaZHMpwjZvGM-4A&sa=X&ved=2ahUKEwjQicrvnY_vAhVNtqQKHYgiCXsQ_B16BAgjEAI&biw=1500&bih=715#imgrc=JNL3lSQGkMpmiM (Дата обращения: 23.02.2021).
  9. К.П. Левитский делом движет дело. - В кн. А.К. Барсуковой ПЕРВОПРХОДЦЫ. - Владимир: Издательско-коммерческое предприятие «Индекс», с. 185-214.
  10. Д.И. Сучков Этапы большого пути. - В кн. А.К. Барсуковой ПЕРВОПРХОДЦЫ. - Владимир: Издательско-коммерческое предприятие «Индекс», с. 215-230.
  11. А.И. Эрлих, А.Б. Бондарев История металлургии легких сплавов. Люди. Заводы. Том 1. - М., КнигИздат, 2020, 450 с.
  12. Ф.И. Квасов, И.Н. Фридляндер Алюминиевые сплавы типа дуралюмин. – М.: Металлургия, 1984, 240 с.
  13. ГОСТ 4874-2019 Алюминий и алюминиевые сплавы деформируемые. – М.: Стандартинформ, 2019, 30 с.
  14. Ф.И. Квасов Владимир Александрович Буталов (1881-1966). - В кн. Творцы металлургии легких сплавов России. Под редакцией Бондарева Б.И. М., Металлургия, 1994, с. 12-20.
  15. АНТ_2//Википедия – свободная энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/АНТ-2 (дата обращения 11.03.2024).
  16. А.Н. Туполев – человек и его самолеты//ВикиЧтение. URL: https://biography.wikireading.ru/178581 (дата обращения 11.03.2024).

Интересная статья? Поделись ей с другими: