CC BY
28
ЛИТЕРАТУРА
1. Аверкиев А.Ю. Методы оценки штампуемости листового металла. М.: Машиностроение. 1975. С.175.
2. Katsushi M., Yasuaki S., Mashiro Y. U.S. Patent 6334916, January, 2002.
3. Фридляндер И.Н., Шамрай В.Ф., Бабарэко A.A. и др. //Металлы. 1999. №2. С. 79-84.
4. Фридляндер И.Н., Бабарэко A.A., Сандлер B.C. //Перспективные материалы. 2000. №4. С. 19-24.
5. Шамрай В.Ф., Грушко O.E., Шевелёва Л.М., Самсонов В.Д. //Перспективные материалы. 2004. №5. С. 16-22.
УДК 669.715:669.884
Ю.Ю. Клочкова, O.E. Грушко, Л.П. Ланцова, И.П. Бурляева, Б.В. Овсянников*
ОСВОЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ПЕРСПЕКТИВНОГО АЛЮМИНИЙЛИТИЕВОГО СПЛАВА В-1469
Приведены результаты испытаний катаных и прессованных полуфабрикатов из сплава 5-1469-77. Сплав В-1469 на основе системы Al-Cu-Li-Mg-Ag является алюминиевым деформируемым, термически упрочняемым, пониженной плотности, высокопрочным, высококоррозионностойким.
Ключевые слова: листы, прессованные профили, раскатные кольца, алюминийлитие-вые сплавы, исследование, термическая обработка.
Создание российских гражданских и боевых самолетов нового поколения, а также современных образцов ракетно-космической техники, в том числе работающих в условиях криогенных температур, требует разработки и освоения промышленного производства новых конструкционных материалов [1-3].
Алюминиевые сплавы являются основным конструкционным материалом летательных аппаратов, поэтому на протяжении нескольких десятилетий как за рубежом, так и в России ведутся исследования, направленные на разработку алюминиевых сплавов, легированных литием, обладающих большей удельной прочностью и жесткостью [4].
Работами зарубежных исследователей показано, что при дополнительном легировании сплавов системы Al-Cu-Li серебром можно получить более высокий уровень прочностных характеристик. Положительное влияние серебра на эффект старения сплавов алюминий-литий и алюминий-медь-литий было обнаружено Харди еще в 1956 году. В настоящее время зарубежные фирмы разрабатывают третье поколение таких сплавов.
В 2003 г. во ФГУП «ВИАМ» разработан и запатентован высокопрочный высокомодульный (£=78-80 ГПа) коррозионностойкий свариваемый сплав В-1469 пониженной плотности (d=2,67 г/см3) на основе системы Al-Cu-Li-Mg, легированный Ag, Zr и Sc. Благодаря дополнительному легированию цирконием, скандием и серебром, по удельной прочности он превосходит все существующие алюминиевые деформируемые сплавы, имеет высокие характеристики коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности. Сплав технологичен при литье и обработке давлением, что позволяет получать из него все виды полуфабрикатов.
*ОАО «КУМЗ», г. Каменск-Уральский.
Создание элементов конструкций требует получения широкой номенклатуры полуфабрикатов. Для этого были разработаны технологические параметры получения, режимы термической обработки полуфабрикатов, получены опытно-промышленные партии, проведены их комплексные исследования.
Впервые в условиях промышленного металлургического производства проведена плавка сплава В-1469 на плавильно-литейном агрегате массой 8 т в составе индукционной тигельной печи и вакуумного миксера, отлиты полунепрерывным методом плоские и цилиндрические слитки. Получены опытно-промышленные партии катаных, ковано-катаных и прессованных полуфабрикатов.
Листы толщиной 1,5-3 мм изготовлены холодной рулонной прокаткой из горячекатаного рулона толщиной 7 мм (рис. 1) с одним промежуточным отжигом без плакировки. При прокатке сплав показал себя высокотехнологичным, возможна прокатка листов до толщины 0,35 мм.
Микроструктура листов тонковолокнистая с расположенными по границам зерен мелкодисперсными фазовыми составляющими (рис. 2). Механические свойства при растяжении листов в продольном (Д) и поперечном (П) направлениях приведены в табл. 1.
Рис. 1. Горячекатаный рулон Рис. 2. Микроструктура (х50) ли-
(толщина 7 мм) из сплава В-1469 стов (толщина 1,5 мм) из сплава В-
1469-Т1
Таблица 1
Механические свойства при растяжении листов толщиной 1,5-3 мм при комнатной и повышенных температурах
Температура испытания, °С Направление вырезки образца ^0,2 §5, %
М] Па
20 д п 590 560 560 530 9,0 10,0
125 д 545 520 13,0
150 д 530 500 15,0
Свойства листов при повышении температуры испытаний с 125 до 150°С, монотонно снижаясь, остаются на достаточно высоком уровне. При испытании механических свойств при отрицательных температурах (-70 и -150°С) сплав показал себя не склонным к охрупчиванию. Определены свойства при сжатии: модуль нормальной упругости £сЖ=80-81 ГПа, условный предел текучести а0,2сж=565 МПа.
Малоцикловая усталость (МЦУ) определена при осевой нагрузке на полосе с отверстием (концентратор напряжения К=2,6, частота v=40 Гц, коэффициент асимметрии Я=0,1) и оценена количеством циклов нагружения К: при максимальном нагружении
цикла отаХг°=157МПа - N>300 кцикл (образцы сняты без разрушения). Оценка чувствительности к отверстию (Ов.отв/Ов) листов сплава В-1469-Т1 при испытании на растяжение образцов с отверстием (К=2,6) показала, что листы из сплава В-1469 практически не чувствительны к концентратору, так как отношение ав.0тв/ов составило ~1,0.
Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плосконапряженного состояния Ксу (при В=200 мм) составил 70 МП^/мв направлении ДП (Д -
направление оси образца, П - направление плоскости трещины).
Листы толщиной 1,5-3 мм показали высокую коррозионную стойкость: глубина межкристаллитной коррозии (МКК) составила 0,07-0,14 мм, расслаивающая коррозия (РСК) оценена 3 баллом. При определении коррозионной стойкости (КР) на установке «Сигнал» образцы, вырезанные в поперечном направлении, простояли более 45 сут без разрушения при напряжении 400 МПа.
Разработаны технологические режимы и изготовлены в промышленных условиях опытные партии прессованных профилей различного сечения. Профили отлично распрессовывались при скорости прессования до 1 м/мин, имели удовлетворительную геометрию и качество поверхности. Микроструктура в поверхностных и центральных слоях представляет собой тонкую волокнистую субзеренную структуру на периферии и более крупнозернистую в центре (рис. 3) [5]. Механические свойства при растяжении профилей при комнатной температуре приведены в табл. 2.
а) б)
Рис. 3 . Микроструктура периферийной (а) и центральной зон (б) профиля с выходного конца
Таблица 2
_Механические свойства при растяжении прессованных профилей_
Толщина полки, мм
^0,2
МПа
5, %
До 40 Св. 40 до 80
580 620
550 590
8,0 10,0
МЦУ профилей определена при осевой нагрузке на полосе с отверстием (концентратор напряжения К=2,6 при v=5 Гц, Я=0,1) и составляет при 0™° =157 МПа N>400 кцикл (образцы сняты без разрушения). Вязкость разрушения К1с в направлении ПД составляет 24,7 МП^/м , в направлении ВД - К1с=23,2 МП^/м .
Прессованные профили, как и листы, показали высокую коррозионную стойкость: МКК - до 0,14 мм, РСК: 3 балл. При определении коррозионной стойкости (КР) на установке «Сигнал» образцы простояли более 45 сут без разрушения при напряжении 300 и 280 МПа в поперечном и высотном направлениях соответственно.
Раскатные кольца размером 01030/0850^320 мм получены из кованых заготовок размером 400*650 мм (рис. 4). Ковка и раскатка при получении раскатных колец проведены без промежуточных отжигов.
Для выявления внутренних дефектов проведен ультразвуковой контроль раскатных колец в закаленном состоянии иммерсионным методом на автоматизированной установке. В кольцах не обнаружены эхо-сигналы от дефектов, равные или превышающие по амплитуде эхо-сигналы от плоскодонного отражателя 01,2 мм. Для испытания механических свойств отобраны образцы в хордовом, радиальном и осевом направлениях (табл. 3).
Рис. 4. Раскатка кольца из сплава В-1469
Таблица 3
Механические свойства раскатных колец
Направление вырезки образца ^0,2 55, %
М] Па
Хордовое (Д) Радиальное (П) Осевое (В) 500 480 495 445 420 450 10,0 4,6 4,5
В результате проведенной работы по освоению сплава В-1469 установлено, что он имеет высокую технологичность: неплакированные листы толщиной 1,5-3 мм получены рулонной холодной прокаткой с одним отжигом; профили хорошо распрес-совывались при скорости прессования до 1 м/мин, имели удовлетворительную геометрию и качество поверхности; ковка и раскатка при получении раскатных колец проведены без промежуточных отжигов. Это указывает на принципиальную возможность получения любых видов полуфабрикатов.
Сплав В-1469 рекомендован для элементов, работающих на сжатие длительно во всеклиматических условиях до температур 150°С (верхние поверхности крыла, лонжероны, балки, стрингеры и другие детали фюзеляжа). Сплав может быть эффективно использован в клепаных и сварных конструкциях самолетов, а также ракетно-космической технике. Применение сплава В-1469 позволит снизить массу деталей и узлов на 10% - в клепаной и на 20% - в сварной конструкции.
Сплав В-1469 имеет зарубежные аналоги - сплавы 2195 и 2098 системы Al-Cu-Li, химический состав которых внесен в международный стандарт. По имеющимся сведениям, по прочностным характеристикам сплав В-1469 не уступает зарубежным аналогам, при этом имеет меньшую анизотропию свойств и более высокие характеристики вязкости. На все виды полуфабрикатов имеется научно-техническая документация на изготовление и поставку.
ЛИТЕРАТУРА
1. Journal of Aircraft. 2000. V. 37. № 1. P. 24-25.
2. Фридляндер И.Н. Российские алюминиевые сплавы для авиакосмической техники и транспорта //Авиационные материалы. Вып. «Перспективные алюминиевые, магниевые и титановые сплавы для авиакосмической техники». М.: ВИАМ. 2002. С. 3-11.
3. Фридляндер И.Н. Воспоминания о создании авиакосмической и атомной техники из алюминиевых сплавов. М.: Наука. 2005. 277 с.
4. Aluminium Alloys. 2006. ICAA-10. (Vancouver, Canada). 2006. July.
5. Алюминиевые сплавы. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. М.: Металлургия. 1974. С. 196-276.
УДК 620.172.21:669.157.8:669.718
Н.И. Колобнев, В.В. Maxcudoe, C.B. Самохвалов, C.B. Сбитнева, В.И. Попов, М.Г. Курс
ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ПОСЛЕ ЗАКАЛКИ И РЕЖИМОВ СТАРЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ И КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Mg-Si-Cu-Zn
Исследовано влияние вида деформации и режимов старения на структуру, механические свойства и склонность к межкристаллитной коррозии (МКК) плит из сплава 1370 системы Al-Mg-Si-Cu-Zn. Деформацию плит проводили между закалкой и искусственным старением прокаткой, растяжением и совместно прокаткой+растяжением. Склонность к МКК сплавов этой системы возможно существенно снизить при применении режимов старения на стадии перестаривания. Однако при этом существенно снижаются прочностные характеристики и появляются питтинги глубиной 0,16-0,28 мм. Применение низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО) и оптимизация режима старения позволили уменьшить склонность плит из сплава 1370 к МКК при сохранении высокого уровня прочностных характеристик сплава.
Ключевые слова: Al-Mg-Si-Cu-Zn, НТМО, режимы старения, МКК.
Сплавы 6013 и 6056 системы Al-Mg-Si с повышенным содержанием меди (0,5-1,1%) применяются для элементов обшивки фюзеляжа и внутреннего набора планера самолета, так же как и российский сплав 1370, близкий по химическому составу к сплаву 6056.
Однако сплавы системы Al-Mg-Si-Cu в искусственно состаренном состоянии обладают склонностью к межкристаллитной коррозии (МКК). Существует два известных способа снижения склонности к МКК: дополнительное легирование и применение режимов перестаривания сплава [1, 2].
С целью снижения склонности к МКК сплав 6056 дополнительно легирован Zn (0,1-0,7% по массе) и при его термической обработке применяется двухступенчатый режим старения с перестариванием (Т78) [1-4]. В результате склонность к МКК в сплаве была устранена. При этом существенно снизились характеристики прочности и появилась питтинговая коррозия глубиной до 0,16 мм (табл. 1).
Таблица 1
Влияние режима старения на механические и коррозионные свойства сплава 6056 [3, 4]
Режим старения ^0,2 Ô, % Вид и глубина коррозионных поражений, мм
М] Па
180°C, 8-10 ч (Т6) 175°С, 6 ч+ 190°С, 13 ч(Т78) 387 364 355 337 7,5 10,5 МКК: 0,13 Питтинг: 0,16
