CC BY
18
УДК 669.715
ПРОИЗВОДСТВО СЛИТКОВ И ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В ОАО «КОРПОРАЦИЯ ВСМПО-АВИСМА»
А.Ю. Сухих, канд. техн. наук, В.П. Ефремов, канд. техн. наук
(ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», 624760, г. Верхняя Салда, ул. Парковая, д. 1)
Показано развитие технологии непрерывного литья слитков и производства полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов в ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, непрерывное литье, слитки, плиты, листы, профили, трубы, механические свойства.
Production of Aluminium Alloy Ingots and Semiproducts at OAO VSMPO-AVIS-MA Corp. A.Yu. Sukhikh, V.P. Yefremov.
Development of technologies for continuous casting of ingots and for production of semiproducts in high-strength aluminium alloys at OAO VSMPO-AVISMA Corp is shown.
Key words: aluminium alloys, continuous casting, ingots, plates, sheets, shapes, tubes, mechanical properties.
Вопросы кристаллизации сплавов и связанные с ней закономерности непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов были началом научной деятельности В.И. Добаткина. Освоение технологии производства слитков из высокопрочных сплавов на нашем предприятии проводили под непосредственным его руководством. Дальнейшее улучшение качества алюминиевых сплавов и полуфабрикатов, связанное с созданием нового поколения широкофюзеляжных самолетов, также проходило под непосредственным руководством В.И. Добаткина. Вершиной этих научных исследований стали новые сплавы В95оч, В95пч, 1973, 1933, 1161, 1163.
Следующий этап развития техники - дальнейшее совершенствование высокопрочных сплавов, используемых в самолетостроении. Первоначально для широко используемых сплавов В95пч и В95оч планировали применить сплав В96Ц-3(1965), достаточно широко используемый в ракетостроении и атомной промышленности. Типичный уровень механических свойств штампованных заготовок и прессован-
ных полуфабрикатов из сплава В96Ц-3(1965) после термической обработки составляет: ств = = 620-650 МПа, ст02 = 590-600 МПа, 8 = 7-11 %. Высокие прочностные характеристики полуфабрикатов представляют большой интерес и для самолетостроения .
В качестве конструкционного материала для основных элементов планера самолета, особенно в сжатых зонах (обшивка, стрингеры верха крыла, силовые балки и др.), в 2000 г. был разработан сплав В96Ц-3пч (1965-1). Разработка и внедрение принципиально нового, более сложного режима старения Т12(Т77) вместо широко распространенных Т2, Т3 (Т76, Т73) позволили достичь сочетания высокой прочности с приемлемым уровнем коррозионной стойкости и вязкости разрушения. Использование аналогичного сплава 7055Т77 при производстве верхних панелей крыла пассажирских самолетов Boeing 777, А340, А380 дает дополнительное основание для того, чтобы в будущем полностью перейти от сплавов В95пч и В95оч к сплаву В96Ц-3пч (1965-1). В табл. 1 представлена хронология
-Ф-
ЛИТЬЕ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ
Таблица 1 Производство полуфабрикатов из особо прочных сплавов в ОАО «Корпорация ВСМПО—АВИСМА»
Полуфабрикат Год выпуска Сплав Опытно-промышленные изделия Заказчик
Плиты 2001 2005 В96Ц- 3пч В96Ц- 3пч Ковано-катаные 15-30 х 1500 х 7000 мм Катаные 25-40 х 1200 х 8000 мм Airbus ОКБ «Сухого»
Листы 2001 В96Ц- 3пч Ковано-катаные неплакированные 4 х 1200 х 6000 мм АНТК «Антонов»
Панели 2004 В96Ц-3 ПК 19567 Boeing
Профили 2001 2005 2005 2005 2011 В96Ц- 3пч В96Ц- 3пч В96Ц- 3пч В96Ц- 3пч В96Ц-1 ПФ 96 ПФ132-14 ПР 100-7 ПР 100-17 АП 189 АНТК «Антонов» ОКБ «Сухого» ОКБ «Сухого» ОКБ «Сухого» ФГУП «НИМИ»
Поковки 2005 В96Ц- 3пч 1 ПК 119 ОКБ «Сухого»
Трубы 2003 2011 2013 В96Ц 1960 В96Ц (с церием) 0 132 х 0 1,5-2 мм 0 148 х 0 6 мм 0 148 х 0 6 мм ФГУП «УЭХК» ОАО «ЧМЗ» ВПИГ«ВИЛС»
Слитки 2015 1965 0 330 х 970 мм ОАО «ВИЛС»
производства полуфабрикатов из особопроч-ных сплавов в ОАО «Корпорация ВСМПО -АВИСМА» в период с 2001 по 2015 гг.
Одна из самых главных причин, сдерживающих серийное производство полуфабрикатов из особо прочных сплавов, заключается в том, что слитки, особенно крупногабаритные, характеризуются высокой склонностью к образованию кристаллизационных (горячих) трещин при полунепрерывном литье и гомогенизации.
В результате комплексного подхода к решению проблемы отливки крупногабаритных слитков круглого и плоского сечения удалось освоить производство полуфабрикатов, необходимых для строительства новых пассажирских самолетов Ан-148, МС-21 и истребителя пятого поколения ПАК ФА (Т50).
Как видно из табл. 2, уровень механических свойств изделий из сплава В96Ц-3пч значительно выше, чем у аналогичных полуфабрикатов из сплавов В95пч. В дальнейшем, для изготовления полуфабрикатов из сплава В96Ц-3пч, предназначенных для перспективных самолетов нового поколения, использовали трехступенчатый режим старения Т12. Механические свойства профилей шифра
ПР 100-7, ПР 100-17, ПФ 132-14 и плит толщиной 25 и 40 мм, а также поковки шифра 1 ПК 119 представлены в табл. 3.
Как видно из табл. 3, механические свойства полуфабрикатов (плит, поковок) из сплава В96Ц-3пч существенно выше, чем у аналогичных изделий из сплава В95пч. Высокий уровень свойств полуфабрикатов из сплава В96Ц-3пч обусловлен присутствием в матрице после старения по режиму Т12 мелкодисперсных выделений фазы Мд(Л!Си7п)2 высокой плотности.
Особые трудности возникают при отливке слитков полого сечения особо прочных сплавов. Научные достижения, полученные в области непрерывного литья алюминиевых сплавов под руководством В.И. Добаткина, позволяют промышленным предприятиям и в настоящее время вполне успешно справляться с поставленными задачами по отливке таких слитков. На предприятии успешно разработана и внедрена технология производства слитков полого сечения высокопрочных сплавов В96Ц, 1960, В96Ц (с церием). Полученные в результате трубы предназначены для центрифуг обогащения уранового концентрата в атомной промышленности.
Начиная с 2012 г. в ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» поступали заказы на изготовление слитков от ОАО « ВИЛС», для чего необходимо было разработать технологию отливки новыхтипоразмеров слитков и новых для предприятия алюминиевых сплавов АВВ, В65, 1977, 01570. Слитки
0 122 мм сплавов АМц, СвАМц, АМг2, АМг3, СвАМгЗ, В65, Д18, СвАК5, Св1201, АД0, АД1 отливали в 8-кристаллизаторную систему с тепловыми насадками. Использование такой системы позволяет получать слитки с более однородной мелкозернистой структурой.
Таблица 2 Механические свойства листов и профилей из сплавов В96Ц-3пч и В95пч
Сплав Изделие Режим термообработки Место отбора образца Продольное направление Поперечное направление
ств, МПа ст02, МПа 8, % ств, МПа ст02, МПа 8, %
В96Ц-3пч Лист 4 мм Т12 - 610 585 10,7 600 575 13,3
В95пч Лист 6 мм Т2 - 530 450 12,0 - - -
В96Ц-3пч Прессованная полоса 50 х 380 мм Т22 Выходной конец Утяжинный конец 635 650 605 625 10,0 9,2 600 605 565 580 9,4 9,4
В95пч Прессованная полоса 50 х 465 мм Т2 Выходной конец Утяжинный конец 545 540 485 490 8,5 10,0 535 525 495 470 8,9 9,0
Таблица 3 Механические свойства прессованных профилей, плит, поковок из сплавов В96Ц-3пч, В95пч
Сплав Изделие Режим тер -мообработки Место отбора образца Продольное направление Поперечное направление
ств, МПа ст02, МПа 8, % ств, МПа ст02, МПа 8, %
В96Ц-3пч В95пч Поковка 60 х 350 мм Т2 - 595 560 585 520 9,0 7,0 585 560 10,0
В96Ц-3пч Прессованный профиль 20 х 20 х 2 мм Т12 Выходной конец Утяжинный конец 635 620 610 590 11,8 11,7 - - -
В96Ц-3пч Прессованный профиль 50 х 50 х 5 мм Т12 Выходной конец Утяжинный конец 630 625 610 605 13,5 12,5 - - -
В96Ц-3пч Прессованный профиль 32 х 140 мм Т12 Выходной конец Утяжинный конец 640 645 625 630 13.7 13.8 - - -
В96Ц-3пч Плита 25 мм Т12 - 620 595 13,7 610 585 10,2
В96Ц-3пч В95пч Плита 40 мм Т12 Т2 - 615 555 590 480 13,6 8,4 610 590 10,0
-Ф-
-Ф-
Разработана и внедрена промышленная технология отливки слитков полого сечения сплавов АМг3, АМг6, Д16 с еще более тонкой полостью внутреннего диаметра по отношению к наружному диаметру до 50 мм. Отлитые слитки имеют однородную структуру по всему сечению и минимальный размер внутренних ликватов.
Разработанная ранее технология с использованием комплексного подхода к методам фильтрации расплавов от металлических и неметаллических включений стала основой для новой технологии отливки слитков сплавов АВВ, О1570, 1977. Фильтрация расплава в прилеточной коробке через пенокерамиче-ский фильтр марки Crade 20, 30 и (PPI 30, 40) и в восходящем потоке через два слоя стекло-сетки марки СФФ 1,0-0, а также применение распределительного мешка (эко-бэг) круглого и плоского сечения (рис. 1) позволяют получать изделия, удовлетворяющие требования заказчика.
Разработанная промышленная технология литья слитков 0 320 мм сплава 01570, идущих на изготовление поковок, позволит в дальнейшем с успехом освоить промышленную технологию литья слитков 0 350 мм этого сплава, а также 0 350, 450 мм сплава 1570С, 0 360 мм сплава 1981.
Слитки 0 435 х 930 мм сплава АВВ поставляются в ОАО «ВИЛС» для дальнейшего изготовления из них прессованных профилей для лопастей вертолетов. Микроструктурный ко-
Рис. 1. Распределительный мешок плоского (а) и круглого (б) сечений
ищи
0Я <
•Л . ■ ! -г^-'^ \
Таблица 4
Результаты металлографического исследования образцов сплава АВВ
Зона контроля Количество эвтектики, % Размер дендритной ячейки, мкм Размер зерна, мкм
литое состоя -ние гомогенизирован-ное состояние
Периферия 1,43 0,75 141 246
1/2 радиуса 1,94 1,16 132 262
Центр 2,59 0,91 112 213
~ > : #
Рис. 2. Микроструктура (х 200) слитка 0 482мм сплава АВВ в гомогенизированном состоянии:
а - периферия; б - 1/2 радиуса; в - центр
личественный анализ проводили на образцах, вырезанных из периферийной зоны, 1/2 радиуса и центра слитка (табл. 4).
В гомогенизированном состоянии на всех образцах наблюдали достаточно равномерное распределение интерметаллических фаз внутри дендритных ячеек, однако по границам дендритных ячеек имеются остатки неравновесной эвтектики и участки с отсутствием фазовых выделений (рис. 2).
В 70-80 гг. прошлого столетия была разработана технология прессования длинномерных профилей с использованием бинокле-образного контейнера. Технологическая схема состояла из отливки цилиндрического слитка 0 765, 865 мм, ковки-осадки на прессе 60 МН и штамповки на прессе 700 МН до получения биноклеобразной заготовки.
Изменение технологической схемы изготовления прессованных профилей из сплавов 1933, 1973, 1163, 1161 из-за исключения процесса ковки-штамповки цилиндрической заготовки привело к необходимости разработки технологии отливки плоских слитков восьмигранного и двенадцатигранного сечения 523 х 1220 мм взамен цилиндрических слитков 0 765, 865 мм.
Таким образом, разработанные еще в XX веке специалистами ВИЛСа под руководством В.И. Добаткина научные достижения в области непрерывного литья алюминиевых сплавов и в настоящее время не исчерпали своего потенциала и остаются основными критериями при разработке новых видов техники в гражданской и военной промышленности.
