CC BY
24
УДК 669.715
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВА АК4-2
В. В. Телешов, докт. техн. наук (ОАО «ВИЛС», e-mail: info@oaovils.ru)
Рассмотрены структура, механические свойства и характеристики трещинос-тойкости различных полуфабрикатов из сплава АК4-2 (АК4-2ч) системы Al-Cu-Mg-Fe-Ni. Показано, что этот сплав можно рассматривать как преемник жаропрочного сплава АК4-1ч для изготовления изделий с повышенной трещиностойкостью.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы АК4-1 и АК4-2; система Al-Cu-Mg-Fe-Ni; структура; свойства.
Structure and Properties of AK4-2 Alloy Semiproducts. V.V. Teleshov.
Structure, mechanical properties and cracking resistance characteristics of various Al-Cu-Mg-Fe-Ni system-based AK4-2 (AK4-2ch) alloy semiproducts are discussed. It is shown that this alloy can be regarded as a successor of AK4-1ch high-temperature alloy for production of components with improved cracking resistance.
Key words: AK4-1 and AK4-2 aluminium alloy; Al-Cu-Mg-Fe-Ni system; structure; properties.
Введение
В предыдущей части настоящей работы [1] приведены данные о влиянии состава и некоторых параметров технологии на вязкость разрушения и сопротивление МЦУ полуфабрикатов из сплава АК4-1Т1. Реализованное на практике улучшение характеристик трещинос-тойкости изделий из сплавов типа АК4-1Т1 осуществлено путем двукратного уменьшения содержания железа и никеля с введением в сплав 0,15% 7г в разработанном в ВИАМе сплаве АК4-2 (1143) [2, 3]. Этот сплав был введен в ОСТ1 90048-90 «Сплавы алюминиевые деформируемые. Марки» под маркой АК4-2ч. При этом в ранее опубликованных работах для обозначения сплава используется как марка АК4-2, так и марка АК4-2ч, в связи с отсутствием различия между ними. Ниже при рассмотрении структуры и свойств различных полуфабрикатов из этого сплава для обозначения сплава используется марка, принятая в оригинальной цитируемой работе, однако согласно ОСТ1 90048-90 сплав в настоящее время следует обозначать маркой АК4-2ч.
Свойства и структура различных полуфабрикатов из сплава АК4-2ч
В работах [3, 4] разработчики сплава сопоставили свойства различных промышленных полуфабрикатов из сплавов АК4- 2 и АК4-1: штампованно-катаных плит толщиной 65 мм, изготовленных из слитков диаметром 800 мм, прессованных профилей с различной площадью поперечного сечения, изготовленных из слитков диаметром от 300 до 1100 мм, поковок толщиной 100 мм. Было показано, что механические свойства на растяжение при комнатной температуре, длительная прочность и сопротивление ползучести при 175 °С у обоих сплавов находятся на одном уровне, однако характеристики трещиностойкости существенно выше у сплава марки АК4-2 (табл. 1, 2).
Указывается, что полуфабрикаты из сплавов этих марок имеют разное объемное количество фазы А^РеЫк 4% об. в сплаве АК4-1 и 2,4% об. в сплаве АК4-2. Катаные плиты из сплава АК4-2 имеют рекристаллизованную структуру с незначительной текстурой, а прес-
сованные при температуре выше 420 °С профили из-за наличия циркония после закалки сохраняют полигонизованную структуру с повышенными прочностными характеристиками.
По итогам рассмотрения свойств полуфабрикатов в работах [2-5] рекомендовали применять сплав АК4-2 вместо сплава АК4-1 в греющихся конструкциях, требующих повышенных характеристик трещиностойкости.
Структура и механические свойства листов из сплава АК4-2ч толщиной от 1,5 до 6 мм исследованы в работах [6, 7]. В [6] рассмотрели плакированные листы толщиной от 1,0 до 2,5 мм. Для изготовления листов использовали плоские слитки толщиной 160 мм четырех составов с изменением содержания меди, магния, железа и никеля (табл. 3).
Таблица 1
Механические свойства штампованно-катаных плит толщиной 65 мм
Сплав Направление МПа ст0,2> МПа 8, % К1с, МПа,у/м МЦУ, кцикл, ^ = 2,6 при стмакс МПа кси, Дж/см2 СРТУ, мм/кцикл, при АК, МПаУм
200 160 15,6 21,9
АК4-2Т1 Д П В 420 400 380 370 10 5,5 31-33 27-32 22-24 43 46 164 157 15,5 10 3,7 0,6-0,9 1,95-2,05
АК4-1Т1 Д П В 420 400 380 7,0 4,0 24-28 19-25 17-20 35 34 92 85 12,0 6,0 1,3 6,8
Таблица 2 Механические свойства прессованных профилей
Сплав Направление МПа ст0,2> МПа 8, % К1с, МПа Ум МЦУ, кцикл, К = 2,6 при стМакс = 160 МПа кси, Дж/см2 МПа
Гладкий Надрезанный
АК4-2Т1 Д П В 440 420 410 390 380 370 9 7 6 33,5-40 25-33,5 23,5-25 83-145 11,0 5,0 130 90
АК4-1Т1 Д П В 430 420 410 390 380 370 8 5,5 5 22,8-25,6 20,3-21,5 35-95 5,0 3,0 110 70
Таблица 3
Химический состав плоских слитков для изготовления листов, % мас.
Номер сплава Си Мд Ре Ы1 Б1 2г И
1 2,6 1,44 0,53 0,66 0,22 0,15 0,07
2 2,3 1,43 0,65 0,66 0,22 0,13 0,07
3 2,4 1,62 0,40 0,40 0,22 0,14 0,07
4 2,1 1,44 0,51 0,55 0,20 0,18 0,08
ОСТ1 90048-90 2,0-2,6 1,2-1,8 0,4-0,7 0,4-0,7 0,1-0,25 0,1-0,25 0,05-0,10
Рис. 1. Микроструктура в поперечной плоскости листов толщиной 2,5 мм из сплава 2 с высоким содержанием Ре и №':
а - травление на зерно в смеси кислот, х 200; б - травление на фазы в 0,5 %-м водном растворе НР, х500
Рис. 2. Микроструктура в поперечной плоскости листов толщиной 2,5 мм из сплава 3 с низким содержанием Ре и Ш:
а - травление на зерно в смеси кислот, х 200; б - травление на фазы в 0,5 %-м водном растворе НР, х500
Прокатанные листы разных плавок в термически обработанном состоянии (Т1) имеют рекристаллизованную мелкозернистую структуру со средней хордой в трех направлениях, изменяющейся для разных партий в следующих пределах: (от 16 до 23) х (от 24 до 42) х х (от 29 до 46) мкм (рис. 1, 2). Минимальный размер зерна имеет лист толщиной 1,0 мм, прокатанный из слитка 1 со степенью холодной деформации перед закалкой е = 33%, илист толщиной 1,5 мм, прокатанный из слитка 2 с е = 75 %. В зависимости от содержания железа и никеля в сплаве увеличивается суммарное количество избыточных фаз от 2,4 % об. в сплаве 3с 0,40 % Ре и 0,40 % N до 4,7 % об. в сплаве 2 с 0,65 % Ре и 0,66 % N
(см. рис. 1, 2). Критическая степень деформации екр листов при деформировании перед закалкой равна 3,5%, что выше екр = 2,5%, свойственной листам из сплава АК4-1 чТ1 [8]. Это можно объяснить наличием в сплаве АК4-2ч дисперсоида из включений фазы А^г, тормозящих рост зерен.
Максимальные прочностные характеристики в листах достигаются после старения при 190 °С продолжительностью 14-16 ч (табл. 4). При этом более высокую прочность имеет сплав 1 с максимальным содержанием меди. Удельная электропроводимость при этом составляет 22,6-23,0 МСм/м для материала со снятой плакировкой.
Таблица 4
Механические свойства плакированных листов в поперечном направлении при комнатной температуре
Номер сплава Толщина листа, мм Время старения, ч МПа ст0,2> МПа 8, %
1 2,5 1,5 14 14 415 425 375 395 7,1 6,5
2 2,5 1,5 16 16 400 400 350 355 10,6 9,0
3 2,5 1,5 1,0 14 14 14 400 400 400 350 370 360 , , 00 500
4 2,5 1,5 16 16 400 400 355 345 9,0 10,3
Таблица 5
Влияние температуры испытания на механические свойства при растяжении поперечных образцов из листов толщиной 2,5 и 1,5 мм сплава 2
Толщина листа, мм Температура испытания, °С МПа ст0,2> МПа 8, %
-70 420 365 9,4
20 410 350 10,9
2,5 150 360 330 13,6
175 355 310 13,9
1,5 -70 20 150 175 415 400 370 340 390 360 320 310 10,2 10,6 17,0 16,4
Таблица 6
Влияние длительных нагревов при 175 °С на механические свойства при растяжении поперечных образцов из листов сплава 2 при комнатной температуре
Толщина листа, мм Режим нагрева, °С-ч Ств, МПа ст0,2° МПа 8, %
Без нагрева 410 350 10,9
175-100 405 365 11,0
2,5 175-500 380 330 10,4
175-1000 370 305 11,5
1,5 Без нагрева 175-100 175-500 175-1000 400 405 390 375 360 360 335 310 10,6 10,7 10,4 11,2
Для сплава 2 среднего состава по основным компонентам с максимальным содержанием железа и никеля полученные свойства при растяжении (ств, ст0,2> 8) при комнатной и повышенной температуре сопоставлены в табл. 5. Свойства этих же листов при комнатной температуре после различной выдержки при 175 °С приведены в табл. 6. Наблюдается типичное для термически упрочняемых алюминиевых сплавов снижение прочностных характеристик при повышении температуры испытаний и увеличении продолжительности нагрева. Полученные в табл. 5, 6 свойства близки к свойствам листов из сплава АК4-1 чТ1 [9].
Кроме механических свойств на растяжение в поперечном направлении при комнатной и повышенных температурах, на долевых образцах размером 200 х 600 мм были определены характеристики трещиностойкости
при комнатной температуре: вязкость разрушу тр шения Кс , разрушающее напряжение стнетто
и скорость роста усталостной трещины СРТУ (б2//бЫ). Сопротивление МЦУ при повторном растяжении (И = 0) определяли как число циклов Ыр до разрушения плоских долевых и поперечных образцов с отверстием (( = 2,6) при частоте нагружения 5 Гц и максимальном напряжении цикла стмакс = 157 МПа. Характеристики трещиностойкости листов из сплава АК4-2чТ1 приведены в табл. 7.
Таблица 7 Характеристики трещиностойкости плакированных листов толщиной 2,5 и 1,5 мм из сплава 2 при комнатной температуре
Толщина листа, мм К , МП^Тм „тр нетто ' МПа СРТУ, мм/кцикл, при АК, МПаУм МЦУ*, кцикл
24,8 31
2,5 1,5 77 75 330 325 4,0 3,7 9,1 8,3 5 1 ,4-8 2, 3 (66 , 7) 47 , 6-77, 9 (6 1 , 7) 49 , 8 -96, 0 (68 , 0 ) 3 0 , 2-65, 1 (48 , 9 )
*В числителе приведены интервал изменения и среднее значение результатов испытаний пяти долевых образцов, а в знаменателе - пяти поперечных.
Коррозионная стойкость листов АК4-2чТ1 соответствует коррозионной стойкости листов из сплава АК4-1 чТ1. Они не склонны к коррозионному растрескиванию при напряжении ст = 0,9ст0,2, имеют незначительную (2-3 балла) склонность к расслаивающей коррозии, но требуют защиты от межкристаллитной коррозии.
Исследования катаных листов из сплава АК4-2чТ1 подтверждают их преимущество по ряду характеристик перед листами из сплава АК4-1чТ1, которое ранее получено на массивных полуфабрикатах [3, 4].
Изложенные в [7] результаты исследования листов из сплава АК4-2ч толщиной до 6,0 мм дополняют данные работы [6]. При изготовлении листов варьировали содержание в сплаве легирующих компонентов, степень холодной деформации (е, %) листов после последнего отжига, наличие и отсутствие плакировки, температуру и длительность старения.
Показано, что имеется связь между объ-
о
емом зерна (V, мкм3) и степенью холодной деформации, описываемая линейной зависимостью V = 151459 - 2005 е - прямая на рис. 3. Кинетика старения листов существенно зависит от температуры в интервале ее изменения от 180 до 210 °С, однако достигаемый уровень максимальных прочностных характе-
V, мкм3
160000 -|----
120000
80000
40000
0 20 40 60 80
Степень деформации, %
Рис. 3. Зависимость среднего объема зерна V листов из сплава АК4-2ч от степени деформации при холодной прокатке по разным технологическим вариантам
ств, МПа 400
360
о0 2, МПа
340
300
5, % 20
16
12
8
19 20 21 22 23 у, МСм/м
Рис. 4. Связь между удельной электропроводимостью
g листов из сплава АК4-2ч толщиной 2,5 мм при снятой плакировке и механическими свойствами
поперечных образцов после старения разной продолжительности при температуре от 180 до 210 °С: О - содержание меди в сплаве 2,6 % (сплав 1, см. табл. 3); • - содержание меди в сплаве 2,1 % (сплав 4, см. табл. 3)
ристик для каждого состава сплава практически не зависит от температуры старения, также как и вид связи между механическими свойствами и удельной электропроводимостью у (рис. 4). При этом максимуму прочности и минимуму относительного удлинения соответствует у, равная 22,5-23,0 МСм/м. Повышение содержания в сплаве меди от 2,1 до 2,6 % мас. при содержании магния 1,44 % повышает уровень максимальных прочностных характеристик, достигаемых при искусственном старении, на 20 МПа.
Результаты электронно-микроскопических исследований* структуры листов с различ-
* Электронно-микроскопические исследования проведены Д.Н. Сергеевой.
i; ш
a
ЯВ Iv: / , 1 ■ ■ /• А
■ ■ t Vfcft 4?. Jsfl ' V 4
' s ЧЧ Ш \ к' ' '
' "»I .... 1 И ■ V ■
г1
jy/ I
Рис. 5. Распад твердого раствора в листе толщиной 2,5 мм сплава 2 после старения продолжительностью 12 ч при температуре 190 (а, у= 21,2МСм/м), 200 (б, у=23,0 МСм/м), 210 °С(в, 23,5 МСм/м), Ц18600
ным уровнем механических свойств показаны на рис. 5 (см. изменение свойств на рис. 4). В недостаренном состоянии с у = 21,2 МСм/м выделения в'-фазы дисперсные с неравномерным распадом в разныхзернах, в области максимальной прочности с у = 23,0 МСм/м наблюдаются относительно мелкие выделения в'-фазы по всему объему и скоагулиро-ванные выделения по границам зерен, в перестаренном состоянии с у = 23,5 МСм/м происходит дальнейшее огрубление продуктов распада в объеме твердого раствора и по границам зерен.
Полученные в [6, 7] данные показали, что для производства плакированных листов из сплава АК4-2чАТ1 с высоким уровнем прочности и оптимальным размером зерна необходимо повышенное содержание меди и магния в сплаве, степень холодной деформации при прокатке после последнего отжига должна быть от 40 до 60 %, искусственное старение при 195 ± 5 °С следует проводить до получения удельной электропроводимости основного металла около 22,5 МСм/м. Правка растяжением в свежезакаленном состоянии повышает уровень прочности листов на 15 МПа, а отсутствие плакировки - на 20 МПа.
Следует учитывать, что повышение температуры старения существенно уменьшает продолжительность старения до получения максимума прочности. Для листа из сплава АК4-2ч толщиной 2,5 мм, содержащего 2,1 % Си и 1,4 % Мд, между температурой (£, °С) в пределах от 190 до 210 °С и продолжительностью (т, мин) старения до получения максимальной прочности существует за-
висимость гиперболического вида, в логарифмических координатах имеющая вид прямой: 1дт = 34,5934 - 13,8708 \gt [10].
Структура и свойства слитков толщиной 160 мм из сплава АК4-2ч и прокатанных из них плит
Исследованные выше листы были прокатаны из слитка толщиной 160 мм, распределение частиц избыточных фаз в котором более дисперсное, чем у промышленных плоских слитков большей толщины, используемых для прокатки плит из алюминиевых сплавов. Известно, что этот структурный фактор влияет на механические свойства литого и деформированного сплава и его следует учитывать при анализе свойств конкретных полуфабрикатов. Результаты количественной оценки структуры слитков толщиной 160 мм сплава АК4-2ч и прокатанных из них плит толщиной 20, 35 и 40 мм рассмотрены в работах [11, 12].
В [11] сопоставили структуру трех слитков с химическим составом, приведенным в табл. 8. Слиток 1 был отлит из печи емкостью
Таблица 8
Химический состав плоских слитков
сплава АК4-2ч сечением 160 х 540 мм
для прокатки плит, % мас.
Номер Cu Mg Fe Ni Si Zr Ti
слитка
1 2,20 1,45 0,42 0,54 0,18 0,12 0,07
2 2,22 1,37 0,69 0,51 0,19 0,12 0,08
3 2,44 1,50 0,54 0,80 0,12 0,12 0,08
а б
Рис. 6. Макроструктура гомогенизированных слитков сплава АК4-2ч толщиной 160 мм в поперечной плоскости, отлитых без дополнительной очистки расплава (а — плавка 1) и с применением внепечного рафинирования (б—плавки 2, 3)
Рис. 7. Зеренное строение слитков плавки 1 (а, в) и плавки 2 (б, г) на расстоянии 20 мм от поверхности
(а, б) и в центральных (в, г) объемах. Закаленное состояние. Съемка в поляризованном свете (в), Н50
1 т с использованием рафинирования расплава флюсом и его фильтрации через стеклосетку. Сплавы для слитков 2 и 3 были приготовлены в промышленной печи с массой плавки 2 т и при литье расплав дополнительно обрабатывали в установке внепечного рафинирования путем его фильтрации через пенокерамический фильтр с одновременной продувкой аргоном.
Структуру слитков изучали в гомогенизированном состоянии. Первый слиток имел по всему сечению мелкозернистую структуру с рассеянной пористостью при содержании водорода 0,25 см3/100 г металла. Слитки 2 и 3, благодаря хорошей очистке расплава от неметаллических включений,отличались наличием крупного равноосного зерна в центральных объемах по толщине и зоной столбчатых кристаллов с элементами веерной структуры вдоль поверхности слитка на глубине от 30 до 50 мм при отсутствии пористости и содержании водорода 0,20 см3/100 г Ме. Макроструктура слитков сопоставлена на рис. 6, а особенности их дендритного строения с двойниковыми плоскостями в поверхностном объеме слитка плавки 2 показаны на рис. 7.
Результаты определения количественных параметров структуры слитков представлены в табл. 9. Данные подтверждают видимое при микроструктурном исследовании огрубление структуры в поверхностном объеме всех слитков на расстоянии 10 мм от поверхности. По направлению к центру по толщине слитка уменьшаются величина дендритной ячейки б, средняя хорда включений т и среднее расстояние между центрами включений /. Объемное количество включений V несколько увеличивается по направлению к центру слитка по толщине. Разницы в распределении включений избыточных фаз в разных слитках не обнаружено вследствие близкого химического состава и скорости литья сравниваемых слитков.
Полученные закономерности изменения структуры слитка сплава АК4-2ч соответствуют закономерностям изменения структуры слитка сплава АК4-1ч толщиной 390 мм в разных зонах по толщине [13], характеристики структуры в которых приведены в скобках в табл. 9. Из сравнения характеристик структуры
Таблица 9
Характеристики микроструктуры слитков АК4-2ч в разных зонах по толщине
Номер плавки Зона по толщине V, % об. т, мкм I, мкм б, мкм
Поверхность 3,9 (8,1) 3,7 (5,5) 95 (68) 62 (55)
1 1/4 толщины 4,5 (8,4) 2,7 (4,4) 60 (52) 49 (44)
Центр 4,6 (8,0) 2,5(3,8) 55 (48) 44 (90)
Поверхность 3,8 3,9 103 60
2 1/4 толщины 4,4 3,0 68 50
Центр 5,0 2,7 54 41
Поверхность 4,6 3,6 80 59
3 1/4 толщины 5,0 2,7 54 45
Центр 5,5 2,9 52 46
Примечание. Поверхность - около 10 мм от поверхности слитка; в скобках - характеристики микроструктуры слитка толщиной 390 мм из сплава АК4-1 ч.
следует, что слиток сплава АК4-1ч во всех сравниваемых зонах имеет в 2 раза большее количество избыточных фаз V и большую среднюю хорду включений т, что связано с большим содержанием железа и никеля в сплаве. Величина дендритной ячейки у поверхности и на 1/4 толщины у слитков разной толщины близкая, а в центре по толщине б больше у толстого слитка сплава АК4-1ч. Это свидетельствует о существенном уменьшении скорости охлаждения центральных объемов более толстого слитка. Среднее расстояние между центрами включений I у слитка сплава АК4-1ч меньше, чем у слитка сплава АК4-2ч. Это обусловлено тем, что в процессе измерения I учитывается небольшое расстояние между мелкими включениями внутри перьевых эвтектических скоплений фазы А^РеМ, присутствующих в слитках сплава АК4-1ч (рис. 8).
Механические свойства слитков 1 и 2 в поперечном направлении при комнатной тем -пературе приведены в табл. 10. Как следует из нее, несмотря на огрубление зеренной структуры слитка 2, внепечное рафинирование сопровождается получением более высокой пластичности при комнатной температуре как в литом, так и в термически обработанном состоянии. В области наиболее распространенных температур деформирования от 410 до 470 °С относительное удлинение разрывных образцов для гомогенизи-
б
Рис. 8. Микроструктура центральных объемов гомогенизированных слитков толщиной 160 мм сплава АК4-2ч (а) и толщиной 390мм сплава АК4-1ч (б), Щ400
Таблица 10 Механические свойства слитков в поперечном направлении при комнатной температуре
Номер плавки Зона по толщине слитка Литое гомогенизированное состояние Т1 (195 °С, 10 ч)
ств, МПа ст0,2, МПа 8, % стВ, МПа ст0,2, МПа 8, %
1 Поверхность Центр 230 240 148 152 6.4 7.5 370 386 354 365 со со со"
2 Поверхность Центр 258 262 142 142 12,0 11,3 395 380 370 340 5,1 5,9
Примечание. Поверхность - область структуры на расстоянии около 30 мм от поверхности слитка.
рованного слитка с крупным зерном выше 50% (табл. 11).
Таким образом, наличие веерной или крупнозернистой структуры слитка сплава АК4-2ч при хорошей очистке расплава не приводит к ухудшению деформируемости слитка. Об этом свидетельствует и проведенная прокатка слитков на плиты толщиной 20, 35 и 40 мм. Плиты после продольной прокатки закаливали по серийной технологии, принятой для сплава АК4-1ч, и правили растяжением в свежезакаленном состоянии с остаточной деформацией от 1,5 до 2,0%. Параметры прокатки этих плит приведены в табл. 12.
Прокатанные плиты в состоянии Т1 по всему сечению, за исключением центрального объема плиты 1-1, имеют мелкозернистую рекристаллизованную структуру с небольшой анизотропией размеров зерна (см. табл. 12). В центральном объеме плиты 1-1 присутст-
Таблица 12 Сортамент плит и величина зерна в разных объемах
Номер плавки, номер плиты Толщина плиты, мм Вытяжка Температура прокатки, °С Зона по толщине плиты Величина зерна(средняя хорда, мкм) в направлении
длины ширины толщины
1-1 40 3,5 400 Поверхность Центр 72 120 54 53 32 27
2-1 35 4 420 Поверхность Центр 59 69 47 59 32 30
2-2 20 7 420 Поверхность Центр 59 62 42 53 27 28
3-1 20 7 460 Поверхность Центр 71 67 46 60 33 33
Таблица 11
Механические свойства центрального объема слитка 2 в поперечном направлении при повышенной температуре
Температура испытания, °С
ств, МПа
ст0 2, МПа
8, %
350 380 410 440 470
52 46 29 21 15
39 39 25 18 14
33 47 53 64 67
вуют остатки нерекристаллизованнои структуры, поэтому в долевом направлении средний размер зерна в этой зоне выше, чем у более тонких плит, прокатанных из слитков с крупнозернистой структурой. В целом у горя-
чекатаных плит размер зерна больше, чем у холоднокатаных листов [6].
Рекристаллизация материала исключает наследственное влияние веерной структуры слитка, наблюдаемое при сохранении нерек-ристаллизованной структуры в горячедефор-мированных полуфабрикатах [14]. Образование крупнозернистой структуры слитка сплава АК4-2ч вследствие глубокой очистки расплава от неметаллических включений сопровождается улучшением его пластичности и не увеличивает размера зерна в катаных плитах. Рассмотренный способ рафинирования расплава целесообразно использовать при изготовлении полуфабрикатов из сплавов системы Al-Cu-Mg-Fe-Ni в случае отсутствия оборудования для вакуумирования расплава.
Свойства плит 1-1, 2-2 и 3-1 по табл. 12 сопоставлены в [12]. Изучение кинетики старения плит при 190-195 °С показало, что для среднего химического состава сплава получение гарантируемых значений ств > 400 МПа и сто,2 > 325 МПа, установленного для плит из сплава АК4-1чТ1,обеспечивается старением 6-8 ч при 195 °С. При этом удельная электропроводимость у должна быть более 21 МСм/м. Для получения максимальных прочностных характеристик при у = 22,5-23,0 МСм/м продолжительность искусственного старения равна 16 ч при 195 °С и более 20 ч при 190 °С.
Изменение режима старения (8 или 24 ч при 195 °С, как для сплава АК4-1 ч) и получение различного сочетания механических свойств и удельной электропроводимости
сопровождаются изменением характеристик трещиностойкости. Известно, что для плит из сплава АК4-1чТ1 изменение вязкости разрушения К1с при искусственном старении происходит аналогично изменению относительного удлинения [15]. Увеличение длительности старения этих плит приводит к уменьшению долговечности в условиях МЦУ [16].
Для оценки возможного изменения вязкости разрушения при старении по двум режимам использовали плиту 1 толщиной 40 мм из сплава АК4-2ч. Для определения К1с испытывали компактные образцы толщиной 30 мм ориентации ДП и ПД. Полученные значения К1с приведены в табл. 13. Более высокие значения вязкости разрушения наблюдаются после 8 ч старения для несколько недоста-ренного состояния с более высокой пластичностью. Изломы образцов из сплава АК4-2чТ1 показывают типичную для сплавов этой сис -темы легирования плоскую поверхность разрушения с малым рельефом, что обусловлено значительным количеством избыточных фаз в структуре.
Вязкость разрушения в условиях плоского напряженного состояния Кс (с учетом подрастания трещины в процессе разрушения) и Кс (без учета подрастания трещины) определяли на продольных образцах размером 10 х 200 х 600 мм, расположенных в центре по толщине плит 2-2 и 3-1. Перед испытаниями пластины старили при 195 °С в течение 14 ч. Для определения Кс, Кс , ^ост™ и СРТУ испытывали по два образца на плиту. Полученные данные (табл. 14) показывают, что имеющаяся
Таблица 13 Вязкость разрушения К^с и механические свойства на растяжение плиты 1 после различных режимов старения
Режим старения у, МСм/м К1с, МПаУм , для образцов ориентации Ориентировка разрывного образца ств, МПа ст0,2, МПа 8, %
ДП ПД
195°С,8ч 22,1 28,8 23,3 По длине По ширине 410 410 378 370 12,5 9,2
195°С,16 ч 23,6 27,0 21,4 По длине По ширине 408 415 382 380 10,8 7,7
Таблица 14
Вязкость разрушения Кс, K^. и СРТУ плит толщиной 20 мм
Номер Г. ст0,2' 8, % Кс, нетто стост , СРТУ, d2l/dN, мм/кцикл, при АК, МПаУм
плиты МСм/м МПа МПа МПаУм МПа,/м МПа 15,5 21,7 24,8 31,0
2-2 22,0 390 357 11,5 94,0 75,0 315 1,0 2,5 4,6 10,0
21,7 385 355 11,0 100,5 77,0 325 1,0 2,4 4,4 11,1
21,6 420 390 11,5 112,5 77,5 325 0,8 2,5 4,1 12,3
21,8 425 395 10,0 101,5 75,5 320 - 2,8 4,9 13,7
разница прочностных свойств плит 30 МПа, обусловленная их химическим составом, не привела к существенному изменению характеристик трещиностойкости.
В целом полученные значения Кс и Kc плит из сплава АК4-2чТ1 выше соответствующих характеристик плит из сплава АК4-1ч [17].
Малоцикловая усталость полуфабрикатов из сплава АК4-2чТ1
Для испытаний на МЦУ плит 1-1, 2-2 и 3-1 по табл. 12 использовали продольные образцы размером 6 х 36 х 200 мм с центральным сквозным отверстием диаметром 6 мм (коэффициент концентрации напряжений 2,6). Образцы изготавливали из центральных объемов каждой плиты после старения при 195 °С, 14-16 ч, что соответствовало состоянию вблизи максимума прочностных свойств по
140
120
к
ü 100
80
60
L /Л \ / N iVTp
Д Лз / V
Á ■Jо /
180
140
100
60
40
60
N0,
80
кцикл а
100
20
60
N
Рис. 9. Связь между параметрами малоцикловой усталости N0 и Nр для плит 1-1 (•), 2-2 (А) и 3-1 (О) прифмакс 157 (а, Nw* 26 кцикл) и 176МПа (б, NTp» 19 кцикл)
кривой старения (см. табл. 13, 14). Испытания образцов на повторное растяжение с коэффициентом асимметрии цикла 0,1 проводили при частоте 5 Гц и максимальном напряжении цикла стмакс 157 и 176 МПа. При этом находили число циклов N0 до появления усталостной трещины площадью около 0,1 мм2 по методике [18] и число циклов Nр до полного разрушения. Параметр Мф = Nр - N0 характеризует число циклов роста трещины.
Интервал изменения и средние значения долговечности образцов на разных стадиях разрушения приведены в табл. 15, а на рис. 9 представлена связь между Nр и N0 для всех испытанных образцов. Результаты испытаний при стмакс = 176 МПа показывают несколько более высокие средние значения долговечности образцов из плиты 1, обусловленные наличием нескольких образцов с повышенным N0. Линейная связь между N0 и Np при практически постоянном значении параметра ^р свидетельствует о том, что различие Np отдельных образцов вызвано только разницей числа циклов N0 до появления усталостной трещины, механизм возникновения которой чувствителен к структурным особенностям материала в зоне возникновения трещины и возможным дефектам поверхности концентратора. Увеличе-
ту V^N У J¥Tp
100 кцикл
140
ние стмакс приводит к увеличению скорости роста тре-
ю
а н
ц т
и
л
б
а Т К < и Н т сч
^
К
<
в
о
в
а
л
п
с
з
и
т
и
л
п
>
х
к
и
в
о
л
с
у
в
в
о
^
з
а
а
ю
о
и
т
с
о
н
т
е
в
о
л
о
к
и
н
е
т
а
н
з
е
и
н
е
р
с
и
к
и
н
е
н
е
м
з
и
л
а
в
р
е
т
н
С
а н
И
о
р
е
ол Нп
в а л п С
3
2
0 4
4 К А
,0 со
1, 2,
со со
1 -- со -
со <м
со 1,
2 2
,5 со
О) 6,
0 г- 2
-- и) -
О) О)
5, г-
г- 6
,2 ,0
0,
со о О)
-- гп -
,5 со ,0
1 1
5
5
5
2 2
,7 2,
2
0 2
0 2
21
I I
23
О) ,0 с»
1, го со
2 см 2 -1 со
гп - Г- гп - со со
,6 со
6,
1 1 1
^ г- ,6
г- Г- 0, гп см
■ со О) со со
Г- -,2 ^ - о - о
со со ,1 со со со
0, 5, 5,
О) Г-
со 5, г- 0,
6 и) 6 г- ю
Г- - 1П - <Л| -,2 го
со ,5 ,5 со
со 0, со
2 со 5
о
и
«
а
ю
о
*
К
К
«
§
К о Я о я н о о
у
Я §
щины и уменьшает число циклов роста трещины Ытр. Результаты испытания плиты АК4-1чТ1 толщиной 40 мм попадают в середину изменения параметров Ы0 и Ыр у плиты толщиной 40 мм из сплава АК4-2чТ1 при практически одинаковом периоде роста трещины.
На примере плиты 3-1 толщиной 20 мм (см. табл. 12) рассмотрим влияние на свойства плиты условий термоадьюстажной обработки, частично описанное в [19]. Перед проведением испытаний заготовки в виде продольных полосок толщиной 10 мм из центральных объемов исходной термически обработанной плиты подвергли различной термической обработке, включающей повторную закалку в холодной (15 °С) и горячей (около 90 °С) воде, растяжение с остаточной деформацией е от 1 до 4% и старение при 195 °С продолжительностью 8 или 20 ч. Из полос были изготовлены образцы для испытаний на МЦУ с определением параметров N0, Ыр, ЫТр.
Токовихревым методом на поверхности исходных полосок и готовых образцов определяли удельную электропроводимость у в свежезакаленном состоянии, после закалки и естественного старения Т и после искусственного старения в состоянии Т1. Из части полосок были изготовлены разрывные образцы для определения уровня механических свойств после обработки по разным режимам. Дополнительно определяли твердость НВ на поверхности усталостных образцов.
Результаты определения у показали, что в свежезакаленном состоянии при закалке в холодной воде у составила 19,5 МСм/м. После 5-суточного естественного старения она снизилась до 18,5 МСм/м. Влияние остальных параметров термоадьюстажной обработки сопоставлено на рис. 10. После естественного старения наблюдается небольшое увеличение у при повышении остаточной деформации при правке растяжением от 0 до 4 %. При этом закалка в горячей воде повышает у на 0,5 МСм/м до 19 МСм/м.
Искусственное старение выявляет сильное влияние параметров обработки на у. При закалке в холодной воде и е = 0 у повышается до 20 МСм/м после старения продолжительностью 8 ч и до 22,8 МСм/м после старения
продолжительностью 20 ч. Наличие правки растяжением при закалке в холодной воде и старении 8 ч сильно повышает у до величины от 22,0 до 22,5 МСм/м. Закалка в горячей воде при коротком старении повышает у на 0,5 МСм/м, а при старении 20 ч у увеличивается до 23 МСм/м. Очевидно, что наличие пластической деформации и закалка в горячей воде интенсифицируют распад твердого раствора при непродолжительном старении. При длительном старении температура воды при закалке не влияет на у.
Полученные для ряда позиций механические свойства при растяжении приведены в табл. 16. Измерение твердости образцов после закалки в холодной воде и старения продолжительностью 8 ч показывает ее увеличение с 120 единиц при е = 0 до 128-131 единиц при изменении е в интервале от 2,5 до 4%.
Анализ данных показывает, что старение недеформированного сплава в течение 8 ч приводит к получению недостаренного до максимальной прочности состояния с у « 20 МСм/м, так же как старение продолжительностью 20 ч с у«22,6 МСм/м, однако в последнем случае происходит значительное увеличение предела текучести. Наличие правки растяжением с е = 2,0 % повышает предел текучести при старении продолжительностью 8 и 20 ч.
Таблица 16
Влияние условий термической обработки на механические свойства
в долевом направлении плиты из сплава АК4-2чТ1
Условия закалки е, % Старение, ч у, МСм/м стВ, МПа ст0,2, МПа 8, % НВ
Исходное состояние Т1 1,8 20 22,6 427 393 8,9 —
до перезакалки
Закалка в холодной воде 0 8 20,0 430 357 16,1 120
0 20 22,6 415 383 13,6 120
2,0 8 21,7 425 405 12,1 128
2,0 20 22,8 425 402 11,0 126
Закалка в горячей воде 1,8 8 21,9 435 410 12,4 123
1,8 20 22,9 425 400 12,4 123
24
23
22
"а
У 21
20
19
18
Т1
А V О о о
)
/ Э
Т
. „0_л- о-
п ^----------- о
4 е,
Рис. 10. Влияние остаточнойдеформациие при правке растяжением на удельную электропроводимостьфобразцов в состояниях Ти Т1 при закалке в холодной и горячей воде и разной продолжительности искусственного старения: х - удельная электропроводимость исходной плиты 3-1 в состоянии Т1 (старение 20 ч)
Т1 при продолжитель-
Условие закалки Т ности старения, ч
8 20
Холодная вода О О •
Горячая вода А А ▲
Близость механических свойств после 8 и 20 ч старения показывает, что сплав находится до и после области максимальных прочностных характеристик. Закалка в горячей воде при таких же параметрах правки растяжением и продолжительности старения практически не изменяет механических свойств.
Результаты проведенных испытаний на малоцикловую усталость, также как и данные на рис. 9, показывают наличие установленной ранее для сплавов типа АК4-1 чТ1 линейной зависимости между параметрами N0 и Ыр при постоянной продолжительности периода роста трещины Ытр [16, 20]. Основным изменяемым параметром МЦУ является число циклов до появления усталостной трещины N0, изменяющееся от 33 до 250 кцикл (рис. 11).
Минимальные значения N0 наблюдаются в случае закалки сплава в горячей воде и длительном старении, максимальные значения
300
250
200
к
150
100
50
( ✓
Г
II I / / / /
✓
II
к»/ 4/ I
/ угУ / IV /
0 50 100 150 200 250 300
N0, кцикл
Рис. 11. Связь между параметрами малоцикловой усталости Ы0и ЫРприфмакс = 176 МПа для плиты 3—1 в состоянии Т1 при закалке в холодной и горячей воде и разной продолжительности искусственного старения: х - исходная плита в состоянии Т1 (старение 20 ч)
Т1 при продолжительности
Условие закалки старения, ч
8 20
Холодная вода I - О II - •
Горячая вода III - А IV - ▲
N0 характерны для случая закалки сплава в холодной воде и малой продолжительности старения. Продолжительность периода роста трещины для всех испытанных образцов изменяется в пределах от 13,0 до 23,2 кцикл.
Связь между величиной остаточной деформации е и параметром N0 приведена на рис. 12 и свидетельствует о наличии тенденции к уменьшению Ы0 при увеличении е (при большом разбросе Ы0) для варианта закалки в холодной воде и старении продолжительностью 8 ч. Дальнейшее снижение Ы0 наблюдается при е = 2 % и старении продолжительностью 20 ч. В этом случае параметры МЦУ близки к соответствующим параметрам исходной плиты в состоянии Т1.
Проведенные испытания показывают, что испытываемые на МЦУ плиты находятся на
300
250
200
150
100
50
о
< 1 с
к о А .
о А V ^ о 1 !г Г ► I III 8
5 « . Г
е,
Рис. 12. Влияние остаточной деформации^ при правке растяжением на параметр малоцикловой усталости Ы0 прифмакс = 176 МПа для плиы 3—1 в состоянии Т1 при закалке в холодной или горячей воде и разной продолжительности искусственного старения: х - N0 для исходной плиты в состоянии Т1 (старение 20 ч)
Т1 при продолжительности
Условие закалки старения , ч
8 20
Холодная вода I - О II - •
Горячая вода III - А IV - ▲
I
разных стадиях старения, для которых свойственно свое сочетание механических свойств и удельной электропроводимости. Последнюю можно использовать как критерий полученного при термической обработке состояния твердого раствора - чем больше у, тем на большей стадии распада твердого раствора находится сплав. Рассмотрение связи между у и параметром Ы0 показывает принципиальную разницу в поведении сплава с разной у (рис. 13). Недостаренный до максимальной прочности сплав с у до 22,5 МСм/м имеет более высокую долговечность образцов, чем сплав после длительного старения, особенно в случае закалки в горячей воде при у > 22,5 МСм/м. С увеличением у снижаются как средние, так и минимальные значения Ы0, полученные для каждого состояния сплава со
300
250
200
и 150
м
100
50
1
г
л
о
о о
Оо о м
о О ! X *
X* X X ±
19
20
21 22 у, МСм/м
23
24
Рис. 13. Связь удельной электропроводимости параметра малоцикловой усталости Ы0 прифмакс = 176 МПа для плиты 3—1 в состоянии Т1 при закалке в холодной или горячей воде и разной продолжительности искусственного старения: х - N0 для исходной плиты в состоянии Т1 (старение 20 ч)
Т1 при продолжительности
Условие закалки старения , ч
8 20
Холодная вода О •
Горячая вода А ▲
своей степенью распада твердого раствора. Представленная на рис . 13 зависимость по -казывает также наличие большого изменения параметра N0 для отдельных образцов при малых у и существенно меньший разброс значений N0 при высоких у.
Эти особенности изменения сопротивления МЦУ очевидно связаны с пластинчатой формой упрочняющих выделений в'-фазы в системе А1-Си-Мд, которые при старении на максимальную прочность и при последующем перестаривании затрудняют микропластическую деформацию и приводят к ускоренному появлению трещины. Такое изменение структуры показано выше на рис. 5 на примере листа толщиной 2,5 мм, состаренного 12 ч при разной температуре.
Полученные значения вязкости разрушения К|с и усталостной долговечности опытных катаных плит из сплава АК4-2чТ1 уступают свойствам более толстым штампованно-катаным плитам из этого сплава и находятся на уровне свойств плит из сплава АК4-1чТ1 [4]. Причиной такого соотношения свойств может быть различие микроструктуры плит, изготовленных из слитков разной толщины из сплавов с разным количеством избыточных фаз. Этот эффект рассмотрен в работе [21], в которой сопоставлены особенности микроструктуры и характеристики трещиностой-кости (К1С и сопротивление МЦУ) опытной плиты 1-1 толщиной 40 мм из сплава АК4- 2чТ1, технология изготовления и свойства которой описаны выше при рассмотрении результатов работ [11, 12] (вытяжка при прокатке 3,5), и серийной плиты толщиной 40 мм из сплава АК4-1чТ1 (вытяжка при прокатке 10), свойства и характеристики структуры которой приведены в [20, 22].
Для сопоставления микроструктуры плит использовали величину зерна и параметры V, в, т, I, п, т', П, ^т.р, ^стр, методика определения которых описана в работе [23]. Это определяемые линейным методом количественной металлографии при ориентации секущих по толщине плиты объемное количество избыточных фаз V, их удельная поверхность в, средняя хорда т включений, среднее расстояние I между центрами включений по толщине плиты. Оценивается также количество
0
в структуре крупных частиц толщиной более 5 мкм на единице площади шлифа п и их средняя толщина т'. Вышеназванные параметры относятся к совокупности частиц избыточных фаз без учета их пространственного расположения. Для характеристики последнего и оценки размеров локальных скоплений включений определяли величину проекции П включений из слоя переменной толщины £ на поперечную плоскость, среднюю толщину £стр вытянутых в продольном направлении строчек включений и среднюю толщину £т.р участков твердого раствора между строчками. Эти характеристики (П, £стр, £т.р) зависят от толщины анализируемого слоя металла поэтому для сопоставления параметров необходимо регламентировать эту величину. Все параметры структуры для центральных
объемов сравниваемых плит, включая величину зерна, приведены в табл. 17 вместе со средними значениями характеристик трещи-ностойкости.
По сравнению с плитой из сплава АК4-1ч плита из сплава АК4-2ч имеет структуру с более длинным зерном, меньшим объемным количеством более мелких частиц избыточных фаз и большим расстоянием между ними. На рис. 14 для сопоставления с полученными количественными характеристиками структуры приведена микроструктура сравниваемых плит в продольной плоскости, на которой лучше выявляется строчечная структура.
Полученное для плиты из сплава АК4-2ч меньшее значение толщины частиц и отсутствие частиц толщиной более 5 мкм отражает наследственное влияние структуры исход-
Таблица 17
Параметры структуры центральных
объемов плит толщиной 40 мм
и характеристики их трещиностойкости
Параметры структуры
и характеристики АК4-2чТ1 АК4-1 чТ1
трещиностойкости
Средняя хорда зерна, мкм:
по длине 120 55
по ширине 53 50
по толщине 27 28
К % об. 3,9 5,9
й, мм2/мм3 84 107
т, мкм 1,9 2,2
1, мкм 47 37
п, шт./мм2 0 32
т', мкм - 7,7
При £ = 0,2 мм:
П, %, 80 60
£стр 22 11
£т.р 5 6
К1с, МПа^м, для образцов
ориентации:
ДП 27,0 26,0
ПД 21,5 22,0
МЦУ, кцикл,
при стмакс = 176 МПа:
N0 67,8 63,5
ЫР 87,1 80,2
Nтр 19,3 16,7
Рис. 14. Микроструктура в продольной плоскости центральных объемов плит толщиной 40 мм из сплавов АК4-1чТ1 (а) и АК4-2чТ1 (б), К312
а
ного более тонкого слитка (рис. 8). Плита из сплава АК4-2ч, прокатанная с меньшей вытяжкой, имеет меньшее развитие строчеч-ности, что визуально на рис. 14 проявляется в более равномерном расположении частиц избыточных фаз на продольном шлифе. Количественно это отражается в получении для сплава АК4-2ч большей толщины строчек и повышении величины параметра П, несмотря на меньшее объемное количество избыточных фаз в сплаве. Это можно считать признаком более равномерного распределения частиц в плите из сплава АК4-2ч.
Как видно из табл. 17, характеристики тре-щиностойкости сравниваемых плит различаются мало. Для их сопоставления с характеристиками структуры использовали корреляционные зависимости, полученные ранее для сплава АК4-1чТ1 и свидетельствующие о необходимости использования различных характеристик структуры для обоснования получаемой величины вязкости разрушения или сопротивления МЦУ.
Так, в работе [24] получено интерполяционное уравнение для оценки вязкости разрушения К|с плит по работе пластической деформации при разрушении продольного разрывного образца (А, Дж) и величине проекции (П, %) частиц избыточных фаз на плоскость трещины, имеющее вид: К1с = -698,2 + + 97,2 А - 0,826 А П + 6,87 П. В соответствии
с условиями получения этого уравнения значение П определяется при толщине анализируемого слоя металла £ = 2/. Параметры, используемые в [21] для расчета К1с, представлены в табл. 18. Полученные расчетные значения К1с соответствуют экспериментально определенным. Это показывает, что близкие значения вязкости разрушения сравниваемых плит есть следствие влияния конкретного сочетания параметров структуры: у плиты из сплава АК4-2чТ1 увеличенное значение работы пластической деформации (полезный фактор) и большее значение параметра П (вредный фактор) по сравнению с плитой АК4-1чТ1.
При одинаковой технологии изготовления плита из сплава АК4-2ч имеет более высокие значения вязкости разрушения [4]. Это преимущество в случае близких значений параметра П будет в основном обусловлено ростом пластичности материала в зоне разрушения. Если в соответствии с табл. 18 принять для катаной плиты из плоского слитка большей толщины сплава АК4-2ч сочетание свойственной этому сплаву работы пластической деформации А = 20,9 Дж с параметром П = 43 % (как для сплава АК4-1ч при / = 47 мкм, см. [21]), то расчетное значение К1с будет равно 29,8 МПаУм , что на 3,6 МПаУм превышает экспериментальное его значение для плиты из сплава АК4-1ч. Эту величину (14 %) можно считать ориентировочной оценкой преимущества катаных плит из сплава АК4-2чТ1 по вязкости разрушения.
Для плит из сплава АК4-1чТ1 показано [22,23], что наиболее вероятной причиной снижения долговечности образцов при МЦУ являются повышение количества крупных включений избыточных фаз и существование более выраженных локальных группировок включений, увеличивающих протяженность областей твердого раствора, свободных от этих включений. Чем крупнее включение и длиннее возникающие около них полосы скольжения в свободных от включений областях твердого раствора, тем быстрее в полосе при циклическом деформировании достигается критическая плотность дислокаций и возникает усталостная трещина, т. е. тем меньше N0 и Np.
Таблица 18 Расчет вязкости разрушения К^с для образцов ориентации ДП из плит сплавов АК4-2чТ1 и АК4-1чТ1
Свойства и параметры структуры АК4-2чТ1 АК4-1чТ1 АК4-2чТ1*
стВ, МПа ст0 2, МПа 8, % А, Дж /, мкм П, %, при £ = 21 К1с, МП^Тм: эксперимент расчет *В случае пр слитка(гипотети 408 382 10,8 20,9 47 58 27.0 27.1 юкатки из ческий ва 412 388 8,8 17,2 37 40 26,0 26,2 толстого риант). 408 382 10,8 20,9 47 43 29,8 плоского
Исходя из этого, катаная из плоского слитка малой толщины плита из сплава АК4-2ч, не имеющая крупных включений избыточных фаз (п = 0) и отличающаяся их более равномерным расположением, должна иметь и большую долговечность образцов в условиях МЦУ. В случае прокатки плит из сплава АК4-2ч из плоского слитка большой толщины в структуре появятся крупные включения. Можно предположить, что их количество будет пропорционально содержанию в сплаве железа (никеля), т. е. уменьшится с 32 шт./мм2 для плиты из сплава АК4-1ч (см. табл. 15) до 16 шт./мм2 для плиты из сплава АК4-2ч. При этом существенного изменения параметра £т.р можно не ожидать, поскольку характер строчечности принципиально не изменится. Тогда согласно [21] должно произойти повышение долговечности на примерно 10 % (с 87 кцикл при п = 32 шт./мм2 до 98 кцикл при п = 16 шт./мм2), что и будет отражать положительный эффект от применения сплава АК4-2ч.
Таким образом, проведенный в [21] анализ структуры и свойств катаных плит из сплавов АК4-2ч и АК4-1ч показывает, во-первых, структурную обоснованность получения близких характеристик трещиностойкости в сравниваемых плитах, отличающихся технологией изготовления и структурой, и, во-вторых, подтверждает преимущество плит из сплава АК4-2чТ1 в случае одинаковой технологии изготовления, вызванное структурными изменениями в результате уточнения химического состава сплава. Рассчитанное повышение показателей трещиностойкости на 10-15% в результате применения сплава АК4-2ч, скорее всего, занижено вследствие игнорирования происходящих в этом сплаве изменений тонкой структуры твердого раствора благодаря присутствию циркония.
Заключение
Приведенные выше свойства различных полуфабрикатов из сплава АК4-2ч в сопостав-
лении с их структурой подтверждает сделанный в работах [3-5] вывод о целесообразности рассмотрения этого сплава как преемника жаропрочного сплава АК4-1 ч для изготовления изделий, требующих повышенной трещиностойкости. Основные технологические параметры изготовления плит толщиной от 20 до 65 мм и плакированных листов толщиной от 1 до 4 мм приведены в технологической рекомендации ТР 1.3.47-31/2/1-93, выпущенной ВИЛСом и ВИАМом в 1993 г. Изготовление плит толщиной от 11 до 80 мм из сплава АК4-2чТ1 предусмотрено в технических условиях ТУ 1-83-88-93 со следующим уровнем гарантируемым свойств в поперечном направлении: ств 1 400 МПа, Ст0,2 1 325 МПа, 8 1 6%, кдп 1 27,9 МПа Ум , у = 21-22 МСм/м.
Вместе с тем, как отмечено в [25], для успешного использования жаропрочный алюминиевый сплав должен обладать не только необходимыми прочностными характеристиками при комнатной и повышенных температурах для получения требуемой статической прочности конструкции, но и иметь стабильный уровень свойств в процессе эксплуатации изделий при повышенной температуре (без их снижения при перестаривании ниже заданной определенной величины). Происходящее при нагреве разупрочнение свойственно всем термически упрочняемым алюминиевым сплавам, однако кинетика разупрочнения при рабочей температуре зависит от системы легирования и изменяется в зависимости от добавок микрокомпонентов, влияющих на диффузионную подвижность в сплаве.
В следующей части настоящей работы будут рассмотрены закономерности влияния температуры на механические свойства сплава АК4-2чТ1 при кратковременных и длительных испытаниях, позволяющие прогнозировать их изменение в процессе эксплуатации при повышенных температурах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Телешов В.В. Развитие технологии производст-
ва плит из жаропрочного деформируемого алюминиевого сплава АК4-1. Часть 4. Влияние состава
сплава и структуры полуфабрикатов на вязкость разрушения и усталостные характеристики // Технология легких сплавов. 2015. № 3. С. 45-64.
2. А. с. 681962 СССР. Сплав на основе алюминия / Фридляндер И.Н., Романова О.А., Бобовников В.Н. и др. Б.И. 1979.
3. Романова О.А., Бобовников В.Н., Аверкина Н.Н.
и др. Структура и свойства полуфабрикатов из жаропрочного алюминиевого сплава АК4-2 // Авиационные материалы. 1989. № 4. С. 53-63.
4. Романова О.А., Бобовников В.Н. Жаропрочный деформируемый алюминиевый сплав АК4-2 (1143) для сверхзвуковых пассажирских самолетов // Цветные металлы. 1994. № 11. С. 56-58.
5. Фридляндер И.Н. Современные алюминиевые, магниевые сплавы и композиционные материалы на их основе // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 7. С. 24-29.
6. Ланцова Л.П., Телешов В.В., Дмитриева М.Н. и др. Структура и свойства листов толщиной 1,0-2,5 мм из жаропрочного сплава АК4-2ч // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. № 6. С. 13-17.
7. Телешов В.В., Ланцова Л.П., Быков Ю.И. и др. Закономерности изменения механических свойств и удельной электропроводимости при искусственном старении листов из сплава АК4-2ч // Металловедение и термическая обработка металлов. 1997. № 2. С. 20-23.
8. Габидуллин Р.М., Вигдорчик С.А., Лукьянен-ко В.В. Структура и служебные свойства сплава АК4-1 // В кн.: Вопросы металловедения и технологии легких и жаропрочных сплавов. - М.: ВИЛС, 1980. С.20-24.
9. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов: справ. изд. / Арчакова З.Н., Ба-лахонцев Г.А., Басова И.Г. и др. 2-е изд. - М.: Металлургия, 1984. -408 с.
10. Телешов В.В. Влияние времени прогрева полуфабрикатов на продолжительность старения алюминиевых деформируемых сплавов // В кн.: Обработка легких и специальных сплавов. - М.: ВИЛС, 1996. С. 116-124.
11. Осокин Л.С., Телешов В.В., Митволь Л.С. и др. Тонкая очистка расплава и ее влияние на структуру полуфабрикатов из сплава АК4-2ч // Технология легких сплавов. 1996. № 1. С. 22-27, 104-106.
12. Андреев Д.А., Телешов В.В., Горская Л.А. и др. Характеристики трещиностойкости катаных плит из сплава АК4-2чТ1 // Технология легких сплавов. 1996. № 3.С.35-41, 104-106.
13. Телешов В.В., Березин Л.Г., Осокин Л.С. и др. Микроструктура слитка сплава АК4-1ч и ее наследственное влияние на структуру катаной плиты // Цветные металлы. 1997. № 11-12. С. 93-98.
14. Телешов В.В. Об изменении веерной структуры слитка при деформировании // Технология легких сплавов. 1985. Вып. 6. С. 12-16.
15. Телешов В.В., Кудряшов В.Г., Головлева А.П.
Связь между вязкостью разрушения и электропроводностью плит из сплава АК4-1 ч // Технология легких сплавов. 1980. № 8. С. 7-10.
16. Телешов В.В., Кузгинов В.И. Сопротивление малоцикловой усталости полуфабрикатов из деформируемых алюминиевых сплавов (обзор литературы за 1970-1995 гг.) // Технология легких сплавов. 1995. № 6. С. 69-83, 133-136.
17. Кишкина С.И. Сопротивление разрушению алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1981. -280 с.
18. Кузгинов В.И., Телешов В.В., Горская Л.А.
Испытания на МЦУ с определением числа циклов до зарождения усталостной трещины // Технология легких сплавов. 1991. № 5. С. 59-63.
19. Телешов В.В., Горская Л.А., Головлева А.П. и др. О корреляции между удельной электропроводимостью и сопротивлением малоцикловой усталости катаной плиты из сплава АК4-2чТ1 после различной термической обработки // Ме -таллы. 1996. № 4. С. 92-97.
20. Кузгинов В.И., Телешов В.В., Горская Л.А. и др. Сопротивление малоцикловой усталости поверхностных и центральных объемов катаных плит из сплава АК4-1чТ1 // Технология легких сплавов. 1995. № 5. С.32-37, 115.
21. Телешов В.В., Андреев Д.А., Головлева А.П. Использование параметров структуры при сопос -тавлении характеристик трещиностойкости катаных плит из сплавов АК4-1чТ1 и АК4-2чТ1 // Технология легких сплавов. 1996. № 4. С. 25-30, 77-78.
22. Телешов В.В., Кузгинов В.И., Головлева А.П. и др. Особенности микроструктуры центральных и поверхностных объемов катаных плит из сплава АК4-1 чТ1 и ее связь с сопротивлением малоцикловой усталости // Технология легких сплавов. 1995. № 5. С. 38-42, 116-117.
23. Телешов В.В. Использование металлографически определяемых параметров структуры для оценки конструктивных свойств полуфабрикатов на примере катаных плит из высокопрочных алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 1994. № 5-6. С. 57-62.
24. Телешов В.В., Корнаухов А.С. К вопросу о зависимости вязкости разрушения от параметров суб- и микроструктуры полуфабрикатов из алюминиевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1985. № 7. С. 2-6.
25. Романова О.А., Телешов В.В. Особенности структуры и механических свойств полуфабрикатов из жаропрочных деформируемых алюминиевых сплавов АК4-2ч и 1215 // Технология легких сплавов. 1997. № 1. С. 34-39.
