Влияние деформации после закалки и режимов старения на механические и коррозионные свойства сплава системы al–Mg–Si–Cu–Zn Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

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

В ряде случаев применение деформации между закалкой и старением может не только увеличить прочностные свойства, но и улучшить коррозионные характеристики полуфабриката [5]. Применение деформации между закалкой и старением в технологическом процессе изготовления полуфабрикатов можно рассматривать как одну из схем низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО).

Влияние НТМО на структуру, механические и коррозионные свойства плит

Методика эксперимента

Исследование проводили на промышленных плитах толщиной 12 и 20 мм из сплава 1370. Низкотемпературную термомеханическую обработку плит проводили по схеме закалка+деформация+старение. Часть горячекатаных плит подвергалась стандартной термообработке: закалка, правка растяжением со степенью остаточной деформации 8=1,5-2% и последующее искусственное старение по режиму 180°С, 10 ч (Т1) [6]. Другая часть горячекатаных плит после закалки подвергалась деформации прокаткой или растяжением (е=15%) или последовательному сочетанию деформации прокаткой и растяжением (е=20%) и последующему искусственному старению по одно- (Т1), двух- (А) и трехступенчатым (В) режимам:

Т1..............................................180°С, 10 ч;

А......................................180°С + Т2 (Г2<180°С);

В.........................71 + 180°С + Тъ (Г1<180°С, Гз<180°С).

Микроструктуру плит изучали на шлифах вдоль направления прокатки, вырезанных с периферии, с определением длины (Д) и толщины (Т) зерна. Шлифы подвергались анодному оксидированию и просматривались в поляризованном свете. Механические свойства плит определяли на образцах, вырезанных поперек к направлению прокатки. Испытания на МКК проводили с анализом глубины поражений на катаной поверхности плиты.

Исследование влияния НТМО на структуру, механические и коррозионные свойства плит

Сплав 1370 в состоянии Т1, состаренный на максимальную прочность, имеет склонность к МКК глубиной 0,14-0,20 мм. Применение режимов перестаривания устраняет или уменьшает склонность к МКК до глубины менее 0,10 мм, но при этом снижаются прочностные характеристики. Применение НТМО плит из сплава 1370 позволяет сохранить прочностные характеристики и уменьшить склонность к МКК (табл. 2).

Таблица 2

Влияние вида и степени деформации ме^цу закалкой и старением на механические свойства и МКК плит

Режим старения

Вид деформации

МПа

5, %

Максимальная глубина МКК, мм

Т1

Без деформации (исходное состояние) Растяжение (в=15%) Прокатка (в=15%) Прокатка (в=15%) + + растяжение (е=5%) То же

435

425 430 440

440

400

395 410 420

420

13

11 11 8

0,20

0,10 0,10 0,10

0,07

0,2

7

Структура плит рекристаллизованная, зерна в плитах вытянуты вдоль направления прокатки, в микроструктуре плит с НТМО наблюдаются полосы скольжения.

Средний размер зерна в плитах, изготовленных без НТМО, составляет (Д*Т): (105-125)^(35-40) мкм (см. рисунок, а). При НТМО плит в случае деформации растяжением с 8=15% по сравнению с исходным состоянием происходит увеличение средней длины зерна, толщина зерна практически не изменяется. Размер зерна при этом составляет (140-160)^(35-40) мкм (см. рисунок, б). При НТМО плит в случае деформации прокаткой с 8=15% по сравнению с исходным состоянием средняя длина зерна также увеличивается, но в меньшей степени по сравнению с вариантом НТМО с деформацией растяжением, средняя толщина уменьшается и размер зерна составляет (125-145)^(30-35) мкм (см. рисунок, в). При НТМО плит с последовательным сочетанием деформации прокаткой с 8=15% и растяжением с 8=5% по сравнению с исходным состоянием также происходит увеличение средней длины и уменьшение средней толщины зерна до размера (120-140)х(20-25) мкм (см. рисунок, г).

а) б)

Микроструктура (х25) плит из сплава 1370 без НТМО (а), с НТМО и деформацией растяжением с е=15% (б), прокаткой с е=15% (в) и прокаткой с е=15% + растяжением с в=5% (г)

НТМО при деформации прокаткой позволяет получить большие значения прочностных характеристик при МКК: <0,10 мм. Однако при деформации прокаткой требуется последующая правка плит. Применение двухступенчатого режима старения А позволяет сохранить высокий уровень прочностных характеристик и несколько уменьшить склонность к МКК по сравнению с вариантом НТМО, при котором используется одноступенчатый режим старения Т1.

Применение трехступенчатого режима старения В при НТМО с деформацией после закалки только растяжением с 8=15% позволяет сохранить прочностные характеристики при некотором снижении уровня МКК до 0,07 мм (табл. 3).

Таблица 3

Влияние трехступенчатых режимов старения на механические

и коррозионные свойства плит с НТМО п ри деформации растяжением

Режим старения (см. с. 13) ^0,2 5, % Максимальная глубина МКК, мм

МПа

В 440 420 8,0 0,07

Трехступенчатый режим старения В по сравнению с одноступенчатым режимом Т1 при НТМО с деформацией только растяжением с 8=15% позволяет получить механические свойства на 15 МПа больше по пределу прочности и на 25 МПа больше по пределу текучести при МКК: <0,10 мм (см. табл. 3).

При применении НТМО для плит происходит изменение размеров зерна, обусловленное схемой приложения и величиной действующих сил при растяжении или прокатке плиты.

Применение НТМО с деформацией после закалки только растяжением с 8=15% и старение по трехступенчатому режиму T1+180°C+r3 для плит из сплава 1370 позволяет обеспечить МКК: <0,10 мм при сохранении высоких прочностных характеристик.

Уменьшение склонности к МКК при применении НТМО может быть связано с изменением разницы электрических потенциалов между зерном и его приграничной зоной в результате изменения морфологии выделений в объеме и по границам зерна под влиянием деформации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Yamaguchi K., Tohma K. Effect of Zn addition on intergranular corrosion resistance of Al-Mg-Si-Cu alloys //Proceedings of 6-th International Conference on Aluminium Alloys (Japan), The Japan Institute of Light Metals. 1998. V. 3. P. 1657-1662.

2. Dif R., Bechet D., Warner T., Ribes H. 6056T78: a corrosion resistant copper-rich 6XXX alloy for aerospace applications //Proceedings of 6-th International Conference on Aluminium Alloys (Japan), The Japan Institute of Light Metals. 1998. V. 3. P. 1991-1996.

3. Dif R., Bes B., Ehrstrom J.C., Sigli C., Warner T.J., Lassince Ph., Ribes H. Understanding and modelling the mechanical and corrosion properties of 6056 for aerospace applications //Proceedings of 7-th International Conference on Aluminium Alloys (Virginia), Trans Tech Publications Ltd. 2000. V. 1. P. 1613-1618.

4. Bakavos D., Prangnell P.B., Dif R. A Comparison of the Effects of Age forming on the Precipitation Behaviour in 2XXX, 6XXX and 7XXX Aerospace Alloys //Proceedings of 9-th International Conference on Aluminium Alloys (Australia), Institute of Materials Engineering Australasia Ltd. 2004. P. 124-131.

5. Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. Т. 1. М.: Металлургия. 1968. С.329-343.

6. Махсидов В.В., Самохвалов С.В., Колобнев Н.И., Попов В.И., Савенок М.Г. Влияние деформации после закалки и режимов старения на склонность к межкристал-литной коррозии сплавов системы Al-Mg-Si-Cu //Сб. науч. трудов Международной науч.-технич. конференции «Современные проблемы металловедения сплавов цветных металлов». М.: МИСиС. 2009. 462 с.