Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НАГРЕВОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВА 1424Т1 И 2024Т351'

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НАГРЕВОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВА 1424Т1 И 2024Т351 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
39
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
термическая стабильность / механические свойства / характеристики трещиностойкости / листы / сплав 1424Т1 / сплав 2024Т351 / thermal stability / mechanical properties / crack resistance characteristics / 1424T1 alloy sheets / 2024Т351 alloy

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Евгений Иванович Швечков, Валерий Владимирович Захаров

Приведены экспериментальные данные о влиянии нагревов при температуре 85 °C различной продолжительности выдержки (0, 1000, 2000, 3000 и 4000 ч) на механические свойства, статическую и циклическую трещиностойкость листов из алюминиево-литиевого сплава 1424Т1 и параллельно (для сравнения) исследованных листов из сплава 2024Т351. Определяли предел прочности σв, условный предел текучести σ0,2, относительное удлинение δ, модуль упругости Е, коэффициенты интенсивности напряжений у Кс и Kc, остаточную прочность σнетто тр , строили R-кривые и диаграммы циклической трещиностойкости. Показано, что свойства листов из сплава 1424Т1 чувствительны к надрезу, особенно в продольном направлении образцов. Характеристики вязкости разрушения снижаются, а скорость роста усталостной трещины увеличивается, начиная с нагревов продолжительностью 3000 ч. Свойства листов из сплава 2024Т351 остаются неизменными во всем исследованном временном интервале выдержек.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Евгений Иванович Швечков, Валерий Владимирович Захаров

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

An Effect of Low-Temperature Long-Term Heating on Mechanical Properties and Crack Resistance Characteristics of 1424T1 and 2024T351 Alloy Sheets

Experimental data on the effect of heating at 85 °C during various holding times (0, 1000, 2000, 3000 and 4000 h) on mechanical properties, static and cyclic crack resistance of 1424Т1 Al-Li alloy sheets are given in comparison with similar characteristics for 2024T351 alloy sheets. The tensile strength UTS, yield stress 0.2 %YS, elongation δ, elastic modulus E, stress intensity factors KCU and Kc, residual strength σnet tr were determined, and R-curves and diagrams of cyclic crack resistance were plotted. It is shown that the properties of 1424T1 alloy sheets are notch-brittle, especially in the longitudinal direction of the specimens. The fracture toughness characteristics decrease, and the fatigue crack growth rate increases starting from 3000 h heating time. The properties of 2024T351 alloy sheets remain unchanged over the entire studied range of holding times.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НАГРЕВОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВА 1424Т1 И 2024Т351»

МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ

Научный редактор раздела

докт. техн. наук, профессор Е.Б. Качанов

УДК620.16/17

DOI: 10.24412/0321-4664-2021-4-22-30

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НАГРЕВОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВА 1424Т1 И 2024Т351

Евгений Иванович Швечков, докт. техн. наук, Валерий Владимирович Захаров, докт. техн. наук

Всероссийский институт легких сплавов, Москва, Россия, info@oaovils.ru

Аннотация. Приведены экспериментальные данные о влиянии нагревов при температуре 85 °C различной продолжительности выдержки (0, 1000, 2000, 3000 и 4000 ч) на механические свойства, статическую и циклическую трещиностой-кость листов из алюминиево-литиевого сплава 1424Т1 и параллельно (для сравнения) исследованных листов из сплава 2024Т351. Определяли предел прочности ств, условный предел текучести ст02, относительное удлинение 5, модуль упругости Е, коэффициенты интенсивности напряжений Кус и Kc, остаточную прочность <тто , строили R-кривые и диаграммы циклической трещиностойкости. Показано, что свойства листов из сплава 1424Т1 чувствительны к надрезу, особенно в продольном направлении образцов. Характеристики вязкости разрушения снижаются, а скорость роста усталостной трещины увеличивается, начиная с нагревов продолжительностью 3000 ч. Свойства листов из сплава 2024Т351 остаются неизменными во всем исследованном временном интервале выдержек.

Ключевые слова: термическая стабильность, механические свойства, характеристики трещиностойкости, листы, сплав 1424Т1, сплав 2024Т351

An Effect of Low-Temperature Long-Term Heating on Mechanical Properties and Crack Resistance Characteristics of 1424T1 and 2024T351 Alloy Sheets. Dr. of Sci. (Eng.) Evgeny I. Shvechkov, Dr. of Sci. (Eng.) Valeriy V. Zakharov

All-Russian Institute of Light Alloys, Moscow, Russia, info@oaovils.ru

Abstract. Experimental data on the effect of heating at 85 °C during various holding times (0, 1000, 2000, 3000 and 4000 h) on mechanical properties, static and cyclic crack resistance of 1424T1 Al-Li alloy sheets are given in comparison with similar characteristics for 2024T351 alloy sheets. The tensile strength UTS, yield stress 0.2 %YS, elongation 8, elastic modulus E, stress intensity factors KCU and Kc, residual strength atnret were determined, and R-curves and diagrams of cyclic crack resistance were plotted. It is shown that the properties of 1424T1 alloy sheets are notch-brittle, especially in the longitudinal direction of the specimens. The fracture toughness characteristics decrease, and the fatigue crack growth rate increases starting from 3000 h heating time. The properties of 2024T351 alloy sheets remain unchanged over the entire studied range of holding times.

Key words: thermal stability, mechanical properties, crack resistance characteristics, 1424T1 alloy sheets, 2024T351 alloy

Введение

Авиационные конструкции в процессе эксплуатации подвергаются воздействию повышенных температур, которые могут привести к изменению исходных свойств материала. В связи с этим возникла необходимость оценки термической стабильности конструкционных сплавов, т.е. оценки изменения их начальных характеристик после длительных низкотемпературных нагревов различной продолжительности. Данные о термической стабильности алюминиевых сплавов и причинах, вызывающих изменение свойств материала, приведены, например, в [1, 2]. Для алюминиево-литиевых сплавов изучение этой проблемы представляется особо актуальным, поскольку из-за наличия в них лития, легко диффундирующего в алюминиевой матрице элемента, изменения свойств могут быть более сильными, чем в традиционных алюминиевых сплавах типа Д16 и В95 [3-5].

В работе определяли механические свойства, статическую и циклическую трещино-стойкость листов из алюминиево-литиевого сплава 1424Т1 в исходном состоянии и после нагревов различной продолжительности в течение 1000, 2000, 3000 и 4000 ч при температуре 85 °С. Параллельно в ограниченном объеме проводили сравнительные испытания листов из стандартного сплава 2024Т351 (обработка на твердый раствор, закалка, правка растяжением, естественное старение).

Исследуемые материалы

В качестве исследуемых материалов использовали листы из сплавов 1424Т1 и 2024Т351. Листы из сплава 1424Т1 получали из слитков сечением 450 х 1400 мм, которые нагревали и прокатывали вдоль и поперек оси слитка до толщины 9,0 мм. Горячекатаный подкат подвергали холодной прокатке в поперечном направлении до толщины 4,5 мм с несколькими

Таблица 1 Фактический химический состав (% мас.) листов из сплава 1424Т1

Мд и Бе Мп Ыа 3Н2' см3/100 г

4,9 1,6 0,7 0,066 0,07 0,22 0,00049 0,65

промежуточными отжигами, закаливали в воде с температуры 530 °С и искусственно старили по режиму: 85 °С, 6 ч + 120 °С, 12 ч + 100 °С, 10 ч. Химический состав исследуемых листов из сплава 1424Т1 приведен в табл. 1.

Листы изготовлены в Германии на фирме «Даймлер-Крайслер» при участии сотрудников ФГУП «ВИАМ» Л.Б. Хохлатовой и Н.И. Колобнева.

Микроструктура холоднокатаных листов из сплавов 1424Т1 и 2024Т351 представлена на рис. 1. После нагрева под обработку на твер-

б

Рис. 1. Структура листов толщиной 4,5 мм из сплавов 1424Т1 (а) и 2024Т351 (б), х200

дый раствор листы из сплава 1424Т1 благодаря наличию в их составе скандия и циркония сохранили в основном нерекристаллизован-ную волокнистую зеренную структуру с отдельными рекристаллизованными зернами. Листы из сплава 2924Т351 имеют полностью рекристаллизованную структуру с практически равноосными зернами.

В литературе неоднократно отмечали, что характерной особенностью структуры холоднокатаных и затем закаленых листов из А!-Ы-сплавов является наличие деформационных неоднородностей в виде полос сдвига, представляющих собой плоские объемы металла локализованной деформации [6]. Эти структурные неоднородности служат основными очагами разрушения листов как при статическом, так и циклическом нагружениях. На исследованных листах, прокатанных поперек заготовки с промежуточными отжигами, полосы сдвига не были выявлены с помощью металлографии (см. рис. 1). Однако при просмотре изломов образцов из этих листов, полученных при определении скорости роста усталостных трещин (СРТУ), наблюдаются многочисленные разноориенти-рованные фрагменты разрушения, многие из которых совпадают по направлению с полосами сдвига. Такой характер разрушения образцов не обнаруживается при испытании традиционных материалов. Это свидетельствует о наличии в структуре исследованных листов из сплава 1424Т1 неоднородностей в виде мест локализации деформаций, которые, по-видимому, являются предшественниками полос сдвига и могут оказывать влияние на механические свойства и ресурсные характеристики после длительных низкотемпературных нагревов.

Методы испытаний

Виды испытаний, определяемые характеристики и стандарты, используемые в работе, приведены в табл. 2.

Испытания на растяжение проводили на образцах шириной 20 мм. Относительное удлинение определяли на расчетной длине 10 = 5,65^0. Большинство образцов испытывали с постоянной скоростью деформирования 2,0 мм/мин. При определении модуля упругости образец нагружали 3 раза, прерывая первое и второе нагружения на линейном участке диаграммы при напряжении, близком к пределу пропорциональности. Зачетной считали вторую и третью диаграммы.

Испытания на статическую трещиностой-кость проводили на образцах в виде пластины с центральным надрезом (тип ЦНР) шириной 400 (основной объем) и 760 мм с относительной длиной трещины 0,33. Для ограничения выпучивания образца, которое существенно (на 15-20 %) снижает характеристики вязкости разрушения, использовали приспособление. Оно было стандартным при ширине образца В = 400 мм. Для образцов с В = 700 мм, при выпучивании которых возникают большие поперечные усилия, разработано специальное приспособление в виде трех сваренных между собой «коробчатых» профилей с вырезом под экстензометр в среднем из них.

Скорость роста усталостных трещин также определяли на образцах типа ЦНР шириной 400 мм. Нагружение осуществляли по синусоидальному циклу с частотой f = 8,0 Гц и коэффициентом асимметрии R = 0,1. За развитием трещины наблюдали визуально с обеих по-

Таблица 2 Виды испытаний, определяемые характеристики и стандарты

Вид испытания Характеристики Стандарты

Статическое растяжение Предел прочности ств, предел текучести условный а02, относительное удлинение 5, модуль упругости Е ГОСТ 1497, АБТМЕ111

Скорость роста усталостной трещины (СРТУ) Диаграмма циклической трещиностойкости в виде ^ - AK ОСТ 1 92127, АБТМЕ647

Статическая трещиностой-кость (вязкость разрушения) Остаточная прочность пластины с трещиной аТетто, условный коэффициент интенсивности напряжений ку, коэффициент интенсивности напряжений ^кривая ОСТ 1 90356, АБТМЕ561

верхностей листа в обе стороны от надреза. Образцы испытывали, используя ограничитель выпучивания. Расчет СРТУ проводили на ЭВМ по программе с аппроксимацией экспериментальных данных полиномом второй степени по семи точкам.

Результаты испытаний и их обсуждение

Экспериментальные данные о влиянии длительности нагревов на механические свой-

ства листов из сплавов 1424Т1 и 2024Т351 приведены в табл. 3. Листы испытывали в продольном, поперечном и угловом (под 45°) направлениях.

Из табл. 3 видно, что длительные нагревы при 85 °С оказывают заметное влияние на механические свойства листов из сплава 1424Т1 и практически не сказываются на механических свойствах листов из сплава 2024Т351. Нагревы вызвали охрупчивание листов из А1^-сплава, т. е. прочностные характеристики ав и а0,2

Таблица 3

Влияние длительных низкотемпературных нагревов при 85 °С на механические свойства листов из сплавов 1424Т1 и 2024Т351

Сплав Направление вырезки образца Продолжительность нагрева, ч ав, МПа а0,2, МПа 5, % Е, МПа

1424Т1 Продольное Исходное состояние 432 277 11,2 72 000

1000 446 314 10,8 73 000

1500 448 348 > 6,5 72 500

2000 448 346 7,6 72 500

3000 449 350 > 6,0 73 000

4000 446 350 7,3 -

Поперечное Исходное состояние 450 296 14,7 72 000

1000 472 322 12,3 72 500

1500 469 316 12,2 72 500

2000 475 323 13,1 72 000

3000 488 339 12,8 72 500

4000 487 339 13,0 -

Под углом 45° Исходное состояние 422 249 20,1 71 000

к направлению прокатки 1000 1500 443 452 270 274 18,8 16,8 69 500 71 000

2000 449 267 16,7 70 000

3000 469 299 > 14,0 70 000

4000 472 305 16,1 -

2024Т351 Продольное Исходное состояние 445 340 24,0 66 500

1000 444 336 24,7 66 500

4000 453 340 24,6 -

Поперечное Исходное состояние 444 321 24,1 65 000

1000 441 291 23,7 66 000

4000 446 315 24,1 -

Под углом 45° Исходное состояние 440 292 25,6 65 500

к направлению прокатки 1000 4000 430 438 285 300 26,1 27,4 65 500

Таблица 4 Влияние нагревов на характеристики вязкости разрушения листов из сплавов 1424Т1 и 2024Т351

Сплав Продолжительность нагрева, ч Ориентация образца Ширина образца, мм антертто , МПа к у , МПал/м Кс, МПал/м

0 Д-П П-Д 760 278,4 267,6 125.7 120.8 185,6 181,6

1000 289,1 94,9 118,8

1424Т1 2000 3000 4000 Д-П 400 270,8 275,5 226,2 89,1 90,1 74,0 111.4 113.5 99,0

1000 273,3 89,6 124,4

2000 3000 П-Д 269,6 275,5 88,4 90,1 127,0

4000 262,9 86,0 118,9

0 760 321,9 147,6 221,0

1000 Д-П 329,2 107,8 185,8

2024Т351 4000 400 336,7 110,2 173,8

1000 4000 П-Д 298,0 303,2 97,7 99,3 181,5 177,2

повысились и снизилось относительное удлинение 5. Это характерно для образцов всех ориентаций и в большей степени для продольных образцов, где изменение а0,2 и 5 наиболее сильное. Так, после нагрева длительностью 4000 ч значения а0,2 увеличились в 1,26 раза, а 5 уменьшились в 1,53 раза. Образцы, ориентированные под углом 45° к направлению прокатки, по степени изменения свойств заняли промежуточное положение между продольными и поперечными образцами.

Нагревы не оказали влияния на величину модуля упругости, который независимо от длительности выдержки оставался неизменным. Его значения находились в пределах рассеяния экспериментальных данных. При этом следует отметить, что для всех ориентировок образцов величина модуля упругости листов из сплава 1424Т1 была в 1,07-1,1 раза больше, чем соответствующая характеристика листов из сплава 2024Т351.

Данные о влиянии нагревов на характеристики вязкости разрушения (а^^770 ; Кс; ку ; ^-кривые) приведены в табл. 4 и на рис. 2.

Анализ экспериментальных данных, приведенных в табл. 4 и на рис. 2, показывает следующее.

В целом характеристики вязкости разрушения листов из сплава 1424Т1 чувствительны к низкотемпературному нагреву, тогда как вязкость разрушения листов из сплава 2024Т351 в пределах исследованных выдержек практически не изменилась.

Кк, МПал/м 200

150

100

50

с О о о

о о

$/ { г

*

Кк, МПал/м 200

150

100

50

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

о о 0

о /

/ 4

!

50

100 150

Даэфф

50

100 150

Двэфф

Рис. 2. Влияние длительных низкотемпературных нагревов на вид й- кривых для листов из сплава 1424Т1. Направление вырезки образцов Д-П (а), ПД (б):

о, Д, 0, □, + - соответственно время выдержки

0,1000,1500, 2000, 3000 и 4000 ч; о - В = 756 мм, в остальных случаях В = 400 мм

¿а

, мм/цикл

Данные табл. 3 и 4 свидетельствует о том, что листы из сплава 1424Т1 характеризуются обратной анизотропией механических свойств и характеристик трещиностойкости. Свойства в поперечном направлении преимущественно превышают продольные свойства. Обратная анизотропия обычно объясняется наличием полос сдвига или их предшественников, снижающих продольные свойства и не влияющих на свойства в поперечном направлении.

При наложении низкотемпературного нагрева и увеличении длительности выдержки обратная анизотропия возрастает, что свидетельствует об усилении влияния полос сдвига как мест предпочтительного разрушения.

Более детальный анализ табл. 4 показывает, что характеристики вязкости разрушения листов из сплава 1424Т1 по мере увеличения продолжительности нагрева снижаются в разной степени для образцов разных ориентаций. Значительное уменьшение значений ст7р770, ^ ку наблюдается на образцах продольного направления. R-кривая для образца продольного направления после нагрева длительностью 4000 ч выделяется из остальных (см. рис. 2, а). Кривая свидетельствует о заметном ухудшении сопротивления развитию статической трещины по сравнению с образцами, подвергнутыми нагревам меньшей продолжительности. На образцах поперечного направления R- кривые, построенные после различного времени нагрева, на общем участке практически совпадают.

Для листов из сплава 2024Т351 нагревы длительностью до 4000 ч не оказывают влияния на значения КС и аТ^770 и лишь немного уменьшают вязкость разрушения. R-кривые, построенные для образцов, подвергнутых нагревам 1000 и 4000 ч, на общем участке не различаются и совпадают с R-кривой, полученной без нагрева образца.

Данные о влиянии низкотемпературных нагревов на скорость роста трещин исследуемых сплавов приведены на рис. 3, 4. Из них следует, что нагревы оказали влияние только на СРТУ листов из сплава 1424Т1 (для сплава 2024Т351 влияния нагревов на СРТУ не выявлено) в большей степени для образцов продольного направления. Особенно заметно

АК, МПал/м

б

Рис. 3. Влияние длительности нагрева (т) на СРТУ листов из сплава 1424Т1:

а, б - поперечное и продольное направления вырезки образцов соответственно; о, •, А, ▲, + - соответственно т = 0, 1000, 2000, 3000, 4000 ч

влияние самого длительного из исследованных нагревов продолжительностью 4000 ч. Вид диаграммы циклической трещиностойкости сплава 1424Т1 после нагрева длительностью 4000 ч резко выделяется среди остальных (см. рис. 3). При амплитудах коэффициента интенсивности напряжений от 10 до 18 МПал/м трещина развивалась даже более медленно, чем в случае менее длительных нагревов. Да-

йа

, мм/цикл

АК, МПал/м

Рис. 4. Влияние длительности нагрева (т) на СРТУ листов из сплава 2024Т351:

а, б - поперечное и продольное направления вырезки образцов соответственно; о, •, + - соответственно т = 0, 1000, 4000 ч

лее, по мере увеличения ДК скорость роста усталостной трещины быстро возрастает, достигая при ДК ^ 25 МПал/м четырехкратного превышения в сравнении с СРТУ образцов в исходном состоянии (без нагрева).

Характер разрушения образцов после нагрева 4000 ч сильно отличается от остальных менее выраженной контрастностью профиля излома (пики и впадины существенно сглажены). На наш взгляд, это связано с охрупчиванием сплава 1424Т1 по мере увеличения длительности нагрева, особенно на образцах продольной ориентации, направление разрушения которых практически совпадает с направлением полос сдвига, развивающихся в процессе испытаний из «зародышей» (предшественников), образовавшихся при холодной прокатке.

Виды диаграмм циклической трещиностойкости для листов из сплавов 2024Т351 и 1424Т1 существенно отличаются. Поэтому при анализе влияния исследуемого фактора на СРТУ листов из А!^1-сплавов необходимо иметь всю диаграмму циклической трещиностойкости, а не оценивать СРТУ только при отдельных значениях ДК.

Таким образом, из рассмотрения всех экспериментальных данных о механических свойствах, характеристиках вязкости разрушения и циклической трещиностойкости листов из сплавов 1424Т1 и 2024Т351 до и после воздействия низкотемпературных нагревов при 85 °С следует:

- листы из сплава 2024Т351 являются термически стабильными, их механические свойства и характеристики трещиностойкости не изменяются после длительных нагревов при 85 °С;

- на листах из сплава1424Т1 наблюдается изменение исходных свойств после нагревов, особенно заметное в продольном направлении и в частности после нагрева длительностью 4000 ч.

Пониженная термическая стабильность сплава 1424Т1 связана с сохранением пересыщен-ности твердого алюминиевого раствора литием после искусственного старения, а также с его малой устойчивостью в низкотемпературной области. В температурной области 50-200 °С происходит распад твердого раствора с образованием 5'-фазы, обусловливающий изменение свойств сплава [4, 5, 7]. Остаточная пересыщенность раствора складывается из двух составляющих: равновесной и неравновесной [8].

Неравновесная остаточная пересыщенность твердого раствора определяется по разности между концентрацией лития в твердом растворе, фактически достигаемой в процессе искусственного старения, и его равновесной концентрацией.

Равновесная остаточная пересыщенность -это разность между равновесной растворимостью лития в алюминии при температуре старения и равновесной растворимостью при комнатной температуре или температуре длительного низкотемпературного нагрева. В процессе старения А!-Ы-сплавов не достигается равновесной концентрации твердого раствора лития в алюминии (для конкретно используемой температуры старения), поскольку для этого требуются выдержки значительно более длительные, чем используемые на практике.

При наложении длительных низкотемпературных выдержек происходит распад пересыщенного твердого раствора с выделением дисперсной 5'-фазы размером в несколько нанометров, частицы которой располагаются между значительно более крупными (на порядок) частицами 5', образовавшимися во время искусственного старения [8]. Эти мелкие частицы вызывают упрочнение и охрупчивание сплава.

Холоднокатаные листы из сплава 1424Т1 сохранили после нагрева под обработку на твердый раствор нерекристаллизованную (полиго-низованную) структуру со всеми деформационными неоднородностями (плоскими объемами металла с локализованной деформацией), которые образовались в процессе горячей и холодной прокатки. Алюминиево-литиевые сплавы из-за наличия в них когерентных частиц фазы 5', легко перерезаемых дислокациями, склонны к локализации деформации. Во время горячей деформации в сплаве формируются переходные полосы, совпадающие с некоторыми продольны-

ми границами зерен, лежащими в плоскости прокатки, а при холодной прокатке - полосы сдвига (объемы с локализованной деформацией), направленные под углом к направлению прокатки. Переходные полосы и полосы сдвига влияют на механические свойства и характеристики трещи-ностойкости термически упрочненных листов, усиливают анизотропию свойств.

Результаты настоящих исследований свидетельствуют об усилении влияния деформационных неоднородностей (переходных полос, полос сдвига) на механические свойства и характеристики трещиностойкости после наложения длительных низкотемпературных нагревов. Особенно сильное влияние оказывает самый длительный из исследованных нагрев в течение 4000 ч. Об этом, в частности, свидетельствует вид диаграмм циклической трещиностойкости, представленных на рис. 4 для образцов из сплава 1424Т1 продольного направления. Нагревы при 85 °С длительностью до 1000, 2000, 3000 ч не меняют хода кривых. Увеличение продолжительности нагрева до 4000 ч заметно изменяет вид диаграммы циклической трещиностойкости (см. рис. 3). При малых значениях амплитуды коэффициента интенсивности напряжений (до AK = 17 МПа%/м ) выделившиеся при длительном нагреве мелкие частицы 5' тормозят продвижение усталостной трещины. Отметим, что при этом ввиду близости к надрезу поверхность разрушения перпендикулярна плоскости листа и не совпадает с направлением деформационных неоднородностей.

При дальнейшем росте AK значения СРТУ резко возрастают и становятся значительно (до 4-5 раз) больше СРТУ образцов, подвергнутых нагревам меньшей продолжительности. Ввиду смены напряженного состояния поверхность разрушения изменяет свое направление от прямого к наклонному и становится близкой к направлению охрупченных деформационных неоднородностей. На ней содержатся многочисленные фрагменты разрушения, совпадающие с их направлением. Вид излома стал менее контрастным, более хрупким, близким по направлению к переходным полосам и полосам сдвига.

Таким образом, при продолжительности нагрева 4000 ч при упрочненной хрупкой матрице деформационные неоднородности становятся основным местом разрушения.

Выводы

1. Оценена термическая стабильность листов из сплавов 1424Т1 и 2024Т351 путем изучения изменения механических свойств (ств, ст02, 5, Е) и характеристик трещиностойкости (Ку , Кс, ст?ртт° , Я-кривых и СРТУ) в продольном и поперечном направлениях при наложении нагревов длительностью 1000, 2000, 3000 и 4000 ч при температуре 85 °С.

2. Свойства листов из сплава 2024Т351 с полностью рекристаллизованной структурой практически не изменились после наложения на них низкотемпературных нагревов, и эти листы были оценены как термически стабильные.

3. Листы из сплава 1424Т1 с нерекристал-лизованной структурой, обладающие обратной анизотропией механических свойств, после длительных низкотемпературных нагревов заметно изменили свои свойства. Анизотропия свойств

усилилась, прочностные свойства повысились, относительное удлинение и характеристики трещиностойкости упали, особенно в продольном направлении. Листы из сплава 1424Т1 были оценены как термически нестабильные.

4. Причиной термической нестабильности листов из сплава 1424Т1 является прохождение распада пересыщенного твердого раствора лития в алюминии с выделением фазы 5' и, как следствие, охрупчивание сплава, характеризуемое повышением прочности и потерей пластичности. Деформационные дефекты в виде полос сдвига, свойственные структуре листов из сплава 1424Т1, усиливают свою роль в качестве мест предпочтительного разрушения при увеличении длительности низкотемпературного нагрева. Поэтому в продольном направлении свойства, зависящие от деформационных дефектов, изменяются сильнее, чем свойства в поперечном направлении.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Физическое металловедение. Том 2. Фазовые превращения в металлах и сплавах с особыми физическими свойствами / Под ред. Кан Р.У., Хаазе-на П. Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1987. - 624 с.

2. Мартин Дж., Доэрти Р. Стабильность микроструктуры металлических систем / Пер. с англ. - М.: Атомиздат, 1978. - 280 с.

3. Орозов А.И., Самарина М.В., Нарышкина Н.А. Искусственное старение полуфабрикатов из сплава типа 1460, обеспечивающее термическую стабильность при эксплуатации // Технология легких сплавов. 1999. № 3. С. 24-29.

4. Ананьев В.Н., Давыдов В.Г., Елагин В.И., Оро-зов А.И. Структурные аспекты нестабильности свойств сплавов алюминия с литием в условиях длительных низкотемпературных нагревов // Цветные металлы. 1997. № 7. С. 59-63.

5. Захаров В.В. Термическая стабильность А!-1_1-сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1999. № 1. С. 35-39.

6. Захаров В.В., Ростова Т.Д. О влиянии дисперсных частиц А13и и А!3Бс, перерезаемых дислокациями, на свойства алюминиевых сплавов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2001. № 4. С. 37-43.

7. Сетюков О.А., Ручьева Н.В., Каримова С.А. и

др. Влияние технологических и эксплуатационных нагревов на структуру, механические и коррозионные свойства профилей из сплава 1420 // Технология легких сплавов. 1994. № 3-4. С. 13-18.

8. Давыдов В.Г. О некоторых актуальных проблемах разработки алюминиевых сплавов и технологий для авиакосмического применения // Известия вузов. Цветная металлургия. 2001. № 4. С. 32-36.

REFERENCES

1. Fizicheskoye metallovedeniye. Tom 2. Fazovye prevrashcheniya v metallakh i splavakh s osobymi fizicheskimi svoystvami / Pod red. Kana R.U., Khaa-zena P. Per. s angl. - M.: Metallurgiya, 1987. - 624 s.

2. Martin Dzh., Doerti R. Stabilnost mikrostruktury me-tallicheskikh sistem / Per. s angl. - M.: Atomizdat, 1978. - 280 s.

3. Orozov A.I., Samarina M.V., Naryshkina N.A. Iskusstvennoye stareniye polufabrikatov iz splava tipa 1460, obespechivayushcheye termicheskuyu stabilnost pri ekspluatatsii // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 1999. № 3. S. 24-29.

4. Ananyev V.N., Davydov V.G., Yelagin V.I., Orozov A.I. Strukturnyye aspekty nestabilnosti svoystv splavov alyumi-niya s litiyem v usloviyakh dlitelnykh nizkotemperaturnykh nagrevov // Tsvetnye metally. 1997. № 7. S. 59-63.

5. Zakharov V.V. Termicheskaya stabilnost Al-Li-splavov // Metallovedeniye i termicheskaya obrabot-ka metallov. 1999. № 1. S. 35-39.

6. Zakharov V.V., Rostova T.D. O vliyanii dispersnykh chastits Al3Li i Al3Sc, pererezayemykh dislokatsiya-mi, na svoystva alyuminiyevykh splavov // Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2001. № 4. S. 37-43.

7. Setyukov O.A., Ruch'yeva N.V., Karimova S.A. i dr. Vliyaniye tekhnologicheskikh i ekspluatatsionnykh nagrevov na strukturu, mekhanicheskiye i korrozion-nyye svoystva profiley iz splava 1420 // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 1994. № 3-4. S. 13-18.

8. Davydov V.G. O nekotorykh aktualnykh problemakh razrabotki alyuminiyevykh splavov i tekhnologiy dlya aviakosmicheskogo primeneniya // Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2001. № 4. S. 32-36.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.