CC BY
26
4. Каблов E.H., Бондаренко Ю.А. Высокоградиентная направленная кристаллизация жаропрочных сплавов типа ВКНА /В сб.: «Юбилейный научно-технический семинар». М.: МАТИ-РГГУ. 2000. С. 71-81.
5. Бондаренко Ю.А., Каблов E.H., Демонис И.М. Высокоградиентная направленная кристаллизация лопаток ГТД с монокристаллической структурой //Газотурбинные технологии. 2007. №3(54). С. 26-30.
6. Бондаренко Ю.А., Каблов E.H. Особенности получения рабочих лопаток малогабаритных ГТД из сплава ВКЛС-20 //Авиационная промышленность. 1993. №2. С. 9-10.
УДК 620.193
В.В. Махсидов, Н.И. Колобнев, С.А. Каримова, C.B. Сбитнева
ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ И КОРРОЗИОННОЙ стойкости В СПЛАВЕ 1370 СИСТЕМЫ Al-Mg-Si-Cu-Zn*
Проанализированы возможные пути снижения склонности к МКК и в результате проведенных исследований, выполненных на листах и плитах из сплава 1370, установлены некоторые закономерности: склонность к межкристаллитной коррозии снижается при увеличении соотношения Mg к Si, при уменьшении ширины приграничной зоны, свободной от выделений, и плотности выделений на границах зерен в результате применения ступенчатых режимов старения.
Ключевые слова: система Al-Mg-Si-Cu, сплав 1370, структура, межкристаллитная коррозия, зоны, свободные от выделений, многоступенчатое старение.
Высокотехнологичные сплавы средней прочности системы Al-Mg-Si обладают хорошим сопротивлением общей коррозии и практически не чувствительны к коррозионному растрескиванию. Однако эти сплавы проявляют склонность к межкристаллитной коррозии (МКК) в искусственно состаренном состоянии. Для увеличения прочностных характеристик некоторые сплавы дополнительно легируют Cu в небольшом количестве. Сплавы системы Al-Mg-Si-Cu применяются для элементов обшивки фюзеляжа и внутреннего набора планера самолета. Для перспективных сплавов авиационного назначения 1370, 6013 и 6056 с содержанием меди до 1% (по массе) проблема снижения склонности к МКК стоит наиболее остро.
В сплавах системы Al-Mg-Si-Cu после искусственного старения в приграничной области, как правило, наблюдаются зоны, свободные от выделений (ЗСВ), выраженные в большей или меньшей степени. В работах [1, 2] приведен электрохимический механизм МКК для сплава системы Al-Mg-Si-Cu и показано, что катодом является тело зерна, а анодом - его приграничная зона. Из электрохимии также известно, что в зависимости от величины тока между микрогальваническими парами происходит растворение анода, т. е. растворение материала из области границы зерна. Данное обстоятельство приводит к развитию МКК. На ширину ЗСВ можно влиять режимами термической и термомеханической обработки.
Для сплавов системы Al-Mg-Si-Cu для снижения склонности полуфабрикатов к МКК применяют: дополнительное легирование сплава, оптимизацию его состава в пределах стандарта на химический состав, режимы перестаривания и низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО) [1-6].
* Авторы выражают благодарность C.B. Самохвалову, В.И. Попову, В.Н. Головиной, М.Г. Курс (ФГУП «ВИАМ») за помощь при подготовке данного материала.
В данной работе исследовалось влияние ширины зон, свободных от выделений, и соотношения на коррозионную стойкость (МКК и РСК) листов и плит из спла-
ва 1370 системы Л1-М§-81-Си-2и, а также режимов НТМО и старения на ширину ЗСВ.
Методика проведения исследования
Исследования проводили на промышленных плитах толщиной 20 мм и листах толщиной 1,2 мм из сплава 1370 с химическими составами, отличающимися по содержанию М§ и и содержащих ~1% (по массе) Си (табл. 1). Листы и плиты изготовляли в промышленных условиях ОАО «КУМЗ». Исследование ЗСВ проводили на плитах состава 1, влияние соотношения М§/Б1 - на плитах и листах составов 1-3.
Таблица 1
Соотношение Мц/81 в сплавах 1370 и 6056_
Условный номер состава Соотношение Mg/Si
1 0,89
2 1,22
3 1,59
Сплав 6056 [7] 0,93
НТМО плит осуществлялась по следующей технологической схеме. Горячекатаные плиты закаливали (после нагрева в воздушной электрической печи) при температурах 530 и 547°С с последующим охлаждением в холодной воде. После закалки проводили правку плит растяжением с остаточной степенью деформации 8=2%, а затем холодную деформацию по двум схемам с различным видом деформации: растяжением с 8=15% и прокаткой с 8=20%. Искусственное старение проводили по одно- и многоступенчатым режимам: 180°С, 10 ч (Т1); А и Б (табл. 2).
Холоднокатаные листы закаливали (после нагрева в ванне с селитрой) при температуре 530°С с последующим охлаждением в воде. После закалки проводили правку и старение по режиму 180°С, 8 ч (Т1).
Таблица 2
Режимы старения плит_
Режим старения Температура старения, °С, ступеней
1 2 3
Т1: 180°С, 10ч 180 - -
А: 180°С+Г2* (Г2<180°С) 180 Т2 -
Б: Г1*+180°С+Г3* (Г1<180°С, Г3<180°С) Тг 180 Т3
* 71, Т2, Т3 - температуры старения на первой, второй и третьей ступенях соответственно.
Механические свойства плит определяли на круглых образцах, вырезанных поперек направления прокатки (по ГОСТ 1497). Испытания на МКК проводились (по ГОСТ 9.021) в растворе 2, на расслаивающую коррозию (РСК; ГОСТ 9.904-82) - также в растворе 2. Микроструктуру плит исследовали на шлифах, вырезанных вдоль направления прокатки по толщине, после анодного оксидирования. Размер зерна определяли вдоль направления прокатки по длине (Д) и высоте (В). Электронно-микроскопические исследования проводили на образцах, вырезанных из плиты на расстоянии 1-3 мм от катаной поверхности.
Результаты влияния различных режимов НТМО плит на ширину ЗСВ и свойства приведены в табл. 3. Микроструктура приповерхностного слоя плит приведена на рис. 1. В закаленном с температуры 530°С и правленом состоянии, т. е. без НТМО, размер зерна (ДХВ) составляет (105-125)х(30-40) мкм. В случае применения НТМО с деформацией
растяжением с 8=15% размер зерна - (170-190)х(30-40) мкм, в случае деформации прокаткой с 8=20% - (120-140)х(15-25) мкм. При закалке плиты с температуры 547°С и с последующим растяжением с 8=15% размер зерна составляет (150-170)х(30-40) мкм, в случае деформации прокаткой с 8=20% - (140-160)х(20-30) мкм. Повышенные прочностные свойства плит с НТМО связаны с увеличением плотности и уменьшением размера упрочняющих выделений Р'- и Q1'-фaз в теле и по границам зерна [8]. С повышением температуры нагрева под закалку с 530 до 547°С прочностные свойства также увеличиваются, что связано с увеличением степени пересыщения твердого раствора.
_а)__б)_
200 мкм 200 мкм
Рис. 1. Микроструктура плит из сплава 1370 с НТМО:
а - закалка с 530°С+растяжение с 8=15%; б - закалка с 530°С+прокатка с 8=20%; в - закалка с 547°С+растяжение с 8=15%; г - закалка с 547°С+прокатка с 8=20%
Таблица 3
Влияние вида деформации ме^цу закалкой и старением на механические и коррозионные свойства плит из сплава 1370_
Свойства Значения свойств при температуре закалки, °С
без НТМО 530 547
(исходное состояние) растяжение прокатка растяжение прокатка
(£=15%) (е=20%) (£=15%) (£=20%)
ов, МПа 410 430 445 445 450
с0 2, МПа 385 400 425 420 430
5, % 12,5 11 12 10,5 8
Глубина МКК*, мм 0,20/0,14 0,13/0,07 0,08/0,04 0,08/0,04 0,05/0,04
РСК*, балл 3/3 3/4 3/3 3/4 3/4
Ширина ЗСВ, нм - 100 60 45 30
* Катаная/фрезерованная на % толщины поверхность плиты.
При исследовании влияния НТМО на склонность плит к МКК было выявлено, что глубина поражений МКК уменьшается вместе с шириной ЗСВ. На катаной поверхности наибольшей глубиной поражений МКК (0,13 мм) обладают плиты с шириной ЗСВ 100 нм, наименьшей (0,05 мм) - с шириной ЗСВ 30 нм (рис. 2 и 3). Влияние ширины ЗСВ на расслаивающую коррозию плит при исследованных режимах НТМО не выявлено.
Для оценки влияния режима старения на глубину поражений МКК, расслаивающую коррозию и ширину ЗСВ использовали образцы, изготовленные из плиты, закаленной с температуры 547°С и деформированной растяжением с 8=15%. В случае применения многоступенчатого режима старения глубина поражений МКК уменьшается по сравнению с одноступенчатым (табл. 4). Ширина ЗСВ при применении многоступенчатого режима старения также уменьшается по сравнению с одноступенчатым.
20
40
80
100
60
Ширина ЗСВ, нм
Рис. 2. Влияние ширины ЗСВ на глубину поражений МКК катаной поверхности плиты с НТМО из сплава 1370
Рис . 3. Темнопольное изображение границы зерна в плите из сплава 1370 с выделениями Р'+0/-фаз в образце с шириной ЗСВ: 30 (а) и 100 нм (б)
Таблица 4
Механические и коррозионные свойства, ширина ЗСВ в плите из сплава 1370 с НТМО _(деформация растяжением с £=15%), состаренной по различным режимам_
Режим старения (см. табл. 2) Ов 00,2 5, % Глубина МКК*, мм РСК*, балл Ширина ЗСВ, нм
М] Па
Одноступенчатый Т1 (180°С, 10 ч) Двухступенчатый А Трехступенчатый Б 445 440 440 420 420 420 10,5 11,0 8,0 0,08/0,04 0,07/0,04 0,05/Нет 3/4 3/4 3/4 45 40 35
* Катаная/фрезерованная на '/2 толщины поверхность плиты.
В результате многоступенчатого искусственного старения по сравнению с одноступенчатым увеличивается плотность и дисперсность упрочняющих выделений Р'- и 01'-фаз в теле зерна (рис. 4). НТМО плит из сплава 1370, включающая многоступенча-
тый режим старения (Б), обеспечивает глубину МКК не более 0,10 мм при сохранении высоких прочностных характеристик (ов=440 МПа, о0,2=420 МПа, 5=8,0% при глубине МКК: 0,05 мм) [9]. При исследованных режимах старения ширина ЗСВ практически не влияет на склонность к расслаивающей коррозии плит.
Рис. 4. Участки границ зерен в плитах из сплава 1370 с НТМО, состаренных по режимам (см. табл. 2) Т1 (а), А (б) и Б (в)
0,18
« «
«
s
к <ц
св ft О G св К S
ю £
0,14
0,1
0,06
С целью проверки влияния соотношения на глубину поражений МКК были исследованы листы и плиты из сплава 1370 с химическим составом 1-3 (см. табл. 1), тер-мообработанные по режиму Т1. Наблюдается закономерность уменьшения глубины поражений МКК как в листах, так и в плитах до уровня 0,07 мм с увеличением соотношения М§/Б1 в интервале 0,89-1,59 (рис. 5). Для сравнения на графике указана глубина МКК для листов зарубежного сплава 6056 в состоянии Т6 [4].
Показано, что глубина поражений МКК в катаных полуфабрикатах из сплава 1370 уменьшается вместе с шириной ЗСВ. На ширину ЗСВ оказывает влияние как НТМО, так и многоступенчатые режимы старения. С увеличением соотношения М§/Б1 в интервале 0,89-1,59 в катаных полуфабрикатах из сплава 1370 выявлено уменьшение глубины поражений МКК в два раза.
Многоступенчатое старение уменьшает склонность к МКК и обеспечивает высокие прочностные свойства.
0,5
1
1,5
Соотношение Mg/Si
Рис. 5. Влияние соотношения Mg/Si в сплаве 1370 на глубину поражений МКК листов (•) и плит (о) в состоянии Т1 (■ -листы из сплава 6056-Т6)
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. 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. конф. «Современные проблемы металловедения сплавов цветных металлов». М.: МИСиС. 2009. 462 с.
4. 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 USA). Trans Tech Publications Ltd. 2000. V. 1. P. 1613-1618.
5. Структура и механические свойства металлов и сплавов. Свердловск: Наука. 1975. С. 77-89.
6. Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. Т. 1. М.: Металлургия. 1968. С.329-343.
7. Guillaumin V., Mankowski G. Corrosion bahaviour of 2024 T351 and 6056 T6 aluminium alloys in chloride solution /Proceedings of 6-th International Conference on Aluminium Alloys (Japan). The Japan Institute of Light Metals. 1998. V. 3. P. 1663-1668.
8. Alekseev A., Ermolova M., Kolobnev N. Diffusive paths in 6013 (AD37) alloys under a single and double ageing /Proceedings of 8-th International Conference on Aluminium Alloys (UK). Trans Tech Publications Ltd. 2002. V. 2. P. 1181-1186.
9. Kolobnev N.I., Makhsidov V.V., Samokhvalov S.V., Sbitneva S.V., Popov V.I., Kurs M.G. An Effect of Deformation After Quenching and Heat Treatment on Mechanical and Corrosion Properties of Al-Mg-Si-Cu-Zn Alloy /Proceedings of 12-th International Conference on Aluminium Alloys (Japan). The Japan Institute of Light Metals. 2010. P.1113-1116.
УДК 621.775.8
Б.В. Щетанов, Ю.А. Балинова, Г.Ю. Люлюкина, Е.П. Соловьева
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА НЕПРЕРЫВНЫХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВОЛОКОН a-Al2O3
Рассмотрены структура и свойства волокон с содержанием оксида алюминия >99,5% (по массе), получаемых по золь-гель технологии из неорганических прекурсоров. Исследованы структура и фазовый состав непрерывных волокон, показано их влияние на прочность. Приведены свойства непрерывных волокон, основной фазой которых является а-Л120з.
Ключевые слова: структура, непрерывные поликристаллические волокна, прекурсоры, Л1203, прочность.
Одной из задач современного авиационного материаловедения является разработка композиционных материалов с широким диапазоном свойств. Применение поликристаллических волокон а-Л1203 в качестве армирующего наполнителя открывает перспективы создания легких керамических материалов для производства прочных, износостойких и стойких к коррозии, окислению и термическому удару керамических композиционных материалов для изделий авиационной и космической техники. Применение волокон а-Л1203 для армирования металлических матриц в перспективе позволит
