автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств холоднокатаных листов из высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469

На правах рукописи Экз. №

КЛОЧКОВА ЮЛИЯ ЮРЬЕВНА

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ХОЛОДНОКАТАНЫХ ЛИСТОВ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВОГО СПЛАВА В-1469

Специальность: 05.16.01 «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 ДСК 2014

005556322

Москва-2014

005556322

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Государственный научный центр Российской Федерации (ФГУП «ВИАМ»),

Научный руководитель: Антипов Владислав Валерьевич

кандидат технических наук, заместитель генерального директора ФГУП «ВИАМ»

Официальные оппоненты: Гречников Федор Васильевич

член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой обработки металлов давлением ФГАОУ ВПО «Самарский государственный

аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева»

Усенко Лев Борисович

кандидат технических наук, главный металлург ОАО «Ил»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский

государственный индустриальный университет»

Защита состоится «24» декабря 2014 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 403.001.01 при ФГУП «ВИАМ» по адресу: 105005, г.Москва, ул. Радио, д. 17. Тел.: (499) 261-86-77, факс: (499) 267-86-09, e-mail: admin(a>viam.ru. internet: www.viam.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГУП «ВИАМ».

Просим Вас и сотрудников Вашего учреждения принять участие в заседании диссертационного совета или прислать свой отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « ^^у> MPS 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Шишимиров М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение весовой эффективности перспективных изделий авиационно-космической техники возможно за счет применения алюминиевых деформируемых сплавов пониженной плотности, легированных литием. Особый научно-практический интерес представляют сплавы системы Al-Cu-Li, которые обладают наилучшим среди алюминий-литиевых сплавов сочетанием удельной прочности и пластичности и находят широкое применение в России и за рубежом. Одним из перспективных конструкционных материалов для авиационно-космической промышленности является высокопрочный высокомодульный сплав В-1469 пониженной плотности системы Al-Cu-Li-Mg разработки ФГУП «ВИАМ». Это первый в России алюминий-литиевый сплав, легированный серебром, по удельной прочности превосходит существующие алюминиевые деформируемые сплавы и обладает, при этом, высокими характеристиками коррозионной стойкости, трещиностойкости и усталостной долговечности. Ввиду повышенной технологической пластичности возможно изготовление из него различных видов полуфабрикатов: листов (толщиной до 0,5 мм), плит (толщиной 20-80 мм), раскатных колец, прессованных профилей различного сечения и др. Возможно применение сплава в виде листов для обшивки фюзеляжа, сварных обечаек и т.д.

Сплав В-1469Т1 по сравнению со сплавом-аналогом по применению В95оч,пчТ2 обладает повышенной удельной прочностью более чем на 20 %, модулем упругости на 10 %, сопротивлением коррозионному растрескиванию на 10 %, сваривается всеми основными видами сварки. Имеет зарубежные аналоги: сплав 2195, который широко используется для сварных конструкций ракетно-космической техники, а также 2098 и 2198, примененные в конструкциях самолетов компании Airbus.

В настоящее время существует проблема изготовления тонких листов из алюминий-литиевых сплавов холодной рулонной прокаткой, ввиду их пониженной технологической пластичности. Листы изготавливают карточным методом, что увеличивает трудоемкость, снижает производительность и выход годного. Исключением является среднепрочный сплав 1441 системы Al-Cu-Mg-Li, который подвергается холодной рулонной прокатке до толщины 0,3 мм.

Сплав В-1469 относится к сложнолегированным термически упрочняемым сплавам, характеризуется различными фазовыми и структурными превращениями в процессе изготовления и термической обработки, которые оказывают сильное влияние на комплекс характеристик. Их понимание представляет научное и практическое значение.

Разработка промышленной технологии холодной рулонной прокатки не-плакированных листов из сплава В-1469 для конкурентоспособных на отечественном и зарубежном рынках изделий авиационно-космической техники с целью повышения их весовой эффективности и ресурса является актуальной задачей. Одновременно с этим снижение массы изделий позволит повысить грузоподъемность, сэкономить горючее летательных аппаратов.

К началу диссертационного исследования в опытных условиях ФГУП «ВИАМ» разработаны технологии изготовления прессованных полос сечением 11x60 мм и горячекатаных листов толщиной 4,0 мм.

Цель работы: изучение формирования структуры и свойств холоднокатаных листов из высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469 в зависимости от параметров изготовления и разработка промышленной технологии рулонной прокатки листов для изделий авиационно-космической техники.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. Определить температурные интервалы фазовых превращений при нагреве слитков и разработать режим гомогенизационного отжига.

2. Построить диаграмму технологической пластичности и разработать промышленную технологию холодной рулонной прокатки листов.

3. Изучить влияние режимов термической обработки и правки растяжением после закалки на структуру и комплекс характеристик листов.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что основной вклад в упрочнение сплава В-1469, легированного серебром, вносят дисперсные частицы фазы Т,(0'), имеющей сложное строение, с характерным размером пластин: длина 100-200 нм, толщина 10-30 нм.

2. В результате изучения кинетики искусственного старения при температурах 140-170 °С и длительных выдержках выявлена высокая термическая стабильность основной упрочняющей фазы Т](0'), с увеличением времени выдержки (до 64 ч) разупрочнение материала не происходит.

3. Установлено, что применение правки растяжением после закалки приводит к повышению плотности выделений упрочняющей фазы Т](0') (~ на 70 %) в результате гетерогенного зарождения на дислокациях и малоугловых границах зерен.

4. Установлено, что в листах с повышенной трещиностойкостью из сплава В-1469 уточненного химического состава, состаренных по разработанному режиму, формируется многокомпонентная текстура и структура с повышенной долей сильно разориентированных границ, препятствующих распространению усталостных трещин.

5. Построена диаграмма технологической пластичности сплава при повышенных температурах, определен температурный интервал горячей деформации (370-460 °С), при котором допускаются разовые степени деформации 50-60 %.

Практическая значимость работы:

1. Определены температурные интервалы фазовых превращений при нагреве, исследованы структура и механические свойства слитков и разработан двухступенчатый режим гомогенизационного отжига 400-450 °С, 10 ч + 500510 °С, 20 ч, который обеспечивает более дисперсное выделение интерметал-лидных фаз и равномерное распределение их по объему, что повышает пла-

стичность слитков при повышенных температурах.

2. Разработана и внедрена на ОАО «КУМЗ» технология холодной рулонной прокатки листов из сплава В-1469 толщиной 1,0-3,0 мм с высокой прочностью, коррозионной стойкостью и усталостной долговечностью (о в > 580 МП а, сг0,2^ 540 МПа, 5 > 8 %, сткр = 400 МПа, МЦУ при атах=157 МПа Чр = 300 кцикл).

3. Уточнен химический состав сплава и разработан режим искусственного старения при температуре 150 °С в течение 25 ч, обеспечивающий повышенную трещиностойкость листов (К/ > 85 и 120 МПал'м при ширине образцов 200 и 750 мм, соответственно, СРТУ(<11/сГЫ) = 2,3 мм/кцикл при АК = 31 МПа^м) в сочетании с высоким уровнем прочности (ств > 550 МПа).

4. Разработана и освоена технология изготовления в отожженном состоянии гнутых профилей методом стесненного изгиба с повышенной устойчивостью при сжатии, а также технология сварки листов всеми основными способами (ААрДЭС, СТП, ЛС, ЭЛС).

5. По результатам проведенных исследований разработана и выпущена следующая нормативная документация:

- технологическая рекомендация ТР 1.2.2204-2011 «Изготовление листов из сплава В-1469»;

- технологическая рекомендация ТР 1.2.2040-2010 «Изготовление клепаных соединений из сплавов В-1469 и 1424 и сварных соединений из сплава В-1469»;

- технологическая рекомендация ТР 1.2.2227-2012 «Изготовление гнутых профилей методом стесненного изгиба из сплава В-1469»;

- изменение № 1 к производственной инструкции ПИ 1.2.343-87 «Листовая штамповка деталей из алюминиевых сплавов».

Положения, выносимые на защиту:

1. Разработка режима гомогенизационного отжига, обеспечивающего однородную структуру слитков из сплава В-1469 и высокую пластичность при температурах горячей деформации.

2. Разработка промышленной технологии холодной рулонной прокатки листов с высокой прочностью, коррозионной стойкостью и усталостной долговечностью.

3. Особенности формирования структуры и свойств листов в зависимости от режимов термической обработки и правки растяжением после закалки.

Личный вклад автора состоит в изучении особенностей формирования структуры и свойств в зависимости от технологических режимов изготовления листов из сплава В-1469; получении и обобщении данных о фазовом составе, характеристиках прочности, коррозионной стойкости, усталостной долговечности и трещиностойкости; исследовании свариваемости, коэффициентов штампу-емости.

Апробация работы. По материалам диссертации сделано 9 докладов на всероссийских и международных научно-практических конференциях:

- научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 120-летию со дня рождения И.И. Сидорина, г. Москва, ВИАМ, 2008 г.;

- 3-ей международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», г. Москва, ИМЕТ, 2009 г.;

- международной научно-технической конференции «Современные проблемы металловедения сплавов», посвященной 100-летию кафедры металловедения цветных сплавов МИСиС, г. Москва, 2009 г.;

- международной конференции "The 12th International Conference of Aluminium Alloys", Yokohama, Japan, 2010 г.;

- международной конференции «Современные технологии и оборудование: новые возможности в производстве изделий из алюминиевых сплавов. Искусство продвигать и продавать продукцию» г. Каменск-Уральский, КУМЗ,

2011 г.;

- международной конференции Euromat, Lausanne, Switzerland,

2012 г.;

- международной конференции, посвященной 100-летию академика РАН Фридляндера И.Н. «Развитие фундаментальных основ материаловедения легких сплавов и композиционных материалов на их основе для создания изделий аэрокосмической и атомной техники», г. Москва, ВИАМ, 2013 г.

Публикации. Результаты работы отражены в 12 публикациях, из них 7 в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемых сокращений и обозначений, литературных источников из 104 наименований, 148 страниц машинописного текста, 79 рисунков и 33 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность выбранной темы, сформулирована цель работы, ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проведен обзор отечественной и зарубежной литературы по алюминий-литиевым сплавам, применяемым в изделиях авиационно-космической техники. Показано, что сплавы системы Al-Cu-Li наиболее перспективны и находят широкое применение в России и за рубежом, обладают наилучшим среди алюминий-литиевых сплавов сочетанием удельной прочности и пластичности, а при дополнительном легировании серебром можно получить более высокий уровень прочности, коррозионной стойкости, свариваемости. Приведены сравнительные данные по химическому составу отечественных и зарубежных сплавов этой системы. Обоснована необходимость разработки технологии холодной рулонной прокатки листов из перспективных алюминий-литиевых сплавов. Наблюдается общемировая тенденция по разработке режи-

мов искусственного старения, обеспечивающих повышение сопротивления разрушению листов, с целью их применения для элементов обшивки фюзеляжа. Отмечается актуальность исследований по фазовым равновесиям и структурным превращениям в этих сплавах. По результатам проанализированной литературы сформулированы задачи работы.

Во второй главе описано оборудование, материалы и методики, используемые при проведении исследований. Все испытания проведены с использованием современного сертифицированного оборудования в соответствии с действующими стандартами и методиками РФ. Режимы термической обработки полуфабрикатов приведены по тексту диссертации.

Объектом исследований служили: промышленные плоские слитки сечением 300x1100 мм, длиной 2600 мм из сплава В-1469, изготовленные в условиях ОАО «КУМЗ»; листы толщиной 1,0-3,0 мм (ОАО«КУМЗ»); гнутые профили, изготовленные из лент методом стесненного изгиба (ОАО «Ульяновский НИАТ»); сварные соединения листов размером 150x600 мм (ОАО «РСК «МиГ»).

Микроструктуру исследовали методами оптической микроскопии при помощи микроскопа Neophot30, оснащенного цифровой камерой фирмы «Olympus», просвечивающей электронной микроскопии на приборе JEM 2100 и JEM 200 СХ с приставкой для усиления электронного изображения Erlangshen ES500W «Gatan» и EBSD (дифракции обратно рассеянных электронов) на микроскопе JSM 6610 LV с приставкой EBSD. Рентгенофазовый анализ проводили по результатам съемки на рентгеновском дифрактометре Ultima IV (излучение СиКд) с полупроводниковым высокоскоростным детектором D/teX. Текстуру изучали по результатам съемки на рентгеновском дифрактометре ДРОН-7 с гониометрической приставкой для анализа текстур и макронапряжений (ПГТМ) в СиКц-излучении с построением полюсных фигур. Функцию распределения ориентировок рассчитывали с помощью программного комплекса Теххог 2012, использующего метод суперпозиции большого числа ориентировок.

Фрактографический анализ проводили на растровом электронном микроскопе JSM-840. Ликвацию компонентов исследовали методом спектрального анализа на приборе Spectrolab-M. Построение кривых ДСК проводили на дифференциальном сканирующем калориметре DSC 404 Fl. Диаграмма технологической пластичности построена по результатам испытания образцов из темпле-тов слитков при осадке при повышенных температурах 330-470 °С со степенями деформации от 35 до 72 %.

Третья глава посвящена разработке режима гомогенизационного отжига плоских слитков из сплава В-1469. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) определены температурные интервалы фазовых превращений в сплавах различного химического состава, на основании которых выбраны режимы одноступенчатого и двухступенчатого гомогенизационного отжига, проведено исследование их влияния на структуру и механические свойства слитков при повышенных температурах (рис. 1).

ДСК/( ■0 04

Т экзо 5Т0 'С

3.3 Си 503-С \ so«-с \ V / V 556 -С 570-С \

3.6 Си 503 *С Д 504 4: \ 509'С 1 1 513 *С 556 'С 570 •С \

4.2 Си ¡03 *с S 505-С 1 508 *С V 516 *С 556-С

440 460 480 500 520 540 560 580 600

Температура / С

Рис. 1. Кривые ДСК при нагреве слитков из сплава В-1469 в литом состоянии со скоростью 10 К/мин

Установлено, что двухступенчатый режим гомогенизационного отжига 400-450 °С, 10 ч + 500-510 °С, 20 ч, температура первой ступени которого ниже температуры неравновесного солидуса, а второй — приближена к ней, по сравнению с одноступенчатым режимом, устраняет дендритную ликвацию, обеспечивает растворение неравновесных эвтектик, более дисперсное выделение ин-терметаллидных фаз при охлаждении и равномерное распределение их по объему, что повышает характеристики пластичности слитков при повышенных температурах (8 до 67 %, у до 99 %) (рис. 2). sW "I^OTA. • ц*

'¡Цч'-^/^^лу . у.s

, л

i' i

h & ЖЩ >:' Ф ■

"Г^Ы j

-V

Рис. 2. Микроструктура слитков из сплава В-1469 в литом состоянии (а) и гомогенизированном по одноступенчатому 500 °С, 20 ч (б) и двухступенчатому режиму (в)

В четвертой главе построена диаграмма технологической пластичности сплава В-1469 при повышенных температурах, определен температурный интервал горячей деформации 370-460 °С, при котором допускаются разовые степени деформации 50-60 % (рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма технологической пластичности сплава В-1469

С использованием диаграммы разработана промышленная технология рулонной прокатки листов, реализуемая по схеме:

горячая прокатка при температуре 380-420 °С до толщины ~ 7,0 мм —» холодная прокатка до ~ 3,0 мм —> промежуточный отжиг при 380-420 °С, 1 ч, охлаждение с печью до 260 °С, далее на воздухе —* холодная прокатка до ~ 1,0 мм.

Изучены особенности формирования структуры и механических свойств листов в зависимости от режимов закалки (510-540 °С, 30-60 мин). В листах, закаленных после выдержки при температурах 510, 520 и 530 °С наблюдается преимущественно нерекристаллизованная структура, нагрев выше 530 °С недопустим, т.к. приводит к появлению признаков пережога. Нагрев при температуре 530 °С и выдержке 30 мин обеспечивает максимальный уровень прочности при сохранении высокой пластичности (св > 580 МПа, сг0>2 > 540 МПа, 5 > 8 %).

Исследование зеренной структуры листов методом EBSD позволило выявить «двухуровневый» характер микроструктуры. Она образована протяженными, взаимопроникающими в высотном направлении областями, вытянутыми в направлении прокатки, размером до нескольких миллиметров. Эти области фрагментированы на достаточно мелкие зерна (5-20 мкм), также слегка вытянутые в направлении прокатки (рис. 4).

потолщине листа

Рис. 4. Микроструктура листов из сплава В-1469Т1

Выявлены закономерности изменения структуры и свойств в зависимости от правки растяжением листов после закалки. Установлено, что правка растяжением со степенью остаточной деформации до 3 % приводит к повышению Ств до 60 МПа, а0,2 - 90 МПа за счет повышения плотности выделений упрочняющей фазы Т)(0') (~ на 70 %) в результате гетерогенного зарождения на дислокациях и малоугловых границах зерен (рис. 5, 6). Эта фаза была идентифицирована как фаза с гексагональной кристаллической решеткой, выделяющаяся в виде пластин-гексагонов, и обозначающаяся в литературе и банке данных как фаза Т,. Но существует теория, что упрочняющей фазой в сплаве является фаза О.', изоморфная фазе Ть с близкими периодами решетки, имеющая более сложное строение. До установления деталей строения и состава фазы О' при дальнейшем исследовании обозначим основную упрочняющую фазу как Т^О*').

Рис. 5. Влияние правки растяжением на механические свойства листов из сплава В-1469Т1 сг0>2-И, 5 - ■

а б

Рис. 6. Темнопольное изображение Т^О^-фазы: а - лист без правки, б - с правкой

Как следует из представленных кинетических кривых, максимум свойств достигается после выдержки при 160 и 170 °С в течение 24 ч, с увеличением которой разупрочнение материала не происходит, что объясняется высокой термической стабильностью упрочняющей фазы Т^СУ) (рис. 7).

а б

Рис. 7. Кинетические кривые искусственного старения листов из сплава В-1469Т1 при температурах 160 °С (а) и 170 °С (б)

сг0,2-И, § - ■

После коротких выдержек закаленных и естественно состаренных листов в течение 1-2 ч при 160-170 °С обнаружено явление возврата — снижение предела текучести (~ на 20 МПа) и повышение относительного удлинения (~ на 5 %), при котором происходит частичное растворение упрочняющих фаз. Такой нагрев может быть использован для улучшения технологической пластичности материала при изготовлении деталей холодной деформацией.

В результате проведенных исследований разработан режим термомеханической обработки, обеспечивающий максимальную прочность листов: закалка после выдержки при температуре 530 °С в течение 30 мин + правка растяжением со степенью остаточной деформации 1-3 % + искусственное старение при 160 °С, 24 ч.

Перспективно применение сплава В-1469 в элементах конструкции, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, при которых характеристики надежности материала определяются условиями зарождения и распространения трещин. Для установления возможности получения более высоких характеристик трещиностойкости листов был уточнен химический состав сплава (в рамках марочного) и исследовано влияние одноступенчатых и двухступенчатых режимов старения на структуру и механические свойства (рис. 8).

Рис. 8. Механические свойства листов из сплава В-1469Т1 в зависимости от режимов искусственного старения

ств , сг0>2-И, 5 - И, К/ -11

Сравнительный анализ фазового состава показал, что в листах, состаренных по режиму 150 °С, 25 ч, наблюдается наибольшая плотность выделений упрочняющей Т,(Г2')-фазы.

а б в

Рис. 9. Темнопольное изображение Т^ГУ^фазы в листах из сплава В-1469Т1, состаренных по режимам: а - 160 °С, 10 ч, б - 150 °С, 25 ч, в - ступенчатый

Искусственное старение при температуре 150 °С в течение 25 ч обеспечивает повышенную трещиностойкость листов (Ксу > 85 и 120 МПа^м при ширине образцов 200 и 750 мм, соответственно, CPTY(dl/dN) = 2,3 мм/кцикл при ДК = 31 МПал/м) в сочетании с высоким уровнем прочности (ств > 550 МПа).

Сравнительный анализ текстуры листов, обладающих повышенной прочностью (А) и вязкостью разрушения (В) показал, что текстура листов В заметно отличается от листов А и носит отчетливо выраженный многокомпонентный характер (рис. 10). За счет этого в листах В формируется структура с повышенной долей сильно разориентированных границ зерен (рис. 11).

У ,, > = (0'

№

&

V о ; сь К :i..c> 4>g=COnst

А В

Рис. 10. Функции распределения ориентировок срединной части листов А и В

?

1Л

Jul

20 30 40 50 Угол разориентировки границ

20 30 40 50

Угол разориентировки границ

А В

Рис. 11. Диаграмма распределения межзеренных границ по углу разориентировки в листах из сплава В-1469Т1

Упрочняющая фаза Т^П') имеет сложное строение с характерным размером пластин: длина 100-200 нм, толщина 10-30 нм. В листах В она характеризуется наличием произвольных ориентировок (рис. 12).

ущ

В

Рис. 12. Светлопольные изображения выделений фазы T^Q') в листах А и В

В пятой главе приведены результаты промышленного опробования листов из сплава В-1469. Разработана технология изготовления в отожженном состоянии гнутых профилей методом стесненного изгиба с повышенной устойчивостью при сжатии. Разработана технология автоматической аргонодуговой с вращающимся электродом (ААрДЭС), электронно-лучевой (ЭЛС), лазерной (ЛС) и сварки трением с перемешиванием (СТП). Проведены испытания при повышенных и криогенных температурах, результаты которых позволяют рекомендовать сплав в конструкциях перспективных изделий авиационно-космической техники, работающих длительно в интервале температур от (-70) до +150 °С и кратковременно до (-150) и +175 °С. Применение сплава В-1469 позволит снизить массу деталей и узлов на 10 % в клёпаном и на 20 % в сварном варианте, увеличить ресурс работы изделий.

Исследована технологическая пластичность листов при холодной штамповке. Для изготовления деталей сложной формы установлено отожженное состояние материала, при котором коэффициенты штампуемости Rmin = (0,8-1,2)-S (S - толщина листа), Кот6 < 1,30, Квыд < 0,33, КВЬ1Т <1,85. Для деталей про-

стой формы допустимо изготовление из свежезакаленного состояния в первые три часа после закалки. Критическая степень деформации составляет ~ 20 %.

На ОАО «КУМЗ» освоено промышленное производство листов толщиной 1,0-3,0 мм из сплава В-1469 по разработанной технологии. Проведены комплексные испытания, разработана нормативная документация на изготовление и поставку.

Листы из сплава В-1469Т1 могут служить альтернативой аналогичным полуфабрикатам из базового, широко распространенного сплава В95оч,пчТ2, превосходя их по удельной прочности более чем на 20 %, модулю упругости на 10 %, сопротивлению коррозионному растрескиванию на 10 % (таблица 1). В отличие от сплава В95 сплав В-1469 является свариваемым.

Таблица 1

Свойства листов из сплава В-1469Т1 в сравнении со сплавом В95оч,пчТ2

Наименование характеристик В-1469Т1

(повышенная прочность) (повышенная тре-щиностойкость) В95оч,пчТ2

(1, кг/м3 2670 2850

Е, ГПа 78 71

СТв/(1, км >21,7 >20,1 > 17,5

ав, МПа >580 >550 >500

Сто,2, МПа >540 >510 >420

5,% >8 > 10,5 >8

МЦУ

N ,кцикл ср (Х= 40 Гц, К =2,6, 300 320 155

а = 157 МПа) тач '

СРТУ (с11/сШ),

мм/кцикл 4,0 2,3 3,0

при ДК = 31 МПал'м

К/, МПал'м

В = 100 мм 55 75 59

200 мм 65 85 81

750 мм* - 120 109 (В=500 мм)

ст.оо150, МПа 390 370 215

со^юо150, МПа 290 260 185

РСК, балл 3 3 <5

Сткр, МПа (П) 400 400 350

* испытания ФГУП «ЦАГИ»

Благодаря сочетанию высоких прочностных и эксплуатационных свойств листы из сплава В-1469 заложены в конструкцию среднемагистрального пассажирского самолета Як-242 (МС-21) ОАО «Корпорация «Иркут» для дублеров стопперов усталостных трещин. ОАО «РКК «Энергия» планирует применение листов из сплава В-1469 в несварных конструкциях перспективных изделий космической техники.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Определены температурные интервалы фазовых превращений, исследованы структура и механические свойства слитков из сплава В-1469 и разработан двухступенчатый режим гомогенизационного отжига 400-450 °С, 10 ч + 500-510, °С 20 ч, обеспечивающий более дисперсное выделение интерметал-лидных фаз и равномерное распределение их по объему, что повышает пластичность слитков при повышенных температурах.

2. Построена диаграмма технологической пластичности слитков при повышенных температурах, определен температурный интервал горячей деформации, разработана и внедрена на ОАО «КУМЗ» технология холодной рулонной прокатки листов толщиной 1,0-3,0 мм с высокой прочностью, коррозионной стойкостью и усталостной долговечностью (ав > 580 МПа, ав > 540 МПа, 5 > 8 %, акр = 400 МПа, МЦУ при ümax=157 МПа Ncp = 300 кцикл).

3. Изучено формирование структуры и свойств в зависимости от режимов термической обработки и правки растяжением, разработан режим, обеспечивающий максимальную прочность листов: закалка после выдержки при температуре 530 °С в течение 30 мин + правка растяжением со степенью остаточной деформации 1-3 % + искусственное старение при 160 °С в течение 24 ч.

4. Установлено, что основной вклад в упрочнение сплава В-1469, легированного серебром, вносят дисперсные частицы фазы Ti(Q'), имеющей сложное строение, с характерным размером пластин: длина 100-200 нм, толщина 10-30 нм. Применение правки растяжением после закалки приводит к повышению плотности выделений фазы Ti(£T) (~ на 70 %) в результате гетерогенного зарождения на дислокациях и малоугловых границах зерен.

5. В результате изучения кинетики искусственного старения при температурах 140-170 °С и длительных выдержках выявлена высокая термическая стабильность основной упрочняющей фазы Ti(fi'), с увеличением времени выдержки (до 64 ч) разупрочнение материала не происходит.

6. Уточнен химический состав сплав (в рамках марочного) и разработан режим искусственного старения при температуре 150 °С в течение 25 ч, обеспечивающий повышенную трещиностойкость листов (К/ > 85 и 120 МПаУм при ширине образцов 200 и 750 мм, соответственно, CPTy(dl/dN) = 2,3 мм/кцикл при ДК = 31 МПал'м) в сочетании с высоким уровнем прочности (ств > 550 МПа) листов, в которых формируется многокомпонентная текстура с повышенной долей сильно разориентированных границ, препятствующих распространению усталостных трещин.

7. Установлено, что детали сложной формы следует изготавливать из отожженного состояния материала, при котором коэффициенты штампуемости Rmin = (0,8-l,2)-S, Котб < 1,30, Квыд < 0,33, Квыт <1,85. Для деталей простой формы допустимо изготовление из свежезакаленного состояния в первые три часа после закалки. Критическая степень деформации составляет — 20 %.

8. Разработана технология изготовления в отожженном состоянии гнутых профилей методом стесненного изгиба с повышенной устойчивостью при сжатии, а также технология сварки листов всеми основными способами (ААрДЭС, СТП, ЛС, ЭЛС).

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

1. Шамрай В.Ф., Грушко O.E., Тимофеев В.Н., Лазарев Э.М., Клочкова Ю.Ю., Гордеев A.C. Структурные состояния материала прессовок и листов сплава системы Al-Cu-Li, легированного серебром // Металлы. 2009. № 3. С. 53-59.

2. Лукина Е.А., Алексеев A.A., Антипов В.В., Зайцев Д.В., Клочкова Ю.Ю. Применение диаграмм фазовых превращений при старении для оптимизации режимов старения в Al-Li сплавах В-1469, 1441 // Металлы. 2009. № 6. С. 60-67.

3. Истомин-Кастровский В.В., Шамрай В.Ф., Грушко O.E., Клочкова Ю.Ю., Рязанцева М.А. Влияние добавок серебра, магния, циркония на старение сплава В-1469 системы Al-Cu-Li // Металлы. 2010. № 5. С. 73-78.

4. Клочкова Ю.Ю., Грушко O.E., Ланцова Л.П., Бурляева И.П., Овсянников Б.В. Освоение в промышленном производстве полуфабрикатов из перспективного алюминий-литиевого сплава В-1469 // Авиационные материалы и технологии. 2011. № 1. С. 8-12.

5. Шамрай В.Ф., Клочкова Ю.Ю., Лазарев Э.М., Гордеев A.C., Сиротинкин В.П. Исследование структурных состояний листов из алюминий-литиевого сплава В-1469 // Металлы. 2013. № 5. С. 77-84.

6. Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б., Оглодков М.С., Клочкова Ю.Ю. Высокопрочные сплавы системы Al-Cu-Li с повышенной вязкостью разрушения для самолетных конструкций // Цветные металлы. 2013. № 9. С. 66-71.

7. Алексеев A.A., Лукина Е.А., Клочкова Ю.Ю. Кристаллическая структура сверхтонких пластинчатых выделений // ФММ. 2013. Т. 114. № 6. С. 527-533.

в других изданиях:

8. Lukina Е.А., Alekseev A.A., Antipov V.V., Zaitsev D.V., Klochkova Y.Y. Application of the Diagrams of Phase Transformations during Aging for Optimizing the Aging Conditions for V1469 and 1441 Al-Li Alloys / Proceedings of the 12 ICAA. Yokohama. Japan. 2010. P. 1984-1989.

9. Shamray V., Grushko О., Timofeev V., Lazarev E., Klochkova Ju. Structural Evolution in Aluminum-Copper-Lithium-Magnesium Alloy Sheets During Processing / Proceedings of the 12 ICAA. Yokohama. Japan. 2010. P. 2141-2146.

10. Клочков Г.Г., Грушко О.Е., Клочкова Ю.Ю., Романенко В.А. Промышленное освоение высокопрочного сплава В-1469 / В сб. докл. конф. «Развитие фундаментальных основ материаловедения легких сплавов и композиционных материалов на их основе для создания изделий аэрокосмической и атомной техники», посвященной 100-летию академика РАН Фридляндера И.Н. М.: ВИАМ. 2013 (CD-диск).

11. Шамрай В.Ф., Грушко О.Е., Клочкова Ю.Ю. Структурные состояния листов из сплавов системы Al-Cu-Li, термоупрочненных наночастицами Т]-фазы / В сб. докл. конф. «Развитие фундаментальных основ материаловедения легких сплавов и композиционных материалов на их основе для создания изделий аэрокосмической и атомной техники», посвященной 100-летию академика РАН Фридляндера И.Н. М.: ВИАМ. 2013 (CD-диск).

12. Клочков Г.Г., Грушко О.Е., Клочкова Ю.Ю., Романенко В.А. Промышленное освоение высокопрочного сплава В-1469 системы Al-Cu-Li-Mg // Электронный научный журнал «Труды ВИАМ», № 7, 2014.

Отпечатан 1 экз. Исп. Ю.Ю. Клочкова Печ. Ю.Ю. Клочкова

Автореферат Ю.Ю. Клочковой «Формирование структуры и свойств холоднокатаных листов из высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469»

Формат бумаги 60x90/16. Печ. л 1 Тираж 80 экз. Отпечатано в ФГУП «ВИАМ». Заказ 2/551 105005, г. Москва, ул. Радио 17