автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Исследование и разработка новых высокопрочных свариваемых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc и технологических параметров производства из них деформированных полуфабрикатов

ОАО "ВСЕРОССИЙСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ"

На правах рукописи Для служебного пользования

Экз; О О А

Кандидат технических наук ФИЛАТОВ ЮРИЙ АРКАДЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СВАРИВАЕМЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ AI-Mg.Sc И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОИЗВОДСТВА ИЗ НИХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

Специальность 05.16.01 "Металловедение и термическая обработка металлов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 2000г.

Работа выполнена во Всероссийском институте легких сплавов Научный консультант:

Доктор технических маук, профессор В.И.Елагин

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор B.C. Золоторевский Доктор технических наук, профессор O.E. Осинцев Доктор технических наук Ю.В.Шмаков Ведущее предприятие: НПО им. С.А. Лавочкина

Защита состоится "27" декабря 2000 г. в "10 " часов на заседании Диссертационного Совета Д141.12.01 при ОАО "ВИЛС" по адресу: 121596, Москва, ул. Горбунова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО "ВИЛС".

Автореферат разослан "23" ноября 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат технических наук -! ' / В.Г. Казаков

V ,( ''"-г-

!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема поиска новых свариваемых алюминиевых сплавов, относящихся к группе термически неупрочняемых и имеющих более высокие прочностные характеристики, чем существующие промышленные сплавы системы А1-Мд, самым непосредственным образом связана как с созданием новых, более совершенных, образцов новой техники, так и с решением ряда народнохозяйственных задач.

Одной из наиболее актуальных проблем научно-технического прогресса является проблема повышения весового совершенства изделий ракетной и космической техники. Основной путь решения этой проблемы -повышение удельных прочностных характеристик конструкционных материалов.

Как известно, наиболее распространенным материалом для большинства сварных конструкций ракет и космических летательных аппаратов (КЛА) в течение длительного времени является алюминиевый термически неупрочняемый сплав АМгб, производимый в виде различных деформированных полуфабрикатов. Использование сплава АМгб в конструкциях этого вида объясняется его несомненными достоинствами, такими как хорошая свариваемость, позволяющая получать сварные соединения, близкие по прочности к прочности основного металла, высокая коррозионная стойкость, позволяющая ему работать в компонентах топлива и в морских условиях, достаточно высокая пластичность, высокая технологичность в металлургическом и машиностроительном производствах, связанная, в частности, с отсутствием необходимости в упрочняющей термической обработке полуфабрикатов и готовых деталей, высокая размерная и термическая стабильность. Вместе с тем существенным недостатком сплава АМгб является его довольно низкая прочность: гарантированный предел текучести, основная расчетная характеристика для большинства конструкций, у отожженных полуфабрикатов из сплава АМгб составляет в зависимости от вида полуфабриката всего лишь от 120 до 155 МПа.

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

Из сказанного выше становится ясным, насколько актуальной для ракетно-космической техники является проблема поиска таких новых сплавов, которые, обладая всеми достоинствами, присущими сплаву АМгб, имели бы более высокие прочностные свойства.

Менее легированные по магнию, чем сплав АМгб, коррозионностойкие алюминиевомагниевые сплавы (АМг2, АМгЗ, АМг4, АМгб) довольно широко применяются преимущественно в виде сварных конструкций в различных отраслях народного хозяйства. Повсеместная замена серийных промышленных сплавов этой группы на новые более прочные, но не уступающие им По коррозионной стойкости сплавы, позволила бы существенно снизить металлоемкость вновь изготавливаемых конструкций данного типа, что в свою очередь повлекло бы за собой снижение расхода первичного алюминия и, соответственно, затрат на его производство, в первую очередь затрат электроэнергии, а также снижение темпов расходования таких невосполняемых ресурсов, как постепенно исчезающие запасы бокситов.

Таким образом, разработка и внедрение новых более прочных коррозионностойких технологичных термически неупрочняемых алюминиевых сплавов - это, с одной стороны, существенный вклад в решение проблемы повышения тактико-технических данных изделий ракетной и космической техники, возможность создания новых типов летательных аппаратов с использованием сварки как основного метода соединений, укрепление обороноспособности страны и, с другой стороны, это возможность снижения металлоемкости алюминиевых конструкций народнохозяйственного назначения с соответствующей экономией энергоресурсов и невосполняемых запасов алюминийсодержащего сырья.

В настоящей работе проблема создания новых деформируемых термически неупрочняемых алюминиевых сплавов с повышенным уровнем прочностных свойств решается путем легирования сплавов системы алюминий-магний новым нетрадиционным легирующим элементом -скандием.

Целью работы является разработка новых деформируемых термически неупрочняемых высококоррозионостойких свариваемых сплавов на основе системы А1-Мд-5с и металловедческих основ промышленной

технологии получения из них деформированных полуфабрикатов с повышенным уровнем прочностных свойств для нового поколения изделий ракетной и космической техники и нужд народного хозяйства.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

-исследовать закономерности влияния добавок скандия на структуру и механические свойства алюминия и двойных сплавов А1-Мд;

-исследовать влияние основных технологических факторов производства слитков и деформированных полуфабрикатов на структуру и механические свойства литого и деформированного металла сплавов А1-Мд, легированных скандием совместно с другими переходными металлами;

-на основе полученных данных разработать группу новых деформируемых сплавов на основе системы А1-Мд-Бс и параметры технологии получения из них деформированных полуфабрикатов применительно к имеющемуся в промышленности оборудованию;

-исследовать основные свойства деформированных полуфабрикатов из новых сплавов, определяющие возможности их применения в изделиях ракетной и космической техники, исследовать характеристики конструкционной прочности, определяющие возможности применения новых сплавов в самолетостроении, установить рациональные области применения новых сплавов и перспективы их развития для нужд народного хозяйства;

-разработать технические условия на новые сплавы и технологические рекомендации на производство из них основных видов деформированных полуфабрикатов;

-внедрить результаты работы в промышленность. Научная новизна работы. Методами световой и электронной микроскопии, локального рентгеноспектрального анализа изучены фазовые и структурные превращения в сплавах системы А1-Мд-5с (Мд - от 1 до 6%, Бс - от 0,15 до 0,5%), происходящие при кристаллизации, последующих нагревах, горячей и холодной деформации. Установлены закономерности влияния фазовых и структурных превращений на механические, коррозионные и некоторые другие эксплуатационные свойства сплавов.

На основе установленных закономерностей определены механизмы упрочнения сплавов А1-Мд-Бс, зависящие как от содержания скандия, так и от технологии производства полуфабрикатов. Суть этих механизмов заключается в следующем:

- при кристаллизации скандий входит в твердый раствор и тем в большей степени, чем выше скорость охлаждения при литье слитков;

- при регламентированных нагревах слитков в процессе изготовления из них полуфабрикатов (гомогенизация, нагрев перед деформацией, отжиг) из пересыщенного твердого раствора выделяются когерентные частицы фаз типа АЬЭс, А1з(5с,2г), АЦЭс, 2г, "П), что определяет существенный эффект дисперсионного твердения;

- дисперсные включения скандиевых фаз резко повышают температуру рекристаллизации деформированных полуфабрикатов, которые после обычного для А1-Мд-сплавов отжига имеют нерекристаллизованную структуру тем более тонковолокнистую и с меньшим субзерном, чем выше степень деформации перед отжигом, что обусловливает большую или меньшую степень структурного упрочнения.

Определены основные технологические параметры производства деформированных полуфабрикатов, обеспечивающие максимальный эффект упрочнения от добавки скандия, который является суммой эффектов дисперсионного твердения от выделений фазы АЬБс или А1з(8с, 7.г) и структурного (субзеренного) упрочнения.

Разработана группа новых свариваемых сплавов на основе системы А1-Мд-Бс, имеющих другую металловедческую природу, чем сплавы системы А1-Мд:

- высокопрочные сплавы 01570 и 01570-С, превосходящие по прочности все известные сплавы, не упрочняемые термообработкой (типичные свойства листов и тонких профилей ств 5 400 МПа, а0,г2 300 МПа), при этом имеющие отличную свариемость, высокую коррозионную стойкость и по характеристикам конструкционной прочности (МЦУ, Ксу, СРТУ) приближающиеся к самому трещиностойкому авиационному сплаву Д16ч;

- сплав 01545К для работы при криогенных температурах (до -253°С), превосходящий по механическим свойствам при -253°С известный сплав 1201;

- низколегированные сплавы 01523 и 01515, сочетающие достаточную прочность (Сто.2 выше, чем у АМгб) с высокими значениями электро- и теплопроводности.

Установлено, что листы из AI-Mg-Sc-сплава с 6% магния обладают природной сверхпластичностью, т.е. не требуют подготовки структуры для сверхпластической деформации.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Технология изготовления деформированных полуфабрикатов из сплавов на основе системы Al-Mg-Sc освоена при непосредственном участии автора на опытном заводе ВИЛСа и на металлургических заводах в г.г. Самара, Каменск-Уральский, Белая Калитва.

Деформированные полуфабрикаты из сплавов на основе системы Al-Mg-Sc использованы в конструкциях изделий НПО им. С.А. Лавочкина, Государственного ракетного центра (ГРЦ) "КБ им. акад. В.П. Макеева", МКБ "Факел", ГК НПЦ им. М.В. Хруничева, что позволило снизить вес конструкций на 10-20%.

Разработаны и выпущены технические условия на химический состав новых деформируемых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc: ТУ 1-809-420-84 (01570, 01523,01515), ТУ 1-809-874-88 (01571), ТУоп 1-809-621-96 (01535, 01545, 01545К);

Разработаны и выпущены технологические рекомендации ТР0СВ442-2/31/1/3-82, ТРОсВ509-13/31 -84, ТРОСв590-31 /1/3/2/13-86, содержащие основные параметры изготовления деформированных полуфабрикатов из сплавов на основе системы Al-Mg-Sc.

Разработаны и выпущены технические условия на основные виды деформированных полуфабрикатов, в том числе: ТУ 1-809-615-90 (листы из сплавов 01570, 01515, 01523), ТУ 1-809-581-92 (профили и прутки прессованные из сплавов 01515,01523 и 01570), ТУоп1 -809-612-94 (листы из сплава 01545К), ТУ 1-809-639-99 (проволока из сплавов 01523 и 01571), ТУоп1-809-004-96 (проволока из алюминиевых сплавов 01535, 01545 и 01545К),ТУоп1-809-1018-94 (проволока из сплава 01597),ТУ 1-809-828-2000 (проволока из сплава 01523 для электропроводов).

Апробация работы. Основные положения и научно-технические результаты работы доложены на 15 международных, всесоюзных, всероссийских, межотраслевых и отраслевых конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе на Международной научно-практической конференции "Скандий и перспективы его использования" (Москва, 1994г.), 5-й Международной конференции по алюминиевым сплавам во Франции (Гренобль, 1996 г.), 5-й Международной конференции по новым материалам в Китае (Пекин, 1999г.), конгрессах Международного института сварки (МИС) и заседаниях специального комитета МИС "Неразъемные соединения новых материалов и покрытия в авиационной технике" (1993-1996 г г.), международном семинаре " Соединения аэрокосмических материалов" в Англии (Дерби, 1997 г.), IV Международной научно-практической конференции "Развитие автомобилестроения в России" (Тольятти, 1998г.), II Всесоюзной конференции по конструкционным материалам для реакторов термоядерного синтеза (Дубна, 1981 г.), межотраслевой научно-технической конференции "Сверхпластичные листовые материалы и технология пневмоформовки деталей" (Москва, 1985 г.), межотраслевом научно-техническом семинаре "Новые конструкционные материалы" (Москва, 1988г.), IV Всесоюзной конференции по сварке цветных металлов (Мариуполь, 1990 г.), научно-технической конференции, посвященной 65-летию отечественной металлургии легких и специальных сплавов (Москва, 1998г.), научно-техническом семинаре "Свариваемые алюминиевые сплавы на основе новых систем легирования" (Москва, 1997 г.), научно-технических совещаниях работников заводских лабораторий

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 46 статьях. Разработки, полученные в данной работе, защищены 22 авторскими свидетельствами СССР и 5 патентами Российской Федерации на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6-ти глав и выводов. Она содержит 180 страниц машинописного текста, 37 рисунков,,таблиц, перечень литературных источников из 80 наименований.

Основное содержание работы

1. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ НА

ОСНОВЕ СИСТЕМЫ А1-Мд И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ (СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ)

Деформируемые сплавы на основе системы А!-Мд (АМг1, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб, АМг61) относятся к группе термически неупрочняемых алюминиевых сплавов. Из них изготавливают все виды деформированных полуфабрикатов: листы и плиты, прессованные изделия (прутки, профили, панели, трубы), поковки и штамповки, проволоку сварочную и заклепочную. Все сплавы этой группы отличаются высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Из всех серийных (стандартных) деформируемых сплавов на основе системы А1-Мд наиболее легированными и наиболее прочными являются сплавы АМгб и Амг61.

Малолегированные магналии, содержащие до 4% магния, широко применяются в народном хозяйстве в таких отраслях, как транспортное машиностроение, химическая, нефтяная и газовая промышленность, сельскохозяйственные отрасли для изготовления каркасных конструкций, автомобильных и железнодорожных цистерн, различных емкостей, сосудов, работающих под давлением, трубных конструкций. Высоколегированные сплавы этой группы применяются, в основном, в ракетной и космической технике, а также в судостроении.

В течение длительного времени (примерно с середины 50-х годов) в качестве основного конструкционного материала для многих типов ракет и космических летательных аппаратов, как орбитальных, так и предназначенных для дальних космических полетов, используется разработанный в Советском Союзе сплав АМгб (ГОСТ 4784-74), содержащий в качестве легирующих элементов магний (5,8-6,8%), марганец (0,5-0,8%), титан (0,02-0,1%) и бериллий (0,0002-0,005%) и не более 0,4%Ре, 0,4%51, 0,2%2п и 0,1 %Си в виде контролируемых примесей. Фактический уровень механических свойств для большинства полуфабрикатов: ов=330-350 МПа, о0,2= 160-180 МПа, 8= 18-22%.

В течение всего времени применения этого сплава предпринимались попытки повысить его прочностные свойства без ущерба для остальных характеристик.

Упрочнение путем холодной деформации (нагартовка). Этот способ упрочнения широко используется в промышленности для повышения прочности листов и реже плит, предел прочности при этом повышается примерно на 30%, а предел текучести - в 2 раза по сравнению с отожженным состоянием. Основные недостатки данного способа упрочнения: низкая пластичность (6-9%), разупрочнение материала в зоне сварки и невозможность его использования для большинства остальных полуфабрикатов, кроме листов и плит.

Увеличение содержания марганца. Этот путь реализован на практике в виде сплава АМг61, содержащего 0,8-1,1% Мп. Повышение прочности наблюдается у горячепрессованных полуфабрикатов, что связано, как показали исследования Ю.С. Золоторевского, с усилением явления пресс-эффекта. Предел текучести горячепрессованных полуфабрикатов из сплава АМгФ) составляет около 200 МПа. Прочность катаных полуфабрикатов увеличивается незначительно.

Увеличение содержания магния. Многочисленные эксперименты со сплавами А1-Мд с повышенным (до 10-11%) содержанием Мд, проведенные различными исследователями, показали, что в этом случае, хотя и наблюдается определенное повышение прочностных свойств (на 50-70 МПа), коррозионная стойкость снижается.

Легирование скандием. В результате изучения роли других переходных металлов в алюминиевых сплавах идея использования скандия как легирующей добавки в алюминиевые деформируемые сплавы впервые в нашей стране была высказана В.И. Елагиным в начале 70-х годов. Примерно в это же время легировать алюминиевые сплавы скандием для повышения их прочности предложил американский исследователь 1_.У\/П1еу. В конце 70-х годов в ИМЕТ им. А.А.Байкова группой исследователей под руководством М.Е. Дрица были проведены лабораторные эксперименты по изучению влияния скандия, иттрия, лантана, церия, европия, гадолиния, диспрозия, тербия и гольмия на свойства двойного сплава А1-6,5%Мд, которые показали, что добавка десятых долей процента скандия приводит к

существенному повышению прочностных свойств. Эти данные позволили высказать предположение о том, что легирование магналиев скандием является радикальным и, по—видимому, единственным способом существенного повышения их прочностных свойств без ущерба для остальных эксплуатационных характеристик, что открывает возможности для создания новой группы промышленных термически неупрочняемых сплавов, основой которых является система А1-Мд-5с.

2. МЕТАЛЛОВЕДЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ НОВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ А1-Мд-8с И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗ НИХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

В настоящее время имеются достаточно надежные данные о равновесной диаграмме состояния А1-5с в области, богатой алюминием: это диаграмма эвтектического типа с температурой нонвариантного превращения 655°С; положение эвтектической точки 0,55%5с; предельная растворимость скандия в твердом алюминии 0,4%, она заметно уменьшается при понижении температуры. Поскольку в условиях металлургического производства при литье слитков скорость охлаждения при кристаллизации литого металла может колебаться в достаточно широком интервале (до 100 °С/с для мелких слитков), представляет интерес изучение характера взаимодействия скандия и алюминия в двойной системе при этих условиях.

Исследования (совместно с М.Е.Дрицом, Л.С.Тороповой, Ю.Г.Быковым и Ф.Л.Гущиной) проводили на слитках двойных сплавов А1-Эс диаметром 10 мм, отлитых в медную изложницу, что обеспечивало скорость охлаждения при кристаллизации -100 °С/с. Содержание Эс изменяли от 0 до 2%. По совокупности данных термического и микроструктурного анализа, результатов измерения удельной электропроводности и микротвердости двойных сплавов в литом состоянии были определены критические параметры метастабильной диаграммы состояния для данной скорости охлаждения при кристаллизации: температура эвтектического превращения 652°С, точка предельной растворимости скандия в твердом алюминии 0,6%,

эвтектическая концентрация скандия 0,75%. Полученные данные говорят о высокой склонности скандия к образованию пересыщенных твердых растворов (степень пересыщения 1,5) при относительно низких скоростях охлаждения при кристаллизации слитка, близких к тем, которые имеют место в реальных условиях слитковой металлургии.

Нами установлено также, что при кристаллизации слитков сплавов А1-Эс, отливаемых в условиях, когда скорость охлаждения при кристаллизации составляет 100 °С/с, происходит резкое измельчение зерна при содержании скандия от 0,6% и выше. Такой сильный модифицирующий эффект можно объяснить образованием' в расплаве первичных частиц интерметаллидной фазы АЬБс с решеткой, обладающей высокой степенью структурного соответствия решетке алюминия.

Изучение процессов распада пересыщенного твердого раствора скандия в алюминии проводили (совместно с М.Е.Дрицом, Л.С.Тороповой и Ю.Г.Быковым) на литых образцах сплава А1-0,5%5с, отлитых в медную изложницу диаметром около 50 мм, путем измерения их твердости НВ после нагрева в интервале температур от 100 до 400°С с временем выдержки т до 200 ч. Полученные результаты показывают что, наибольший эффект дисперсионного твердения наблюдается в интервале 250-350°С (рис. 1).

Рис. 1. Изменение твердости слитков из сплава А1-0,5%5с в процессе выдержки при температурах, °С: 1-100; 2-200; 3-250; 4-300; 5-350; 6-400

Продуктами распада являются дисперсные равномерно распределенные частицы равновесной фазы АЬЭс. Фаза АЬЭс имеет кубическую кристаллическую структуру (г.ц.к) с параметром решетки а=0,410 нм. Отличительной чертой соединения АЬЭс является очень близкое значение параметра решетки параметру решетки чистого алюминия (г.ц.к., а=0,405 нм). Высокое размерно-структурное соответствие алюминиевой матрицы и фазы ЛЬвс обусловливает спонтанное зарождение очень мелких частиц ЛЬБс, когерентных с матрицей. Проведенные электронно-микроскопические исследования показали, что максимальное упрочнение связано с малым размером частиц (менее 4 нм), твердость сплава заметно падает после укрупнения частиц.

Исследовали влияние добавок скандия в количестве от 0 до примерно 1% на структуру и механические свойства деформированного алюминия. Исследования проводили на прессованных прутках диаметром 16 мм, отпрессованных из слитков диаметром 50 мм при 300°С.

Как видно из рис.2, прочность алюминия растет при легировании его скандием до содержания Эс, соответствующего точке его предельной растворимости в твердом алюминии. Дальнейшее увеличение содержания Эс не приводит к росту прочностных свойств.

Рис. 2. Влияние скандия на предел текучести горячепрессованного алюминия.

В горячепрессованном состоянии сплавы с содержанием до 0,15%8с имели частично рекристаллизованную структуру. При содержании скандия 0,2% и выше горячепрессованные прутки имели полностью нерекристаллизованную структуру.

Поскольку в богатой алюминием области тройной диаграммы А1-Мд-Бс магний не образует со скандием химических соединений и в равновесии с а-твердым раствором находятся только фазы АЬЭс и А13Мд2, основные закономерности упрочнения, установленные для двойных сплавов алюминия со еканием, будут действительны также для сплавов АШд-Эс, а дополнительный прирост прочности будет определяться содержанием магния в тройном сплаве.

Исследовали (совместно с Л.С.Тороповой и Ю.Г.Быковым) влияние содержания магния на механические свойства горячепрессованных прутков из двойных модельных сплавов А1-Мд с содержанием магния от 2 до 8,5% (по массе) и из тех же сплавов, но дополнительно легированных скандием в количестве 0,3% по массе (фактическое содержание Эс колебалось в пределах 0,3±0,05%). Исследования проводили на прутках, полученных из слитков диаметром 50 мм лабораторных плавок. Определяли прочностные (ав,ао,2) и пластические (б) свойства прутков. Результаты приведены в табл.1.

Таблица 1 Механические свойства горячепрессованных прутков из сплавов А1-Мд и А1-Мд-0,3±0,05%5с с различным содержанием Мд

Содержание Мд в сплаве, % Механические свойства прутков из сплавов

А1-Мд А1-Мд-0,3%8с

ст8, МПа °0,2. МПа 5, % Ов. МПа МПа 6, % А Сто,2, МПа

2 175 78 39 261 155 21,2 77

3,5 220 108 37 335 191 19,4 83

5 272 116 36,9 363 213 18,3 97

6,5 310 130 33,9 412 257 15,5 127

7,5 321 141 30,8 430 264 14,3 123

8,5 350 165 28 474 280 13,4 115

Как видно из табл.1, добавка 0,3%8с в двойной сплав А1-6,5%Мд, в котором содержание магния примерно соответствует среднему содержанию магния в сплаве АМгб, позволило почти в 2 раза повысить его предел текучести и примерно в 1,3 раза - предел прочности. Горячепрессованные прутки из исследованных двойных сплавов имели полностью рекристаллизованную структуру, тогда как прутки из сплавов А1-Мд-0,3%5с -полностью нерекристаллизованную.

Полученные результаты позволяют сформулировать основные металловедческие принципы, положенные в основу разработки новых высокопрочных сплавов на основе системы АММд-Бс, подобных сплаву АМгб, но имеющих другую металловедческую природу (механизм упрочнения).

1. Новые сплавы можно рассматривать как алюминиево магниевые сплавы типа АМгб, поэтому для них, так же как и для всех магналиев, главным механизмом упрочнения служит твердорастворный механизм - в любом полуфабрикате после отжига в твердом растворе находится магний, который оказывает значительное упрочняющее действие.

2. Добавка скандия обусловливает два других механизма упрочнения - дисперсионное твердение и структурное упрочнение. Эти механизмы связаны с формированием дисперсных частиц скандиевой фазы, которые оказывают непосредственное упрочняющее действие и резко повышают температуру рекристаллизации деформированного полуфабриката. В отличие от упрочняющих фаз в большинстве высокопрочных термически упрочняемых деформируемых алюминиевых сплавов (например фазы Э и 9 в сплаве Д16), дисперсные частицы фазы АЬЭс не являются результатом специальной упрочняющей термической обработки (закалки и последующего искусственного или естественного старения), а представляют собой продукт высокотемпературного распада пересыщенного твердого раствора скандия в алюминии, образующегося в слитке при кристаллизации.

3. Распад пересыщенного твердого раствора происходит при нагревах и горячей деформации в процессе переработки слитка в деформируемый полуфабрикат, при этом нагрев заготовки не должен приводить к коагуляции частиц упрочняющей фазы и потере ее когерентности с матрицей.

Основные механизмы упрочнения разрабатываемого сплава (твердорастворный, дисперсионное твердение за счет скандиевой фазы, структурное упрочнение) определяются всей совокупностью технологических процессов производства полуфабрикатов - условиями литья слитков, режимами гомогенизации слитков, режимами обработки давлением и режимами отжига. В большинстве классических термически упрочняемых дисперсионно твердеющих алюминиевых сплавов упрочнение от термообработки обратимо. Это значит, что оно может быть достигнуто после закалки и старения, устранено после отжига и снова достигнуто после повторных закалки и старения. В отличие от них, в новом сплаве упрочнение, достигаемое в результате определенной регламентации всего технологического процесса производства полуфабриката, необратимо. Путем высокотемпературного отжига можно будет разупрочнить сплав за счет коагуляции дисперсных частиц скандиевой фазы и рекристаллизации структуры, но после такой обработки восстановить прочность будет уже невозможно.

Это обстоятельство накладывает определенные ограничения на температурные параметры технологии производства деформированных полуфабрикатов из нового сплава, в частности таких элементов этой технологии, как гомогенизационный отжиг слитков, нагрев литой заготовки под деформацию, отжиг готовых полуфабрикатов.

В соответствии с основными положениями теории легирования деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами полезными добавками в разрабатываемые сплавы можно считать такие элементы, как 2х, Л, V, Сг, Н1 Марганец, как известно, входит в состав всех промышленных магналиев и разрабатываемые сплавы в этом смысле, очевидно, не должны являться исключением. Марганец, наряду с такими элементами, как Ъ и "Л, должен усиливать действие скандия как элемента-антирекристаллизатора.

Так же, как и сплав АМгб, разрабатываемые сплавы с достаточно высоким содержанием магния (4% и более) должны, очевидно, содержать технологическую добавку бериллия, препятствующую окислению расплава при приготовлении сплава и при его сварке. В этом качестве вероятно могут

быть полезны и другие элементы, обладающие высоким сродством к кислороду, например церий и иттрий.

Металловедческая концепция создания новых сплавов на основе системы АШд-Йс и технологии производства из них деформированных полуфабрикатов заключается в следующем.

Процесс производства новых сплавов условно разделен на пять технологических этапов.

Скандий, наряду с другими легирующими элементами (Мд, Мп, 7х, ~П, Ве и др.) в процессе плавления шихты (этап I) образует гомогенный расплав и после затвердевания слитка находится в пересыщенном твердом растворе. При этом имеется в виду, что некоторая, очень небольшая, часть скандия (а также циркония и титана) будет израсходована на модифицирование слитка. Прочность металла на этапе I возрастает в результате действия механизма твердорастворного упрочнения до уровня, соответствующего уровню прочности обычных магналиев. Количество вводимого скандия не должно превышать его предельной растворимости для данной скорости охлаждения литого металла при кристаллизации и, если ориентироваться на результаты лабораторных экспериментов, то его содержание в сплаве не должно превышать 0,5-0,6% для очень мелких слитков и 0,2-0,3% для слиткоа больших сечений.

При гомогенизации слитка (этап II) выделения неравновесной |3-фазы должны быть переведены в твердый раствор магния в' алюминии, одновременно с этим должен проходить процесс высокотемпературного распада пересыщенного твердого раствора скандия и других переходных металлов в алюминии с образованием дисперсных выделений скандиевой фазы-упрочнителя. Повышение прочности металла на этапе (I достигается в результате непосредственного упрочняющего действия вторичных выделений скандиевой фазы.

Вторичные выделения скандиевой фазы препятствуют протеканию процессов рекристаллизации при горячей деформации слитка и в соответствии с предложенной схемой (этап III) горячедеформированный полуфабрикат должен иметь нерекристаллизованную структуру с зернами в виде вытянутых волокон и достаточно развитую субструктуру. Повышение

прочности металла на этапе III происходит в результате действия механизма структурного упрочнения.

При изготовлении листов в процессе холодной прокатки горячекатаной заготовки (этап IV) происходит обычное в таких случаях деформационное упрочнение. Структура листа должна приобрести тонковолокнистый характер, пластичность металла при этом снижается и для ее восстановления необходим отжиг ( этап V). Предполагается, что необходимый уровень пластичности будет достигнут за счет отжига при температуре, не превышающей температуру начала рекристаллизации. Это позволит сохранить прочностные свойства отожженного деформированного полуфабриката за счет сохранения нерекристаллизованной структуры. Повышение пластических характеристик будет являться следствием совершенствования субструктуры. В процессе работы предполагалось подобрать режим отжига, обеспечивающий минимальное разупрочнение деформированного металла при достижении необходимого уровня пластических характеристик, близкого к уровню, получаемому на серийных сплавах Al-Mg.

Основные положения данной концепции создания новых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc были впервые опубликованы ( в соавторстве с В.И.Добаткиным, М.Е.Дрицом, Л.С.Тороповой, В.И.Елагиным и Ю.Г.Быковым) в 1983 году.

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОГО КОНСТРУКЦИОННОГО СВАРИВАЕМОГО СПЛАВА ТИПА AI-6%Mg, ЛЕГИРОВАННОГО СКАНДИЕМ

На основе приведенных выше результатов экспериментов и установления принципов легирования AI-Mg-сплавов скандием был определен для опробования и дальнейшей работы сплав следующего состава: AI-(5,3-6,8)%Мд-(0,1-0,6)%Мп-(0,15-0,5)%Sc-(0,05-0,15)%Zr-(0,01-0,05)%Ti. Содержание основных примесей установлено на уровне чистых алюминиевых сплавов: не более 0,3%Fe и не более 0,2%Si. Сплав был предложен автором совместно с М.Е.Дрицом, Л.С.Тороповой, В.И.Елагиым и др. (авт. свид. 704266).

В соответствии с принятой в нашей стране системой цифровой маркировки алюминиевых сплавов разрабатываемому сплаву была присвоена марка 01570.

Для решения задачи уточнения состава выбранного нового сплава и разработки промышленной технологии получения из него основных видов деформированных полуфабрикатов необходимо было исследовать характер структуры промышленных слитков различного размера, способность скандия фиксироваться в твердом растворе при относительно низких скоростях охлаждения литого металла с температуры кристаллизации, характер изменения прочности литого металла при неизбежных технологических нагревах, уровень технологической пластичности литого металла при горячей обработке давлением, влияние предшествующих нагревов слитков на механические свойства деформированных полуфабрикатов, а также общий уровень механических свойств деформированных полуфабрикатов из сплава 01570 при колебании содержания основных легирующих компонентов в указанных выше пределах.

Исследования проводили на серии плавок сплава 01570, химический состав которых находился, в основном, в указанных выше пределах. По результатам исследований предполагался, регламентировать пределы содержания основных легирующих компонентов в сплаве 01570, основные параметры технологии получения из него деформированных полуфабрикатов и уровень основных механических свойств. В качестве объекта исследования были использованы круглые и плоские слитки, а также изготовленные из них прессованные и катаные полуфабрикаты.

При приготовлении расплава скандий вводили в виде двойных алюминиевоскандиевых лигатур с содержанием скандия 2%.

Типичная микроструктура промышленных слитков сплава 01570 представлена на рис.3

Рис. 3. Микроструктура слитков сплава 01570 (х200): а - плоский слиток сечением 165x550 мм AI-6,2%Mg-0,35%Mn-0,2%Sc-0,09%Zr (ВИЛС); б - плоский слиток сечением 300x1600 мм Al-5,6%Mg-0,38%Mn-0,26%Sc-0,08%Zr (Самара); в - круглый слиток диаметром 370 мм AI-6,1%Mg-0,53%Mn-0,26%Sc-0,1%2r (ВИЛС); г -круглый слиток диаметром 805 мм AI-5,8%Mg-0,3%Mn-0,24%Sc-0,12%Zr (КУМЗ); д - круглый слиток диаметром 370 мм (ВИЛС); е - круглый слиток диаметром 650 мм (КУМЗ); а-г - анодное оксидирование, съемка в поляризованном свете; д,е - травление в смеси кислот.

Результаты исследования слитков позволили выявить ряд важных особенностей, касающихся процессов формирования литой структуры слитков полунепрерывного литья сплава 01570.

Прежде всего следует отметить, что при содержании скандия, начиная примерно с 0,17%, слитки имеют исключительно мелкозернистую недендритную структуру. Это относится к слиткам всех исследованных сечений, начиная от тонких круглых слитков диаметром 97 мм и кончая массивными слитками прямоугольного сечения 300x1600мм. Величина зерна колеблется от 40-50мкм для мелких слитков до примерно ЮОмкм для массивных. Столь значительный модифицирующий эффект скандия при доэвтекгическом его содержании, если говорить о двойной системе Al-Sc, можно объяснить уменьшением растворимости скандия в алюминии от добавки магния, а также образованием а расплаве сплава 01570 первичных частиц достаточно сложной интерметаллидной фазы, содержащей, наряду со скандием, также цирконий, а при наличии в сплаве титана - и титана. Съемки в характеристическом излучении Se и Zr, проведенные нами при исследовании первичных интерметаллидов, содержащихся в структуре крупных слитков сплава 01570 (рис4а,б,в), подтверждают это предположение. Наряду с первичными скандиевыми интерметаллидами в структуре слитков сплава 01570 присутствуют также железомарганцовистые фазы (рис.4г,д) и фаза Mg2Si, характерные и для сплавов АМгб и АМг61, не содержащих скандия.

* ^

Vе

Рис. 4. Снимки включений (хЗОО) в слитках сплава 01570 в поглощенных электронах (а) и в характеристическом излучении Эс (6), гг(в), Ре (г)иМп(д)

2.1

Можно полагать, что при распаде твердого раствора, зафиксированного в слитке сплава 01570 при его охлаждении в процессе кристиаллизации, продуктами распада также являются вторичные частицы фазы AI3(Sc,Zr) или AI3(Sc,Zr,Ti), а не фазы AI3Sc, как это происходит в случае двойных сплавов Al-Sc и тройных A!-Mg-Sc.

механические свойства литого металла показали, что скандий легко фиксируется в твердом растворе при литье достаточно крупных промышленных слитков, скорость охлаждения которых при кристаллизации на порядок ниже, чем у исследованных ранее слитков лабораторных плавок (рис.5). Распад такого твердого раствора сопровождается значительным упрочнением литого металла (б0,2^240 МПа, Дбо,г~120 МПа после нагрева при 300°С).

Проведенные исследования влияния нагревов слитков на

110

100

m х

90

80

11

—А—420 —к—500

70

0

2

4

6

8 время, ч. 10

Рис. 5. Влияние нагрева на твердость НВ слитка диаметром 315 мм сплава А1-5,9%Мд-011%Мп-0,31%8с-0,14%гг-0,03%Т1. 300, 350,420, 500 - температура нагрева слитка, °С

Испытания слитков диаметром 134, 178 и 370 мм, подвергнутых нагревам при 300, 350, 400 и 450°С, показали, что наблюдается явная тенденция к снижению максимально достигаемого предела текучести при увеличении диаметра слитка, однако в исследованных пределах это снижение невелико (рис.6). Можно полагать, что при увеличении сечения слитка до размеров, освоенных в настоящее время на металлургических заводах по производству алюминиевых деформированных полуфабрикатов, эффект упрочнения сохранится.

250

л С 5

2" 200 Е

N О

О

150

Рис. 6. Влияние диаметра слитка на величину максимально достигаемого предела текучести литого металла в результате нагрева, сплав А1-5,74%Мд-0,3%Мп-0,19%8с-0,12%2г-0,01%Тк

Данные о характере изменения прочности литого металла при нагреве важны с точки зрения правильного выбора температуры гомогенизационного отжига слитков из сплава 01570, предназначенных для последующей переработки в деформированные полуфабрикаты. Очевидно, что гомогенизационный отжиг при повышенных температурах, например, при 500°С, как это принято для слитков сплава АМгб, приведет к существенному разупрочнению сплава 01570 в литом состоянии.

Проведенные исследования показали, что технологическая пластичность литого сплава 01570 в интервале температур 350-400°С сравнима с технологической пластичностью сплава АМгб при 400-450°С.

200 300 400 Диаметр слитка, мм

Изучение влияния предшествующих нагревов слитков сплава 01570 на механические свойства деформированных полуфабрикатов (на примере прессованных полос сечением 3x100мм, полученных из слитков диаметром 134мм) показало, что повышение температуры предшествующих нагревов литой заготовки на100°С (с 350 до 450°С) приводит к снижению прочностных свойств прессованных полос на 50-60 МПа. Для сплава АМгб такой чувствительности не наблюдается, (табл.2)

Таблица 2

Механические свойства прессованных полос сечением 3x100 мм, полученных из слитков, подвергнутых гомогенизации при различных температурах (отожженное состояние, продольное направление)

Сплав Температура нагрева слитка, •с Механические свойства полос

При гомогенизации (выдержка 6 ч) При нагреве под прессование ав, МПа сто.2,МПа 5,%

01570 350 350 423 301 16,9

400 400 410 281 17,3

450 450 384 235 19,5

АМгб 350 350 332 164 26,9

400 400 333 167 27,2

450 450 333 167 26,4

Примечания. 1. Химический состав, мас%:

- 01570: А1-6,34%Мд-0,17%Мп-0,4%5с-0,04%гг-0,02%"П;

- АМгб: А1-6,16%Мд-0,58%Мп-0,07%"П 2. Режим отжига: 320'С, 1ч.

Аналогичные результаты получены и при изготовлении листов: с повышением температуры гомогенизации слитка с 375 до 455°С ав листов снизился с 428 до 404 МПа, а сто,2- с 340 до 296 МПа.

Установили, что с повышением степени деформации при прессовании прочностные свойства прессованных полуфабрикатов из

сплава 01570 растут, причем этот рост наиболее заметен в диапазоне малых вытяжек: при увеличении вытяжки с 5 до 15 прочностные характеристики (ов и 00,2) повышаются примерно на 50 МПа, относительное удлинение при этом несколько снижается.

Увеличение степени деформации при холодной прокатке листов из сплава 01570 приводит к некоторому повышению прочностных свойств отожженных листов (на 30-50 МПа), пластические свойства при этом практически не изменяются (табл. 3).

Таблица 3 Механические свойства холоднокатаных отожженных листов из сплава А1-6,2%Мд-0,35%Мп-0,2%8с-0,09%гг-0,01 %Т\

Толщина листа И, мм Степень суммарной деформации €=( Ио—И )/Иох100, % Направление вырезки образцов Механические свойства

сгв, МПа ст0,2,МПа 5,%

7 0 Д 409 298 15,3

П 408 301 19,8

4 43 Д 436 317 14,7

П 427 313 19,1

3 57 Д 437 323 14,2

п 434 326 19,9

2 71 д 430 325 14,4

п 432 332 20,4

1,5 79 Д 432 337 14,7

п 440 362 19,8

1,2 83 д 430 340 16,0

п 439 375 20,5

Примечания. 1. Отжиг при 325°С, выдержка 1ч 2. Толщина исходной горячекатаной заготовки И0=7мм)

Высокую обратную анизотропию по показателю 5 у листов из сплава 01570 (табп. 3) можно объяснить тем, что под действием возникающих в процессе холодной прокатки растягивающих напряжений, направление которых соответствует направлению волокон, происходит постепенное исчерпание запаса пластичности материала с образованием участков пониженной пластичности, где напряжения локализуются.

Экспериментально установлено, что промежуточный отжиг при холодной прокатке заметно снижает анизотропию окончательно отожженных листов из сплава 01570 по показателю 5.

Одной из эффективных мер по уменьшению обратной анизотропии листов из А1-Мд-8с-сплавов является также подогрев заготовок перед холодной прокаткой. Температура подогрева при этом не должна превышать 300°С во избежание необратимого разупрочнения металла вследствие коагуляции частиц упрочняющей фазы.

Отжиг не оказывает практически никакого влияния на механические свойства горячедеформированных полуфабрикатов из сплава 01570. Это положение действительно для случая, когда температура отжига ниже температуры горячей деформации, а горячедеформированный полуфабрикат не подвергался до отжига холодной правке.

Прочностные свойства холоднокатаных листов из сплава 01570 монотонно снижаются с увеличением температуры отжига, относительное удлинение при этом несколько возрастает, анизотропия по показателю б не устраняется. Отжиг при температуре 320-350'С позволяет получить оптимальное сочетание характеристик ов,ст0,2 и 5. (табл. 4)

Таблица 4 Механические свойства холоднокатаных листов толщиной 1,5 мм из сплава 01570 состава А1-6,2%Мд-0,5%Мп-0,27%8с-0,07%2г-0,02%Т1, отожженных при различных температурах

Темпера тура отжига, °С Направление Механические свойства

Св.МПа Оог.МПа 5,%

325 Д 448 322 13,3

П 450 357 19,9

375 д 436 324 15,1

п 442 333 20,6

425 д 413 277 15,6

П 419 289 22,5

475 д 403 248 17,0

П 403 257 21,2

525 д 384 212 17,0

П 399 222 21,5

Примечание: Время выдержки при температуре отжига 1 ч, охлаждение на воздухе.

Исследование микроструктуры отожженных листов показало, что нерекристаллизованная структура сохраняется в них до температуры отжига 475'С (рис.7а). Листы, отожженные при 525'С, имеют частично рекристаллизованную структуру (рис.7б). Полностью рекристаллизованную структуру листы имеют после отжига при 575'С (рис.7в). Снижение прочности листов, сохраняющих нерекристаллизованную структуру при повышении температуры отжига, может быть объяснено процессами роста субзерен.

Рис. 7. Микроструктура холоднокатаных листов толщиной 1,5 мм из сплава А1-6,2%Мд-0,5%Мп-0,27%8с-0,07%2г-0,02%Т1, отожженных при 475 (а), 525 (б) и 575 (в) "С, х250, анодное оксидирование, поляризованный свет.

В процессе работы над сплавом 01570 был уточнен его химический состав. Он регламентирован техническими условиями ТУ1-809-420-84 с изменением от 26.01.1998г и защищен патентом РФ. Согласно этим ТУ сплав содержит (5,3-6,3)%Мд, (0,2-0,6)%Мп, (0,17-0,35)%5с, (0,05-0,15)%гг, (0,01-0,05)%Т|, (0,0002-0,005)%Ве; не более: 0,3%Ре, 0,2%3и 0,1 %Си, 0,1%гп, 0,1% суммы прочих.

Полученные результаты позволили установить параметры технологии производства деформированных полуфабрикатов из сплава 01570, касающиеся приготовления расплава, литья слитков, гомогенизации, горячей и холодной деформации, а также промежуточного и окончательного отжига.

При приготовлении расплава для лучшего растворения интерметаллидов лигатуры целесообразно перегревать расплав (до введения магния) например, до 760-800°С. С точки зрения более полного усвоения скандия расплавом целесообразно применять разбавленные лигатуры А1-5с. Следует стремиться к повышению скоростей охлаждения при литье слитков путем поддержания достаточно высокой температуры расплава перед литьем (730-740°С). Температура гомогенизации слитков сплава 01570 должна, с одной стороны, быть выше температуры сольвуса сплава А1-6%Мд, а с другой стороны, не должна быть выше той, при которой происходит разупрочнение сплава в связи с коагуляцией выделений фазы А1з(5с,1г). Компромисс найден при использовании температуры гомогенизации 350-360°С. Температура нагрева литых заготовок из сплава 01570 под горячую деформацию должна быть по возможности низкой с точки зрения сохранения прочностных свойств полуфабриката, но в то же время обеспечивать достаточную технологическую пластичность деформируемого металла. Эта температура лежит в интервале 380-410°С. Необходимо стремиться к более высокой степени деформации как при горячей, так и при холодной обработке давлением. Для повышения изотропности листов целесообразно введение по крайней мере одного промежуточного отжига при 320-350°С или применение подогрева заготовок перед холодной прокаткой до температуры не более 300°С. Остальные параметры технологии - те же, что и для сплава АМгб.

Гарантированный уровень прочностных свойств листов в отожженном состоянии и прессованных полуфабрикатов в отожженном состоянии или в состоянии без термической обработки из сплава 01570 превышает гарантированный уровень прочностных свойств аналогичных полуфабрикатов из сплава АМгб примерно в 1,2 раза по пределу прочности и примерно в 1,6 раза по пределу текучести при небольшом снижении гарантированного уровня относительного удлинения ( с 15 до 13-14%)

Фактический уровень механических свойств основных видов полуфабрикатов из сплава 01570, изготовленных в ВИЛСе, составляет: для тонких холоднокатаных отожженных листов (поперечное направление) сгв =417-450 МПа, сто.2 =328-357 МПа, 5 =18-20%; для горячепрессованных прутков диаметром 100 мм (продольное направление) ов= 389-417 МПа, Оо.г =257-273 МПа, 5 =18-20%.

В качестве основного критерия свариваемости мы выбрали склонность сплава к образованию горячих трещин при сварке плавлением, оцениваемую по методике ВИЛСа ВМИ5-31-77. Исследовали прессованные полосы сечением 3x100 мм из сплавов 01570 и АМгб, а также аналогичные полосы из экспериментального сплава состава AI-6%Mg-0,4%Sc-0,07%Zr-0,02%Ti-0,08%Cr с добавками 0,02%Се и 0,003%В, которому была присвоена марка 01571. Установили, что сплавы 01570 и 01571 обладают весьма высокой устойчивостью против образования горячих трещин при сварке. Сплав 01571 был выбран в качестве присадочного материала, рекомендуемого нами для применения при сварке плавлением сплава 01570. Химический состав сплава 01571 регламентирован техническими условиями ВИЛСа, защищен авторским свидетельством и патентом РФ. Испытания листов по методике МВТУ им. Н.Э. Баумана подтвердили высокую устойчивость сплава 01570 против трещинообразования при сварке - АкР= 7 ммАмин (для АМгб Акр= 3,5 мм/мин).

При сварке листов из сплава 01570 с присадочной проволокой из сплава 01571 полученные сварные соединения равнопрочны основному металлу в интервале температур от -196 до 250°С при наличии усиления сварного шва. При отсутствии усиления шва прочность сварного соединения падает до уровня сварных соединений листов из сплава АМгб.

Совместно с ЦНИИ КМ «Прометей» предложен опытный, более легированный чем 01571, сплав марки 01597, рекомендуемый нами для применения в качестве присадочного материала при аргонодуговой сварке сплава 01570 для случаев, когда необходимо иметь повышенную прочность металла шва. Химический состав сплава 01597 регламентирован техническими условиями ВИЛСа и защищен патентом РФ.

Высокий предел текучести вызывает определенные затруднения при холодной штамповке листов из сплава 01570. В отличие от термически упрочняемых сплавов, таких как Д16, 1420, 1201, сплав 01570 невозможно перевести в пластичное состояние путем отжига с последующим упрочнением закалкой и старением. Большой интерес в этой связи вызывает вопрос о возможности формообразования сплава 01570 в режиме сверхпластичности. Исследования проводили в рамках совместной работы с ММЗ им. Микояна

Полученные результаты говорят о чрезвычайно высокой деформационной способности сплава 01570 в состоянии сверхпластичности: при температуре испытания 500°С относительное удлинение б = 850%.

Поведение нового сплава при повышенных температурах исследовали совместно с Н.А.Воробьевым. При изучении влияния повышенных температур на ползучесть листов сплава 01570 обратили внимание на высокий темп разупрочнения сплава 01570 при повышении температуры испытаний, гораздо более высокий, чем у сплава АМгб. Например, предел 100-часовой ползучести при 100°С у сплава 01570 120 МПа, у АМгб - 150 МПа. Это можно связать с характером структуры испытываемого материала, состоящей из тонких нерекристаллизованных волокон и мелких субзерен.

Сплав 01570 (в виде отожженных листов) обладает хорошим сочетанием прочностных и пластических свойств при -196°С, что говорит о его потенциально высокой работоспособности в жидком кислороде. При переходе к температуре жидкого водорода у сплава 01570, как и у сплава АМгб, происходит резкое падение пластичности.

Совместно с В.Д.Вальковым и Е.В.Титковой были проведены сравнительные исследования коррозионной стойкости холоднокатаных

отожженных листов толщиной 2 мм из сплавов 01570 и АМгб. Установили, что холоднокатаные отожженные листы из сплава 01570, имеющие волокнистую нерекристаллизованную структуру, в состоянии после отжига с воздушным охлаждением с температуры отжига проявляют сильную склонность к расслаивающей коррозии (РСК). У отожженных в этих условиях листах из сплава АМгб с практически равноосными рекристаллизованными зернами этого не происходит.

Установили, что для снижения чувствительности к РСК листов из сплава 01570 с нерекристаллизованной структурой необходимо медленное охлаждение с температуры отжига, в процессе которого происходит частичный распад твердого раствора магния в алюминии с прерывистым распределением дисперсной (3-фазы (Мд2А13) по границам зерен. Такой же эффект дает схема отжига, при которой после выдержки при 310-330Х в области о-твердого раствора магния в алюминии сплав медленно переводится в верхнюю часть температурного интервала области а+(3 (200-250°С) и выдерживается при этой температуре некоторое время, за которое произойдет частичный распад а-твердого раствора с благоприятным распределением продуктов распада, то есть (3-фазы. Экспериментальные данные показали, что понизить чувствительность к РСК полуфабрикатов из сплава 01570 можно либо за счет очень медленного охлаждения с температуры отжига, либо за счет применения ступенчатого отжига с медленным охлаждением ( с печью) до 200-250°С и выдержкой при этой температуре в течение примерно одного часа.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ СПЛАВА ТИПА 01570

Возможность использования сварки в самолетостроении как прогрессивного способа соединения деталей, имеющего ряд преимуществ перед клепкой (снижение веса конструкции за счет устранения нахлесток, снижение трудоемкости, улучшение условий труда рабочих) вызывает большой интерес конструкторов - самолетостроителей. Сплав 01570, обладающий хорошей свариваемостью и высокой статической прочностью, уступает сплаву Д16ч, основному алюминиевому сплаву, применяемому в

самолетостроении, по некоторым характеристикам конструкционной прочности

Анализ существующих способов повышения характеристик вязкости разрушения и трещиносгойкости авиационных конструкционных алюминиевых сплавов позволяет предполагать, что повысить конструкционную прочность сплава 01570 можно за счет: некоторого снижения содержания магния в сплаве для повышения пластичности матрицы; снижения или полного исключения содержания марганца с цепью уменьшения вероятности образования грубых нерастворимых включений железомарганцовистой фазы; максимально возможного (в промышленных условиях) повышения чистоты сплава по примесям Яе и БГ

Для экспериментальной проверки высказанных соображений выбрали 9 составов сплава типа 01570 с различным соотношением основных легирующих элементов и примесей (табл. 5).

Сплавы готовили в электрической печи, масса каждой плавки составляла 300-320кг. Отливали плоские слитки сечением 165x550 мм.

Таблица 5

Фактический химический состав сплавов 1-9

№ Содержание элементов, %, о снова А1

сплава Мд Мл Эс гг "П Ве Си гп Ре

1 5,84 0,26 0,32 0,11 0,02 0,0004 0,2 0,4 0,14 0,04

2 5,84 0,32 0,25 0,09 0,02 0,0004 0,18 0,36 0,1 0,02

3 5,7 0,51 0,17 0,08 0,02 0,0002 0,16 0,29 0,07 0,08

4 5,45 0,05 0,22 0,07 0,04 0,0012 0,15 0,16 0,1 0,05

5 5,3 0,08 0,22 0,08 0,03 0,0003 0,16 0,18 0,1 0,1

6 5,3 0,08 0,22 0,08 0,03 0,0003 0,03 0,05 0,1 0,09

7 5,1 0,4 0,24 0,09 0,03 0,0007 - - 0,14 0,13

8 5,1 0,34 0,22 0,08 0,01 0,0007 - - 0,04 0,01

9 4,1 0,48 0,16 0,13 0,02 0,0007 - - 0,12 0,01

Слитки гомогенизировали при 355°С в течение 6-8 ч, после чего из них получали горячекатаные заготовки толщиной 7 мм, которые затем прокатывали на стане холодной прокатки до толщины 1,6 (сплавы 1-6) и 2 мм (сплавы 7-9). Перед прокаткой на стане холодной прокатки горячекатаные карточки подогревали в электрической печи сопротивления до 200-250°С. Холоднокатаные листы отжигали по ступенчатому режиму: 325°С,1 ч+240"С,4 ч. Работа выполнена совместно с Л.И.Панасюгиной. Исследовали (совместно с Т.Д. Ростовой, Л.И.Панасюгиной) структуру гомогенизированных слитков, горячекатаных заготовок и холоднокатаных отожженных листов.

Объектом дальнейших исследований были статические и динамические механические свойства холоднокатаных отожженных листов из сплавов 1-9. Совместно с Е.И.Швечковым при участии Л.И.Панасюгиной и И.А.Фисенко определяли механические свойства при статическом растяжении, сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ), вязкость разрушения (критическое значение условного коэффициента интенсивности напряжений Ксу), скорость роста усталостной трещины (СРТУ).

Наилучшее сочетание характеристик статической и динамической прочности из всех исследованных 9-ти сплавов показал сплав 8 (А1-5,1%Мд-0134%Мп-0122%5с-0108%2г-0,01%Ть0104%Ре-0,01%80, в структуре которого не содержатся включения грубых первичных интерметаллидов типа А1з(Эс,2г,Т1), железомарганцовистых фаз, а также фазы Мд23|. Листы из сплава 8 в поперечном направлении имеют: ав = 413 МПа, Оо.г =326 МПа, 6 = 21,9%, число циклов до разрушения при испытании на МЦУ при К (=2,3 и отах=160 МПа, N=109 кцикл, Ксу (при ширине образца \/\/=200 мм) = 78,1 МПа\/м, СРТУ (при ДК = 31,2 MПa^/м) йаШ = 1,9 мм/кцикл; в продольном направлении: ст„ = 410 МПа, о0.2 =324 МПа, 5 = 17,6%, Ксу = 78,1 MПa^/м, йаМЫ = 1,6 мм/кцикл. После выдержки в течении 100 ч при температуре 100°С механические свойства и характеристики конструкционной прочности практически не изменились.

Полученные результаты дают основания рекомендовать состав А1-Мд-5с сплава, приближающегося по комплексу характеристик статической и динамической прочности в отожженном состоянии к сплаву Д16ч в состоянии Т и обладающего такими важными качествами, как

высокая общая коррозионная стойкость и хорошая свариваемость, которые отсутствуют у сплава Д16. Рекомендуемый номинальный состав такого сплава (условная марка 01570-С): А1-5,2°/оМп-0,22%8с-0,08%2г-0,02%"П; содержание примесей (не более): 0,07%Ре, 0,05%Б|, 0,15%Си, 0,15%гп, 0,0005%№; технологическая добавка (0,0001-0,005)%Ве.

5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДНЕ- И МАЛОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ А1-Мд-8с

Данные по свойствам горячепрессованных прутков из тройного модельного сплава А1-Мд-0,3%8с, содержащего 2% Мд, говорят о возможности создания группы сплавов системы А1-Мд-8с с пониженным содержанием магния, деформированные полуфабрикаты из которых по своим механическим свойствам, в первую очередь по пределу текучести, не будут уступать полуфабрикатам из наиболее прочного серийного термически неупрочняемого сплава АМгб.

Можно говорить также о , возможности создания термически неупрочняемого высококоррозионностойкого свариваемого криогенного алюминиевого сплава типа А1-4,5%Мд+8с.

Разрабатываемому сплаву была присвоена марка 01545К.

Исследовали отожженные холоднокатаные листы толщиной 3 мм и сварные соединения этих листов, полученные автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с присадочным материалом в виде проволоки диаметром 2 мм из сплава того же состава, что и основной металл. Данное исследование выполняли совместно с Р.И.Доброжинской (НПО "Композит").

Полученные результаты (табл. 6) показали, что при температуре -253СС сплав 01545К вполне работоспособен. Новый сплав при температуре жидкого водорода превосходит наиболее распространенный криогенный термически упрочняемый сплав 1201 системы А1-Си-Мп по удельной прочности, прочности основного металла и сварных соединений и особенно по относительному удлинению.

Таблица 6

Механические свойства и удельная прочность (пв/у) холоднокатаных отожженных листов толщиной 3 мм из сплава 01545К при комнатной и криогенных температурах

Механические свойства

Температура испытаний, °С ств, МПа сто,2, МПа 5,% гг ^ ив св , МПа Ов/Т, км

20 390 300 15 390 14,6

-196 490 350 31 450 18,4

-253 630 420 28 480 23,6

Примечание. Химический состав сплава: А1-4,48%Мд-0,24%Мп-0,29%8с-0,08%2г-0,01 %Т|'-0,11 %Ре-0,05%5Щ07%Си-0,05%гп

Полученные данные дают основания рекомендовать следующий номинальный состав криогенного сплава для сварных конструкций, работающих при низких температурах вплоть до -253'С: А1-4,5%Мд-0,2%Мп-0,25%5с-0,08%2г-0,01 %Т\; содержание примесей, не более: 0,15%Ре, 0,08%Б1, 0,1 %Си, 0,1 %гп, 0,0006%Ыа; технологические добавки до 0,005%Ве и до 0,004%Се.

Химический состав сплава 01545К регламентирован опытными техническими условиями ВИЛСа, выпущенными совместно с КБ "Салют", ИМЕТ им. А.А.Байкова и НПО "Композит", и защищен патентом РФ.

Следующая серия экспериментов преследовала цель получить конструкционный сплав типа АМг2, не уступающий по пределу текучести сплаву АМгб и обладающий повышенной тепло- и электропроводностью. Разрабатываемому экспериментальному сплаву типа А1-2%Мд с добавками скандия и других переходных металлов была присвоена марка 01523. Результаты исследования показали, что полученные листы и прутки из сплава 01523 превосходят по пределу текучести аналогичные полуфабрикаты из сплава АМгб.

В последнее время для некоторых изделий специального приборостроения появилась острая необходимость в алюминиевой

проволоке - заготовке для производства проводов, в которой достаточно высокая прочность (ов>300 МПа) сочетается с достаточной удельной электропроводностью (у>24 МСм/м). Материал провода должен обладать хорошей свариваемостью.

Исследовали возможность использования сплава 01523 в качестве материала, отвечающего вышеупомянутым требованиям. Данный раздел работы выполнен совместно с О.Г.Шерединой и Э.А.Наймарком (ВНИИАвтоматики). Получена проволока, обладающая необходимым для специального приборостроения комплексом свойств: ав= 326 МПа, 6= 14%, у = 24,3 МСм/м.

В результате исследований, проведенных по инициативе и при непосредственном участии С.Е.Вязмитинова (НПО им. С.А.Лавочкина), установили, что деформированные полуфабрикаты из малолегированного безмарганцовистого А1-Мд-Эс-сплава, содержащего 1,3%Мд, 0,2%8с, 0,11%гг, 0,08%Н^ обладают необычным для алюминиевых сплавов сочетанием прочностных и теплофизических характеристик: при пределе текучести не менее 170 МПа удельная электропроводность у составляет около 28 МСм/м. Экспериментальному сплаву типа А1-1%Мд-0,3%Бс с добавками Ъ и № была присвоена марка 01515. Полученные данные показывают также, что в качестве конструкционного материала с пределом текучести более 160 МПа, обладающего достаточно высокой теплопроводностью, может быть использованы А1-Мд-8с-сплав, содержащий 0,6 - 0,8%Мд (условная марка 01513).

Химический состав сплавов 01515 и 01523 регламентирован выпущенными нами совместно с ИМЕТ им. А.А.Байкова техническими условиями.

Для промышленного опробования помимо сплавов 01545К, 01523 и 01515 предложены также два опытных сплава марок 01535 и 01545, содержание магния в которых охватывает интервал от 3,9 до 5,7%. Химический состав предлагаемых сплавов регламентирован выпущенными нами совместно с ИМЕТ им.А.А.Байкова, КБ "Салют" ГКНПЦ им. М.В.Хруничева и НПО "Композит" опытными техническими условиями.

6. ВНЕДРЕНИЕ СПЛАВОВ Al-Mg-Sc В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКУЮ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ И ПРИМЕРЫ ИХ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РЕАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

На основе выпущенных технологических рекомендаций при непосредственном участии автора производство деформированных полуфабрикатов из разработанных AI-Mg-Sc-сплавов освоено на опытном заводе ВИЛСа, Самарском металлургическом заводе (СМЗ), Каменск-Уральском металлургическом заводе (КУМЗ) и Белокалитвинском металлургическом производственном объединении (БКМПО).

Значительное количество относительно небольших по объему (до 23 т) опытных и опытно-промышленных партий самых разнообразных видов полуфабрикатов (прутки, профили, листы, плиты, поковки, трубы, проволока) из сплавов 01570, 01571, 01597, 01545, 01545К, 01523, 01515 выпущено с начала 80-х годов и по настоящее время на производственной площадке ВИЛСа по заказам НПО им. С.А. Лавочкина, МКБ «Факел», КБ «Салют», ГРЦ «КБ им. акад. В.П. Макеева», РКК «Энергия», НПО «Композит», ЦНИИ КМ «Прометей», ВНИИ Автоматики, ВНИИХТа и других потребителей. Кроме того, по просьбе Координационнго совета АН СССР по проблеме «Исследование и создание конструкционных материалов для термоядерных реакторов» по заказу ИМЕТ были изготовлены опытные партии плит, листов, прессованных прутков и труб из сплава 01523.

Достаточно крупные (десятки тонн) партии полуфабрикатов из сплава 01570 выпущены на металлургических заводах в Самаре, Каменск-Уральском и Белой Калитве по заказам НПО им. С.А. Лавочкина, ГРЦ «КБ им. В.П. Макеева», КБ «Южное», КБ «Арсенал» и других потребителей (всего изготовлено около тысячи тонн).

Основной вид полуфабрикатов, изготовленный и сплава 01570 на Самарском металлургическом заводе, - листы шириной до 2000 мм и плиты шириной до 1700 мм. Плавки готовились в 30-тонных печах, отливали плоские слитки сечением 300*1580 мм. Типичный уровень механических свойств в поперечном направлении горячекатаных отожженных правленых листов размером 6*2000x4000 мм: ов = 418-477 МПа, а0,2 = 305-346 МПа, 6 =

11,9-18,0%; размером 10><1700>«3500 мм: ств = 386-419 МПа, о0.2 = 252 - 304 МПа, 5 = 13,0-17,1%.

Основной вид продукции из сплава 01570, выпущенной Каменск-Уральским металлургическим заводом, - кольцевые заготовки (кованые, штампованные и раскатные) диаметром до 3600 мм. Максимальный диаметр слитка 805 мм.

Типичные механические свойства отожженных раскатных колец с наружным диаметром 2300 мм, внутренним диаметром 2100 мм, высотой 150 мм в хордовом напрвлении. сгв = 365 - 390 МПа, а02 = 250 - 275 МПа, 5 = 22 - 22,5%; в осевом направлении: ств = 365 - 370 МПа, ст0.2 = 245 - 255 МПа, 5 = 14,5 - 20,5%; в радиальном направлении: ств = 360 - 370 МПа, Сто,2 = 245 - 255 МПа, 6 = 18-19%.

Основной вид продукции из сплава 01570, изготовленной на БКМПО, -тонкие (до 4мм) листы шириной до 2300 мм со следующими типичными значениями механических свойств (поперечное направление, отожженное состояние): лист 3 мм: ств = 426 - 474 МПа, а0.г = 300 - 351 МПа, 5 = 13,1 — 19,8%; лист 2 мм: ов = 433-460 МПа, а0,2 = 316 - 342 МПа, 8 = 14,1 - 19,3%,

Каменск-Уральским, Самарским и Белокалитвинским металлургическими заводами при участии автора были выпущены следующие технические условия на полуфабрикаты из сплава 01570: ТУ1 -804-189-83 (КУМЗ кольцевые заготовки); ТУ1-804—218-86 (КУМЗ листы); ТУ1-802-244-87 (СМЗ листы и плиты); ТУоп1-803-015-88 (БКМПО листы).

Ниже приведены некоторые конкретные примеры практического применения новых сплавов в реальных конструкциях (использованы открытые документы и публикации).

Сплав 01570 использован в сварных конструкциях НПО им. С.А.Лавочкина для изготовления топливных баков. В сварной конструкции приборного контейнера часть силовых элементов, ранее изготавливаемых из сплава АМгб, была заменена на сплав 01570. В результате такой замены в космическом аппарате "Фобос" снижение массы составило 20%. В космическом аппарате " Марс-96" в приборном отсеке для силовых деталей применили кованые полуфабрикаты из сплава 01570, объем которых составлял 25% (для остальных элементов конструкции был применен сплав АМгб). В этом случае снижение массы приборного отсека составило 10%.

Сплав 01570 применен в изделиях Государственного ракетного центра (ГРЦ) "КБ им. акад. В.П.Макеева" для крупногабаритных штампосварных конструкций.

В конструкции изделия МКБ "Факел" применены листы толщиной 2,3 мм и прутки диаметром 90-250 мм из сплава 01570, что привело к снижению веса изделия на 15%, повысило его эксплуатационные характеристики и надежность конструкции.

Представляется очевидным, что, учитывая положительный опыт применения сплава 01570 в изделиях НПО им. С.А.Лавочкина и ГРЦ "КБ им. акад. В.П.Макеева", этот сплав будет и дальше применяться в изделиях подобного рода. Применительно к изделиям космической техники просматриваются хорошие перспективы у малолегированных сплавов 01515, 01513 и 01523. Установлено, что сплав типа AI-2%Mg с добавками Se обладает высокой радиационной стойкостью и имеет перспективы применения в ядерной энергетике.

Относительно сплавов системы Al-Mg-Sc с 4-5%Мд можно сказать, что они, по-видимому, заменят собой классический криогенный сплав 1201 во вновь проектируемых аппаратах с жидководородными топливными баками.

Среднелегированные сплавы типа сплава 01545 имеют, по-видимому, хорошие перспективы в самолетостроении.

Одним из возможных направлений крупномасштабного применения новых сплавов, в частности сплавов 01535 и 01545 является автомобилестроение. По мнению специалистов АвтоВАЗа эти сплавы идеально подходят для некоторых деталей и узлов ходовой части легкового автомобиля.

Другим возможным направлением крупномасштабного применения AI-Mg-Sc-сплавов является их применение в нефте- и газодобыче в качестве материала бурильных труб для скважин с коррозионноактивной щелочной средой (рНгЮ).

Сплавы на основе системы Al-Mg-Sc вероятно будут применяться в обозримом будущем взамен соответствующих стандартных магналиев в таких отраслях как химическое машиностроение, нефтехимия, транспортное машиностроение, судостроение, мелиорация и ирригация.

В любом случае можно полагать, что разработанные высокопрочные свариваемые сплавы на основе системы А1-Мд-Зс будут являться одним из основных конструкционных материалов для нового поколения изделий ракетной и космической техники.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Изучены структура, механические свойства, коррозионная стойкость и ряд других свойств деформируемых сплавов на основе системы А1-Мд-5с.

Установлено, что малая добавка скандия от 0,15'до 0,5% в А1-Мд-сплавы, применяющиеся на практике, при определенных условиях обработки значительно повышает прочность отожженных деформированных полуфабрикатов (предел текучести в 1,5-2,0 раза) при сохранении других важных качеств А1-Мд-сплавов - высокой коррозионной стойкости и хорошей свариваемости.

2. Определены механизмы упрочнения сплавов А1-Мд-8с, зависящие как от содержания скандия, так и от технологии производства полуфабрикатов. Суть этих механизмов заключается в следующем:

- при кристаллизации скандий входит в твердый раствор и тем в большей степени, чем выше скорость охлаждения при литье слитков;

- при регламентированных нагревах слитков в процессе изготовления из них полуфабрикатов (гомогенизация, нагрев перед деформацией, отжиг) из пересыщенного твердого раствора выделяются когерентные частицы фаз типа АЮБс, А13(5с,гг), А13(5с, Тт, "П), что определяет существенный эффект дисперсионного твердения;

- дисперсные включения скандиевых фаз резко повышают температуру рекристаллизации деформированных полуфабрикатов, которые после обычного для А1-Мд-сплавов отжига имеют нерекристаллизованную структуру тем более тонковолокнистую и с меньшим субзерном, чем выше степень деформации перед отжигом, что обусловливает большую или меньшую степень структурного упрочнения.

3. Путем изучения влияния технологических факторов при изготовлении различных полуфабрикатов из сплавов типа А1-6%Мд+5с на их

структуру и свойства определены основные технологические параметры, обеспечивающие максимальный упрочняющий эффект от добавки скандия:

- желательно применение слитков малого сечения для получения после кристаллизации пересыщенного твердого раствора скандия в алюминии как можно большей концентрации; вместе с тем показано, что в крупных слитках (0500 мм и более) в случае необходимости их применения также наблюдается некоторая пересыщенность твердого раствора скандием и связанный с ней определенный эффект дисперсионного твердения;

- температура гомогенизации должна быть в пределах 350-370°С, перегрев при гомогенизации, например до 500°С, приводит к коагуляции скандиевой фазы и почти полному разупрочнению сплава;

- степень горячей и холодной деформации перед отжигом должна быть как можно больше с целью увеличения структурного упрочнения.

4. Установленные механизмы упрочнения сплавов Al-Mg-Sc обусловливают следующую закономерность: наиболее высокую прочность имеют тонкие листы и профили малых сечений, полученные из малых или средних слитков, наименьшую прочность имеют крупные штамповки, полученные из крупных слитков и при малых обжатиях.

5. В результате проведенных исследований разработан новый высокопрочный термически неупрочняемый свариваемый сплав типа AI-6%Мд с добавками скандия и других переходных металлов, которому присвоена марка 01570. Сплав 01570 является наиболее прочным промышленным термически неупрочняемым алюминиевым сплавом (на тонких листах ств > 400 МПа, и02 * 300 МПа, 5 > 12 %). Разработаны присадочные материалы для сварки сплава 01570 - сплавы 01571 и 01597. Данные разработки признаны изобретениями и защищены авторскими свидетельствами СССР и патентами Российской Федерации.

6. Сплав 01570 предложен в качестве конструкционного материала для нагруженных сварных и несварных конструкций, работающих в температурном интервале от -196 до +70'С, в том числе и главным образом для изделий ракетной и космической техники в качестве замены сплаву АМгб.

7. Установлена возможность получения характеристик конструкционной прочности на отожженных листах из сплава типа 01570

близких к тем, которые имеют несвариваемые, термически упрочняемые авиационные сплавы, применяемые в . настоящее время в самолетостроении, например сплав Д16ч в состоянии Т. Предложен состав свариваемого термически неупрочняемого высококоррозионностойкого сплава типа 01570 для самолетостроения.

8. Исследования AI-Mg-Sc-сплавов с меньшим содержанием магния, чем 01570 (менее 6%Мд), показали, что эти сплавы, уступая сплаву 01570 по прочности, обладают рядом свойств, представляющих интерес для специальных целей применения.

Среднелегированный свариваемый сплав 01545К превосходит по прочности и пластичности при температуре жидкого водорода известный криогенный сплав 1201. Сплав запатентован в России, опробование в модельных конструкциях показало перспективность его применения.

Малолегированные сплавы 01523, 01515 и 01513 обладают уникальным сочетанием прочностных, коррозионных, технологических, электрических и теплофизических характеристик. Сплавы предназначены для систем терморегулирования космических аппаратов, проводов специальных приборов, ядерных установок и тому подобных конструкций.

9. На все разработанные сплавы выпущены технические условия, регламентирующие их химический состав, а также технические условия на основные виды деформированных полуфабрикатов.

10. Разработаны технологические рекомендации, содержащие основные технологические параметры производства деформированных полуфабрикатов из новых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc, в соответствии с которыми налажен выпуск опытных и опытно-промышленных партий полуфабрикатов в ВИЛСе и на ведущих заводах авиационной металлургии.

11. Деформированные полуфабрикаты из новых сплавов, главным образом из сплава 01570, использованы в реальных изделиях космической и ракетной техники взамен сплава АМгб, что привело к значительной весовой экономии - до 20% с соответствующим повышением эксплуатационных характеристик.

Основное содержание работы изложено в следующих

публикациях:

1. Филатов Ю.А. Металловедческие основы технологии производства полуфабрикатов из свариваемых сплавов системы алюминий-магний-скандий. - В кн. XVI научно-техническое совещание работников заводских лабораторий. / Тезисы докладов. ВИЛС, БКМЗ, 1988, с. 36-37.

2. Филатов Ю.А. Новые термически неупрочняемые алюминиевые сплавы, легированные скандием, для сварных и паяных конструкций. - В кн. Семинар "Прогрессивные процессы пайки и сварки" / Тезисы. Минск, октябрь 1990, с.20-21.

3. Филатов Ю.А. Промышленные сплавы на основе системы А1-Мд-8с. //Технология легких сплавов, 1996, №3, с.30-35.

4. Филатов Ю.А. Деформируемые АММд-Эс сплавы и возможные области их применения. // Перспективные материалы, 1996, №5, с.45-49.

5. Филатов Ю.А. Деформируемые сплавы на основе системы А1-Мд-8с. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1996, №6, с.33-36.

6. Филатов Ю.А. Деформируемые сплавы на основе системы А1-Мд-8с и перспективы их применения в автомобилестроении. // Цветные металлы, 1997, №2, с. 60-62.

7. Филатов Ю.А. Деформируемые сплавы на основе системы А1-Мд-8с и перспективы их применения. - В кн.: Проблемы развития автомобилестроения в России: Избранные доклады И-1\/ международных научно-практических конференций (1996-1998гг.) / Под ред.Г.К. Мирзоева, А.Н. Москалюка, М.М. Криштала - Тольятти: АО "АВТОВАЗ", 1999, с. 156-157.

8. Дриц М.Е., Торопова Л.С., Быков Ю.Г., Елагин В.И., Филатов Ю.А. Структура и свойства сплавов А1-Бс и А1-Мд-8с. - В кн. Металлургия и металловедение цветных сплавов. М., Наука, 1982, с. 213-233.

9. Дриц М.Е., Торопова Л.С., Быков Ю.Г., Гущина Ф.Л., Елагин В.И. Филатов Ю.А. Метастабильная диаграмма состояния системы Al-Sc со стороны богатой алюминием. II Изв. АН СССР. Металлы, 1983, №1, с.179-182.

Ю.Добаткин В.И., Дриц М.Е., Торопова Л.С., Елагин В.И., Быков Ю.Г., Филатов Ю.А. Основные принципы легирования скандием алюминия и его сплавов. - В кн. Металлургия легких сплавов, М., Металлургия, 1983, с. 214-219.

11 .Альтовский И.В., Вотинов С.Н., Добаткин В.И., Дриц М.Е., Елагин В.И., Иванов Л.И., Орлов В В., Платов Ю.М., Торопова Л.С., Филатов Ю.А. Перспективы применения алюминиевых сплавов в качестве конструкционных материалов для термоядерных реакторов. - В кн. Конструкционные материалы для реакторов термоядерного синтеза. М„ Наука, 1983, с.40-48.

12.Елагин В.И., Захаров В.В., Филатов Ю.А., Ростова Т.Д. Некоторые особенности технологии получения полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, легированных скандием. - В кн.: XIV научно-техническое совещание работников заводских лабораторий / Тезисы докладов. ВИЛС, 1983, с.51-52.

13.Филатов Ю.А., Дискин A.M., Шахназаров A.M., Верина Т. А. Особенности изготовления и свойства листов из сплава системы Al-Mg-Sc до и после сверхпластической деформации. - В кн.: Сверхпластичные листовые материалы и технология пневмоформовки деталей. / Тезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции 20-21 ноября 1985г. М., ВИАМ, 1985, с. 11-12.

14.Портной В.К., Дискин A.M., Алалыкин A.A., Филатов Ю.А., Шахназаров A.M. Особенности сверхпластической деформации листов из сплава системы Al-Mg-Sc. II Вопросы авиационной науки и техники. Сер. Технология легких сплавов, 1986г., вып.9, с.5-11.

15.Дискин A.M., Новиков И.И., Портной В.К., Алалыкин A.A., Дриц A.M., Филатов Ю.А. Сверхпластичность алюминиевых сплавов, легированных скандием. // Вопросы авиационной науки и техники. Сер. Технология легких сплавов, 1986, вып. 10, с.13-17.

1 б.Дискин A.M., Алалыкин A.A., Филатов Ю.А. Сверхпластичность сплавов типа дуралюмин и магналий с исходной нерекристаллизованной структурой. - В кн. Тезисы докладор третьей Всесоюзной конференции по сверхпластичности. Тула. ТулПИ, 1986, ч. 1, с. 78-79.

17.Елагин В.И., Захаров ВВ., Ростова Т.Д., Филатов Ю.А. О легировании алюминиевых сплавов совместными добавками скандия и других переходных металлов. - В кн. Металловедение литье и обработка легких сплавов. М., ВИЛС, 1986, с. 180-189.

18.Вальков В.Д., Синявский B.C., Елагин В.И., Титкова ЕВ. Филатов Ю.А. Влияние скандия на коррозионные и электрохимические характеристики сплавов системы Al-Mg. // Вопросы авиационной науки и техники. Сер. Технология легких сплавов, 1987. вып.З, с.22-28.

19.Вальков В.Д., Синявский B.C., Елагин В Н., Титкова Е.В., Филатов Ю.А. Влияние добавок хрома на коррозионные свойства полуфабрикатов из сплава 01570. // Вопросы авиационной науки v техники. Сер. Технология легких сплавов, 1987, вып.10, с.38-42.

20.Мерзляков A.M., Чудин В.Н., Дискин A.M., Тимохов А.П., СоболеЕ Я.А., Филатов Ю.А. Оценка деформационной способности алюминиевого сплава 01570 при получении деталей сверхпластической формовкой. // Технология. Сер. Оборудование материалы, процессы, 1987, вып.4, с. 14-18.

21.Малинкина Т.И., Вязмитинов С.Е., Власова Т.А., Доброжинская Р.И Филатов Ю.А. Новый алюминиевый высокопрочный термически неупрочняемый сплав 01570. - В кн. Новые конструкционные материалы / Тез. докл. межотраслевых научных конференций совещаний, семинаров. М. ВИМИ, 1988, с.3-4.

22.Елагин В.И., Захаров В.В., Ростова Т.Д., Филатов Ю.А. Некоторые металловедческие принципы легирования, технологии производств? и термической обработки алюминиевых сплавов, содержащи> скандий. II Вопросы авиационной науки и техники. Сер. Технологи; легких сплавов, 1989, вып.9, с.27-34.

23.Елагин В.И., Захаров В.В., Ростова Т.Д., Филатов Ю.А. Структура и свойства деформированных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, легированных скандием // Технология легких сплавов, 1991, №12, с. 21-28.

24.Елагин В.И., Захаров ВВ., Ростова Т.Д., Филатов Ю.А. Закономерности легирования алюминиевых сплавов скандием. // Вестник ноу-хау. 1993, №2 (вып.1), с. 62-66.

25.Филатов Ю.А., Елагин В.И., Захаров В.В. Промышленные сплавы на основе системы алюминий-магний-скандий. - В кн. Международная научно-практическая конференция "Скандий и перспективы его использования", 18-19 октября 1994г. / Тезисы докладов. М., 1994,с. 19.

26.Похил Ю.А., Черник М.М., Сокольский C.B., Скибина Л.В., Дудко П.П., Сергиенко В.В., Ииценко А.Я., Третьяк Н.Г., Филатов Ю.А. Механические свойства и характер разрушения Al-Mg-Sc сплавов при температурах 20-293К. - Там же, с. 23.

27.Елагин В.И., Захаров ВВ., Филатов Ю.А. О перспективах применения нового высокопрочного свариваемого сплава 01570 (Al-Mg-Sc) в самолетостроении. - В кн. Обработка легких и специальных сплавов. ВИЛС, 1996, с. 124-133.

28.Филатов Ю.А., Елагин В.И., Захаров В.В. Перспективы применения свариваемых сплавов системы Al-Mg-Sc. // Технология легких сплавов, 1997, №5, с.8-10.

29.Лукин В.И., Филатов Ю.А., Панасюгина Л И. Особенности сварки алюминиевых сплавов со скандием. II Там же, с. 10-13.

30.Махмудова H.A., Филатов Ю.А., Панасюгина Л.И. Новый присадочный материал для сварки высокопрочных сплавов системы Al-Mg-Sc. // Там же , 27-29.

31.Махмудова H.A., Макаров А.Г., Пась А.И., Елагин В.И., Филатов Ю.А., Разработка новых марок проволоки для сварки высокопрочных конструкционных алюминиевых сплавов, применяемых в судостроении. // Технология легких сплавов, 1999, № 1-2, с. 158-164

32.Доброжинская Р.И., Барабохин Н.С., Филатов Ю.А., Севальнев A.B., Елагин В.И., Захаров В.В. Разработка и исследование нового

V

криогенного свариваемого сплава 01545К системы Al-Mg-Sc и его опробование применительно к условиям работы при температуре жидкого водорода. II Авиакосмическая техника и технология, 2000. №1, с. 3-7.

33.Лунин Б.С., Торбин С.Н., Филатов Ю.А. Внутреннее трение в сплавах Al-Sc. // Материаловедение, 2000, №9, с.2-4.

34.Yu.A. Filatov. Weldable aluminium-magnesium-scandium system base alloys. //Welding in the World, 1994, vol. 33, No 6, p.p.428-429.

35.Yu.A. Filatov. Deformable Al-Mg-Sc alloys and possible regions of their application. // Journal of Advanced Materials, 1995, No 5, pp. 386-390.

36.YU.A. Filatov. Deformable alloys based on the Al-Mg-Sc system. // Metal Science and Heat Treatment,, 1996, vol. 38, Nos 5/6, pp. 271-274.

37/Yu.A. Filatov. Weldable Al-Mg-Sc alloys. - International Workshop Joining of Aerospace Materials. Rolls Royce, Derby, UK, 1-2 October 1997, p.16.

38. V.G. Davydov, V.I. Yelagin, V.V. Zakharov, Ju.A. Filatov, T.D. Rostova Aluminium weldable alloys with scandium additions. - Abstr. 2 nd Sino-Russ. Symp. Adv. Mater, and Processes, Xian, 8-13 Oct. 1993, p.45.

39.YU.A. Pokhil, M.M. Chernik, S.V. Sokolski , P.P. Dudko, N.I. Skliarenko A.Ya. Ishchenko, N.G. Tretyak, Yu.A. Filatov. Mechanical properties anc the character of fracture of welded joints of Al-Mg-Sc-Zr alloys ai temperatures 20-293K. - International Cryogenic Materials Conference July 12-16, 1993. Albuquerque, New Mexico, p.22.

40.A.G. Bratukhin, B.I. Bondarev, I.S. Polkin, Yu.A. Filatov and V.Yu Konkevich. RSR alloys, Sc-bearing aluminium alloys and aluminiurr matrix composites applied to making aerospace permanent joints. /< Welding in the World, 1994, vol.33, No 6, p.435.

41.V.G. Davydov, V.I. Yelagin, V.V. Zakharov, Yu.A. Filatov. On prospect.1 of application of new 01570 high-strength weldable Al-Mg-Sc alloy ir aircraft industry. - Aluminium Alloys. Their Physical and Mechanica Properties. Part 3. Proceedings of the 5-th International Conferencf ICAA5, Grenoble, France, July 1-5, 1996 / Materials Science Forum vol; 217-222 (1996), pp. 1841-1846.

42.Yu.A. Filatov, V.I.Yelagin, V.V. Zakharov. New Al-Mg-Sc alloys. - The Fifth IUMRS International Conference on Advanced Materials IUMRS-ICAM 99, Abstracts (2),Beijing, China, June 13-18, 1999, p.417.

43.V.G. Davydov, T.D. Rostova, V.V. Zakharov, Yu.A. Filatov, V.I. Yelagin. Scientific principles of making an alloying addition of scandium to aluminium alloys. - The Fifth IUMRS International Conference on Advanced Materials IUMRS-ICAM 99, Abstracts (2), Beijing, China, June 13-18, 1999, p.417-418.

44.Yu.A. Filatov, V.I. Yelagin, V.V. Zakharov. New Al-Mg-Sc alloys. II Materials Science and Engineering, A280(2000), p. 97-101.

45.V.G. Davydov, T.D. Rostova, V.V. Zakharov, Yu.A. Filatov, V.I. Yelagin. Scientific principles of making an alloying addition of scandium to aluminium alloys. II Materials Science and Engineering, A280(2000), p. 30-36

46.V.G. Davydov, V.I. Yelagin, V.V. Zakharov, T.D. Rostova, Yu.A. Filatov. Semiproducts from new perspective aluminium alloys with scandium additions, the structure, properties, applications. - Proc. of Int. Conf. on Engineering and Technological Sciences 2000 (ICETS 2000). Advanced Materials, vol.2, Oct.11, 2000, Beijing, China, p. 1162-1168.

47.ABT. CBMfl. №№ 704266, 704267, 790829, 788800, 790830, 841387, 902489, 1104898, 1246630, 1299154, 1309605, 1351151, 1424360, 1453939, 1582438, 1586242, 1619731, 1626703, 1625033, 1660320, 1746734, 1746735.

48.naTeHTbi PO №№ 2081934, 2082807, 2082808, 2082809, 2085607.