пониженных прочностных свойствах по сравнению с нерекристаллизованной
структурой.
Наилучшие результаты обычно получают на полуфабрикатах с мелким, близким
к равновесной форме, зерном. Однако повышение вязкости разрушения не всегда
связано с наименьшим размером зерна. Положительный эффект наблюдается также
на полуфабрикатах, в которых в процессе перестраивания выделяются частицы
вторичных фаз – Т2, S. Полуфабрикаты с рекристаллизованной структурой
характеризуются повышенным сопротивлением расслаивающей коррозии.
Если в листах алюминий-литиевых сплавов зерна имеют размеры <15 мкм, то
они обладают эффектом сверхпластичности и используются для изготовления
деталей сложного рельефа. Хорошие показатели сверхпластичности получают на
листах из сплава 2090 и 1450 с нерекристаллизованной структурой. В процессе
сверхпластической формовки этих листов протекает динамическая
рекристаллизация и обеспечивается высокая пластичность.
Влияние холодной деформации между закалкой и старением. Значительный
эффект в повышении прочностных свойств, характеристик вязкости разрушения и
трещиностойкости, сопротивления коррозии наблюдается на сплавах систем Al-
Cu-Li и Al-Li-Mg-Cu при использовании регламентированной холодной
деформации растяжением закаленных полуфабрикатов перед искусственным
старением. В результате такой обработки увеличиваются плотность и
дисперсность гетерогенно зарождающихся выделений упрочняющих фаз,
уменьшаются ширина приграничных зон, свободных от выделений, размер и
количество частиц стабильных фаз на границах.
Режимы термомеханической обработки, включающие строго регламентированную
деформацию растяжением на 3-6 % перед искусственным старением, являются
основными при производстве листов, плит, прессованных полуфабрикатов из
алюминий-литиевых сплавов. Листы, плиты и профили из сплава 2090 в
состоянии Т8Е41 подвергаются деформации на 6 % перед старением, а
полуфабрикаты из сплавов 8090, 2091, 8091 – на 3 %. Вследствие такой
обработки повышается сопротивление коррозионному растрескиванию и
расслаивающей коррозии.
Влияние режимов старения. Алюминий-литиевые сплавы могут быть состарены до
трех состояний: недостаренное (мягкий режим), до максимальной прочности
(«пик» старения) и перестаренное. Для того, чтобы обеспечить нужное
сочетание прочности, пластичности, вязкости и коррозионной стойкости,
разрабатывались оптимальные режимы старения. Установлено, что для
большинства сплавов высокая пластичность и вязкость разрушения в сочетании
со средним уровнем прочностных свойств достигаются после
низкотемпературного старения в мягком режиме – недостаренное состояние.
Однако лучшая коррозионная стойкость обеспечивается в результате
перестаривания или старения на максимальную прочность. Наилучший комплекс
свойств (механические свойства при растяжении – вязкость разрушения)
получен при сочетании высокой деформации (2-8%) после закалки с
низкотемпературным старением.
И, наконец, рассмотрим свойства промышленных полуфабрикатов из сплавов
Al-Li. Из промышленных сплавов изготавливают различные полуфабрикаты –
листы, плиты, штамповки и разнообразной формы прессованные изделия, которые
могут применяться в зависимости от требуемого комплекса и уровня свойств в
нескольких состояниях.
В системе обозначений состояний термически упрочняемых сплавов, принятой
за рубежом, указываются различные виды термической обработки и используемые
сочетания и последовательности холодной деформации и старения. Некоторые
из них приведены ниже (буква Т обозначает термическую обработку для
получения стабильных состояний):
Т1 – охлаждение от температур горячей деформации с последующим
естественным старением для получения более стабильного состояния.
Т2 - охлаждение от температур горячей деформации, нагартовка и
последующее естественное старение для получения более стабильного
состояния.
Т3 – закалка, холодная деформация и последующее естественное старение.
После закалки полуфабрикаты подвергают холодной деформации для повышения
прочности, при этом влияние холодной деформации при прогладке или растяжке
оговариваются в технической документации.
Т4 – закаленное и естественно состаренное состояние.
Т5 – охлаждение от температур горячей деформации и последующее
искусственное старение.
Т6 – закалка и искусственное старение. Полуфабрикаты не подвергают
холодной деформации после закалки. Влияние холодной деформации при
прогладке или правке не оговариваются в технической документации.
Т7 – закалка и перестаривание. Перестаривание обеспечивает получение
свойств за максимумом прочности на кривой старения при некоторых специально
контролируемых характеристиках с целью достижения стабильности размеров,
более низкого уровня остаточных напряжений или повышения коррозионной
стойкости.
Т8 – закалка, холодная деформация и последующее искусственное старение.
Применимы для полуфабрикатов, подвергаемых холодной деформации для
повышения прочности, а также для которых влияние холодной деформации при
прогладке или растяжке оговариваются в технической документации. Степень
холодной деформации обозначается цифрой 8.
Т9 – закалка, искусственное старение и последующая холодная деформация.
Т10 – охлаждение от температур горячей деформации, холодная деформация и
последующее искусственное старение.
Закалка или обработка на твердый раствор состоит в нагреве литых или
деформированных полуфабрикатов до соответствующей температуры, выдержке при
этой температуре, продолжительность которой достаточна для перехода
составляющих в твердый раствор, и быстром охлаждении для фиксации твердого
раствора. Например, у некоторых сплавов серии 6000 необходимые механические
свойства достигаются либо при охлаждении с печью от температуры нагрева под
закалку, либо при охлаждении от температур горячей деформации со скоростью,
достаточной для того, чтобы избежать распада твердого раствора, что
аналогично операции закалки. В таких случаях для дифференциации
соответствующих состояний используют обозначения Т3, Т4, Т6, Т7, Т8 и Т9.
Кроме термической обработки, в этой системе обозначений существуют еще
обозначения таких состояний: F - без какой- либо дополнительной обработки
после изготовления; О – отожженное состояние; W – закаленное состояние,
нестабильное. Эти состояния менее стабильны, чем состояния, получаемые при
термической обработке.
Для деформированных полуфабрикатов, в которых остаточные термические
напряжения уменьшают посредством холодной деформации, используют следующие
обозначения:
ТХ51 – уменьшение остаточных напряжений после закалки посредством
растяжки с определенной остаточной деформацией (0,5-3,0%) в зависимости от
вида полуфабриката. Обработка с таким обозначением применяется главным
образом для плит, катаных и холоднодеформированных полос и прутков, не
подвергаемых дополнительной правке после растяжения. Применительно к
прессованным пруткам, полосам, профилям и трубам используют обозначение:
ТХ510 – без дополнительной правки после растяжки; ТХ511 – с незначительной
правкой после растяжки для обозначения стандартных требований по допускам.
ТХ52 – уменьшение остаточных напряжений сжатием. Применяется для
полуфабрикатов, в которых уменьшение остаточных напряжений после закалки
производится посредством правки сжатием с остаточной деформацией 1-3%.
ТХ54 – уменьшение остаточных напряжений растяжением и сжатием.
Применяется для штамповок, остаточные напряжения в которых уменьшают путем
холодной калибровки в окончательном штампе.
Вместо буквы «Х» в обозначениях вида обработки полуфабрикатов,
вызывающей снижение остаточных напряжений, в зависимости от состояния
указываются соответствующие цифры 3, 6, 7 или 8 (например, вместо ТХ52
будет Т652 или Т852).
Те же самые цифры могут использоваться в сочетании с символом состояния
W для обозначения нестабильного закаленного состояния полуфабрикатов, для
которых необходима правка для уменьшения остаточных напряжений.
Для деформированных полуфабрикатов, термообработанных из состояния О и F
без правки после закалки, используются такие обозначения: Т42 – закалка из
состояний О или F и последующее естественное старение до получения
устойчивого состояния; Т62 - закалка из состояний О или F и последующее
искусственное старение.
Изменяя режимы термической и термомеханической обработки алюминий-
литиевых сплавов, можно получать различный комплекс свойств.
Алюминий-литиевые сплавы наиболее эффективно применяются в летательных
аппаратах. Это связано с тем, что они имеют более высокую стоимость, но при
этом более низкую плотность и более высокий модуль упругости по сравнению с
традиционными алюминиевыми сплавами систем Al-Cu-Mg и Al-Zn-Mg-Cu.
Оптимальное сочетание прочностных свойств, коррозионной стойкости,
характеристик трещиностойкости и вязкости разрушения обеспечивается
получением полуфабрикатов с заданной регламентированной структурой и
применением термомеханической обработки, включающей закалку, определенную
холодную деформацию и старение. Например, для обеспечивания высокой
трещиностойкости с целью замены сплава 2024Т3 рекомендуется применять листы
сплава 2091 в состоянии Т8Х, которые после закалки подвергают 3%-ной
холодной деформации растяжением и последующему искусственному старению при
1350С , 10 ч. Средняя прочность при некотором понижении характеристик
трещиностойкости достигается на листах из сплава 2091 в состоянии Т8 –
закалка, растяжение на 3%, старение при 1850С, 24 ч. Аналогичные режимы
термомеханической обработки применяют и при изготовлении полуфабрикатов из
отечественных алюминий-литиевых сплавов.
Алюминий-литиевые сплавы занимают особое положение среди других
стареющих алюминиевых систем, что обусловлено их более высоким модулем
упругости и меньшей плотностью, свойствами, открывающими новые возможности
применения металлических легких материалов, в частности для аэрокосмической
техники. Однако при этом им свойствен один недостаток – низкая пластичность
в состоянии максимальной прочности. Для его преодоления проведено много
исследований влияния различных факторов на пластичность и характеристики
разрушения алюминий-литиевых сплавов. Выяснено, что причинами пониженной
пластичности и вязкости разрушения являются неоднородность деформации;
наличие зон, свободных от выделений упрочняющей фазы, связанных с
зарождением различных фаз, содержащих литий, по границам зерен; появление
пор возле крупных частиц и наличие естественных примесей, таких как K, Na,
S, H2, Fe, Si, образующих или легкоплавкие эвтектики по границам зерен, или
выделение по ним фаз. Перечислю основные меры, которые были предложены для
решения этой проблемы (повышения пластичности). В первую очередь это
легирование алюминий-литиевых сплавов медью и магнием, которые образуют
тройные фазы с литием и вызывают твердорастворное упрочнение. Эти фазы
наряду с промежуточной способствуют упрочнению сплавов при старении, и
более однородной его деформации. Этой же цели служит и легирование алюминий-
литиевых сплавов цирконием и скандием. Еще есть метод двухступенчатого
старения. Такое старение вызывает более равномерное распределение фаз
выделения и стабилизацию дисперсной структуры. Однако следует сказать, что
еще не исчерпаны все возможные способы улучшения пластичности сплавов Al-
Li.
Исследованию алюминий-литиевых сплавов, усовершенствованию технологии
производства различных полуфабрикатов, разработке новых композиций сплавов
и оценке перспективности их применения, особенно в авиационной технике,
уделяется большое внимание во многих странах.
Список литературы.
1. И. Н. Фридляндер, К. В. Чуистов, А. Л. Березина, Н. Н. Колобнев.
Алюминий-литиевые сплавы. Структура и свойства. – Киев, «Наукова думка»,
1992.
2. И. Н. Фридляндер. Металловедение алюминия и его сплавов. – М.:
«Металлургия», 1971.
3. И. Н. Фридляндер. Конструкционные сплавы (серия Алюминиевые сплавы). –
М.: «Металлургия», 1968.
4. Алюминий: свойства и физическое металловедение: Справ. – М.:
«Металлургия», 1989.
5. Применение алюминиевых сплавов (серия Алюминиевые сплавы): Справочное
руководство (под ред. А. Т. Туманова). – М.: «Металлургия»,1973.
Страницы: 1, 2
