btpsБезопасность техногенных и природных системSafety of Technogenic and Natural Systems2541-9129Don State Technical University10.23947/2541-9129-2024-8-3-78-87NTBOKIbtps-398Research ArticleХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ, МЕТАЛЛУРГИЯCHEMICAL TECHNOLOGIES, MATERIALS SCIENCES, METALLURGYВлияние режимов термической обработки на структуру и свойства крупногабаритных изделий перспективной авиационной техники из сплавов системы Al-Zn-Mg-CuInfluence of Heat Treatment Modes on the Structure and Properties of Large-Sized Products of Advanced Aviation Equipment Made of Alloys of the Al-Zn-Mg-Cu Systemhttps://orcid.org/0000-0001-8637-1096МуратовВ. С.MuratovV. S.

Владимир Сергеевич Муратов, доктор технических наук, профессор кафедры металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов 

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

ResearcherID

Vladimir S. Muratov, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials

244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100

ResearcherID

muratov1956@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6789-1448ЯкимовН. С.YakimovN. S.

Николай Сергеевич Якимов, кандидат технических наук, ведущий инженер 

443009, г. Самара, Заводское шоссе, 55

ResearcherID

Nikolai S. Yakimov, Cand. Sci. (Eng.), Leading Engineer 

55, Zavodskoe highway, Samara, 443009

ResearcherID

andrej.bakin2013@yandex.ruСамарский государственный технический университетРоссияSamara State Technical UniversityRussian FederationАО «Авиаагрегат»РоссияAviaagregat JSCRussian Federation202430082024037887Copyright © Муратов В.С., Якимов Н.С., 20242024Муратов В.С., Якимов Н.С.Muratov V.S., Yakimov N.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.bps-journal.ru/jour/article/view/398Введение

Введение. Высокопрочные сплавы на алюминиевой основе системы легирования Al-Zn-Mg-Cu широко используются для изготовления деталей авиационной техники. Требует решения проблема достижения необходимого уровня механических свойств крупногабаритных деталей из сплавов этой системы легирования при термической обработке. Актуальны также исследования по оценке особенностей формирования коррозионных свойств в процессе реализации операций термической обработки. Цель данной работы — определить режимы термической обработки для достижения необходимых значений механических свойств и стойкости к коррозионному растрескиванию деталей из крупногабаритных деформированных заготовок сплавов системы легирования Al-Zn-Mg-Cu.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследования выполнены на деталях, изготавливаемых из поковок сплава 1933 и штампованных заготовок сплава В93пч. Определялось влияние режимов термической обработки на комплекс механических свойств (характеристики прочности, пластичности, твердости), микроструктуру и электропроводность сплавов. Испытания на растяжение реализовывались как на образцах, подвергнутых термической обработке после вырезки из поковок и штампованных заготовок, так и на образцах, вырезанных из массивных темплетов, которые подвергались термической обработке вместе с изделиями. Электропроводность позволяла оценивать степень пересыщенности твердого раствора и прогнозировать сопротивляемость сплава коррозионному растрескиванию.

Результаты исследования

Результаты исследования. Показана необходимость дифференцированного подхода к назначению длительности ступеней старения в зависимости от марки сплава, конфигурации и габаритов изделий, требований к уровню свойств. Предложены варианты и режимы термической обработки для изделий из сплавов 1933 и В93пч, обеспечивающие необходимый уровень механических свойств и сопротивляемости коррозионному растрескиванию.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Установлены случаи несоответствия прочностных свойств в продольном и поперечном (по ширине) направлениях волокна деталей, изготавливаемых из крупногабаритных заготовок сплавов 1933 и В93пч. Предложены режимы и варианты термической обработки деталей, позволяющие достигать требуемых значений механических свойств и коррозионной стойкости, которые предусматривают сокращение в два раза (для сплава 1933) или увеличение на 25 % (для сплава В95пч) времени выдержки при ступенях старения.  

Introduction

Introduction. High-strength aluminum-based alloys of the Al-Zn-Mg-Cu alloying system are commonly used in aircraft manufacturing. However, there is a need to address the issue of achieving the desired level of mechanical properties in large-scale parts made from these alloys during heat treatment. Additionally, studies on the evaluation of corrosion resistance during heat treatment are also essential. The aim of this work was to determine the modes of heat treatment to achieve the necessary values of mechanical properties and resistance to corrosion cracking of parts made of large-sized deformed blanks of alloys of the Al-Zn-Mg-Cu alloying system.

Materials and Methods

Materials and Methods. The research was conducted on parts made from forged 1933 alloy forgings and B93pch stamped blanks. The influence of heat treatment on the mechanical properties (strength, ductility, hardness) and microstructure, as well as electrical conductivity, was determined. Tensile tests were carried out both on samples subjected to heat treatment after cutting from forgings and stamped blanks, and on samples cut from massive templets that were heat treated together with the products. Electrical conductivity allowed us to assess the level of solid solution supersaturation and predict resistance to corrosion cracking.

Results

Results. The results of the study showed the necessity of a differentiated approach to assigning the duration of aging stages, depending on the alloy grade, configuration, and dimensions of the products, as well as the requirements for the level of properties. Variants and modes of heat treatment were proposed for products made from alloys 1933 and B93pch, providing the necessary level of mechanical properties and resistance to corrosion cracking.

Discussion and Conclusion. Cases of inconsistency in strength properties in the longitudinal and transverse (in width) directions of the fiber of parts made from large-sized blanks of alloys 1933 and B93pch have been established. Modes and options for heat treatment of parts were proposed, allowing the achievement of the required values of mechanical properties and corrosion resistance. This provides for a halving of the aging time for alloy 1933 or an increase of 25% for alloy B95pch.

алюминиевые сплавыкрупногабаритные изделиятермическая обработкаструктурасвойстваaluminum alloyslarge-sized productsheat treatmentstructurepropertiesАвторы выражают благодарность редакции и рецензентам за внимательное отношение к статье и указанные замечания, устранение которых позволило повысить ее качество.The authors would like to thank the Editorial team of the Journal and anonymous reviewers for their competent expertise and valuable recommendations for improving the quality of the article.ReferencesМашиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. Энциклопедия. В 40 т. Т. II–3. Москва: Машиностроение; 2001. 880 с.Mechanical Engineering. Non-Ferrous Metals and Alloys. Composite Metal Materials. Encyclopedia. In 40 vol. Vol. II–3. Moscow: Mashinostroenie; 2001. 880 p. (In Russ.)Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года. Авиационные материалы и технологии. 2012;(S):7–17.Kablov EN. Strategical Areas of Developing Materials and Their Processing Technologies for the Period up to 2030. Aviation Materials and Technologies. 2012;(S):7–17. (In Russ.)Каблов Е.Н., Антипов В.В., Оглодкова Ю.С., Оглодков М.С. Опыт и перспективы применения алюминийлитиевых сплавов в изделиях авиационной и космической техники. Металлург. 2021;(1):62–70. URL: https://library.bmstu.ru/Publications/Home/AuthorPublications/c00e1744-db59-4d2f-9f79-1e9e757d5105 (дата обращения: 29.04.2024).Kablov EN, Antipov VV, Odolodkova YuS, Odolodkov MS. Experience and Application Prospects of Aluminum-Lithium Alloys in Aircraft and Space Technology. Metallurg. 2021;(1):62–70. URL: https://library.bmstu.ru/Publications/Home/AuthorPublications/c00e1744-db59-4d2f-9f79-1e9e757d5105 (accessed: 29.04.2024). (In Russ.)Фридляндер И.Н. Воспоминания о создании авиакосмической и атомной техники из алюминиевых сплавов. 2-е изд. Москва: Наука; 2006. 275 с. URL: https://elib.biblioatom.ru/text/fridlyander_vospominaniya_2006/p12/ (дата обращения: 29.04.2024).Fridlyander IN. Memories of the Creation of Aerospace and Nuclear Technology from Aluminum Alloys. 2-nd ed. Moscow: Nauka; 2006. 275 p. URL: https://elib.biblioatom.ru/text/fridlyander_vospominaniya_2006/p12/ (accessed: 29.04.2024). (In Russ.)Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Ткаченко Е.А., Вахромов Р.О. Алюминиевые деформируемые сплавы. Авиационные материалы и технологии. 2012;(S):167–182.Antipov VV, Senatorova OG, Tkachenko EA, Vakhromov PO. Aluminium Wrought Alloys. Aviation Materials and Technologies. 2012;(S):167–182. (In Russ.)Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Сидельников В.В., Попов В.И., Блинова Н.Е. Разработка, освоение и применение особопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr для авиационной и ракетной техники. В: Труды международной научно-технической конференции «Развитие фундаментальных основ материаловедения легких сплавов и композиционных материалов на их основе для создания изделий аэрокосмической и атомной техники». Москва: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»; 2013. С. 51.Antipov VV, Senatorova OG, Sidelnikov VV, Popov VI, Blinova NE. Development and Application of HighStrength Alloys of the Al-Zn-Mg-Cu-Zr System for Aviation and Rocket Technology. In: Proceedings of the International scientific and technical conference “Development of the fundamentals of materials science of light alloys and composite materials based on them for the creation of aerospace and nuclear engineering products”. Moscow: AllRussian Scientific Research Institute of Aviation Materials of the National Research Center “Kurchatov Institute”; 2013. P. 51. (In Russ.)Каблов Е.Н. Контроль качества материалов — гарантия безопасности эксплуатации авиационной техники. Авиационные материалы и технологии. 2001:(1);3–8.Kablov EN. Quality Control of Materials is a Guarantee of the Safety of Aviation Equipment Operation. Aviation Materials and Technologies. 2001:(1);3–8. (In Russ.)Сенаторов О.Г., Антипов В.В., Бронз А.В., Сомов А.В., Серебренников Н.Ю. Высокопрочные и сверхпрочные сплавы традиционной системы Al-Zn-Mg-Cu, их роль в технике и возможности развития. Технология легких сплавов. 2016;4:43–49.Senatorov OG, Antipov VV, Bronz AV, Somov AV, Serebrennikova NYu. High-Strength and Super HighStrength Conventional Al-Zn-Mg-Cu System-Based Alloys, Their Role in Engineering and Possibility of Development. Tekhnologiya legkikh splavov. 2016;4:43–49. (In Russ.)Kai Wen, Yunqiang Fan, Guojun Wang, Longbin Jin, Xiwu Li, Zhihui Li, et al. Aging Behavior and Precipitate Characterization of a High Zn-Containing Al–Zn–Mg–Cu Alloy with Various Tempers. Materials & Design. 2016;101:16–23. http://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.03.150Kai Wen, Yunqiang Fan, Guojun Wang, Longbin Jin, Xiwu Li, Zhihui Li, et al. Aging Behavior and Precipitate Characterization of a High Zn-Containing Al–Zn–Mg–Cu Alloy with Various Tempers. Materials & Design. 2016;101:16–23. http://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.03.150Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года». Авиационные материалы и технологии. 2015;1(34):3–33. URL: https://journal.viam.ru/ru/system/files/uploads/pdf/2015/2015_1_1_1.pdf (дата обращения: 29.04.2024).Kablov EN. Innovative Developments of FSUE “VIAM” SSC of RF on Realization of “Strategic Directions of the Development of Materials and Technologies of Their Processing for the Period until 2030”. Aviation Materials and Technologies. 2015;1(34):3–33. URL: https://journal.viam.ru/ru/system/files/uploads/pdf/2015/2015_1_1_1.pdf (accessed: 29.04.2024). (In Russ.)Антипов В.В. Перспективы развития алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для изделий авиационно-космической техники. Авиационные материалы и технологии. 2017;(S):186–194. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-S-186-194Antipov VV. Prospects for Development of Aluminium, Magnesium and Titanium Alloys for Aerospace Engineering. Aviation Materials and Technologies. 2017;(S):186–194. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-S-186-194 (In Russ.)Каблов Е.Н. Материалы нового поколения и цифровые технологии их переработки. Вестник Российской академии наук. 2020;90(4):331–334. https://doi.org/10.31857/S0869587320040052Kablov EN. New Generation Materials and Technologies for Their Digital Processing. Herald of the Russian Academy of Sciences. 2020;90(4):331–334. https://doi.org/10.31857/S0869587320040052 (In Russ.)Фридляндер И.Н. Современные алюминиевые, магниевые сплавы и композиционные материалы на их основе. Металловедение и термическая обработка металлов. 2002;(7):24–29.Fridlyander IN. Modern Aluminum, Magnesium Alloys and Composite Materials Based on Them. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2002;(7):24–29. (In Russ.)Нечайкина Т.А., Блинова Н.Е., Иванов А.Л., Козлова О.Ю., Кожекин А.Е. Исследование влияния режимов гомогенизации и закалки на структуру и механические свойства раскатных колец из сплава В95оч-Т2. Труды ВИАМ. 2018;10(70):27–36. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-10-27-36Nechaykina TA, Blinovа NE, Ivanov AL, Kozlova OYu, Kozhekin AE. Research of the Effect of Homogenization and Quench Hardening Modes on the Structure and Mechanical Properties of Retail Rings From Alloy В95o.ch.-T2. Proceedings of VIAM. 2018;10(70):27–36. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-10-27-36 (In Russ.)Сенаторова О.Г., Серебренникова Н.Ю., Антипов В.В., Иванов А.Л., Попов В.И. Исследование структуры и свойств плиты толщиной 80 мм из сплава В95 пчТ2. Технология легких сплавов. 2016;(2):37–42.Senatorova OG, Serebrennikova NYu, Antipov VV, Ivanov AL, Popov VI. Investigation of the Structure and Properties of an 80 mm Thick Plate Made of B95 p.chT2 Alloy. Tekhnologiya legkikh splavov. 2016;(2):37–42. (In Russ.)Нечайкина Т.А., Оглодков М.С., Иванов А.Л., Козлова О.Ю., Яковлев С.И., Шляпников М.А. Особенности закалки широких обшивочных плакированных листов из алюминиевого сплава В95пч на линии непрерывной термической обработки. Труды ВИАМ. 2021;(11(105)):25–33. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2021-0-11-25-33Nechaikina TA, Oglodkov MS, Ivanov AL, Kozlova OYu, Yakovlev SI, Shlyapnikov MA. Features of Quenching of Wide Cladding Clad Sheets Made of Aluminum Alloy B95p.ch on a Continuous Heat Treatment Line. Proceedings of VIAM. 2021;(11(105)):25–33. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2021-0-11-25-33 (In Russ.)Ovsyannikov BV. Beware of Grain Refinement. Materials Science Forum. 2014;794–796:143–148. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.794-796.143Ovsyannikov BV. Beware of Grain Refinement. Materials Science Forum. 2014;794–796:143–148. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.794-796.143Леонов В.В., Никифоров А.Г., Ковалева А.А. Выявление корреляционных взаимосвязей между физическими свойствами алюминиевых сплавов. Фундаментальные исследования. 2017;(7):44–48. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41582 (дата обращения: 29.04.2024).Leonov VV, Nikiforov AG, Kovaleva AA. Identification of Correlations between Physical Properties of Aluminum Alloys. Fundamental research. 2017;(7):44–48. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29771980&ysclid=lxeg34pp2m868169526 (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.