Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства крупногабаритных изделий перспективной авиационной техники из сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu

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. 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. 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. 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.  

1. Машиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. Энциклопедия. В 40 т. Т. II–3. Москва: Машиностроение; 2001. 880 с.

2. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года. Авиационные материалы и технологии. 2012;(S):7–17.

3. 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).

4. 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).

5. Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Ткаченко Е.А., Вахромов Р.О. Алюминиевые деформируемые сплавы. Авиационные материалы и технологии. 2012;(S):167–182.

6. 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.

7. Каблов Е.Н. Контроль качества материалов — гарантия безопасности эксплуатации авиационной техники. Авиационные материалы и технологии. 2001:(1);3–8.

8. 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.

9. 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.2016.03.150

10. Каблов 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).

11. 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-186-194

12. 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/S0869587320040052

13. Фридляндер И.Н. Современные алюминиевые, магниевые сплавы и композиционные материалы на их основе. Металловедение и термическая обработка металлов. 2002;(7):24–29.

14. 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/10.18577/2307-6046-2018-0-10-27-36

15. 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.

16. 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/10.18577/2307-6046-2021-0-11-25-33

17. Ovsyannikov BV. Beware of Grain Refinement. Materials Science Forum. 2014;794–796:143–148. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.794-796.143

18. Леонов 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).