Работу напечатала студентка V курса
группы керамика Петракова Екатерина.
Киев-2001.
Алюминий-литиевые сплавы являются новым классом широко известных
алюминиевых систем и характеризуются прекрасным сочетанием механических
свойств: малой плотностью, повышенным модулем упругости и достаточно
высокой прочностью. Это позволяет создавать аэрокосмическую технику с
меньшей массой, что даёт возможность экономии горючего, увеличения
грузоподъемности и улучшения других характеристик летательных аппаратов.
Алюминиевые сплавы, легированные литием, относятся к стареющим
системам и отличаются сложностью фазовых и структурных превращений в
процессе их термообработки. Эти изменения оказывают сильное влияние на
характеристики трещиностойкости, вязкости разрушения, коррозионной
стойкости и сопротивления циклическим нагрузкам. Поэтому их понимание
представляет большое научное и практическое значение.
Перечислю кратко основные свойства сплавов Al-Li. Увеличение
содержания лития уменьшает плотность алюминия. Добавки лития в пределах
твердого раствора приводят к непрерывному увеличению удельного
сопротивления. Модуль упругости алюминия возрастает с увеличением
содержания лития. При максимальной растворимости лития в твердом
растворе модуль упругости составляет 8000кГ/мм2. Увеличение содержания
лития приводит к повышению прочностных характеристик алюминия. При
содержании лития до 2% прочность сплавов возрастает без снижения
пластичности, при дальнейшем увеличении содержания лития пластичность
резко снижается. Литий при концентрациях до 0,8% сообщает алюминиевым
сплавам повышенную стойкость к коррозии, более высокую, чем у чистого
алюминия.
В данной работе я хочу остановиться на рассмотрении промышленных
алюминий-литиевых сплавах. Рассмотрим сначала их общую характеристику.
Повышенный интерес к легированию алюминиевых сплавов литием, самым
легким из металлов с плотностью ~ 0,54 г/см3, обусловлен тем, что каждый
процент лития снижает плотность алюминия на 3%, повышает модуль
упругости на 6% и обеспечивает в сплавах значительный эффект упрочнения
после закалки и искусственного старения.
К настоящему времени создан целый класс сплавов пониженной плотности
различного назначения;
сплавы для изготовления сварных конструкций;
высокопрочные сплавы для замены сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu типа В95;
сплавы с высокой трещиностойкостью для замены сплавов типа Д16
системы Al-Cu-Mg;
жаропрочные сплавы.
На базе системы Al-Mg-Li разработан оригинальный сплав 1420. Он самый
легкий (плотность 2,47г/см3), коррозионностойкий, свариваемый, имеет
сравнительно высокую (по сравнению с предыдущими сплавами) прочность и
повышенный модуль упругости (7500 кГ/мм2). Сплав закаливается как при
охлаждении в воде, так и на воздухе. Механические свойства сплава в
процессе старения при 200С не изменяются, что позволяет легко
производить всевозможные технологические операции по деформации в
закаленном состоянии. Этот сплав относится к среднепрочным и широко
применяется в сварных конструкциях, обеспечивая снижение массы до 20-25%
при повышении жесткости до 6%. Также из этого сплава изготовляют плиты,
панели, профили, прутки, листы (в состоянии Т1 (см. ниже)).
С целью повышения прочностных свойств, особенно предела текучести,
предложены модификации сплава 1420 (1421 и 1423), которые дополнительно
легированы скандием и различаются лишь содержанием магния.
Высокопрочные сплавы 1450 и1451 системы Al-Cu-Li характеризуются
высокой прочностью не только при комнатной, но и при повышенных
температурах, а также обладают хорошей коррозионной стойкостью. При
замене сплава В95 сплавами 1450 и 1451 (последний предназначен главным
образом для изготовления листов) масса конструкции может снизиться на
8-10% при повышении жесткости до 10%. Высокой жаропрочностью при
температурах до 2250С обладает сплав ВАД23, дополнительно содержащий
марганец и кадмий.
Для замены сплавов типа Д16 на базе системы Al-Mg-Li-Cu разработаны
сплавы 1430 и 1440 с более низкой (на ~ 8%) плотностью, повышенным (на
10%) модулем упругости и достаточно высокой трещиностойкостью. Сплав
1430 отличается от сплава 1440 повышенной (в 1,5-2 раза) пластичностью и
несколько уступает ему по характеристикам малоцикловой усталости.
Интенсивные работы по созданию алюминий-литиевых сплавов велись также
в США, Великобритании и Франции. В середине 80-х годов появились сплавы
2090 системы Al-Cu-Li, 2091 системы Al-Cu-Li-Mg, 8090 и 8091 системы
Al-Li-Cu-Mg и публикация состава сплава Navalite системы Al-Mg-Li-Cu.
Сплавы 2090 (аналог отечественного сплава 1450) и 8091 предложены для
замены высокопрочных сплавов типа 7075 (отечественные сплавы типа В95),
по сравнению с которыми они имеют пониженную на 8-10% плотность и
повышенный модуль упругости.
Сплавы 8090 (аналог отечественного сплава 1440), 2091 и Navalite
(аналог сплава 1430) рекомендованы для замены сплавов средней прочности
с повышенной трещиностойкостью типа 2024 и 2014 (типа Д16 и АК8), по
сравнению с которыми они имеют пониженную (на ~ 8%) плотность и
повышенный (на ~ 10%) модуль упругости.
Химический состав (основных легирующих и примесных элементов)
алюминий-литиевых сплавов приведен в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1. Химический состав, плотность ?n и модуль упругости Е
алюминий-литиевых сплавов
Марка
сплава Массовое содержание элементов, % ?,
г/см3 Е,
ГПа
Li Mg Cu Zr Sc Fe Si
(не более)
1420 1,8-2,3 4,5-6,0 – 0,08-0,15 – 0,2 0,15 2,47 76
1423 1,8-2,2 3,2-4,2 – 0,06-0,10 0,10-0,20 0,15 0,10 2,50 77
1430 1,5-1,9 2,3-3,0 1,4-1,8 0,08-0,14 – 0,15 0,10 2,57 79
1440 2,1-2,6 0,6-1,1 1,2-1,9 0,10-0,20 – 0,15 0,10 2,56 80
1450 1,8-2,3 ?0,2 2,7-3,2 0,08-0,16 – 0,15 0,10 2,6 79,5
1451 1,5-1,8 ?0,2 2,7-3,2 0,08-0,16 – 0,15 0,10 2,63 78,5
ВАД23 0,9-1,4 – 4,8-5,8 0,4-0,8 Mn 0,1-0,25 Cd 0,3 0,2 2,72 76
8090 2,2-2,7 0,6-1,3 1,0-1,6 0,04-0,16 – 0,30 0,2 2,54 79,5
8091 2,4-2,8 0,5-1,2 1,6-2,2 0,08-0,16 – 0,50 0,3 2,56 80
2090 1,9-2,6 0,25 2,4-3,0 0,08-0,15 – 0,12 0,1 2,59 80
2091 1,7-2,3 1,1-1,9 1,8-2,5 0,04-0,16 – 0,30 0,2 2,57 78
Navalite 1,6-2,8 1,7-3,9 0,9-1,4 0,14 – – – – –
Отечественные сплавы несколько отличаются от соответствующих зарубежных
аналогов по содержанию основных легирующих элементов и дополнительным
комплексным микролегированием. Кстати, за рубежом нет аналога
отечественному сплаву 1420. Это объясняется значительными трудностями
при плавке и литье сплавов системы Al-Mg-Li. Поэтому зарубежные фирмы
сосредоточили свои усилия на разработке и освоении более технологичных,
но менее плотных, чем 1420, сплавов систем Al-Cu-Li и Al-Cu-Li-Mg.
В процессе освоения промышленного производства полуфабрикатов из
сплава 1420 у нас были решены сложные технологические проблемы,
характерные и для других алюминий-литиевых сплавов, обусловленные:
присутствием химически активных элементов – лития и магния;
высокой степенью легирования, достигающей 14% (атомное содержание);
сильной локализацией деформации в полосах скольжения и интенсивным
упрочнением с резким уменьшением пластичности при холодной пластической
деформации;
отсутствием режимов смягчающего отжига, обеспечивающего разупрочнение
и повышение пластичности до уровня, необходимого для осуществления
значительной холодной деформации;
пониженной пластичностью и вязкостью разрушения в высотном
направлении массивных полуфабрикатов.
Большое внимание было уделено таким вопросам:
уменьшение газосодержания в сплаве;
повышение чистоты по таким примесям, как Na, K, Fe, Si;
отработка технологии получения полуфабрикатов с регламентированной
микроструктурой, включая листы с ультрамелкозернистой структурой для
сверхпластичной формовки;
отработка технологии сварки плавлением, обеспечивающей высокие
ресурсные характеристики.
Из алюмимний-литиевых сплавов изготавливают практически все виды
полуфабрикатов – прессованные, штамповки, плиты, листы.
Теперь рассмотрим влияние различных факторов на свойства промышленных
сплавов Al-Li.
Работоспособность алюминий-литиевых сплавов определяется главным образом
такими ресурсными характеристиками, как скорость роста трещины
усталости, коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины (Кс,
К1с), малоцикловая усталостная долговечность, сопротивление
коррозионному растрескиванию, расслаивающая и межкристаллитная коррозия.
На уровень указанных свойств большое влияние оказывает ряд факторов.
К наиболее важным факторам относятся:
характер зеренной структуры: степень рекристаллизации, анизотропии формы
зерна, наличие и плотность выделений на границах зерен и субзерен,
наличие приграничных зон, свободных от выделений;
холодная деформация растяжения между закалкой и старением
полуфабрикатов;
режим искусственного старения.
Влияние зеренной структуры на свойства сплавов. Полуфабрикаты с
преимущественно рекристаллизованной структурой обладают более высокими
характеристиками вязкости разрушения и трещиностойкости при несколько
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
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
