Материал: Специальные сплавы в аэрокосмической технике. Миленин А.В., Ожерельев В.В

3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

3.1. Сверхпрочные и высокопрочные сплавы системы

Al–Zn–Mg–Cu

В Российской Федерации для производства авиационной техники нашли широкое применение высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu и сплавы средней и повышенной прочности Al-Mg-Cu, упрочняемые термической обработкой (ТО). Данные сплавы применяются в качестве конструкционных материалов для производства обшивки и внутреннего сплавного набора элементов планера самолета.

Для реализации возрастающих требований к ресурсу, надежности и весовой эффективности конструкций необходимо осуществлять постоянное совершенствование композиций алюминиевых сплавов по легирующим элементам и примесям, технологическим процессам и параметрам производства.

Особопрочный современный сплав В96ц-3пч на основе системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr (1965-1), разработанный в ВИАМ для длинномерных авиационных катаных и прессованных полуфабрикатов, предназначен для замены высокопрочного сплава В95 оч/пч, превосходя последний на 20% по пределу прочности, на 40% по пределу текучести, существенно по удельным характеристикам прочности, что позволяет повысить весовую эффективность конструк-

ции на 10–20% [10].

Zn, Mg и Cu образуют с Al и между собой твердые растворы и различные металлические соединения – MgZn2, S(Al2CuMg), T (Mg4Zn3Al3), оказывающие значительное влияние в упрочнении сплава при его ТО. В сплавах данной системы особенно важной является Т–фаза, находящаяся в равновесии с α-твердым раствором (рис. 15). Марганец и хром усиливают результат старения и повышают коррозионную стойкость сплавов данного типа. Кроме того, марганец, способствует получению мелкозернистой структуры, затрудняет выделение интерметаллических фаз по границам зерен α-твердого раствора, незначительно повышает прочность сплава.

21

Сплав В96ц-3пч является высоколегированным сплавом (сумма главных компонентов Zn, Mg, Cu может достигнуть 12,5 % по массе), он не прост при освоении полуфабрикатов в металлургическом производстве, начиная от отливки и гомогенизации крупногабаритных плоских слитков и заканчивая новыми многоступенчатыми режимами искусственного старения полуфабрика-

тов [11].

Рис. 15. Изотермический разрез (при 25 °C) диаграммы состояния Al-Mg-Zn [11]

Сплав В96Ц3 (1965-1) – алюминиевый деформируемый сплав. Возможные обозначения в литературе: В96Ц3; В96Ц3; В96Ц3пч; сплав 1965-1; 1965-1; Т12/Т22. Широко используется в современных летательных аппаратах (Ту-204, Бе-200, Ил-96, SSI100) [7].

22

В96Ц3п.ч.-Т12 (1965-1) относится к сверхпрочным сплавам с пределом прочности равным 600–645 Мпа. Широко используется для производства прессованных и катаных полуфабрикатов идущих на создание балок, верхних обшивок крыла, стоек и других элементов летательных аппаратов. Для данного сплава был разработан трехступенчатый режим старения (Т12), позволяющий получать высокий уровень прочности (Т1) и коррозионной стойкости, близкой к стойкости в состоянии Т2 [10].

Механические свойства сплавов данной системы представлены в табл. 2.

Таблица 2 Механические свойства сплавов данной системы Al-Mg-Zn

Сплав 1933 является современным ковочным сплавом, обладающим пределом прочности не менее σв>500/440 МПа и трещиностойкостью более34 МПа√м после ТО (режимы Т2 и Т3). По значениям вязкости разрушения сплав на 20-30% превосходит многие высокопрочные сплавы, включая зарубежные.

Для сплава 1933 были определены режимы малодеформационной закалки и трехступенчатого старения (Т123, Т122), позволяющие повысить ресурсные и прочностные характеристики, одновременно снижая до трех раз закалочные напряжения, что в свою очередь приводит к уменьшению коробления и поводки сложных деталей при механической обработке.

23

Сплав 1933 используется для изготовления деталей силового набора планера, таких как балок, шпангоутов, лонжеронов, фитингов.

Сплав 1933 (после ТО Т2, Т3) применяется для конструкций самолетов Ан-148, Ту-204, Т-50, SSI-100).

Сплав В-1963 считается перспективным высокопрочным ковочным сплавом с высокими показателями вязкости разрушения, превышающим значения 34МПа√м. Сплав используется для производства сильно нагруженных массивных деталей внутреннего силового набора. Механические свойства некоторых ковочных и базовых высокопрочных сплавов приведены в табл. 3.

Таблица 3 Механические свойства высокопрочных сплавов

Сплавы В95п.ч., В95о.ч., 1973 относятся к высокопрочным со значением предела прочности 500–540 МПа. Сплавы используются после различных видов ТО (Т1, Т2, Т3) как материалы стрингеров, обшивок крыла, и других элементов планера самолетов.

3.2. Высокоресурсные сплавы

Одним из основных конструкционных металлических материалов в авиастроении считается сплавов 1163. В отличии от других сплавов системы Al – Cu – Mg сплав 1163 обладает более высокой вязкостью разрушения и повышенной выносливостью, что способствует его широкому применению в производстве элемен-

24

тов конструкций самолетов, работающих в режимах критических усталостных нагрузок.

Механические свойства сплава 1163 РДТВ (ГОСТ 21631-76, ТУ 1-801-84-83) представлены в табл. 4.

Таблица 4 Механические характеристики сплава 1163 РДТВ

Возможные обозначения в литературе: сплав 1163-Т; 1163-

Т1; 1163-Т7.

Сплав марки 1163 – современный среднепрочный высокоресурсный сплав серии дуралюмин, является базовым материалом для зон, критических по усталости в условиях растягивающих нагрузок. Плиты из сплава марки 1163 в закаленном и естественно состаренном состоянии (Т) имеют повышенные характеристики трещиностойкости и усталостной долговечности по сравнению с аналогичными полуфабрикатами из сплава Д16чТ. Плиты из сплава марки 1163 в закаленном и искусственно состаренном состоянии (Т1) имеют повышенные прочностные характеристики и менее склонны к коррозионному растрескиванию (КР) по сравнению с аналогичными полуфабрикатами из сплава 1163Т. Плиты из сплава марки 1163 в закаленном и естественно состаренном после нагартовки состоянии (Т7) имеют повышенные характеристики прочности по сравнению с аналогичными полуфабрикатами из сплава 1163Т и повышенное значение относительного удлинения по сравнению с аналогичными полуфабрикатами из сплава 1163 в состоя-

25