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

ниях Т и Т1 . Состояние Т7 обеспечивается специальным режимом горячей деформации, закалкой, правкой растяжением в свежезакаленном состоянии и последующим естественным старением. Силовые детали планера самолета, работающие при температурах до 80 °C в закаленном и естественно состаренном состоянии и до 175 °C в закаленном и искусственно состаренном состоянии.

В настоящее время основным материалом, применяемым для обшивки фюзеляжа отечественных самолетов, являются листы из сплава 1163АТВ.

Однако для обеспечения ресурса планера перспективных самолетов гражданского назначения (более 60 тысяч летных часов и более 40 лет календарного срока службы) необходимы листы с улучшенными, по сравнению с серийно выпускаемыми листами, служебными характеристиками, в том числе показателем вязкости разрушения (КСU).

Для оптимального раскроя обшивок и уменьшения стыков по окружности фюзеляжа требуются также листы больших габаритов (шириной 2200 и длиной 9500 мм), чем серийно выпускаемые (шириной не более 2000 мм и длиной не более 7200 мм).

Сплав 1163АТ не уступает по своим характеристикам сплаву

2524 (США).

3.3. Сверхлегкие сплавы системы алюминий-литий

Диаграмма состояния сплавов системы Al–Li представлена на рис. 16.

Для сплавов системы Al–Li характерны высокие показатели удельного модуля упругости и удельной прочности. К легирующим элементам сплавов данной системы относятся бериллий, обладающий высокой токсичностью и литий, способствующий снижению плотности сплава (до 2540-2560 кг/м3) и повышению модуля упругости [12].

Сплавы Al–Li жестче и легче на 10% по сравнению с алюминиевыми сплавами. При этом стоимость сплавов системы Al–Li в 2,5 раза выше стоимости традиционных алюминиевых сплавов.

26

Предполагается, что Al–Li сплавы со временем имеют перспективы заменить многие композиционные материалы, используемые в производстве самолетов.

Рис. 16. Диаграмма состояния системы Al–Li [5]

Первым сплавом системы Al-Cu-Li произведенным в нашей стране является сплав ВАД23, а за рубежом сплав 2020 с содержанием Li 1,1%. Эти сплавы имели либо низкие показатели прочностных характеристик, либо низкую пластичность и вязкость разрушения.

На сегодняшний день сплавы системы Al–Li получают методом литья с растворением легирующих элементов в расплаве Al, при этом концентрация Li не превышает 3%.

27

Увеличить концентрацию Li (до 5%), а следовательно понизить плотность спала (на 14%) возможно использую методы порошковой металлургией. При подобных сочетаниях коррозионной стойкости и прочности рабочая температура сплава возрастает до

250°C.

Всоответствии с диаграммой состояния системы Al–Li растворимость Li в твердом состоянии в Al при температуре 600 °C составляет 6%, при комнатной температуре 1% [12].

Введение такого легирующего элемента в сплавы системы Al-Li как Zr способствует измельчению зерна, увеличению коррозионной стойкости. Подобное воздействие, но в меньшей степени на сплав оказывает введение Mn. Введение Si повышает предел текучести, понижая склонность к охрупчиванию.

Сплав 1420 (концентрация Li 0,1 – 2%) обладает модулем уп-

ругости 76000 МПа, является самый легкий из всех Al сплавов ( ρ=2500 кг/м3), имеет удовлетворительную коррозионную стойкость и сваривается всеми видами сварки. Для данного сплава проводят ТО заключающуюся в закалке с 450 °C с охлаждением в воде (возможно на воздухе) с последующим искусственным старением в течение 12 часов при температуре 120 °C. Закалка с охлаждением на воздухе обеспечивает повышенную коррозионную стойкость, а в воде – высокую пластичность. Сплав 1420 применят вместо Д16, достигая снижения массы конструкций с 13% до 20% [12].

Наиболее перспективными алюминиевыми сплавами для повышения весовой эффективности изделий авиационной техники являются разработанные в ВИАМе алюминий-литиевые сплавы с повышенной удельной прочностью (марки 1441, В-1461, В-1469 и др.), а также слоистые алюмостеклопластики на их основе. За рубежом аналоги указанных материалов широко применяются в гра-

жданских самолетах компаний Airbus, Boeing, Bombardier [13].

Сплавы 1424 и В-1461 относится к сплавам системы Al–Li третьего поколения, и являются улучшенными модификациями сплавов 1420 и 1460 (сплавов второго поколения). Сплавы 1424 и В-1461 легированы Zn, обладают пониженной плотностью, высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью, повышенными характеристиками малоцикловой усталости и вязкости раз-

28

рушения, высокой технологичностью. А так же выступаю в качестве альтернативы сплавам 1163-Т и В95о.ч.-Т2 [14].

Алюминий-литиевые сплавы достаточно технологичны при литье и последующей деформации. Производство катаных (в т. ч. тонкие листы толщиной до 0,3 мм методом холодной рулонной прокатки, массивные плиты до 80 мм) полуфабрикатов освоено на ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод», являющемся единственным производителем Al–Li сплавов в России.

3.4. Жаропрочные, коррозионностойкие и криогенные сплавы

Жаропрочные алюминиевые сплавы АК4, АК4–1 имеют высокую ковкость, жаропрочность и пластичность, хорошо деформируются в горячем состоянии. Благодаря перечисленным свойствам эти сплавы широко используются в изготовлении поковок и штамповок, работающих при повышенных температурах. Подобные детали нашли широкое применение в авиастроении, так как способны функционировать в течение 40000 часов при высоких нагрузках, обладают малой скоростью распространения трещин.

Сплав АК4–1 (σв = 420 МПа; σ0,2 = 270 МПа) применяют в качестве конструкционного материала в машиностроении и самолетостроении. Используется в виде плит, штамповок, листов в конструкциях планера современных самолетов. Например, из АК4–1 изготавливались монолитные фрезерные панели крыла сверхзвукового пассажирского самолета Ту–144. Для уменьшения коробления и поводок закалку деталей сложной конфигурации можно производить в кипящей воде. Микроструктура сплава АК4–1 (штамповка) в закаленном и искусственно состаренном состоянии показана на рис. 17.

Жаропрочные алюминиевые сплавы АК2, АК4 и АК4–1 по химическому и фазовому составам близки к сплавам типа дуралюмин. Как и дюралюмины, сплавы АК2, АК4 и АК4 – основаны на системе легирования Al–Cu–Mg, основными упрочняющими фазами при термической обработке служат фазы S-Al2CuMg и CuAl2.

Cплавы марок АК2, АК4 и АК4–1 отличаются от дюралюминов тем, что в качестве легирующих элементов в значительных количествах содержат железо, никель и кремний.

29