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.
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