Влияние чистоты металла и степени холодной деформации на структуру и свойства листов и плит из алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Берстенев, Владимир Владимирович

• Берстенев, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Берстенев, Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ВЛИЯНИЮ ЧИСТОТЫ МЕТАЛЛА И СТЕПЕНИ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЛИСТОВ И ПЛИТ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Cu-Mg.

1.1 Химический и фазовый состав сплавов системы Al-Cu-Mg.

1.2 Закономерности изменения свойств в системе Al-Cu-Mg.

1.3 Термическая обработка.

1.4 Полигонизация.

1.5 Первичная рекристаллизация.

1.6 Собирательная рекристаллизация.

1.7 Разнозернистость и ее влияние на свойства листов из сплава Д16ч толщиной 4,5 мм.

1.8 Выводы. Цель работы, задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧИСТОТЫ МЕТАЛЛА НА СВОЙСТВА ЛИСТОВ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Cu-Mg.

2.1 Методика исследования.

2.2 Микроструктура образцов листов в закаленном и состаренном состоянии.

2.3 Изменение механических свойств листов при солнечном нагреве.

2.4 Испытания на выносливость.

2.5 Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧИСТОТЫ МЕТАЛЛА НА СВОЙСТВА ПЛИТ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Cu-Mg.

3.1 Методика исследования.

3.2 Макро и микро структура катанных и ковано-катаных плит.

3.3 Механические свойства плит после естественного и искусственного старения.

3.4 Выносливость и вязкость разрушения плит.

3.5 Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ОТЖИГОВ НА ВЕЛИЧИНУ ЗЕРНА.

4.1 Методика исследования.

4.2 Влияние степени холодной деформации на величину зерна.

4.3 Влияние отжигов на величину зерна.

4.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние чистоты металла и степени холодной деформации на структуру и свойства листов и плит из алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg»

Реально в России листы и плиты для обшивки фюзеляжей и нижней поверхности крыльев изготавливаются из сплавов Д16, Д16ч и 1163. Помимо меди и магния в этих сплавах присутствует марганец, в качестве антирекристаллизатора, и неизбежные примеси, в частности железо и кремний. Эти примеси оказывают значительное влияние на технологические и эксплуатационные характеристики сплавов, в особенности на Кс (вязкость разрушения). Поэтому представляется важным определить допустимое содержание этих примесей.

Листы поставляются после закалки и старения (обозначение Т), либо в отожжённом состоянии (М - мягкий), плиты, как правило, только в закалённом и состаренном состоянии, их толщина меняется в пределах 15 — 80 мм.

В последние годы обострилась проблема крупного зерна, появляющегося на поверхности обшивочных листов из сплавов Д16ч и 1163, приводя к массовому браку. Такая структура обнаруживается невооружённым глазом, она приводит к ухудшению, как эксплуатационных свойств, так и технологичности листов при формообразовании из них деталей методом пластической деформации, приводя к шероховатости поверхности, так называемой апельсиновой корке.

Цель работы

Комплексное исследование влияния различных факторов металлургического производства и чистоты металла, химического и фазового составов конструкционных сплавов Д16, Д16ч и 1163, сочетания разных степеней холодной деформации с различными типами отжигов и окончательной термической обработки на формирование зеренной структуры, обеспечивающей высокое качество листов и плит и мелкое зерно в готовых листах, производимых в закалённом и отожжённом состояниях.

Научная новизна работы

Комплексное исследование влияния чистоты металла, химического и фазового состава сплавов Д16, Д16ч и 1163 в сочетании со степенью холодной деформации и режимами отжигов на свойства плит и листов и величину зерна обшивочных листов для фюзеляжей самолётов.

1. Изучены эксплуатационные характеристики и влияние солнечного нагрева на свойства плит и листов сплавов Д16 и Д16ч.

2. Исследовано влияние степени холодной деформации при прокатке листов на величину зерна и установлена оптимальная граница деформации, необходимая для получения мелкого зерна.

3. Изучены закономерности влияния температуры и продолжительности режимов различных технологических отжигов на величину зерна, установлена температурная граница отжигов, разделяющая области мелкого и крупного зерна.

4. Установлена температурная (360 - 370°) и временная зависимость линейной скорости роста (л.с.р.) границ зерна и скорости зарождения центров рекристаллизации (с.з.ц.), выше которой происходит интенсивный рост (с.з.ц.) и образуется мелкое зерно. Ниже этой температуры возникают крупные зёрна.

Практическая ценность

1. Показана практическая возможность использования сплавов Д16ч и 1163 определённого химического и фазового состава для получения листов и плит с высокими эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими их надёжное применение для низа крыла самолётов и обшивки фюзеляжей.

2. Установлены деформационные и температурно-временные режимы производства листов, обеспечивающие образование мелких зёрен при поставке листов в отожжённом состоянии (М) в соответствии с требованиями стандартов.

3. Подтверждены температурно-временные режимы закалки, обеспечивающие получение листов с мелким зерном в состоянии после закалки и старения (Т).

4. На защиту выносятся следующие научные результаты и положения:

- установлены закономерности влияния химического и фазового состава алюминиевых сплавов Д 16ч и 1163 на величину зерна в обшивочных листах:

- установление степени деформации при холодной прокатке листов, выше которой создаются условия для получения мелкого зерна:

- установление температурной границы отжигов, выше которых происходит интенсивный рост скорости зарождения центров (с.з.ц.) рекристаллизации зёрен и обеспечивается образование мелких зёрен в листах, поставляемых в отожжённом состоянии (М); увеличение времени выдержки усиливает эту тенденцию;

- закономерности образования зёрен в листах, поставляемых в закалённом и состаренном состоянии (Т).

Апробация работы Диссертация в целом представляет собой обобщение материалов, опубликованных работ. Материалы неоднократно обсуждались на технических совещаниях предприятий авиационной промышленности и на международных конференциях по алюминиевым сплавам. По теме диссертации опубликованы четыре научные работы.

Публикации

1. Fridlyander J.N., Tkachenko Е.А., Berstenev V.V., Cherepok G.V., Latush-kina L.V., a.o. Effect of Microstmcture on the Cracking Resistance Characteristics High-Strength Alloy: Proceedings of The 7-th International Conference Aluminium alloy (ICAA-7), Charlottesville, Virginia, USA, v.3 (2000).

2. Fridlyander J.N., Gmshko O.E., Berstenev V.V., Sheveleva L.M., Ivanova L.A.: Influence of Continuous and Discontinuous Recrystallization on the Properties of Cold-Rolled Sheets from Aluminium Alloys: Proceedings of The 8-th International Conference Aluminium alloy (ICAA-8), Cambridge, UK, v.3 (2002).

3. Фридляндер И.Н., Систер В.Г., Грушко O.E., Берстенев В.В. Алюминиевые сплавы - перспективный материал для автомобилестроения. МиТОМ №9, 2002 с.З -10.

4. Фридляндер И.Н., Берстенев В.В., Ткаченко Е.А., Головизнина Г.М., Ланцова Л.П. Влияние термической обработки и деформации на величину зерна и механические свойства сплавов типа дюралюмин (Al-Cu-Mg). МиТОМ, №6,2003.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, содержащего 53 наименование. Диссертация изложена на 82 страницах текста, содержит 32 рисунка и 23 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Берстенев, Владимир Владимирович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведено всестороннее исследование листов из сплавов различной чистоты по содержанию примесей железа и кремния Д16пч, (повышенной чистоты) Д16ч (чистых), Д16 (обычной чистоты). Листы из этих сплавов являются основным материалом для изготовления обшивки фюзеляжей всех типов самолётов.

2. Показано, что сплавы повышенной чистоты Д16пч и Д16ч имеют значительные преимущества перед сплавом обычной чистоты (Д16) по важнейшим эксплуатационным характеристикам - сопротивлению усталостным нагрузкам, скорости развития усталостной трещины. Для обшивки фюзеляжей всех типов самолётов рекомендуются сплавы повышенной чистоты Д1бч и Д16пч.

3. Проведено всестороннее исследование катаных и ковано катаных плит из сплавов Д16пч и Д16ч размером 35x1400x7500мм.

4. Показано, что по выносливости, вязкости разрушения и пластичности плиты из сплавов повышенной чистоты Д16пч и Д16ч существенно превосходят сплав Д16. Сплавы Д16пч и Д16ч рекомендуются для нижней поверхности крыльев самолётов.

5. За последние годы на листах из алюминиевых сплавов Д16ч и 1163 появляется крупное зерно, недопустимое по действующим стандартам.

6. Проведено детальное исследование влияния различных факторов - химического состава (основных компонентов и примесей), степени холодной деформации, различных видов термической обработки (закалки, отжигов) на величину зерна.

7. Установлено, что колебание химического и фазового состава, основных компонентов Си и Mg и их соотношения, и примесей Mn, Fe и Si в установленных стандартами пределах практически не влияет на величину зерна.

8. Крупные зёрна появляются только на листах в отожжённом состоянии, в закаленных и состаренных листах зерно всегда мелкое.

9. Существует большая зависимость величины зерна от степени холодной деформации, лучшие результаты получаются у листов, прокатанных со степенью холодной деформации более 50%.

10. В производственной практике используются 3 вида отжигов: предварительный отжиг горячекатаных рулонов (толщина 6-8 мм), промежуточные отжиги и окончательные отжиги; все они проводятся в районе температур 360°С различной продолжительности с учётом используемых типов отжиговых печей.

11.В работе чётко показано, что повышение температуры предварительного и окончательного отжигов до 410 - 420°С позволяет надёжно получать листы с мелкозернистой структурой. Решающую роль в формировании оптимальной структуры играет окончательный отжиг; промежуточный отжиг может приводить к укрупнению зерна; его можно не использовать.

12. Установлена чёткая температурная граница в районе 350 - 360°С, ниже которой скорость роста рекристаллизационных зёрен превышает скорость образования центров рекристаллизации, и при этом возникают крупные зёрна, выше установленной температурной границы скорость образования центров рекристаллизации идёт более интенсивно, и зерно получается мельче.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Берстенев, Владимир Владимирович, 2004 год

1. Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые, спечённые и литейные алюминиевые сплавы. Справочное руководство. Москва, «Металлургия», 1972, 552 с.

2. Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы деформируемые конструкционные сплавы. Москва, «Металлургия», 1979, 208 с.

3. Металловедение алюминиевых сплавов / Под редакцией Фридляндера И.Н. «Металлургия», 1983, 279 с.

4. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы / Под редакцией Фридляндера И.Н. Энциклопедия, «Машиностроение», Москва, 2001,879 с.

5. Авиационные материалы на рубеже XX XXI веков / Под редакцией Р.Е. Шалина, Москва, ВИАМ, 1994, 602 с.

6. Алексеев А.А., Бер Л.Б. Диаграммы фазовых превращений при старении алюминиевых сплавов системы Al-Cu и Al-Mg-Si-Cu // ТЛС, 1991, №3, с.21-24.

7. Алюминий. Металловедение, обработка и применение. Перевод с английского. / Под редакцией Туманова А.Т., Фридляндера И.Н., М.: Металлургия.1972, 662 с.

8. Алюминиевые сплавы. Вып.5. Деформируемые сплавы. М.: Металлургия, 1968,406с.

9. Давыдов В.Г., Захаров В.В., Захаров Е.Д., Новиков И.И. Диаграммы изотермического распада раствора в алюминиевых сплавах. М.: Металлургия,1973, 152с.

10. Ю.Захаров A.M. Промышленные сплавы цветных металлов. Фазовый состав иструктурные составляющие. М.: Металлургия, 1980, 259 с.

11. И.Каримова С.А. Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов для изделийавиационной техники // Защита металлов, 1993, т.29, №5, с.729-734.

12. Квасов Ф.И., Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы типа дуралюмин. М:1. Металлургия, 1984, 239 с.

13. И.Кишкина С.И. Сопротивление разрушению алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1981,280 с.

14. М.Колачев В. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1998, 480с.

15. Курдюмов А.В., Инкин С.В., Чулков B.C. и др. Металлические примеси в алюминиевых сплавах. М.: Металлургия, 1988, 141 с.

16. Лешинер Л.Н. Алюминиевый деформируемый сплав 1163 // МиТОМ, 1983,№8,с.43-44.

17. Применение алюминиевых сплавов. Справочник / Под редакцией Р.Е. Шалина. М.: Металлургия, 1985, 342 с.

18. Aluminium. Properties and Physical and Metallurgy. N.Y.: ASM Metal Рагк, 1984,450 p.

19. Лещинер Л.Н., Федоренко Т.П. // МиТОМ, 1982, №3, с.ЗЗ 36. Ю.Лещинер Л.Н. // МиТОМ, 1983, №8, с.43 - 44.

20. Лещинер Л.Н., Федоренко Т.П., Блинникова Н.А. // МиТОМ. 1983, №3, с.52-54.

21. Фридляндер И.Н., Лещинер Л.Н., Латушкина Л.В., Федоренко Т.П. // В кн.: Проблемы металловедения цветных сплавов. М.: Наука, 1978, с.158 -166.

22. Елагин В.И. // МиТОМ, 1966, №8, с. 11 13.

23. Фридляндер И.Н., Должанский Ю.М., Сандлер B.C. и др. // МиТОМ, 1977, №12, с.29-33.

24. Фридляндер И.Н., Должанский Ю.М., Костюнин В.И. и др // «Заводская лаборатория», 1974, №7, с.845 847.

25. Фридляндер И.Н., Сандлер B.C., Никольская Т.Н. // ФММ, 1971, т.32, №4, с.767 774.

26. Mondolfo L.F. Aluminium Alloys: Structure and Properties. London, Butter Words ,1976, 971p.

27. Никитаева О.Г. Сб. Металловедение сплавов лёгких металлов. М.: Наука. 1970.

28. Манцев B.H., Комарова Л.Г., Ланцова Л.П. //Технология лёгких сплавов. ВИЛС, 1999, №6, с.7-13.

29. Телешов В.В., Бавыкина И.М., Бурмистров В.И. и др. // Технология лёгких сплавов. 1987,№9, с.20.

30. Телешов В.В., Бавыкина И.М., Бурмистров В.И. и др. // ФХММ, 1984, № 5, с.40-45.

31. Алюминиевые сплавы: структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Справочник под ред. Добаткина В.И. М.: Металлургия, 1984,408 с.

32. Клепачевская С.Ю., Бер Л.Б., Головизнина Г.М., Арышевский В.Ю. Сб. научных трудов ВИЛС: М., 1991 с.269-277.

33. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. М.: Металлургия, 1975. 248 с.

34. Сафонов В.И., Авдюшин О.А. // Технология лёгких сплавов. 1968, № 2, с.7-9.

35. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978,568 с.

36. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1978,391 с.

37. Телешов В.В., Сироткина О.А. // Технология лёгких сплавов, 1996, с.35-36.

38. Понагайбо Ю.Н. Сб. Алюминиевые деформируемые сплавы. М.: Оборонгиз, 1961,236 с.

39. Пучкова Л.М., Куртасов С.Ф. // Технология лёгких сплавов. 1996, № 1, с.16-20.

40. Буданова Л.В. //Технология лёгких сплавов. 1978, № 4, с.20-27.

41. Куртасов С.Ф., Казаков В.Г., Грабарёв Н.Т., Пасхин А.Н. // Технология лёгких сплавов. 1984, № 3, с.29-31.

42. Арышенский В.Ю., Гречников Ф.В., Клепачевская С.Ю., Колобов Г.Г. // Сборник трудов международной научно-технической конференции, по-свящённой 40-летию СМЗ. Самара 2000, с.78-90.

43. Matsumato К., Morisada N. a.o. // Труды 6-ой Международной конференции по алюминиевым сплавам ICAA-6, 1998, Япония, с. 1173-1178.45.US Patent N5,213,639.

44. Мочалов П.П., Копнов В.И. // В сб.: «Металлургия лёгких сплавов» -М.: Металлургия, 1983, с. 89-93.

45. Мочалов П.П., Яковлев В.И., Копнов В.И. // В сб.: «Обработка лёгких и жаропрочных сплавов» М.: Наука, 1976, с. 162-171.

46. Нечаев Ю.С., Владимиров С.А., Ольшевский Н.А. и др. // Физика металлов и металловедение, 1985, т.60, вып. 3, с.542-549.

47. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. Гл. 11, 12. // Перевод с английского, М.: Мир, 1972,408 с.

48. Кудрявцев П.И. // в кн.: Материалы в машиностроении. Т.2, М.: «Машиностроение», 1967, с. 210 227.

49. Хенкин M.JL, Локшин И.Х. Размерная стабильность металлов и сплавов в точном машиностроении и приборостроении. М.: Машиностроение, 1974.255 с. 52.0воденко М.Б., Копнов В.И., Гречников Ф.В. Прокатка алюминиевых сплавов М.: Металлургия, 1992. 270 с.

50. Арышенский Ю.М., Гречников Ф.В. Теория и расчет пластического формоизменения анизотропных материалов М.: Металлургия, 1990. 304 с.