Всероссийский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Москва, Россия

Т. А. Шляпникова, заместитель начальника лаборатории, канд. техн. наук
А. В. Сомов, ведущий инженер, эл. почта: andrey-somov@inbox.ru
А. Л. Иванов, ведущий инженер
А. А. Селиванов, начальник лаборатории, канд. техн. наук

Разработка современных высокопрочных алюминиевых сплавов является одним из актуальных направлений развития авиационных материалов с целью повышения весовой эффективности и надежности нового поколения самолетов и ракетной техники. Выполнено исследование влияния температурно-временных параметров искусственного старения на свойства и структуру прессованных профилей из сплава В-1977 толщиной до 60 мм для решения задачи выбора режима термической обработки, обеспечивающего требуемый комплекс свойств. Методами оптической и просвечивающей электронной микроскопии исследованы особенности структурно- в результате выделения дисперсных частиц упрочняющей фазы достигается максимальная прочность, а после второй ступени старения наблюдается уменьшение прочности сплава в результате подрастания размера этих частиц. Определены механические свойства при растяжении, коррозионная стойкость и вязкость разрушения прессованных профилей из сплава В-1977 после одно- и двухступенчатого режимов старения. Установлены параметры двухступенчатого (Т2) искусственного старения прессованных профилей из сплава В-1977, которые обеспечивают достижение высокой прочности (σ_в = 700 МПа, σ_0,2 = 675 МПа), удовлетворительную коррозионную стойкость (склонность к расслаивающей коррозии— 4 балла, к межкристаллитной — не более 60 мкм) и повышенную вязкость разрушения (37,2 МПа·м^1/2), необходимые для деталей основных силовых конструкций авиационных и ракетных изделий нового поколения.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 8.1 «Высокопрочные свариваемые алюминиевые и алюминий-литиевые сплавы пониженной плотности с повышенной вязкостью разрушения» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»), в рамках Государственного контракта № 21411.1770290019.18.008 от 01.03.2021.

1. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33
2. Фридляндер И. Н. Алюминиевые сплавы в летательных аппаратах в период 1970-2015 гг. // Технология легких сплавов. 2002. № 4. С. 12–17.
3. Сенаторова О. Г., Антипов В. В., Бронз А. В., Сомов А. В. и др. Высокопрочные и сверхпрочные сплавы традиционной системы Al – Zn – Mg – Cu, их роль в технике и возможности развития // Технология легких сплавов. 2016. № 2. С. 43–49.
4. Нечайкина Т. А., Блинова Н. Е., Иванов А. Л., Козлова О. Ю. и др. Исследование влияния режимов гомогенизации и закалки на структуру и механические свойства раскатных колец из сплава В95о.ч.-Т2 // Труды ВИАМ: 2018. № 10. Ст. 04. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-10-27-36
5. Троянов В. А., Уксусников А. Н., Сенаторова О. Г., Пушин В. Г. Структурно-фазовые изменения при двухступенчатом старении высокопрочных сплавов системы Al – Zn – Mg – Cu // Материаловедение. 2013. № 1. С. 11–16.
6. Фридляндер И. Н., Сенаторова О. Г., Ткаченко Е. А., Молостова И. И. Развитие и применение высокопрочных сплавов системы Al – Zn – Mg – Cu для авиакосмической техники // 75 лет. Авиационные материалы. — М. : ВИАМ, 2007. С. 155–163.
7. Каблов Е. Н. Материалы нового поколения и цифровые технологии их переработки // Вестник Российской академии наук. 2020. Т. 90, № 4. С. 331–334. DOI: 10.31857/S0869587320040052
8. Курс М. Г. Прогнозирование прочностных свойств обшивки ЛА из деформируемого алюминиевого сплава В95о.ч.-Т2 с применением интегрального коэффициента коррозионного разрушения // Труды ВИАМ. 2018. № 5. С. 101-109. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-5-101-109
9. Антипов В. В., Сенаторова О. Г., Сидельников В. В., Попов В. И. и др. Разработка, освоение и применение особопрочных сплавов системы Al – Zn –Mg – Cu – Zr для авиационной и ракетной техники // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. № 2. С. 7–11.
10. Романова Р. Р., Уксусников А. Н., Сенаторова О. Г., Фридляндер И. Н. Влияние ступенчатого старения на структуру, механические и коррозионные свойства сплава В95пч // Физика металлов и металловедение. 1995. Т. 80, Вып. 4. С. 110–118.
11. Сенаторова О. Г., Серебренникова Н. Ю., Антипов В. В., Иванов А. Л. и др. Исследование структуры и свойств плиты толщиной 80 мм из сплава В95пчТ2 // Технология легких сплавов. 2016. № 2. С. 37–42.
12. Фридляндер И. Н., Сенаторова О. Г., Ткаченко Е. А. Высокопрочные сплавы системы Al – Zn – Mg – Cu // Машиностроение: энциклопедия в 40 томах. Т. II-3. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. — М. : Машиностроение, 2001. С. 94–128.
13. Елагин В. И., Бер Л. Б., Ростова Т. Д., Уколова О. Г. Совершенствование трехступенчатых режимов старения сплавов системы Al – Zn – Mg – Cu // Технология легких сплавов. 2009. № 2. С. 12–19.
14. Бер Л. Б. Ступенчатые режимы старения алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 2010. № 3. С. 5–21.
15. Фридляндер И. Н. Создание, исследование и применение алюминиевых сплавов: избранные труды: к 100-летию со дня рождения / под общ. ред. Е. Н. Каблова. — М. : Наука, 2013. — 291 с.
16. Каблов Е. Н., Нечайкина Т. А., Сомов А. В., Иванов А. Л. и др. Влияние термической обработки на структуру и свойства прессованных полуфабрикатов из перспективного сверхпрочного алюминиевого сплава В-1977 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2023. № 1(811). С. 28–33.
17. Левчук В. В., Трапезников А. В., Пентюхин С. И. Коррозионностойкие литейные алюминиевые сплавы (обзор) // Труды ВИАМ. 2018. № 7. 04. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-7-33-40
18. Киричок П. Ф. Коррозионное растрескивание алюминиевых сплавов и нержавеющих сталей: ключевые особенности и методы испытаний (обзор) // Труды ВИАМ. 2018. № 7. 12. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-7-106-116
19. Нечайкина Т. А., Сомов А. В., Иванов А. Л., Козлова О. Ю. Исследование влияния термического упрочнения по режиму Т1 на структуру и комплекс свойств прессованных полос из перспективного сверхпрочного алюминиевого сплава системы Al – Zn – Mg – Cu // Материаловедение. 2020. № 10. С. 11–16.
20. Антипов В. В. Перспективы развития алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для изделий авиационно-космической техники // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 186–194. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-186-194
21. Асташкин А. И., Бабанов В. В., Селиванов А. А., Ткаченко Е. А. Структура и свойства массивных поковок с пониженным уровнем остаточных напряжений из алюминиевого сплава 1933сб сбалансированного состава // Труды ВИАМ. 2021. № 7. 02. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-7-13-21
22. Нечайкина Т. А., Оглодков М. С., Иванов А. Л., Козлова О. Ю. и др. Особенности закалки широких обшивочных плакированных листов из алюминиевого сплава В95п.ч. на линии непрерывной термической обработки // Труды ВИАМ. 2021. № 11. 03. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-11-25-33
23. Нефедова Ю. Н., Шляпникова Т. А., Иванов А. Л., Сидельников В. В. Методы снижения остаточных напряжений при закалке высокопрочных алюминиевых сплавов // Труды ВИАМ. 2023. № 7. 03. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-7-23-33
24. Асташкин А. И., Бабанов В. В., Селиванов А. А., Ткаченко Е. А. и др. Улучшение прокаливаемости массивных поковок из сплавов системы Al – Zn – Mg – Cu путем сбалансированного легирования цинком и магнием // Авиационные материалы и технологии. 2021. № 2. 04. DOI: 10.18577/2713-0193-2021-0-2-35-42
25. Huan Zhao, De Geuser F., Kwiatkowski da Silva A., Szczepaniak A. et al. Segregation assisted grain boundary precipitation in a model Al – Zn – Mg – Cu alloy // Acta Materialia. 2018. Vol. 156. P. 318–329.
26. Cassell A. M., Robson J. D., Race C. P., Eggeman A. et al. Dispersoid composition in zirconium containing Al – Zn – Mg – Cu (AA7010) aluminium alloy // Acta Materialia. 2019. Vol. 169. P. 135–146.
27. Пат. 2556849 РФ. Высокопрочный сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него / О. Г. Сенаторова, Е. Н. Каблов, В. В. Антипов, А. В. Сомов и др. ; заявл. 14.04.2014; опубл. 20.07.2015
28. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
29. ГОСТ 9.904–82. Единая система защиты от коррозии и старения. Сплавы алюминиевые. Метод ускоренных испытаний на расслаивающую коррозию. — Введ. 01.07.1983.
30. ГОСТ 9.021–74. Единая система защиты от коррозии и старения. Алюминий и сплавы алюминиевые. Методы ускоренных испытаний на межкристаллитную коррозию. — Введ. 01.01.1975.
31. ГОСТ 25.506–85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. — Введ. 01.01.1986.