Металлургические и технологические основы свариваемости высокопрочных суперлегких алюминиево-литиевых сплавов

• Автор: Лукин, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 63 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач мировой тенденции развития научно-технического прогресса является коренное улучшение показателей эксплуатационных характеристик новейших изделий авиакосмической промышленности. Решающее значение при этом приобретает разработка и применение новых высокотехнологичных конструкционных материалов, которые позволяют значительно улучшить весь комплекс параметров летательных аппаратов и, в первую очередь, весовые и аэродинамические характеристики.
К числу таких конструкционных материалов, применяемых при создании изделий авиакосмической техники, относятся высокопрочные алюминиевые сплавы систем А1-Mg и А1-Си , легированные П , Ъх , Сг, Мп , Ы , Бс и др. Наиболее эффективными из них с точки зрения максимальной весовой отдачи (увеличение не только прочности и жесткости, но и удельных характеристик, отнесенных к плотности) являются алюминиево-литиевые сплавы (АЛС). Кроме того, применение АЛС в сварных конструкциях в ряде случаев позволяет снизить массу изделий на 15-25% за счет исключения нахлестки, заклепочных и болтовых соединений, а также сокращения объема применения герметиков. Понятно, что столь значительное снижение массы летательного аппарата позволяет повысить тактико-технические характеристики: дальность и продолжительность полета, маневренность и вооруженность, приборную обеспеченность и объем научных экспериментов, выполняемых в космосе.
Таким образом, для реализации технических преимуществ цельно-свариваемых конструкций летательных аппаратов необходимо создание опережающего научнотехнологического задела, основным этапом которого являются разработка и внедрение новых свариваемых конструкционных материалов, совершенствование существующих, создание высокоэффективных присадочных материалов, применение перспективных источников энергии, разработка совмещенных технологий (сварка-литье, сварка-формообразование в состоянии сверхпластичности металла и др.), а также разработка оптимальных подходов при проектировании сварных конструкций из различных полуфабрикатов АЛС.
Одним из основных недостатков всех высокопрочных алюминиевых сплавов и, особенно, крупногабаритных полуфабрикатов в высотном направлении, является пониженная пластичность основного металла и сварных соединений, обусловленная большой насыщенностью твердых растворов, а также химической и структурной неод-
породностью металла. Причем неблагоприятная металлургическая наследственность полуфабрикатов АЛС, приобретаемая в технологической цепочке литье- термообработка - деформация, в ряде случаев не позволяет использовать их для изготовления ответственных сварных конструкций ввиду повышенной склонности к образованию горячих трещин и пористости, а также значительного разупрочнения в зоне сварки. Поэтому задача по разработке новых свариваемых сплавов и улучшению свариваемости известных АЛС, поиску оптимальных составов присадочных материалов с высокой сопротивляемостью к образованию горячих трещин и разработке соответствующих технологий сварки является весьма актуальной. Разработка и внедрение сверхлегких свариваемых АЛС в различных отраслях промышленности - это решение проблемы повышения технико-экономических показателей авиакосмических изделий, укрепление обороноспособности страны, дальнейший прогресс науки и техники.
Цель работы: Разработка ряда новых свариваемых алюминиево-литиевых сплавов и эффективных присадочных материалов, совершенствование существующих, а также выбор оптимальной технологии сварки для создания новейших изделий авиакосмической техники.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
• установить зависимость поведения металла при сварке от металлургической наследственности;
• разработать принципы создания (концепцию) свариваемых сплавов в системе "основной металл-сварочная проволока" применительно к алюминиево-литиевым сплавам на базе диаграмм " состав-свариваемость";
• разработать металлургические и технологические средства повышения качества сварных соединений;
• предложить концепцию создания лито-деформированных и штампо-деформи-ровамных сварных конструкций из алюминиево-литиевых сплавов;
• разработать технологическую документацию по сварке изделий авиакосмической техники и внедрить результаты работы в промышленность.
В работе были использованы методы оптической, сканирующей электронной микроскопии, микрореитгеноспектрального, дилатометрического и рентгеноструктурного анализов и др. Свойства исследуемых материалов оценивали по результатам разносторонних механических испытаний. Кроме того, в работе использовали методики МВТУ-1-6. ЛТП-1-10 и ряд технологических проб по оценке сопротивляемости горя-
Рис. 10. Микроструктуры слитка после нагрева до температуры 320 °С (а), 400 °С (б) и 460 °С (в)