Диссертация (Исследование влияния деформации, термической обработки и сварки на фазовый состав, текстуру и анизотропию механических свойств материалов авиационной техники из алюминий-литиевых сплавов 1441, 1461 и 1469), страница 10

Соотношение δ' и Т1- фаз в сплаве 2198 (Al-3,2Cu-1,0Li-0,5Mg) взависимости от параметра решетки твердого раствора (aα) для содержания лития втвердом растворе X Li =0%.77a, A4,0436XCu0,035XLi0,0050W0,918W0,000W0,0824,04390,0340,00500,9180,0030,0794,04360,0350,00500,9180,0000,0824,0480,0150,00500,9130,0430,0444,04880,0110,00500,9120,0500,0384,0490,0100,00500,9120,0520,0364,04950,0080,00500,9110,0570,0324,050,0060,00500,9110,0620,0284,05130,0000,00500,90910,0740,0174,04397,90,34,04368,20,04,04804,44,34,04883,85,04,04903,65,24,04953,25,74,05002,86,24,05131,77,4108' -фаза1W0,0W8,2W ,WТ , %a, A4,043664Т1-фаза204,0434,0444,0454,0464,0474,0484,0494,0504,0514,052a х10, нмРисунок 3.12 .

Соотношение δ' и Т1- фаз в сплаве 2198 (Al-3,2Cu-1,0Li-0,5Mg) взависимости от параметра решетки твердого раствора (aα) для содержания лития втвердом растворе X Li =0,5%.783.2. Метод оценки объемных эффектов превращения в алюминиевыхсплавахКоличественное соотношение фаз в сплавах позволяет рассчитыватьобъемныеилинейныеизмененияразмеров,сопровождающиетермообработку. В работе [65] представлены основные уравнения длярасчета изменений объемных и линейных размеров алюминиевых сплавов врезультате реакций растворения/выделения связанных с термообработкой.На изменение плотности и удельного объема при изменении состава твердогораствора на основе алюминия влияет не только изменение параметрарешетки, но также замещение легирующими элементами с атомным весомотличным от алюминия.

Поэтому при вычислении удельного объеманеобходимо учитывать средний атомный вес так же как параметр решетки.Зависимость удельного объема, V, однофазного твердого раствора на основеалюминия может быть рассчитан следующим образом:V N Aa3(3.2)AnГде: V-удельный объем при 25ºС (см3/г); NА–число Авогадро 6,022×1023 (моль1);a-параметр решетки при 25ºС (см), для двойного твердого раствора величинапараметра рассчитывается из (1); А -атомный вес; n –число атомов наэлементарную ячейку =4; для чистого Al: аAl=4,0493×10-8 см; AAl=26,98г/моль; VAl=0,3705 см3/г.

Для твердого раствора атомный вес рассчитываетсяиз соотношения:AyAB  (100  y ) AAl(3.3)100Где: y – атомный процент легирующего элемента; А- атомный вес твердогораствора; АВ-атомный вес легирующего элемента.Изменение удельного объема твердого раствора относительно удельногообъема чистого алюминия равно:V VS  V Al(3.4)V AlV Al79где VS –удельный объем твердого раствора.Удельный объем смеси может быть вычислен через удельные объемы фаз иих содержание в массовых процентах по правилу смесей:Vm W AV A  WBVB(3.5)100где: WA- массовый % фазы А; VA- удельный объем фазы А; WВ- массовый %фазы В; VВ- удельный объем фазы В, и т.д.Количество слагаемых в этом выражении равно количеству фаз. Изменениеудельного объема твердого раствора при изменении его концентрации иодновременное изменение количества второй фазы оказывают основноевлияние на процессы растворения/выделения.Относительное изменение объема равно:V V2  V1(3.6),V1V1В табл.3.2 приведены данные необходимые для вычисления объемныхэффектов в некоторых алюминиевых сплавах.Таблица 3.2.

Данные для расчета фазового состава сплавов систем Al-Mg, Al-Cu, Al-MgLi, Al-Cu-LiКонц- a  X  a  Y (Å/ мас.%)×103(Å/ ат.% )×103Al (основа)--Mg+5,18+4,62ЭлементCu-2,19Фазаэлем. (X)-5,10Zn-0,30-0,73Li--Cu+Li--циялегир.80Удельныйобъем (VB)Масс.%см3/г--0,3705β (Al3Mg2)37,60,448Θ (Al2Cu)54,20,2299Θ' (Al2Cu)54,20,2472Θ''44,00,2611---AlLi20,50,5744Al3Li7,90,4583T1 (Al2CuLi)5.53Li 51.07Cu0,3211Mg+Li--Mg-ZnS1 (Al2MgLi)8,1Li 28,5Mg0,5602MgZn215,67 Mg0,195На рис. 3.13-3.15 и в табл.

3.3, 3.4 приведены примеры расчетов объемныхэффектов для сплавов Al-3Mg, Al-5Mg, Al-3Cu, Al-Mg-Li (1420) и Al-Cu-Li(1460). Величина объемного эффекта рассчитана на один объемный процентвыделившейся фазы. В расчетах объемных эффектов для тройных сплавовAl-Mg-Li и Al-Cu-Li, в которых присутствуют несколько интерметаллидныхфаз (δ' , T1 и S1) учитывали только фазовые превращения, при которыхколичество одной из фаз оставалось неизменным и весь объемный эффектможно было отнести к другой фазе (Табл. 3.3 и 3.4).81.amMgαmAlαÅWαWβVαVβVсплавасм3/г%ΔV/(V× Wβ)%4,04930,0100,092,08,00,37050,44800,37670,174,0520,599,593,36,70,37070,44800,37590,174,05952,098,097,12,90,37130,44800,37350,174,0622,597,598,41,60,37150,44800,37270,174,0632,697,499,01,00,37150,44800,37230,164,0642,897,299,50,50,37160,44800,37200,164,06483,097,0100,00,00,37170,44800,3717(а)8W, %64204,048 4,050 4,052 4,054 4,056 4,058 4,060 4,062 4,064 4,066a x10 нм(б)Рисунок 3.13.

Схема расчета объемного эффекта от выделения β-фазы в сплаве Al-3Mg (а)и зависимость количества β-фазы в сплаве Al-3Mg от периода решетки (б)82amMgαmAlαÅWαWβVαVβVсплавасм3/г%ΔV/(V× Wβ)%4,04930,0100,092,013,30,37050,44800,38080,184,0520,599,593,312,10,37070,44800,38010,194,05952,098,097,18,50,37130,44800,37780,194,0622,597,598,47,30,37150,44800,37700,204,0653,097,099,05,70,37170,44800,37600,204,074,096,099,53,00,37210,44800,37430,244,07525,095,0100,00,00,37240,44800,37240,20(а)1412W, %10864204,0504,0554,0604,0654,0704,0754,080a x10 нм(б)Рисунок 3.14.

Схема расчета объемного эффекта от выделения β-фазы в сплаве Al-5Mg (а)и зависимость количества β-фазы в сплаве Al-5Mg от периода решетки (б)83ΔV/amCuαmAlαWαWϴVαVϴVсплава(V×Wϴ)Åсм3/г%%4,04930,0100,0 0,9320,068 0,3706 0,2611 0,36310,0284,0490,199,9 0,9350,065 0,3702 0,2611 0,36310,0284,0480,699,4 0,9450,055 0,3689 0,2611 0,36300,0284,0471,099,0 0,9550,045 0,3677 0,2611 0,36280,0274,0461,598,5 0,9650,035 0,3664 0,2611 0,36270,0274,0452,098,0 0,9750,025 0,3652 0,2611 0,36260,0274,0442,497,6 0,9860,014 0,3640 0,2611 0,36250,0264,04273,097,0 1,0000,000 0,3623 0,2611 0,36240,027(а)65W , %432104,0424,0434,0444,0454,0464,047a x10, нм4,0484,0494,050(б)Рисунок 3.15. Схема расчета объемного эффекта от выделения β-фазы в сплаве Al-3Сu (а)и зависимость количества ϴ-фазы в сплаве Al-3Сu от периода решетки (б)84Таблица 3.3.

Схема расчета объемного эффекта от выделения S1- и δ'-фаз в сплаве 1420(Al-5,2Mg-2,1Li)a, Å4,04934,0614,0714,0744,0754,0755XMgXLi0,92,34,21,01,01,0W84,684,584,4WS W'15,411,65,80,04,09,811,4,81,084,34,1512,5,01,084,33,6112,5,11,084,33,344,06893,81,084,47,08,64,07044,10,578,77,04,07184,30,073,77,014,319,3V см3/г0,38300,38550,38920,39030,39060,39080,38840,38350,3786V'0,46000,46000,46000,46000,46000,46000,46000,46000,4600ΔV/(V× Wδ)VSVсплава0,56020,41040,56020,40860,56020,40610,56020,40530,56020,40510,56020,40490,56020,40660,0090,56020,40680,0100,56020,40700,0090,0094,07144,31,084,45,64,06242,50,578,811,34,05340,80,073,816,210,010,010,00,38930,38060,37200,46000,46000,46000,56020,40600,1210,56020,40870,1240,56020,41120,1210,12285Таблица 3.4. Схема расчета объемного эффекта от выделения T1- и δ'-фаз в сплаве1460(Al-3Cu-2Li)XMgXLi4,04073,90,34,0452,04,046WS W'76,10,03,90,36250,375,73,02,00,36791,50,375,63,61,50,36914,0471,10,375,54,31,10,37044,04750,80,375,44,70,80,37104,04910,10,375,35,70,10,3730a, Å4,04634,04614,04591,41,51,61,00,50,0W83,578,173,23,63,63,612,818,323,1Vсм3/г0,36560,36200,3579V'VSVсплава0,4580,3210,3853140,4580,3210,3853180,4580,3210,3853190,4580,3210,3863100,4580,3210,3863100,4580,3210,3863120,4580,3210,3753180,4580,3210,3783110,4580,3210,379318ΔV/(V× Wδ)0,1100,0910,1010,1014,0452,00,578,22,919,00,36454,04820,50,375,85,119,00,35574,04910,10,375,35,719,00,35340,4580,3210,3813100,4580,3210,3733140,4580,3210,3713150,8820,8580,8730,871На рис.

3.16 представлены результаты расчета объемных эффектов привыделении некоторых интерметаллидных фаз в алюминиевых сплавах. Для86сплавов Al-Cu минимальный объемный эффект соответствует выделениюравновесной Θ- фазы. Для сплавов с литием более высокие значенияобъемных эффектов характерны для тройных фаз (T1,S1). Важно отметить,что для сплавов Al-Cu-Li характерны значительно более высокие значенияобъемных эффектов 0,87% для T1 и 0,1% для δ'-фазы, в то время как длясплавов Al-Mg-Li для тройной S1-фазы он равен 0,12%, а для δ'-фазы он напорядок меньше, чем объемный эффект для той же фазы в сплавах системыAl-Cu-Li.

Этот факт до сих пор не рассматривался металловедами в планепринципиальных различий этих систем легирования с точки зрениядеформационной стабильности, которая должна быть выше для сплавовсистемы Al-Cu-Li по сравнению со сплавами системы Al-Mg-Li.В то же время выделение тройной фазы (Т1) в этих сплавах из-за оченьвысокогоположительногообъемногоэффектаможетприводитькзначительным внутренним напряжениям и связанным с этим негативнымпоследствиямприизготовлениидеталейлезвийнойобработкойизполуфабрикатов толстого сечения.

В этом случае из-за неравномерностираспада по сечению может формироваться градиент напряжений одногознака от центра к периферии плит, который может накапливаться приудалении поверхностных слоев и приводить к сильной деформации деталей.871,0Al2CuLi*V/ V , %0,8T10,60,40,20,0Al3Mg2''Al2Cu Al3Cu''Al-Cu-LiAl2CuS1Al2MgLi'Al-Mg-Li-0,2-0,4Рисунок 3.16.

Значения объемного эффекта выделения алюминидов из твердого раствора,рассчитанные на один процент выделившейся фазыС другой стороны, такой значительный объемный эффект в сочетании стем фактом, что в сплавах системы Al-Cu-Li доля тройной фазы существеннониже, чем в сплавах системы Al-Mg-Li дает возможность минимизироватьвыделение тройной фазы в Al-Cu-Li сплавах. Это возможно реализоватьтолько на основе тщательного контроля механизма распада твердогораствора, что делает предлагаемый метод фазового анализа практическиважным для оптимизации всего комплекса технологических операцийизготовления изделий из сплавов данного типа.88Выводы по 3-ей главе1.Методика количественного фазового анализа для сплавов системы Al-Cu-Li скорректирована применительно к сплавам системы Al-Cu-Li-Mg, приэтом в расчетах приняли известный из литературы экспериментальный фактодинаковой концентрации магния в твердом растворе и δ'- фазе.2.С использованием разработанной методики показано, что 1% магниявсего на 0,4% увеличивает долю интерметаллидных фаз в сплавах Al-Cu-LiMg, но при этом существенно увеличивает концентрацию магния в твердомрастворе, что сопровождается заметным увеличением периода решетки на~0,004 Å.

Это должно оказывать существенное влияние на физикохимические свойства сплавов и поэтому может эффективно использоватьсяпри оптимизации составов и технологий обработки сплавов системы Al-СuLi-Mg.3.Показано, что разработанные методики оценки количественногосоотношения интерметаллидных фаз в алюминиевых сплавах позволяетэффективно оценивать объемные изменения в сплавах при термообработке ипластической деформации.4.Для сплавов Al-Cu объемные эффекты при выделении равновесной Θ-фазы и неравновесных Θ' и Θ''-фаз очень малы (<0,1%), что объясняетвыделение дисперсных частиц этих фаз из пересыщенного твердого растворадаже при естественном старении, при этом минимальный объемный эффектсоответствует выделению равновесной Θ- фазы (0,01%), а для неравновесныхфаз он заметно выше (0,027% для Θ''-фазы и 0,051% для Θ'-фазы).5.Для тройных сплавов систем Al-Mg-Li и Al-Cu-Li, в которыхприсутствуют несколько интерметаллидных фаз (δ', T1 и S1) при расчетахобъемных эффектов учитывали только фазовые превращения, при которыхколичество одной из фаз оставалось неизменным и весь объемный эффектможно было отнести к другой фазе.6.Показано, что для сплавов Al-Cu-Li характерны значительно болеевысокие значения объемных эффектов (0,8-1,1% для T1 и ~0,1% для δ'-фазы),89по сравнению со сплавами системы Al-Mg-Li (0,08-0,15% для S1-фазы и~0,01% для δ'-фазы).7.Впервые обнаруженные большие различия в объемных эффектахсплавов систем Al-Mg-Li и Al-Cu-Li должны проявляться в различиях ихдеформационной стабильности и накоплении повреждаемости в процессахтермомеханического воздействия.90Глава4.КОЛИЧЕСТВЕННОЕИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫХФАЗИССЛЕДОВАНИЕНАВЛИЯНИЯУПРОЧНЯЮЩИЙЭФФЕКТСТАРЕНИЯ, ТЕКСТУРУ И АНИЗОТРОПИЮ МЕХАНИЧЕСКИХСВОЙСТВ СПЛАВОВ AL-CU-LI.4.1.