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 8

Листы сплава В1469 подвергали старению по режиму Т1, листы сплава 1441 - по режимуТ11.Часть образцов дополнительно термообрабатывалипри температурах165÷1800С, 3 час. (сплав В-1469) и 170÷1850С, 3 час. (сплав 1441).Дляопределения характеристик механических свойств (σB, σ0,2, δ) при комнатнойтемпературе в долевом и поперечном направлениях использовали плоскиеобразцы по ГОСТ11701-84 с шириной рабочей части 10 мм и длиной рабочейчасти 50 мм.Таблица 2.1 Химический состав слитка сплавов В-1469 и 1441Мас.%СплаLiCuMg14411,81,41,00,12 0,110,0914691,33,80,50,08 0,11014611,72,80,50.5вZnZr0.1Sc0.06Рентгеноструктурные исследования проводили на дифрактометреДРОН-4. Измерения периодов решетки α-твердого раствора осуществляли вфильтрованном CuKα-излучении и использованием рефлекса (511)/(333) суглом дифракции θ~80-810. Текстуру оценивали с помощью обратныхполюсных фигур (ОПФ) для трех направлений листа: нормали к плоскостипрокатки (НН), направления прокатки (НП) и поперечного направления(ПН), для чегоосуществляли съемку рентгенограмм в перпендикулярныхэтим направлениям сечениям.

При этом ОПФ для НН снимали дляповерхности листа и медианного сечения, отстоящего от поверхности наполовину толщины листа (0,5Т). Съемку осуществляли в фильтрованномMoKα-излучении в диапазоне углов 2θ=6-750, который позволял получить59значенияполюснойплотностидля12независимыхрефлексовстереографическом треугольнике. Значения полюсной плотности (на) для10 отражений hkl от атомных плоскостей: 001, 113, 112, 335, 111, 135, 133,011, 013 и 012 рассчитывали стандартным методом как отношениеинтенсивностейсоответствующихрефлексов.Для случая«двойных»рефлексов (115)/(333) и (006)/(244) величины полюсных плотностей длярефлексов (115) и (244), которым на стереографическом треугольникесоответствуют полюса атомных плоскостей 115 и 122, определяли с учетомтого, что для сопутствующих им парным рефлексам (333) и (006) значенияполюсных плотностей известны по другим порядкам отражения для тех жеплоскостей решетки – (111) и (222) для (333) и (002) и (004) для (006).Поэтому полюсные плотности для рефлексов (333) и (006) можно рассчитатькак средние значения полюсных плотностей для других порядков отражения:P333=(P111+P222)/2 и P006=(P002+P004)/2Тогда: P115=(Где:ии P122=P244=(– интегральные интенсивности рефлексов hkl длятекстурированного и бестекстурного образца (эталона) соответственно.2.3 Исследование соединений из сплава В-1469, полученных сваркойтрением с перемешиванием (СТП)Исследование проводили на сварных соединениях пластин изпрессованной панели сплава системы Al-Cu-Li В-1469 толщиной 10 мм,изготовленной на ОАО «КУМЗ».

Для сварки пластин применен инструмент,геометрия рабочей части которого имела коническую форму с плоскойдонной частью диаметром 5 мм, диаметром широкой части 11 мм. Шагнавивки на рабочей части 1,25 мм, глубина 1,0 мм. Поперечное сечениерабочей части круг с тремя выфрезерованными канавками, расположеннымипод углом 120° друг к другу с изменяемой по высоте шириной от 2,0 до 4,060мм. Диаметр заплечика инструмента составляет 25 мм, навивка двухряднаяглубиной 0,4 мм.На рис.2.1. приведена схема процесса СТП (рис.2.1а) и схема разрезкисварного фрагмента 100х100х10 мм3, который разрезали сначала пополамперпендикулярно шву, а затем из одной половинки нарезали три пластины,параллельные листу толщиной 2,5 мм (рис.2.1б), а из второй четырепластины 50х10х5 мм3, перпендикулярные листу (рис.2.1в).(а)(в)(б)Рисунок 2.1.

Схема процесса СТП (а) и схема вырезки образцов для измерениятвердости и рентгеноструктурных исследований (б) и (в)Для измерения остаточных напряжений использовали метод sin2ψ.Рентгеновскуюсъемкуосуществлялидлярефлекса(115)/(333)присимметричном положении образца (=0) и несимметричном его положении(=-40 и -600) для азимутального угла =900, соответствующего измерениюнапряжений в направлении, перпендикулярному сварному шву. Измерялиположение линии, вычисляли параметры решетки и получали зависимости aψот sin2ψ.

Методом наименьших квадратов определяли наклон прямой, tgα, ивычисляли величину остаточного напряжения по формуле (2.2):61σф= tg[(1+ν)/Е]hkl / a=0(2.2)Выражение для расчета скорректированного на величину остаточныхнапряжений значения параметра решетки (a0):a0=a=0 /[1+(1+2) (/E)hkl] (2.3)Где: 1 – напряжение в направлении шва и 2 – остаточное напряжение впоперечном направлении.Вработеисследоваливосновномраспределениеостаточныхнапряжений в поперечном направлении в различных сечениях свариваемыхпластин, поскольку именно эти напряжения являются наиболее критичнымипо отношению к прочности сварного соединения, т.к.

прочностныехарактеристики поперечных образцов используют для оценки эффектаослабления материала шва. Тем не менее, в соответствии с (2.3) напряженияв долевом направлении (1) необходимы для определения величины ао исоотношения количества интерметаллидлных фаз. Для их определенияиспользовали образцы 11, 12, 13 и 14 (рис.2.1в), которые давали возможностьоценить также напряжения в нормальном пластине направлении, которыеобычно игнорируют, считая их незначительными.Скорректированные значения параметра решетки использовали дляоценки количества интерметаллидных T1(Al2CuLi) и δ' (Al3Li)-фаз.62ГЛАВА 3.

Разработка метода количественного фазового анализа длясплавов Al-Cu-Li-Mg и метода оценки объемных эффектов превращенияв алюминиевых сплавах3.1. Количественный фазовый анализ сплавов Al-Cu-Li-MgСовременные сплавы системы Al-Cu-Liсодержат до 1,3% Mg (табл.3.1), чтонеобходимо учитывать при количественном фазовом анализе. Раннее [66]была развита методика количественного фазового анализа для сплавовсистем Al–Mg, Al–Cu, Al–Mg–Li, основанная на измерении параметрарешетки твердого раствора. В работах [29, 69, 100] эта методика былаадаптирована применительно к сплавам системы Al-Cu-Li. Применение этихметодик для промышленных сплавов показало, что они должны бытьскорректированы с учетом того, что для промышленных сплавов характерноналичие других легирующих элементов, которые могут находиться в твердомрастворе, образовывать самостоятельные фазы или входить дополнительнымкомпонентом в существующие фазы.

Так в работе [125] было показано, чтосодержание магния в сплавах Al-Cu-Li-Mg примерно одинаково в твердомрастворе и ' (Al3Li)-фазе. Этот результат позволяет учитывать содержаниемагния в сплавах системы Al-Cu-Li[126].Вывод уравнений расчета для системы Al-Cu-Li-Mg практически неотличается от того, что было получено раннее [29].

Запишем уравнениябаланса элементного и фазового состава для сплавов Al-Cu-Li:100 X Al0 = X Al Wα+ X AlT1+ X Al'0100 X Cu= X CuWα+ X AlT(3.1)1100 X Li0 = X Li Wα+ X LiT1Wα+++ X Li'=1000Где: X Al0 , X Cu, X Li0 - концентрации Al, Cu и Li в сплаве, соответственно(мас.%); Wα ,- массовый % α-, T1и δ'-фаз, соответственно; X Al , X Cu,T1X Li X AlT1 , X LiT1 , X Cu, X Al ' , X Li ' - концентрации Al, Cu и Li в α-, T1 и δ'-фазах,соответственно.63Таблица 3.1.

Массовые, атомные процентные доли, их отношения и отношенияколичества δ' и Т1- фаз для Al-Cu- Li сплавов.ПоколенСплавМас.%иемаАт.%сW /атWT(S)сплаваLiCuMgLiCuMg145022,12,90,007,821,180,000,726,637,4146022,252,90,008,341,170,000,787,107,9209022,12,70,007,811,100,000,787,127,820912221,307,430,811,361,009,1610,6144121,81,80,906,720,730,951,009,1610,7809022,41,50,808,790,600,831,6014,6516,9144022,41,50,808,790,600,831,6014,6516,9209431,14,80,404,262,030,430,232,101,9521953140,403,861,690,430,252,292,22050313,60,403,851,520,430,282,542,5206531,24,20,504,621,760,540,292,62-209831,053,50,534,041,470,570,302,752,8205531,153,70,404,421,550,430,312,85-2198313,20,503,851,340,540,312,862,8146931,44,30,55,361,800,000,332,982,96229731,42,80,255,311,160,270,504,584,9239731,42,80,255,311,160,270,504,58-146431,730,006,401,230,000,575,195,1219631,752,90,506,581,190,530,605,526,0146131,72,80,56,401,150,000,615,566,0219931,62,60,206,031,070,210,625,636,0207631,52,350,505,660,970,530,645,84-229631,62,450,606,021,010,640,655,986,7209931,82,70,306,751,110,320,676,106,8ЗначенияпараметровстехиометрииT1(Al2CuLi) иX Al , X Al ' ,SX AlT1 ,Li/Cu(Mg)X Li =0X LiT1 , X Li ' рассчитываютсяизδ' (Al3Li)-фаз.

Единственное различие вуравнении для величины X Cu, которая определяется из параметра решетки64твердого раствора ( a ) в соответствии с законом Вегарда. В отличие отаналогичного уравнения в [29] вводится дополнительное слагаемое:0  a  Wср X Mg , которое учитывает изменение параметра решетки из-за X  Mgналичия в твердом растворе магния: a 0  a X Cu (a  a Al  Wср X Mg ) / X  Mg  X  Cu a - изменение параметра решетки на 1 массовый процент X  Mg (Cu )легирующего элемента, Mg (Cu) (Å/мас.%); Wср- среднее значение0количества твердого раствора для данного сплава; X Mg- содержание магния всплаве.Решение системы (1), в котором содержание лития в α-фазе ( X Li )является переменным параметром будет таким же, как и в [29]:T1T10( X Li  X LiT1 )( X Al0 X Cu X AlT1 X Cu)  X Al X Cu( X Li0  X Li1 )100Wα= T1T1T1T1( X Li  X LiT1 )(100 X Cu X CuX Cu X CuX Li  X AlT1 X Cu)  X Al X Cu( X Li  X LiT1 )T0100 X Cu X CuW=T1X Cu(2)=100-Wα-В табл.3.1.

приведены составы в массовых и атомных процентах для 24российских и американских сплавов Al-Li разных поколений, из которыхрассчитаны отношения массовых и атомных концентраций лития к меди длясплавовсистемыAl-Cu-Li-Mg(24сплава).Легированиемагниемсущественным образом влияет на сплавы системы Al-Cu-Li. На рис. 3. 1приведена зависимость фазового состава от периода решетки твердогораствора для сплава 1441, содержащего 1% Mg , а на рис.3.2 аналогичнаязависимость для сплава такого же состава, как и на рис.3.1, но безмагния.Видно,что1%магниявсегона0,4%увеличиваетдолюинтерметаллидных фаз, но при этом существенно увеличивает концентрацию65магния в твердом растворе, что сопровождается заметным увеличениемпериода решетки, который варьируется в пределах 4,0492 – 4,0532 Å всплавах с магнием (рис.3.1) и от 4,0453 до 4,0492 Å в отсутствии магния всплаве (рис.3.2).Это должно оказывать влияние на все физико-химические имеханическиесвойствасплава,приэтомиспользованиеметодикиколичественного фазового анализа дает возможность поиска количественныхкорреляций этих свойств с содержанием легирующих элементов.