(1.36 мб)

ВИАМ/1991-200769
Сверхпластичность листов из сплава 1423
В.Д. Макаров
В.В. Редчиц
Е.Ю. Семенова
Л.Б. Хохлатова
Январь 1991
Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП
«ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное
материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет
разрабатывающее и производящее материалы, определяющие
облик современной авиационно-космической техники. 1700
сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных
цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах
института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку
металлических и неметаллических материалов, покрытий,
технологических процессов и оборудования, методов защиты
от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов,
полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по
государственным программам РФ, так и по заказам ведущих
предприятий авиационно-космического комплекса России и
мира.
В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный.
За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233
сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных
государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены
наградами на выставках и международных салонах в Женеве и
Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3
бронзовыми медалями, получено 15 дипломов.
Возглавляет институт лауреат государственных премий
СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов.
Статья подготовлена для опубликования в журнале «Технология
легких сплавов», № 9-10, 1991 г.
Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public
Сверхпластичность листов из сплава 1423
В.Д. Макаров, В.В. Редчиц, Е.Ю. Семенова,
Л.Б. Хохлатова
Одним из новых конструкционных материалов пониженной плотности
является сплав 1423, созданный на базе системы Аl–Mg–Li и совместно
легированный элементами антирекристаллизаторами – цирконием и скандием.
По сравнению со сплавом 1420 этой же системы легирования сплав 1423 в
термоупрочненном состоянии имеет преимущество по прочностным свойствам
при некотором снижении пластичности (см. таблицу).
Сплав
1420
1423
Механические свойства листов в закаленном и состаренном состоянии (Т1)
Направление вырезки
δ, %
σ в , МПа
σ 0,2 , МПа
образцов
Д
430
270
11
П
440
270
13
Д
460
345
7
П
460
330
10
У холоднокатаных листов из сплава 1423-Т аналогично листам из сплава
1420-T преимущественно нерекристаллизованная структура. Известно, что
листы из сплава 1420 с нерекристаллизованной структурой имеют низкие
характеристики
сверхпластичности.
Эти
характеристики
существенно
возрастают в листах с рекристаллизованной мелкозернистой структурой с
размером зерна ~10 мкм, полученных по специальной технологии. Листы из
сплава с такой структурой (1420-РС) используют при изготовлении сложных
деталей методом изотермической пневмоформовки.
Микроструктура листа из сплава 1423-Т характеризуется волокнистым
строением и строчечным расположением интерметаллидных фаз вдоль
направления прокатки (рис. 1, а). Структура сплава – нерекристаллизованная с
развитой субструктурой и высокой плотностью дислокаций (см. рис. 1, б, в).
Рисунок 1. Структура листок из сплава 1423 в состоянии поставки:
а – ×200, анодное окрашивание; б – рентгенограмма; в – ×20000
Температурно-скоростные испытания на растяжение проводили на
плоских образцах шириной 6 мм и начальной расчетной длиной l0 = 5,65 F0
с определением напряжения течения (σ – отношение максимальной нагрузки
к начальной площади поперечного сечения), относительного удлинения δ и
коэффициента скоростной чувствительности напряжения течения m. После
испытаний образцы закаливали в воде.
Испытания продольных и поперечных образцов в интервале температур
400–550°С при скорости деформации 7,6·10-3 с-1 показали, что с увеличением
температуры
напряжение
течения
снижается,
причем
уровень
этой
характеристики при всех температурах выше на продольных образцах (рис. 2).
На
продольных
образцах
получены
и
более
высокие
значения
относительного удлинения во всем интервале температур, оно достигает
максимума ~380% при 500°С.
Рисунок 2. Зависимость напряжения течения σ и относительного
удлинения δ от температуры испытания для листов из сплава 1423
(ε̇ =7,6⋅10-3 с-1): ο, • – образцы соответственно продольные и поперечные
Проявление эффекта сверхпластичности в листах из сплава 1423
определяется протеканием динамической рекристаллизации в процессе
деформации сплава с исходной нерекристаллизованной структурой. Так, при
температуре испытаний 450°С в рабочей части образца в зоне разрушения у
поверхности
структура
листа
(рис.
3,
рекристаллизованной
формируется
а).
В
мелкозернистая
центре
сохраняются
по
участки
толщине
с
рекристаллизованная
листа
наряду
с
нерекристаллизованной
структурой (см. рис. 3, б). Относительное удлинение при этом невелико и
составляет 150–160%. После испытания при 500°С в рабочей части образца
наблюдается полностью рекристаллизованная мелкозернистая равноосная
структура со средним размером зерна 9 мкм (см. рис. 3, в, г). На
рентгенограмме можно видеть исчезновение текстурных максимумов и
появление большого количества точечных рефлексов на интерференционных
кольцах (см. рис. 3, д). В головках образцов при всех температурах
испытаний, вплоть до 550°С, сохраняется нерекристаллизованная структура
(см. рис. 3, е).
Рисунок 3. Структура листов из сплава 1423 после испытаний
при 𝜀̇=7,6⋅10-3 с-1 и температурах 450 (а, б), 500 (в, г, д) и 550°С (е):
а, б, в, г, д – рабочая часть образца в зоне разрушения, е – головка образца;
а – приповерхностный слой листа, б, в, д, е – сердцевина листа, ×250,
г – ×12000
Сплав 1423, как и все алюминиевые сплавы, склонен к порообразованию,
так как при разрушении наблюдается малое шейкообразование и резкое
разрушение. В листах из сплава 1423 можно было видеть как крупные
концентрированные поры, так и мелкие, распределенные по объему
материала поры, однако зарождение пор наблюдалось не с поверхности
листа, а ближе к сердцевине (см. рис. 3, а, б, в).
Зависимости напряжения течения и относительного удлинения от
скорости деформации для продольных и поперечных образцов в состоянии
поставки приведены на рис. 4 и 5. Результаты испытаний показали, что на
продольных образцах относительное удлинение при скоростях деформации
3,8·10-4–3,8·10-3 с-1 изменяется незначительно и находится на высоком
уровне: при 475°С δ=340–400%, а при 500°С δ=485–505%. Дальнейшее
увеличение скорости деформации до 7,6·10-2 с-1 привело к резкому снижению
относительного удлинения. На поперечных образцах с повышением скорости
деформации отмечалось менее резкое снижение относительного удлинения.
Сопоставление результатов испытаний на продольных и поперечных
образцах показало, что при скоростях деформации 3,8·10-4 и 7,6·10-3 с-1
относительное удлинение выше на продольных образцах. При дальнейшем
увеличении скорости деформации до 7,6·10-2 с-1 значения относительного
удлинения для продольных и поперечных образцов практически одинаковы.
Рисунок 4. Зависимость напряжения течения σ, относительного
удлинения δ и коэффициента скоростной чувствительности напряжения
течения m от температуры и скорости деформации листов из сплава 1423
(образцы продольные): ο, • – 475 и 500°С
Рисунок 5. Зависимость напряжения течения σ и относительного
удлинения δ от температуры и скорости деформации для листов
из сплава 1423 (образцы поперечные): ο, ∆, • – 450, 475 и 500°С
На основании проведенных исследований установлено, что в листах из
сплава 1423 в широком интервале температур (450–525°С) и скоростей
деформации (3,8·10-4–3,8·10-2 с-1) проявляется эффект сверхпластичности.
Напряжение течения при этом находится в интервале 2–25 МПа,
относительное
удлинение
140–510%,
коэффициент
скоростной
чувствительности напряжения течения m=0,3–0,78.
Листы из сплава 1423 без специальной подготовки структуры могут быть
использованы
при
изготовлении
сложных
деталей
методом
сверхпластической формовки в определенном температурно-скоростном
интервале деформации.