Природа влияния холодной пластической деформации на фазовые превращения и свойства алюминиевых сплавов

В течении последних 10 лет были разработаны новые алюминиевые сплавы и технологии их термомеханической обработки для применения в качестве авиационных материалов. Свойства этих новых сплавов существенно превосходят свойства материалов предшествующего поколения за счет одновременного изменения химического состава и/или разработки новых режимов термомеханической обработки, которые являются коммерческой тайной и, по этой причине, не разглашаются производителями. В основе создания этих новых сплавов лежит влияние термомеханической обработки на образование новых фаз. Причины этого влияния остаются малоизученными или не публикуются в открытой литературе. Данный проект должен восполнить этот пробел. Изучение процессов, проходящих при холодной прокатки в алюминиевых сплавах, позволит внести вклад в теорию формирования низкоэнергических и/или высокоэнергетических дислокационных структур. Эта работа актуальна сама по себе, поскольку абсолютное большинство аналогичных работ было выполнено на чистом алюминии, либо низколегированных алюминиевых сплавов, в которых холодная прокатка приводит к формированию низкоэнергетических дислокационных структур. В высоколегированных (коммерческих) алюминиевых сплавах ожидается формирование высокоэнергетических дислокационных структур, информации по которым мало. Особенно актуальна работа по сплаву Al-Cu-Li-Ag, поскольку будет отработана технология литья этого сплава, апробированы режимы гомогеннизации, прокатки и окончательной термомеханической обработки, в совокупности обеспечивающих достижение высоких прочностных и химических (коррозионных) свойств. Кроме того, в рамках проекта будет разработана технология соединения листов из алюминиевых сплавов методом сварки трением с перемешиванием. Это технология, несмотря на свою простоту и надежность, широко не используется в авиастроении, поскольку обеспечивает прочность сварного шва на уровне 60-70% от прочности термически упрочняемых алюминиевых сплавов. Участниками проекта было предложен метод для преодоления данного ограничения за счет встраивания сварки трением с перемешиванием в термомеханическую обработку алюминиевых сплавов. Недостатком данного подхода является необходимость индивидуальной разработки режима сварки трением с перемешиванием для каждого термически упрочняемого сплава на базе детального исследования фазовых превращений до сварки, после сварки и в процессе окончательного старения с последующим изучением комплекса механических свойств сварного соединения. Эта работа также будет выполнена в рамках данного проекта. Поскольку в качестве материалов проекта будут исследоваться авиационные алюминиевые сплавы последнего поколения, то будет детально изучено влияние распределения и морфологии дисперсных частиц различных фаз, сформировавшихся при термомеханическом воздействии, на такие критически важные свойства этих материалов как вязкость разрушения, скорость распространения усталостной трещины и сопротивление коррозии под напряжением. В качестве материала исследований будут выбраны три сплава. 1. Современный вариант дюралюмина (Al-Cu-Mg) типа АА2624, отличающий от широко распространённого сплава Д16ч химическим составом и термомеханической обработкой. Эти изменения позволяют повысить предел текучести этого материала на 30% и более при одновременном повышении вязкости разрушения и понижения скорости распространения усталостной трещины. По своим прочностным свойствам этот материал превосходит высокопрочные алюминиевые сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu после термической обработки перестаривание. В данном проекте будет возможность получения, близкого к равнопрочному, сварного соединения этого сплава методом сварки трением с перемешиванием. Эта работа актуальна как с точки зрения физического материаловедения алюминиевых сплавов, так и с точки зрения физики прочности и пластичности, поскольку даст ответ на вопрос о механизмах, обеспечивающих предел текучести, относительное удлинение и вязкость разрушения при наличии высокой плотности дислокаций и зон Гинье-Престона-Багаряцкого (ГПБ). 2. Сплав системы Al-Mg-Si-Cu типа AA6013. Высокие свойства этого сплава связывают с влиянием термомеханической обработки на выделение упрочняющих частиц различных фаз, которые могут выделять как гомогенно, так и гетерогенно на дислокациях и границах зерен/субзерен деформационного происхождения. Природа и механизмы выделения данных частиц, выделяющейся гетерогенно, после больших степеней пластической деформации малоизучены. Данный проект восполнит данный пробел. Он позволит получить новые данные о природе этих фаз с когерентными/полукогерентными межфазными границами и их роли в высоких прочностных свойствах этого сплава. Разработка технологии сварки трением с перемешиванием позволит получить сварной шов из листов этого сплава с пределом прочности близким к 90% от прочности основного материала после окончательной термомеханической обработки. Это существенно выше 65% прочности сварного шва, которое получается в большинстве других исследованиях. 3. Сплав системы Al-Cu-Li-Ag типа АА2055. Уникальный комплекс свойств данного сплава обеспечивается за счет выделения пластинчатых частиц Т1-фазы (номинальный стехиометрический состава Al2CuLi) с плоскостями габитуса типа {111}Al гетерогенно на дислокациях и -‘- фазы (номинальный химический состав Al3Li) c кубической решеткой упорядоченной по типу Cu3Au (L12) гомогенно в теле зерен/субзерен. Выполнение проекта позволит понять природу высоких свойств этого материала, которые обусловлены оптимальным соотношением между Т1- и -фазой, а также роль Ag в обеспечении его высоких свойств. Планируется выяснить причину и условия зарождения пластин Т1-фазы на дислокациях, что актуально с точки зрения физического материаловедения Al-Cu-Li сплавов. Следует отметить что эта работа актуальна с практической точки зрения для промышленности, поскольку она позволит разработать новые подходы в микроструктурном дизайне термоупрочняемых алюминиевых сплавов последнего поколения, а также оценить пределы повышения их прочностных за счет пластической деформации. Целью исследования является установление природы влияния пластической деформации между закалкой и старением или закалкой с последующим предварительным старением на фазовые превращения и механические свойства термически-упрочняемых алюминиевых сплавов. Для достижения этой цели в работе планируется решить следующие частные задачи: 1) Определить влияние холодной пластической деформации на микроструктуру, прочность и пластичность алюминиевых сплавов, закаленных на твердый раствор или дополнительно подвергнутых предварительному старению. 2) Установить влияние степени холодной деформации алюминиевых сплавов, закаленных на твердый раствор или дополнительно подвергнутых предварительному старению, на фазовые превращения, прочность и пластичность в процессе окончательного старения. 3) Установить влияние сварки трением с перемешиванием на микроструктуру, фазовые превращения, прочность и пластичность алюминиевых сплавов в процессе послесварочного старения. 4) Определить влияние фазового состава алюминиевых сплавов, сформировавшихся после окончательного или послесварочного старения, на характеристики вязкости разрушения и скорости распространения усталостной трещины. Определить влияние фазового состава алюминиевых сплавов, сформировавшихся после окончательного или послесварочного старения, на коррозию под напряжением.