1. Історія відкриття сплавів Сплави на основі системи Al-Zn-Mg-Cu мають найвищу міцністю до 800МПа в...
2. Термообробка
3. Міцність і пластичність
4. Використання

Історія відкриття сплавів

Сплави на основі системи Al-Zn-Mg-Cu мають найвищу міцністю до 800МПа в частковому напрямку для пресованих напівфабрикатів серед алюмінієвих сплавів. Вони мають особливо високий межа плинності, який на 40-50% вище, ніж у сплавів типу Д16 в природно состаренном стані Т. Розвиток високоміцних сплавів почалося з відкриття в 1923-1926 рр. німецькими вченими Зандер і Мейснером надзвичайно високого ефекту загартування і старіння в трикомпонентних сплавах Al-Zn-Mg.

На початку 40-х років був розроблений сплав В95 (табл. IV. 1). Він знайшов широке промислове застосування як високоміцний сплав і до теперішнього часу поряд зі сплавом Д16Т є основним конструкційним матеріалом авіаційної техніки. У 1956 р І. Н. Фрідляндер і Е. І. Кутайцева створили більш міцний сплав В96ц, в який вперше в світовій практиці був введений цирконій замість марганцю і хрому. Це дозволило підвищити пластичність і поліпшити прокаліваемость високоміцних сплавів. Пізніше були розроблені ще два сплаву з цирконієм - найміцніший сплав В96ц-1 (в основному для пресованих напівфабрикатів) дещо менш легований, кувальний сплав В96ц-3 З високою технологічною пластичністю.

У 1957 р для виготовлення масивних поковок і штамповок створений оригінальний вітчизняний сплав В93, який легирован невеликою кількістю заліза замість традиційних елементів - антірекрісталлізаторов марганцю, хрому, цирконію. Це забезпечило підвищену прожарюємо-ність і однорідність міцності властивостей у всіх напрямках при хорошій технологічності лиття, кування, штампування.

Спеціально для заклепок розроблений сплав У94, що володіє хорошою расклепиваемостью в штучно состаренном стані і опором зрізу в розклепати стані. У порівнянні зі среднепрочнимі сплавами високоміцні сплави менш пластичні і більш чутливі до надрізів, перекосів, що необхідно враховувати при обробці деталей і збірці конструкцій з них. При застосуванні сплавів еледует ретельно підходити до конструювання деталей: вибирати форми з мінімальними концентраторами напружень, з великою плавністю переходів при зміні перетину, зменшувати екцентрісітети.

Високоміцні сплави НЕ теплопрочни і при тривалій експлуатації їх можна використовувати до температур не вище 100-120 ° С.

На першому етапі застосування основних високоміцних сплавів В95 і В93 головна вимога, що пред'являється до них, складалося в забезпеченні максимальної статичної міцності З урахуванням цього було встановлено хімічний склад сплавів з досить широкими допусками на вміст домішок заліза і кремнію і режим термообробки Т1, який відповідає фазового стадії старіння . При цьому напівфабрикати з таких сплавів звичайної чистоти по домішках в стані Т1 мали ряд недоліків, до числа яких слід віднести схильність до корозійного розтріскування і расслаивающей корозії, велику чутливих-ність до всякого роду концентраторів напружень, знижену пластичність і статичну витривалість.

У 60-ті роки загострилася проблема надійності, довговічності, економічності сучасної техніки, що істотно змінило підхід до оцінки працездатності високоміцних сплавів. Вони юлжни володіти оптимальним комплексом властивостей: висока міцність повинна поєднуватися з високим опором корозії і втоми і з досить високими значеннями характеристик пластичності і трещіностойкосі, введених в розрахунки при проектуванні літакових конструкцій за новим принципом безпечної пошкоджуваності.

Тому для подальшого надійного і ефективного застосування високоміцних сплавів були розроблені нові модифікації з обмеженим вмістом домішок заліза і кремнію (а для сплаву В95 з одночасним зниженням концентрації цинку) - сплави В95пч, В95оч і В93пч підвищеної і особливої ​​чистоти. Це дозволило істотно підвищити пластичність і тріщиностійкість при збереженні статичної міцності і деяке збільшення опору малоцикловой втоми.

Завдання кардинального підвищення стійкості до коррозмі під напругою і расслаивающей корозії при додатковому збільшенні опору руйнуванню сплавів була вирішена в результаті розробки нових двоступеневих режимів коагуляционного старіння Т2 і Т3. Ці режими називають також пом'якшуючими, так як вони призводять до невеликого знеміцнення (на 10-15%) у порівнянні з режимом Т1. За корозійної стійкості сплави В95пч, В95оч і В93пч в станах Т2 і Т3 значно перевершують сплави типу дуралюмин.

Хімічний склад (%) сплавів на основі системи алюміній-цинк-магній Сплав Основні компоненти Домішки (не більше) Zn Mg Сu Мn Сг Інші Fe Si Мn Ti Інші Кожна Сума В93 6,3-7,3 1,6-2,2 0,8-1,2 - - Fe 0,2-0,45 - 0,2 0,1 0,1 0,05 0,1 У94 5,9-6,8 1,2-1,6 1, 8-2,4 - - Ti 0,02-0,08 0,2 0,2 ​​0,1 0,05 0,05 0,1 В95 5,0-7,0 1,8-2,8 1, 4-2,0 0,2-0,6 0,1-0,25 - 0,5 0,5 - 0,05 0.05 0,1 В96 7,6-8,6 2,5-3,2 2 , 2-2,8 0,2-0,5 0,1-0,25 - 0,5 0,3 - 0,05 0,05 0,1 В96ц 8,0-9,0 2,3-3 , 0 2,0-2,6 - - Zr 0,1-0,2 0,4 0,3 0,1 0,03 0,05 0,1 1915 4,0-5,0 1,0-1 , 8 0,1 0,2-0,7 0,06-0,2 Zr 0,08-0,2 0,4 0,35 - 0,01-0,06 0,05 0,1 1925 3, 4-4,0 1,3-1,8 0,8 0,2-0,7 0,2 Zr 0,1-0,2 0,7 0,7 - 0,1 0,05 0,1

легуючі елементи

Цинк, магній і мідь утворюють з алюмінієм і між собою тверді розчини і різні металеві з'єднання - MgZn2, S (Al2CuMg), T (Mg4Zn3Al3), які відіграють велику роль у зміцненні сплаву при його термічній обробці. У сплавах даного типу особливо важливою є фаза T, яка перебуває в рівновазі з твердим розчином а (див. Діаграму Al-Mg-Zn на рис). Марганець і хром підсилюють ефект старіння і підвищують корозійну стійкість сплаву; марганець, крім того, сприяє отриманню дрібнозернистої структури, ускладнює виділення металевих фаз по межах зерен твердого розчину, а також дещо підвищує міцність сплаву; при цьому особливо підвищується міцність пресованих виробів, що характеризує так званий «прес-ефект». Прес-зффект пов'язують з виділенням дрібнодисперсних частинок марганцовистой фази або утворенням блоків всередині зерен твердого розчину.

Термообробка

Максимальні значення міцності напівфабрикатів із сплавів на основі системи Al-Zn-Mg-Сі досягаються при температурах гарту 460-475 ° С з подальшим штучним старінням. Режими старіння: сплаву В93 - ступінчастий (120 ° С - 3 ч + 165 ° С - 4 год); сплаву У94 - ступінчастий (100 ° С - 3 ч + 165 ° С - 3 ч); сплаву B95- плаковані листи - 120 ° С 24 год; сплавів В95 - не дубльованих напівфабрикати, В96, В96ц - 135-145 ° С протягом 16 год або ступінчастий (120 ° С - 3 ч + 160 ° С - 3 ч).

Міцність і пластичність

Сплави на основі системи Al-Zn-Mg-Сі мають високу міцність і зниженою пластичністю. Чутливі до надрізів. в загартованому та штучно состаренном стані, відрізняються задовільною загальної корозійну стійкість, проте схильні до корозійного розтріскування під напругою (особливо сплави В96 і В96ц). Корозійна стійкість природно постарених сплавів незадовільна. Деталі з цих сплавів слід анодувати і захищати лакофарбовим покриттям.
Недоліками сплавів типу В95 є знижена пластичність, підвищена чутливість до концентрації напружень, велика анізотропія властивостей в поперечному і поздовжньому напрямку волокон і склоннюсть до корозії під напругою. Однак при правильній обробці, раціональне застосування в конструкції і належний захист від корозії ці недоліки можуть бути успішно усунені.

Механічні властивості листів по ГОСТ 21631-76 Марка Позначення
Стан зразків Товщина листа, мм Механічні властивості при розтягуванні Тимчасовий опір
σв, МПа (кгс / мм2) Межа плинності
σ0,2, МПа (кгс / мм2) Відносне подовження при l = 11,3√ F *
δ% Не менш В95А В95AM Відпалений Від 0,5 до 10,5 Не більше 245 (25,0) - 10,0 В95АТ1 Загартовані і штучно зістарені Від 0,5 до 1,9 480 (49,0) 400 (41, 0) 7,0 Св. 1,9 до 6,0 490 (50,0) 410 (42,0) 7,0 6,0 до 10,5 490 (50,0) 410 (42,0) 6, 0 В95А Загартовані і штучно зістарені Від 5.0 до 10,5 490 (50,0) 410 (42,0) 6,0 В95-2А,
В95-2Б,
В95- 1А,
В95- 1,
АКМБ, АКМА,
АКМ В95-2АМ,
В95-2БМ,
В95-1АМ,
АКМБМ,
АКМАМ,
АКММ Відпалений Від 1,0 до 10,5 Не більше 245
(25,0) - 10,0 В95-2А,
В95-2Б,
В95-1А,
В95- 1,
АКМБ,
АКМА,
АКМ Акмаєв нагартована Від 0,8 до 4,0 Чи не випробовуються В95-2АТ,
В95-1АТ,
Акмат Загартовані і природно зістарені Від 1,0 до 10,5 315 (32,0) - 10,0 В95-2А Без термічної обробки Від 5,0 до 10,5 315 (32,0) - 10,0 В95-1А ,
В95-1,
АКМА Чи не випробовуються 1915 1915М Відпалений Від 1,0 до 4,5 Не більше 245
(25,0) - 10,0 1915Т Загартовані і природно зістарені протягом 30-35 діб Від 1,0 до 10,5 315 (32,0) 195 (20,0) 10,0 1915Т Загартовані і природно зістарені протягом 2-4 діб Від 1,0 до 10,5 275 (28,0) 165 (17,0) 10,0 1915 Загартовані і природно зістарені протягом 30-35 діб Від 5,0 до 10,5 315 (32, 0) 195 (20,0) 10,0 1915 Загартовані природно зістарені протягом 2-4 діб Від 5,0 до 10,5 265 (27,0) 165 (17,0) 10,0 ВД1А, ВД1Б, ВД1 ВД1АМ ,
ВД1М,
ВД1БМ Відпалений Від 0,8 до 10,5 Не більше 245
(25,0) - 10,0 ВД1АТ,
BД1T,
ВД1БТ Загартовані і природно зістарені Від 0,8 до 10,5 335 (34,0) - 12,0

Використання

Сплав В95 добре зварюється точковим зварюванням; сплави В96 і В96ц задовільно зварюються аргонодугового зварюванням. Пластичність зварного шва знижена.
Всі сплави на основі системи Al-Zn-Mg-Сі добре обробляються різанням.
Сплави В93, В95, В96, В96ц застосовують для виготовлення навантажених силових деталей і конструкцій в різних галузях техніки. Сплав У94 застосовують для виготовлення заклепок і Заклепувальний дроту.
При тривалій експлуатації робочі температури виробів зі сплавів на основі системи Al-Zn-Mg-Сu не повинні перевищувати 100 ° С

Характеристики механічних властивостей напівфабрикатів із сплаву В95 Напівфабрикат Стан матеріалу σв σ0,2 δ% кгс / мм2 Не менш Листи плаковані товщиною, мм *:
0,5-10,0 Відпалений 25 - 10 0,5-1 9 Загартовані і штучно зістарені 49 41 7 2,0-6,0 50 42 7 6,1-10,0 50 42 6 1,2-6, 0 Загартовані і штучно зістарені, особливо міцні ** 63 46 6 6,1-10,0 53 46 5 Профілі з товщиною стінки, мм:
≤10 Загартовані і штучно зістарені 50 45 6 ≥10 52 47 6 Прутки пресовані діаметром, мм:
≤22 50 40 7 23-100 54 43 6 300 50 43 5 Труби пресовані з товщиною стінки, мм:
5-20 50 38 7 ≥20 52 41 5