Сборник докладов

При поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

«Фундаментальные исследования и последние достижения
в области литья, деформации, термической обработки
и защиты от коррозии алюминиевых сплавов»

сборник материалов конференции

ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ
г. Москва, ул. Радио, д. 17
9 октября 2015 года

Научное электронное издание локального распространения
© Все права защищены, при перепечатке
ссылка на данное издание обязательна. ФГУП ВИАМ, 2015

Аннотация: в сборнике материалов конференции «Фундаментальные исследования и последние достижения в области литья, деформации, термической обработки и защиты от коррозии алюминиевых сплавов» публикуются доклады, посвященные исследованиям в области литья, деформации, термической обработки, анализу уровня современного развития исследований в области перспективных технологий получения, обработки и защиты алюминиевых сплавов для сложных технических систем.

Содержание:

1. Новые алюминий-графеновый металлические композитные материалы: синтез и свойства. Елшина Л.А., Мурадымов Р.В., Квашничев А.Г. (ФГБУН «Институт высокотемпературной электрохимии» УрО РАН, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. Б.Н.Ельцина»)
Разработан новый, не имеющий аналогов в мировой науке и практике метод создания композитных металлических материалов на основе алюминия, содержащий до 5 мас.% модифицирующих углерода в виде графеновых листов, равномерно распределенных в алюминиевой матрице, в галогенидном расплаве при температурах 973-1073 К. Синтез графеновых слоев из атомов углерода – одностадийный процесс, который происходит непосредственно в расплавленной алюминиевой матрице без необходимости отдельной стадии синтеза и выделения углеродных наноматериалов, что уменьшает трудоемкость получения алюминиевых композитов с высоким содержанием углерода. Получаемые таким методом алюминий-графеновые металлические композиты отличаются равномерным распределением по объему металла чешуек графена размером от 100 нм до 100 мкм, что приводит к высокой однородности свойств композитов. Изучена коррозионная стойкость и некоторые механические свойства алюминий-углеродных металлических материалов.
Ключевые слова: алюминий, графен, металломатричный композит, расплавленные соли.
2. Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства кованых полуфабрикатов из сплава 1933. Вахромов Р.О., Ткаченко Е.А. (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
Гомогенизационный отжиг слитков проводится для растворения неравновесных избыточных фаз, устранения внутрикристаллитной ликвации и уменьшения внутренних напряжений. Одновременно при условии присутствия в сплаве малых добавок переходных металлов, происходит процесс распада твердого раствора марганца, хрома, циркония с образованием дисперсоидов. Проведено исследование влияния различных режимов гомогенизации на объемную долю неравновесных структурных составляющих, свойства слитка из сплава 1933 при повышенных температурах, плотность и размер, образующихся дисперсоидов Al3Zr. Показана эффективность применения многоступенчатых режимов старения для повышения прочности, вязкости разрушения и усталостной долговечности в поковках из сплава 1933. Ключевые слова: сплав 1933 системы Al-Zn-Mg-Cu, гомогенизационный отжиг, слитки, поковки, микроструктура, дисперсоиды Al3Zr, устойчивость пересыщенного твердого раствора, многоступенчатое искусственное старение.
3. Исследование слитков и деформированных полуфабрикатов высоколегированных алюминиевых сплавов дифракционными методами. Овсянников Б.В., Чикова О.А., Резник П.Л. (НТЦ ОАО «КУМЗ», ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. Б.Н.Ельцина»)
Изучено влияние режимов термообработки слитков сплава 01570 и полуфабрикатов сплава 01461 на структуру, фазовый состав и кристаллическую структуру. На основе данных EBSD и EDS исследований установлено различие микроструктур образцов, сделано предположение о наиболее благоприятном режиме отжига для дальнейшей деформации. По результатам дифракционных исследований сделаны выводы о растворимости Zr в сплаве 01561 и присутствии метастабильной фазы Al3Zr.
Ключевые слова: сплав 01570, сплав 01461, сплав 01561, EDS, EBSD, микроструктура, фактор Шмидта, Al-Mg-Sc, Al-Li, термическая обработка, фазовый состав, дифракционные метод, слиток, полуфабрикат.
4. Особенности рекристаллизации сплавов на основе системы Al-Mg2Si с добавками скандия и циркония. Рохлин Л.Л., Бочвар Н.Р. (ФГБУН «Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова» РАН)
Исследовано влияние небольших добавок скандия и циркония на рекристаллизацию в холоднодеформированных алюминиевых сплавах на основе системы Al-Mg2Si. Установлено, что добавки скандия и циркония снижают разупрочнение при рекристаллизации и способствуют измельчению зерна Al-Mg2Si сплавов при отжигах. Ключевые слова: алюминиевые сплавы, скандий, рекристаллизация.
5. Влияние легирующих элементов и ИПД на свойства и структуру сплавов типа 1545К. Сидорович А.Е., Чеверикин В.В., Поздняков А.В., Золоторевский В.С. (Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»)
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, интенсивная пластическая деформация.
6. Влияние МГД-перемешивания на структуру алюминиевого сплава при его направленной кристаллизации в тигле. Хрипченко С.Ю., Денисов С.М., Долгих В.М., Колесниченко И.В. (ФГБУН «Институт механики сплошных сред» УрО РАН)
7. Перспективы применения высокопрочного алюминиевого сплава 1933Т33 в типовых конструкциях необитаемых подводных аппаратов (НПА). Овштейн Е.И., Сычева Т.И., Пантелеева Е.И., Вахромов Р.О., Ткаченко Е.А. (ОАО «Концерн «МПО-Гидроприбор», ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
В работе рассмотрена возможность внедрения высокопрочного алюминиевого сплава 1933Т33 для изготовления корпусно-механических частей (КМЧ) НПА. Проведено исследование прочностных и коррозионных свойств сплава 1933Т33, параметров обработки полуфабрикатов резанием.
Ключевые слова: необитаемые подводные аппараты, высокопрочные алюминиевые сплавы, механические характеристики, обработка резанием.
8. Гибридные слоистые материалы на базе листов из алюминий-литиевых сплавов для обшивок планера самолета. Серебренникова Н.Ю., Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Ерасов В.С., Шестов В.В. (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
Повышение весовой эффективности перспективных изделий авиационной техники возможно за счет применения многослойной обшивки из гибридных материалов на базе алюминий-литиевых листов и алюмостеклопластика. Такие материалы обладают высоким сопротивлением развитию трещины усталости, пониженной плотностью и высокой прочностью, по сравнению с монолитными материалами.
В данной работе оценивались структура и свойства фрагмента прототипа гибридной панели крыла самолета Ту-204, изготовленного в промышленных условиях Воронежского акционерного самолетостроительного объединения (ПАО «ВАСО»). Были определены на стандартных образцах свойства на растяжение, сжатие, СРТУ, МЦУ, а также на конструктивно-подобных образцах - продольная устойчивость при сжатии. Гибридный слоистый материал рекомендуется использовать для изготовления верхних и нижних панелей крыла самолета. Ключевые слова: гибридный слоистый материал, гибридная панель крыла, обшивка, стрингер, алюминий-литиевый сплав, СИАЛ.
9. Термомеханическая обработка сплава 1370 при изготовлении герметичных корпусов гироскопических устройств. Даммер В.Х., Колобнев Н.И., Кириллов В.А. (АО «Научно-производственный центр «Полюс», ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
При изготовлении герметичных корпусов гироскопических устройств применяют свариваемые алюминиевые сплавы пониженной прочности типа АМг6. Повышение прочностных свойств используемого материала позволит снизить массу, повысить надежность и срок эксплуатации устройств.
При этом материал должен обеспечивать герметичность сварных соединений, высокую точность изготовления деталей и стабильность их размеров в течение длительного времени в условиях значительных механических нагрузок и обладать способностью к глубокой холодной вытяжке. Этим требованиям удовлетворяет термически упрочняемый сплав 1370 разработки ФГУП ВИАМ.
10. Влияние размера частиц Т-фазы на структуру криопрокатанного сплава Д16. Крымский С.В., Михайловская А.В., Котов А.Д., Яковцева О.А., Автократова Е.В., Ситдиков О.Ш., Маркушев М.В. (ФГБУН «Институт проблем сверхпластичности металлов» РАН, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»)
11. Управление структурой силумина на основе алюминия А7 элементами-компенсаторами. Богданова Т.А., Довженко Н.Н., Гильмашина Т.Р., Меркулова Г.А. (ООО «КиК», ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»)
Сегодня перед производителями легкосплавных автомобильных колес стоит задача выпуска конкурентоспособной, высококачественной продукции при минимальных затратах на ее изготовление. Исполь-зование первичного алюминия марки А7 с высоким содержанием железа позволит уменьшить себестоимость литых колес, при этом снижает их механические свойства из-за образования включения фазы Al–Fe–Si игольчатой формы. На предприятии ООО «КиК» выплавлена серия опытных сплавов на основе АК12 с различным соотношение железа. В качестве элемента-компенсатора был марганец. Исследованы структуры и свойства опытных сплавов и готовых изделий (дисков автомобильных колес). Выбрано оптимальное содержание железа и марганца и показано, что содержание железа не должно превышать 0,25 масс.%. Ключевые слова: диски автомобильных колес, литье под низким давлением, силумин, структура, свойства.
12. Исследование штамповок, полученных методом изотермической деформации из алюминиево-литиевого сплава В-1469. Милевская Т.В., Селиванов А.А., Ткаченко Е.А. (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
В настоящее время в мировой практике основной тенденцией развития является ресурсо- и энергосбережение. Наиболее доступными и очевидными способами снижения энерго- и материалоемкости технологий получения деталей являются: повышение точности изготовления штампованных поковок и, как следствие, сокращение объемов операций обработки резанием; сокращение числа переходов штамповки, что позволяет экономить на штамповой оснастке, которая дорога и трудоемка в изготовлении, и на прочих расходах, связанных с дополнительным запуском кузнечно-прессового оборудования.
Проведена работа по разработке технологии изотермической штамповки наружного обода колеса самолета и подобран деформируемый материал, увеличивающий весовую эффективность конструкции. Проведены исследования структуры и механических свойств полученных штамповок колес. Исследования показали, что применение разработанной технологии и рекомендованного материала позволило уменьшить массу штамповки на 4 кг при сохранении объема используемой заготовки. Полученные штамповки имеют удовлетворительное расположение волокна и требуемый уровень механических свойств.
Ключевые слова: изотермическая штамповка, алюминиевый сплав, энергоэффективность, ресурсосбережение, штамповка колеса самолета.
13. Влияние технологических параметров получения алюминиево-циркониевой лигатуры из оксида циркония на извлечение ценного компонента. Попов Д.А., Пентюхин С.И., Трапезников А.В., Огородов Д.В. (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
Алюминотермическое восстановление циркония применяется при производстве алюминиево-циркониевых лигатур. Наиболее дешёвым и доступным основным сырьём для этих целей является оксид циркония (бадделеит). В настоящей статье представлены результаты исследований влияния различных технологических факторов на извлечение циркония из цирконийсодержащих солей в лигатуру Al-Zr.
Ключевые слова: лигатура, алюминий, цирконий, флюс, алюминотермия, извлечение.
14. Оптимизация режимов термодеформационной обработки высокопрочного алюминиевого сплава 019705. Хомутов М.Г., Чеверикин В.В., Коротицкий А.В. (Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»)
Исследование влияния режимов термодеформационной обработки нового алюминиевого высокопрочного сплава 019705 с добавками железа и никеля. Оптимизацию режимов получения полуфабрикатов проводили с использованием комплекса физического моделирования термомеханических процессов Gleeble System 3800 на модуле Hydrawedge II со скоростями деформации 0,01, 0,1, 1 и 10 с-1 при температурах 200, 300, 330, 400 и 450ºС. Выявлены зависимости схемы получения деформированного полуфабриката (прессование, прокатка) от скорости и температуры деформации.
Ключевые слова: высокопрочные алюминиевые сплавы, физическое моделирование термомеханических процессов.
15. Защита алюминиевых сплавов от атмосферной коррозии летучими ингибиторами. Гончарова О.А., Надькина Е.А., Кузнецов Ю.И. (ФГБУН «Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина» РАН)
Известно, что благодаря образованию пассивной оксидной пленки, большинство алюминиевых сплавов обладают высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Однако часто для них характерны весьма опасные виды локальной коррозии, такие как: питтинговая, межкристаллитная, в том числе расслаивающая, и транскристаллитная. Для изделий из высокопрочных сплавов Al необходимо считаться с возможностью коррозионного растрескивания и коррозионной усталостью. Очевидно, что важную роль должна играть надежная защита изделий и полуфабрикатов из алюминиевых сплавов не только при эксплуатации, но и при изготовлении, транспортировке и хранении их. Однако в настоящее время среди средств защиты этих сплавов широко используются лишь оксидные, преимущественно полученные анодированием, и лакокрасочные покрытия. Между тем, существует немало ситуаций, в которых защита сплавов может и должна осуществляться очень тонкими и даже наноразмерными покрытиями, сформированными из газопаровой фазы.
В настоящей работе обсуждаются возможности защиты различных сплавов (АД-31, АМг-3, АМг-6, Д-16, В-95) наноразмерными (δ ≤ 15 нм) покрытиями летучих ингибиторов коррозии. Для этого использовали летучие ингибиторы коррозии (ЛИК), которые способны самопроизвольно испаряться в замкнутом пространстве и адсорбируясь из газопаровой фазы на поверхности сплава, предотвращать его коррозию.
Ключевые слова: атмосферная коррозия, наноразмерные пленки, летучие ингибиторы коррозии, алюминиевые сплавы.
16. Влияние центробежного ускорения на механические свойства алюминиевого сплава В96Ц1 Т1. Леган М.А., Зубков П.И., Ларичкин А.Ю., Любашевская И.В., Зубков В.П., Таланин А.В., Донских С.В. (ФГБУН «Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева» СО РАН, ООО "Научно-технологическая инициатива", ФГАОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»)
Проведены испытания образцов, вырезанных из длительно работавшего центробежного ускорителя, изготовленного из высокопрочного алюминиевого сплава В96Ц1 Т1. Испытания показали, что: во-первых, характеристики прочности сплава понизились по сравнению с величинами, определенными ранее на образцах после аналогичной термической обработки; во-вторых, материал образцов, более удаленных от оси вращения, имел меньшие значения прочностных характеристик и относительного удлинения до разрыва по сравнению с образцами из центральной части ускорителя; в-третьих, материал образцов, более удаленных от оси вращения, имел большее значение модуля упругости по сравнению с образцами из центральной части ускорителя.
Ключевые слова: центробежный ускоритель, алюминиевый сплав, прочность.
17. Получение и исследование многослойных листов из сплава АМц. Носова Е.А., Ерисов Я.А.(Самарский государственный аэрокосмический университет)
Проведена холодная прокатка листовых заготовок из сплава АМц толщиной 1 мм со степенью обжатия в каждом переходе 50-60%. Отжиг полученных образцов проводился при температуре 500°С, 1 час в лабораторной камерной печи сопротивления. Испытания на одноосное растяжение образцов по ГОСТ 1487 позволили установить, что после 2 перехода прокатки нагартовка образцов не устраняется при выбранном режиме отжига. Анализ микроструктуры показал хороший контакт слоёв для всех образцов. Результаты работы могут быть полезны при создании многослойных композитов с матрицей из алюминиевых сплавов и разработке процессов получения из них изделий методами листовой штамповки.
Ключевые слова: холодная прокатка, отжиг, алюминиевый сплав АМц, многослойный лист, механические свойства.
18. Исследование реологических характеристик алюминиевых сплавов электротехнического назначения и технологические решения по их обработке. Довженко Н.Н., Сидельников С.Б., Самчук А.П. (ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»)
Для решения задач снижения себестоимости проводниковой продукции и увеличения срока ее службы проведена исследования, связанные с созданием новых алюминиевых сплавов, легированных металлами переходной группы и редкоземельными металлами, исследованием реологических свойств и назначением технологических режимов их обработки совмещенными методами литья и обработки давлением.
В результате исследований с помощью метода горячего кручения в широком диапазоне температурно-скоростных и деформационных параметров установлены значения сопротивления деформации катанки из алюминиевых сплавов с содержанием циркония в пределах 0,2-0,26% и сплавов алюминия с РЗМ с содержанием мишметалла 0,5 и 7%. Показано, что полученные данные позволяют прогнозировать силовые затраты на деформацию исследуемых сплавов и выбирать для них энергосберегающие технологические режимы процессов совмещенного литья и обработки давлением (литья-прокатки и литья-прокатки-прессования).
Результаты исследований были использованы при проектировании и освоении установки совмещенной обработки, которая в настоящее время внедряется на Иркутском алюминиевом заводе для производства алюминиевой катанки из алюминиевых сплавов электротехнического назначения.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, редкоземельные и переходные металлы, сопротивление металла деформации, реология, непрерывное литье, прокатка, прессование, кручение, катанка.
19. Технологии изготовления гнутых профилей методом стесненного изгиба из высокопрочных алюминиевых сплавов. Марковцев В.А., Илюшкин М.В., Попов А.Г. (ОАО «Ульяновский НИАТ»)
Возросшие требования к современным летательным аппаратам в отношении качества, надежности, прочности, весовой отдачи элементов конструкции открыли возможность широкого применения новых высокоресурсных гнутых профилей изготавливаемых методом стесненного изгиба на гибочно-прокатных станах. Применение таких профилей позволяет устранить конструктивно-технологические ограничения, возникающие при использовании прессованных профилей: увеличивается ресурс работы изделия за счет лучшего качества поверхности и структуры материала по сечению профиля, наличие плакирующего слоя позволяет предотвратить развитие коррозии при эксплуатации изделия.
Ключевые слова: гнутый профиль, высокопрочный сплав, стесненный изгиб.
20. Ингибирование коррозии алюминиевых анодов в химических источниках тока. Окорокова Н.С., Суворова Е.В., Севрук С.Д., Пушкин К.В., Фармаковская А.А.(Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
В данной работе изучен механизм окисления алюминиевых анодов в водных щелочных растворах и рассматривается возможность улучшения энергетических характеристик электродов путем введения добавок в электролит и анод.
Ключевые слова: алюминиевый анод, химический источник тока, ингибитор, коррозия.
21. Исследование закономерностей коррозионного разрушения деформируемых алюминиевых сплавов при лабораторных и натурных испытаниях. Курс М.Г., Фомина М.А. (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
При паспортизации алюминиевых сплавов обязательным является исследование склонности сплавов к локальным видам коррозии, определяемых в лабораторных условиях, а также коррозионной стойкости материалов, определяемой в процессе натурной экспозиции. Стандартно климатические испытания алюминиевых сплавов проводятся в условиях открытых площадок. В настоящей работе показано, что испытания под навесом являются более показательными для данного класса материалов, так как обеспечивают усиление контролирующих факторов коррозионного процесса – продолжительности увлажнения поверхности и увеличение количества хлоридов.
Также в работе освещены проблемы корреляции лабораторных и натурных коррозионных испытаний и приведена методика натурно-ускоренных испытаний, позволяющая сократить сроки климатических испытаний в 4-5 раз по сравнению с экспозицией в натурных условиях.
Ключевые слова: коррозия, алюминиевые сплавы, коррозионные испытания.
22. Напряжения и деформации, возникающие при гибке с упругим элементом. Кузин А.О. (АО «РКЦ «Прогресс»)
В данной работе предложена новая схема процесса двухугловой гибки в штампе с упругой планкой, проведен анализ ее напряженно-деформированного состояния в DEFORM-2D.
Ключевые слова: двухугловая гибка; упругие свойства; деформация; напряжение; форма пуансона; упругая планка; упругое пружинение; ширина планки.
23. Защитные композиционные фторполимерные покрытия на алюминиевых сплавах. Машталяр Д.В., Гнеденков С.В., Синебрюхов С.Л., Имшинецкий И.М., Надараиа К.В., Бузник В.М. (ФГБУН «Институт химии» ДВО РАН, ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
Представлены способы формирования на поверхности алюминиевых сплавах композиционных полимерсодержащих покрытий методом плазменного электролитического оксидирования с применением фторорганического материала. Композиционные покрытия существенно увеличивают антикоррозионные и антифрикционные свойства алюминиевых сплавов, снижая токи коррозии и износ покрытий на 6 и 4 порядка соответственно. Это позволяет значительно уменьшить вероятность коррозионного и механического повреждения защитного покрытия в процессе эксплуатации, а, следовательно, повысить его надежность.
Ключевые слова: плазменное электролитическое оксидирование, алюминиевые сплавы, ультрадисперсный политетрафторэтилен, защитные покрытия.
24. Экологически чистые технологии обработки поверхности алюминиевых сплавов. Козлова И.А., Павловской Т.Г., Захарова К.Е. (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)
Алюминиевые сплавы, несмотря на повышенный интерес конструкторов к композитным полимерным материалам (ПКМ), являются основным конструкционным материалом авиационной промышлености, а значит и вопросы их защиты от коррозии, придания их поверхности специальных свойств остаются актуальными. Современные требования экологических норм безопасности технологических процессов требуют исключить применение в растворах для обработки поверхности токсичные соединения, такие как шестивалентный хром. В работе представлены современные технологические решения обработки алюминиевых сплавов в растворах, не содержащих токсичных соединений.
Ключевые слова: плазменное электролитическое оксидирование, анодное оксидирование, анодно-оксидные покрытия, химическое оксидирование, алюминиевые сплавы.
25. Электрохимические свойства защитных композиционных покрытий на сплаве алюминия АМг3. Егоркин В.С., Вялый И.Е., Синебрюхов С.Л., Гнеденков С.В. (ФГБУН «Институт химии» ДВО РАН)
Разработаны способы формирования защитных антикоррозионных гидрофобных слоев на поверхности АМг3. Покрытия были получены путем осаждения наночастиц из дисперсий на поверхность, предварительно обработанную плазменным электролитическим оксидированием (ПЭО).
Значения краевого угла для сформированных покрытий превышают 160°. Последовательное воздействие плазменного электролитического оксидирования и супергидрофобного агента приводит к ингибированию коррозионного процесса. Защитные свойства покрытий обусловлены высокими изоляционными характеристиками ПЭО-слоев, а также малой площадью контакта поверхности с агрессивным раствором, обусловленной многомодальным рельефом поверхности и формированием трехфазной границы раздела.
Значения модуля импеданса сформированных покрытий достигают |Z|f=0.01 = 3,4∙1010 Ом∙см2. Ключевые слова: плазменное электролитическое оксидирование, антикоррозионные свойства, супергидрофобные слои, электрохимическая импедансная спектроскопия.
© ФГУП ВИАМ, 2015