Разработка технологических основ малодеформационной закалки тонкостенных изделий из высокотехнологичного алюминиевого сплава В-1341 системы Al-Mg-Si тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Бенариеб Ильяс

• Бенариеб Ильяс
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Бенариеб Ильяс

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Общая характеристика сплавов системы А1-М§-Б1

1.2. Высокотехнологичный сплав В-1341 системы А1-М§-Б1

1.3. Проблема коробления тонкостенных изделий при закалке

1.4. Малодеформационная закалка алюминиевых сплавов

1.5. Фазовые превращения при старении сплавов системы А1-М§-Б1

1.6. Закалочная чувствительность сплавов системы А1-М§-Б1

1.7. Моделирование процессов при термической обработке

1.8. Выводы по Главе

1.9. Цель и задачи работы

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материал исследований

2.2. Выбор режимов термической обработки образцов

2.3. Методики исследования структуры и свойств

2.4. Методика компьютерного моделирования

2.5. Методика определения охлаждающей способности закалочных сред

2.6. Выводы по Главе

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКАЛОЧНОЙ

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВА В-1341

3.1. Влияние скорости закалочного охлаждения на зеренную структуру

3.2. Исследование фазового состава сплава В-1341

3.3. Влияние скорости закалочного охлаждения на фазовые превращения

3.4. Влияние скорости закалочного охлаждения на свойства

3.5. Влияние скорости закалочного охлаждения на коррозионное поведение 94 3.6 Выводы по Главе

Стр.

Глава 4. РАЗРАБОТКА И ВАЛИДАЦИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ УРАВНЕНИЯ С-КРИВОЙ ТВП-ДИАГРАММЫ ДЛЯ

СПЛАВОВ СИСТЕМЫ А1^-81

4.1. Разработка методики расчета параметров уравнения С-кривой

4.2. Валидация методики при расчете доли закалочных выделений

4.3. Построение термокинетической ТВП-диаграммы

4.4. Валидация методики при расчете дисперсионного упрочнения

4.5. Выводы по Главе

Глава 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МАЛОДЕФОРМАЦИОННОЙ ЗАКАЛКЕ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВА В-1341

5.1. Компьютерное моделирование закалочного охлаждения

5.2. Исследование охлаждающей способности закалочных сред

5.3. Экспериментальное исследование малодеформационной закалки

5.4. Разработка практических рекомендаций

5.5. Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологических основ малодеформационной закалки тонкостенных изделий из высокотехнологичного алюминиевого сплава В-1341 системы Al-Mg-Si»

ВВЕДЕНИЕ

Современная техника предъявляет высокие требования к комплексу свойств конструкционных материалов при их производстве и эксплуатации. Важной задачей материаловедения остается дальнейшее совершенствование технологии термической обработки деформируемых алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si-(Cu) (серия 6ХХХ) с целью улучшения качества и снижения стоимости продукции. В России перспективным материалом является высокотехнологичный коррозионностойкий сплав В-1341 системы (типа АВ), который

предназначен для применения в наземном транспорте и авиастроении взамен менее прочных и менее технологичных алюминиевых сплавов систем А1-Мп (АМц) и Al-Mg (АМг2, АМг6), а также зарубежных аналогов серии 6ХХХ. Сплав применяется в виде лент, листов и бесшовных труб для изготовления различных тонкостенных изделий с использованием методов холодного формообразования, сварки и пайки (листовые штамповки, гнутые трубопроводы, топливные баки и баллоны, элементы теплообменников и т.д.) [1-17].

В практике производства предприятия-изготовители указанных изделий в ряде случаев подвергают материал дополнительной операции термообработки -закалке для достижения достаточной технологической пластичности при формообразовании и термического упрочнения при последующем искусственном старении. Традиционная закалка в холодной воде характеризуется повышенной неравномерностью и интенсивностью охлаждения, что вызывает высокие термические напряжения по сечению детали. Это может приводить к существенным геометрическим отклонениям (короблению) или даже образованию трещин, что становится причиной брака продукции или необходимости проведения трудоемких операций правки [1-3, 6, 10, 18-46].

Для решения актуальной практической проблемы снижения коробления тонкостенных изделий из алюминиевых сплавов целесообразно использовать малодеформационную закалку, при которой обеспечивается уменьшение неравномерности и скорости охлаждения с помощью альтернативных закалочных сред (водно-полимерные среды, газовые среды, водовоздушные смеси и т.д.).

Такой подход позволяет значительно уменьшить степень коробления после закалки и, соответственно, улучшить качество продукции, а также сократить затраты на трудоемкие операции правки для восстановления требуемой геометрии.

Однако снижение скорости закалочного охлаждения может приводить к ухудшению комплекса свойств материала вследствие нежелательного частичного распада пересыщенного твердого раствора (ПТР). В связи с этим возможность проведения малодеформационной закалки определяется прежде всего критической скоростью охлаждения сплава - наименьшей скоростью, позволяющей практически избежать распада ПТР, и, как следствие, толщиной изделия.

На сегодняшний день для сплавов серии 6ХХХ практически отсутствуют систематические исследования по проблематике применения закалочного охлаждения с пониженными скоростями с целью проведения малодеформационной закалки. В частности, это связано с недостаточной изученностью закалочной чувствительности данных сплавов, особенно дополнительно легированных медью. Кроме того, для научно обоснованного выбора режима охлаждения при закалке необходимо дальнейшее развитие методик моделирования для повышения точности прогнозирования фазовых превращений и свойств материала при термической обработке [47-50].

Целью диссертационной работы является снижение коробления тонкостенных изделий из сплава В-1341 системы А1-М§^ путем закалки в газовых и водно-полимерных средах при получении структуры, обеспечивающей заданный уровень механических свойств.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния в области исследований малодеформационной закалки и закалочной чувствительности термически упрочняемых алюминиевых сплавов.

2. Исследовать закалочную чувствительность листов из сплава В-1341 на основе анализа структурно-фазовых превращений и изменения свойств в зависимости от скорости закалочного охлаждения.

3. Разработать и валидировать усовершенствованную методику расчета параметров уравнения С-кривой изотермической диаграммы «температура-время-превращение» (ТВП) для деформируемых сплавов системы A1-Mg-Si.

4. Оценить возможность закалочного охлаждения листовых заготовок из сплава В-1341 в газовых средах на основе компьютерного моделирования.

5. Проанализировать охлаждающую способность газовых сред и водно-полимерной среды на основе высокомолекулярного полиэтиленоксида (ПЭО) при закалке листовых образцов из сплава В-1341.

6. Провести экспериментальное исследование малодеформационной закалки листовых заготовок из сплава В-1341 в различных охлаждающих средах.

7. Разработать практические рекомендации по малодеформационной закалке тонкостенных изделий из сплава В-1341.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что при замедленном закалочном охлаждении (ниже критической скорости) со скоростью от 0,3 до 10 °С/с в интервале температур от 375 до 300 °С при распаде ПТР формируются преимущественно промежуточные P'(Mg9Si5)- и B'(A1зMg9Si7)-фазы в виде крупных стержнеобразных частиц, зарождающихся по гетерогенному механизму на поверхности дисперсоидов а-фазы (A115(Mn,Fe)зSi2) и растущих вдоль направлений <100> алюминиевой матрицы. Выявлено, что в состав закалочных выделений входит медь, которая при повышенном содержании в локальных участках приводит к их структурной неоднородности.

2. Разработана и валидирована усовершенствованная методика расчета кинетических параметров уравнения С-кривой изотермической ТВП-диаграммы при образовании метастабильной Р'(В')-фазы для деформируемых сплавов системы A1-Mg-Si (серии 6ХХХ), позволяющая с повышенной точностью прогнозировать долю закалочных выделений.

3. Впервые для листов из сплава В-1341 на основе математического моделирования построена термокинетическая ТВП-диаграмма, описывающая кинетику выделения метастабильной Р'(В')-фазы при замедленном закалочном охлаждении и позволяющая научно обоснованно выбирать режимы охлаждения при закалке.

Практическая значимость работы:

1. Разработанные практические рекомендации применены в НИОХ СО РАН для выбора оптимального состава перспективной водно-полимерной закалочной среды на основе высокомолекулярного полиэтиленоксида (ПЭО), а также использованы в НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ для разработки технологии малодеформационной закалки листовых деталей и полуфабрикатов из промышленных деформируемых алюминиевых сплавов (ТР 1.2-3197-2025).

2. Результаты работы представляют практический интерес для машиностроительных предприятий РФ, поскольку обеспечивают снижение коробления изделий после закалки, что позволит сократить брак продукции и трудоемкость на операции правки. По заключению предприятия АО ПКО «Теплообменник» предложенные рекомендации по малодеформационной закалке целесообразно использовать при термическом упрочнении элементов из сплава В-1341, входящих в паяную конструкцию теплообменных аппаратов.

3. Полученные с помощью разработанной методики значения параметров уравнения С-кривой для рассмотренных сплавов серии 6ХХХ и исследуемого сплава В-1341 рекомендуются для внесения в базу данных программ инженерного анализа, что позволит научно обоснованно разрабатывать режимы малодеформационной закалки и сократить затраты на экспериментальные исследования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности влияния скорости закалочного охлаждения на структурно-фазовое состояние и изменение свойств листов из сплава В-1341, определяющие его закалочную чувствительность.

2. Методика расчета параметров уравнения С-кривой изотермической ТВП-диаграммы для сплавов системы A1-Mg-Si, позволяющая с повышенной точностью прогнозировать долю закалочных выделений.

3. Термокинетическая ТВП-диаграмма для листов из сплава В-1341, позволяющая научно обоснованно выбирать режимы охлаждения при закалке.

Достоверность результатов работы обеспечена согласованностью экспериментальных данных, полученных с использованием различных взаимодополняющих методов исследований на сертифицированном современном аналитическом и испытательном оборудовании, сопоставимостью с литературными данными, а также публикациями в ведущих рецензируемых научных изданиях и докладами на конференциях.

Личный вклад автора состоит в выполнении всех этапов диссертационного исследования, в том числе: в составлении плана и постановки задач исследований; в аналитическом обзоре литературы; проведении расчетов при моделировании; участии в получении, обработке и обобщении результатов экспериментальных исследований.

Апробация результатов работы. По материалам диссертации сделано 4 доклада на Всероссийских научно-практических конференциях: ХУ Всероссийской конференции «ТестМат» «Современные подходы и тенденции развития структурно-фазовых, химико-аналитических методов анализа», НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ (Москва, 2023); Всероссийской научно-технической конференции «Металловедение и современные разработки в области технологий литья, деформации и антикоррозионной защиты легких сплавов», ФГУП «ВИАМ» (Москва, 2019); IV Всероссийской конференции «Роль фундаментальных исследований при реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года», ФГУП «ВИАМ» (Москва, 2018); Всероссийской научно-технической конференции «Современные достижения в области металловедения, технологий литья, деформации, термической обработки и антикоррозионной защиты легких сплавов», ФГУП «ВИАМ» (Москва, 2017).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных трудов общим объемом 4,9 п.л., в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ, и 4 статьи в изданиях, индексируемых в базе данных Scopus.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка и 16 таблиц, состоит из введения, пяти глав, общих выводов и заключения, списка литературы из 166 наименований, списка используемых обозначений и сокращений, списка нормативных ссылок.

Благодарность

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю к.т.н., доценту Ю.А. Пучкову за помощь и всестороннюю поддержку на всех этапах выполнения диссертации.

Автор выражает благодарность всему коллективу лаборатории «Алюминиевые деформируемые сплавы» и другим сотрудникам НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ за поддержку и практическую помощь при проведении исследований в рамках выполнения диссертационной работы, особенно:

- начальнику сектора А.Л. Иванову, ведущему инженеру

B.В. Сидельникову и ведущему инженеру А.В. Сомову за консультации и содействие при проведении малодеформационной закалки;

- старшему научному сотруднику Е.А. Ткаченко, ведущему инженеру

C.В. Самохвалову, к.т.н., ведущему научному сотруднику А.В. Скугореву и к.т.н., начальнику сектора Г.С. Севальневу за ценные замечания и плодотворное обсуждение полученных результатов;

- ведущему инженеру Д.В. Зайцеву за исследование методом просвечивающей электронной микроскопии;

- к.т.н., начальнику сектора П.Н. Медведеву за исследование методом рентеноструктурного анализа;

- начальнику сектора С.Ю. Шорстову и ведущему инженеру С.И. Пахомкину за исследование методом дифференциальной сканирующей калориметрии.

Автор также благодарит сотрудников НИОХ СО РАН к.х.н. М.М. Митасова, ведущего научного сотрудника Н.Ю. Тормышеву, к. ф.-м. н. Д.Н. Половяненко и сотрудников МГТУ им. Н.Э. Баумана к.т.н., доцента С.Ю. Шевченко и к.т.н., доцента А.Е. Смирнова за значительный вклад в проведение исследований охлаждающей способности закалочных сред.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В данной главе приведен аналитический обзор литературных источников по проблематике малодеформационной закалки и закалочной чувствительности термически упрочняемых сплавов системы Al-Mg-Si (серии 6ХХХ). Проведена оценка современного состояния данного вопроса и выявлены последние достижения в рассматриваемой области исследований. По результатам обзора сформулированы цель и основные задачи работы.

1.1. Общая характеристика сплавов системы А1-М£-81

В настоящее время для различных отраслей промышленности во всем мире характерна тенденция увеличения спроса на деформируемые алюминиевые сплавы. Термически упрочняемые сплавы системы Al-Mg-Si-(Cu), известные за рубежом как сплавы серии 6ХХХ (далее по тексту - AlMgSi-сплавы), остаются одними из наиболее востребованных материалов на основе алюминия, благодаря их относительно низкой стоимости и удачному сочетанию ряда характеристик. Так, к их основным преимуществам относят: хороший комплекс механических свойств, высокая технологичность, высокая коррозионная стойкость, удовлетворительная свариваемость, высокая пригодность к нанесению качественных покрытий [1-3, 6-11].

Во многих странах по объему производства сплавы серии 6ХХХ превосходят алюминиевые сплавы других систем легирования. Как правило, их поставляют в виде длинномерных прессованных профилей различной геометрии (Рис. 1.1, а) и в меньшей степени в виде катаных полуфабрикатов. Анализ тенденций применения AlMgSi-сплавов за рубежом и в России показывает, что на сегодняшний день они наиболее востребованы в следующих областях [6, 11, 51]:

Внешняя панель: 5182, 6009,6181

Наружная обшивка: 6014, 6016,6111,6060

Рисунок 1.1. Примеры прессованного сортамента из сплавов серии 6ХХХ (а) и схема, иллюстрирующая применение сплавов серий 5ХХХ и 6ХХХ в конструкции легкового автомобиля (б) [11]

• строительная индустрия, где широко используется продукция из быстропрессуемых коррозионностойких относительно малопрочных сплавов (6063, 6016, 6060, АД31) для получения легких металлических конструкций, в том числе взамен сталей (Рис. 1.1, а);

• транспортное машиностроение (в особенности в автомобилестроении и железнодорожном транспорте, см. Рис. 1.1, б), в котором на протяжении десятилетий активно внедряются высокотехнологичные свариваемые сплавы средней и повышенной прочности (6061, 6005, 6082, 6111 и т.д.) взамен сталей и сплавов системы Al-Mg (серия 5ХХХ), что позволяет снизить массу конструкции транспортных средств, уменьшить расход топлива, улучшить экологические и экономические показатели;

• самолётостроение, где свариваемые коррозионностойкие сплавы повышенной прочности (В-1381, 1370, 6013, 6056), используемые для получения сварных конструкций взамен несвариваемых сплавов системы Al-Cu-Mg (1163, 2024) с меньшей коррозионной стойкостью, перспективны для повышения весовой эффективности планера.

1.2. Высокотехнологичный сплав В-1341 системы Al-Mg-Si

В России перспективным материалом является высокотехнологичный коррозионностойкий сплав В-1341 системы Al-Mg-Si, разработанный в 2003 г. в ВИАМ под руководством д.т.н. О.Е. Грушко. Сплав представляет собой усовершенствованную модификацию сплава АВ («авиаль») с малой добавкой кальция и характеризуется высокой технологичностью при холодном формообразовании, благодаря повышенной пластичности, обусловленной наличием регламентированной мелкозернистой изотропной структуры [5, 11-17].

Сплав В-1341 и полуфабрикаты из него паспортизированы. В промышленном производстве освоено изготовление различных катаных полуфабрикатов, бесшовных труб, а также прессованных профилей и прутков. Материал характеризуется средней прочностью (ав > 300 МПа), высокой коррозионной стойкостью, а также хорошей технологичностью на всех этапах производства, в том числе при холодной рулонной прокатке для получения тонких листовых полуфабрикатов без применения промежуточных отжигов.

При этом сплав имеет удовлетворительную свариваемость при сварке плавлением и хорошо сваривается при сварке трением с перемешиванием [12-14].

Сплав В-1341 перспективен для применения в различных отраслях промышленности, в первую очередь, в авиастроении и наземном транспорте взамен менее прочных и менее технологичных алюминиевых серийных сплавов типа АМг и АМц, а также зарубежных аналогов серии 6ХХХ (Рис. 1.2). Сплав предназначен для использования в виде холоднодеформированных полуфабрикатов (фольг, лент, листов, труб) для изготовления широкой номенклатуры тонкостенных изделий, в том числе сложной конфигурации, с использованием методов холодного формообразования, сварки и пайки (листовые детали, гнутые трубопроводы, топливные баки и баллоны, элементы теплообменников и т.д.). Так, сплав был применен в планере российского гражданского самолета SSJ-100 для изготовления деталей конструкции крыла, а также для различных элементов топливной системы и системы кондиционирования воздуха [12-16].

Рисунок 1.2. Внешний вид тонкостенных изделий из сплава В-1341, полученных методом холодного формообразования и сваркой [12-14]

На Рисунке 1.3 представлена обобщенная схема технологического процесса изготовления тонкостенных изделий из сплава В-1341 в условиях машиностроительного производства, где предусмотрены различные технологические операции холодного формообразования: для листовых заготовок - гибка, вытяжка, выдавка и т.д., а для бесшовных труб -преимущественно гибка. В ряде случаев для соединения отдельных элементов конструкции применяются сварка или пайка.

Рисунок 1.3. Обобщенная схема технологического процесса изготовления тонкостенных изделий из сплава В-1341

В настоящее время отечественные металлургические заводы, как правило, поставляют полуфабрикаты из сплава В-1341 (листы, трубы) в закаленном и естественно состаренном состоянии (Т), при котором материал обладает относительно высокой технологической пластичностью при холодном формообразовании. При этом сплав В-1341, в отличие от аналогов по применению группы АМг, не склонен к значительной нагартовке, в том числе при многопереходных технологических операциях. Это позволяет изготавливать тонкостенные детали сложной формы в состоянии поставки Т без использования промежуточных операций термической обработки, что значительно упрощает технологический процесс. После формообразования следует искусственное старение, которое может быть совмещено с сушкой лакокрасочных покрытий [12-14]. Следует отметить, что при изготовлении деталей несложной формы, которые не требуют большой степени пластической деформации, формообразование материала допускается проводить в состоянии Т1.

В случае изготовления более сложных по форме деталей материал в состоянии Т может обладать недостаточной технологической пластичностью, особенно после длительного хранения с момента закалки [13]. В результате при высоких степенях пластической деформации в заготовке могут образоваться различные дефекты (гофры, складки, утонения, трещины).

Согласно ПИ 1.2.343-87 листовую штамповку деталей из алюминиевых сплавов системы Л1-М§-Б1 рекомендуется проводить в свежезакаленном или отожженном состояниях. В связи с этим для сплава В-1341 с целью повышения пластичности перед началом процесса или на промежуточных операциях формообразования на предприятии-потребителе производится дополнительная термическая обработка (отжиг или закалка):

- закалку для этой цели рекомендуется проводить из исходных состояний поставки Н (без термической обработки) или М (после отжига). Закалку сплава из исходного состояния поставки Т проводить не рекомендуется, так как повторная закалка (перезакалка) может привести к значительному росту зерна, что отрицательно сказывается на характеристиках пластичности и качестве поверхности. Важно учитывать, что в свежезакаленном состоянии повышенная пластичность по сравнению с состоянием Т сохраняется лишь в первые несколько часов вследствие протекания естественного старения сплава.

- проведение отжига закаленных полуфабрикатов нежелательно, так как это приводит к интенсивному распаду пересыщенного твердого раствора и, соответственно, к потере возможности термического упрочнения при последующем искусственном старении. Аналогичный эффект происходит при других высокотемпературных нагревах, например, при сварке или пайке. В результате такие технологические нагревы не позволяют реализовать в полной мере заложенный в материале потенциал прочности для достижения необходимых служебных характеристик изделия.

Таким образом, возникает потребность в дополнительной закалке таких изделий, которая является довольно проблематичной операцией по причинам, изложенным ниже.

1.3. Проблема коробления тонкостенных изделий при закалке

Закалка является важнейшей технологической операцией термической обработки при производстве изделий из дисперсионно упрочняемых алюминиевых сплавов, поскольку в значительной степени предопределяет результирующий комплекс служебных характеристик материала.

Упрочняющая термическая обработка алюминиевых сплавов включает три последовательные операции: 1) обработка на твердый раствор (ОТР); 2) закалочное охлаждение с целью получения пересыщенного твердого раствора; 3) искусственное старение [1-3, 6, 10, 21].

Традиционная закалка алюминиевых сплавов предполагает использование холодной воды (с температурой 10-40 °С) в качестве закалочной среды, которая отличается доступностью и высокой эффективностью в части достижения высокой скорости охлаждения, обеспечивая с большой надежностью требуемый уровень механических свойств материала после старения.

В процессе закалочного охлаждения агрегатное состояние воды вблизи поверхности горячего металла изменяется, что оказывает значительное влияние на скорость теплоотвода. В связи с этим охлаждение в воде принято условно делить на три последовательно протекающие стадии (фазы) теплообмена: 1) пленочный режим кипения, при котором поверхность металла изолируется паровой плёнкой («паровой рубашкой») от прямого контакта с жидкостью, что значительно снижает скорость охлаждения; 2) пузырьковый режим кипения, который начинается после разрушения паровой рубашки и сопровождается интенсивным образованием пузырьков пара, перемешивающих жидкость, что значительно ускоряет охлаждение; 3) конвективный режим охлаждения (ниже 100 °С), который характеризуется низкой интенсивностью охлаждения [2, 3, 10, 18-21, 29, 37].

Переход от одной стадии охлаждения к другой может проходить неодновременно по всей поверхности закаливаемой детали из-за разности сечений и формы. Это приводит к неравномерному и резкому охлаждению в локальных участках детали, возникновению внутренних термических напряжений, которые могут достигать предела текучести материала. В результате происходит пластическая деформация, вызывающая изменение геометрической формы и размеров (коробление) или даже трещинообразование [2, 6-10, 18-45].

На Рисунке 1.4 (детали № 1) для примера представлен внешний вид тонкостенных деталей из широко применяемого промышленного алюминиевого сплава Д16, деформированных при закалке с охлаждением в холодной воде.

Рисунок 1.4. Внешний вид листовых деталей (а, б) и прессованных панелей (в) из сплава Д16 после закалочного охлаждения в различных средах (стрелками указаны места с наибольшим короблением): 1 - холодная вода; 2 - водный раствор полимеров [28]

Высокий риск коробления алюминиевых сплавов обусловлен тем, что они имеют высокий температурный коэффициент линейного расширения, который приводит к значительным внутренним напряжениям, обусловленным возникновением температурного градиента, и пластической деформации вследствие низкого предела текучести при высоких температурах (выше 250 °С).

Проблема коробления приобретает особую актуальность при закалке тонкостенных деталей (толщиной менее ~ 4 мм) со сложной конфигурацией, жесткость которых значительно ниже по сравнению с массивными изделиями. Это делает их более чувствительными к высоким термическим напряжениям, возникающим при охлаждении в холодной воде. В результате, во-первых, возникает необходимость в проведении дополнительных трудоемких, зачастую осуществляемых вручную, операций правки (рихтовки, доводки), направленных на восстановление требуемой геометрии изделия. Во-вторых, повышается вероятность неисправимого коробления вследствие значительных геометрических отклонений либо образования закалочных трещин, что, соответственно, приводит к браку продукции [10, 20, 22, 28, 42].

Применение оснастки и специализированного оборудования для предотвращения и устранения коробления закаленных деталей представляет собой технически сложную, длительную и дорогостоящую процедуру. Следует учитывать, что правка может привести к снижению свойств материала (за счет исчерпания запаса пластичности), к неоднородности пластической деформации и стать причиной образования поверхностных дефектов (вмятин, неровностей, царапин, следов от инструмента и т.д.), что также повышает риск получения бракованных изделий. Кроме того, чрезмерные усилия при нерегулируемых рихтовочных и доводочных операциях могут вызывать необратимые геометрические отклонения или разрушение.

При использовании холодной воды, характеризующейся высокой неравномерностью охлаждения, в ряде случаев средняя скорость закалочного охлаждения металла (Кохл) в критическом температурном интервале минимальной устойчивости ПТР (400-260 °С) может значительно превышать критическую скорость закалки сплава (Ккр) - наименьшую скорость, позволяющую практически избежать высокотемпературного распада пересыщенного твердого раствора (ПТР) в указанном интервале. Таким образом, снижение интенсивности и повышение равномерности охлаждения является наиболее эффективным способом снижения коробления при условии сохранения требуемого уровня механических свойств [22-29].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бенариеб Ильяс, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фридляндер И.Н., Сенаторова О.Г., Осинцев О.Е. и др. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы / под общ. ред. И.Н. Фридляндера // М.: Машиностроение, 2001. Т. II, ч. 3. 880 с.

2. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы // М.: Металлургия, 1979. 208 с.

3. Алюминий: свойства и физическое металловедение: справ. изд. Пер. с англ.; под ред. Дж. Е. Хэтча // М.: Металлургия, 1989. 422 с.

4. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S (спец. вып.). С. 7-17.

5. Антипов В.В., Клочкова Ю.Ю., Романенко В.А. Современные алюминиевые и алюминий-литиевые сплавы // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S (спец. вып.). С. 195-211.

6. Остерманн Ф. Технология применения алюминия // пер. с нем.; под ред. В.Г. Борисова и М.З. Локшина. М.: НП «АПРАЛ», 2019. 872 с.

7. Lumley R. Fundamentals of aluminium metallurgy: recent advances // Cambridge: Woodhead Publishing. 2018. 578 p.

8. Staley J.T., Sanders R.E. Property prediction // Handbook of Aluminum: Volume 2: Alloy production and materials manufacturing / ed. by G.E. Totten, D.S. MacKenzie. Boca Raton: CRC Press, 2003. P. 319-342.

9. Liscic B., Tensi H.M., Totten G.E. et al. (eds.). Quenching theory and technology // Boca Raton: CRC Press, 2010. 723 p.

10. Колобнев Н.И., Бер Л.Б., Цукров С.Л. Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов / под ред. Е.Н. Каблова. М.: НП «АПРАЛ», 2020. 552 с.

11. Бенариеб И., Бер Л.Б., Антипов К.В., Сбитнева С.В. Тенденции развития деформируемых сплавов системы Al-Mg-Si-(Cu). Часть 1 (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 3. С. 14-22.

12. Грушко О.Е., Овсянников Б.В., Овчинников В.В. Кальций как элемент для микролегирования деформируемых алюминиевых сплавов: монография // Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. 296 с.

13. Овчинников В.В. Перспективы развития высокотехнологичных деформируемых алюминиевых сплавов для сварных конструкций. Часть 2 // Машиностроение и инженерное образование. 2017. № 3. С. 22-39.

14. Клочков Г.Г. Влияние кальция и режимов термической обработки на структуру и технологические свойства листов сплава В-1341 системы Al-Mg-Si// дис. ... канд. техн. наук: 05.16.01. М.: ФГУП «ВИАМ». 2015. 119 с.

15. Клочков Г.Г., Овчинников В.В., Клочкова Ю.Ю., Романенко В.А. Структура и свойства листов из высокотехнологичного сплава В-1341 системы Al-Mg-Si // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2017. № 12(60). Ст. 03. С. 25-35. URL: http://www.viam-works.ru.

16. Клочков Г.Г., Грушко О.Е., Овчинников В.В., Попов В.И. Промышленное освоение высокотехнологичного сплава В-1341 системы Al-Mg-Si, легированного кальцием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 1. С. 8-11.

17. Бажанов А.В., Горностаев И.Н., Степанов В.В., Ходжаев В.Д. Перспективы использования сплавов системы Al-Mg-Si при изготовлении паяных несущих конструкций бортовой аппаратуры космических аппаратов // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 11. С. 8-11.

18. Давыдов В.Г., Захаров В.В., Захаров Е.Д., Новиков И.И. Диаграммы изотермического распада раствора в алюминиевых сплавах: справочник / под ред. И.И. Новикова. М.: Металлургия, 1973, 152 с.

19. Давыдов В.Г. Разработка научных основ и промышленной технологии непрерывной термической обработки листов и лент из деформируемых алюминиевых сплавов // дис. ... д-ра техн. наук: 05.16.01. М.: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ). 1984. 474 с.

20. MacKenzie S. Quenching Aluminum for Residual Stress and Distortion Control // Journal of Heat Treatment of Materials. 2020. 75. P. 23-34.

21. Цукров С.Л. Развитие технологии закалки полуфабрикатов из алюминиевых сплавов // В кн.: Перспективные технологии легких и специальных сплавов. М.: Физмалит, 2006. С. 323-338.

22. Сенаторова О.Г., Михайлова И.Ф., Иванов А.Л. и др. Малодеформационная закалка алюминиевых сплавов в полимерных средах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 11. С. 33-36.

23. Иванов А.Л., Сенаторова О.Г., Митасов М.М. и др. Кинетика охлаждения листовых деталей из алюминиевых сплавов при малодеформационной закалке в полимерной среде // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 11 (749). С. 31-36.

24. Иванов А.Л., Шляпникова Т.А., Сомов А.В. и др. Малодеформационная закалка листов из алюминиевого сплава В95 в низкоконцентрированной водно-полимерной среде на основе отечественных компонентов // Авиационные материалы и технологии. 2025. № 3 (80). С. 47-62.

25. Нефедова Ю.Н., Шляпникова Т.А., Иванов А.Л., Сидельников В.В. Методы снижения остаточных напряжений при закалке высокопрочных алюминиевых сплавов // Труды ВИАМ. 2023. № 7 (125). Ст. 03. С. 23-33.

26. Коптюг В.А., Фридляндер И.Н., Сенаторова О.Г. Охлаждающие среды с полимерными добавками для малодеформационной закалки алюминиевых сплавов // В кн. Металловедение алюминиевых сплавов. М.: Наука, 1985. С. 55-60.

27. Колобнев Н.И., Сенаторова О.Г. Закономерности изменения свойств алюминиевых сплавов при закалке // в кн.: Металловедение алюминия и его сплавов. М.: Металлургия, 1983. С. 143-180.

28. Конюхов Г.П. Влияние закалочных сред на основе водных растворов полимеров на структуру, свойства и коробление деталей из алюминиевых сплавов // дис. ... канд. техн. наук: 05.16.01. Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского. М.,1987. 259 с.

29. Божко Г.Т. Влияние физико-химических характеристик компонентов закалочных сред на охлаждающую способность // дис. ... канд. техн. наук: 05.16.01. М., 1984. 171 с.

30. Комов В. И., Давыдов В. Г., Бер Л. Б., Цукров С. Л. Водно-полимерная закалочная среда для оптимизации охлаждения при закалке // Технология легких сплавов. 1998. № 4. С. 23-29.

31. Кривопалов И.В., Батурин А.П., Ерисов Я.А. Применение компьютерного моделирования для определения влияния параметров закалки на геометрию штамповок из алюминиевого сплава АК6 // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2021. Т. 23. № 6 (104). С. 5-9.

32. Шевченко С.Ю. Сравнительная оценка технологических возможностей полимерных закалочных сред // Наука и образование. 2014. № 3. С. 339-356.

33. Шевченко С.Ю., Смирнов А.Е., Вай Ян Мин Хтет и др. Перспективы закалки сталей и сплавов в газовой среде высокого давления // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 2 (776). С. 37-42.

34. Шевченко С.Ю., Смирнов А.Е., Кириллов И.В., Курпякова Н.А. Исследование закалочного охлаждения в газовых средах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 8(734). С. 15-19.

35. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов // М.: Металлургия. 1978. 392 с.

36. Новиков И.И., Золоторевский В.С., Портной В.К. и др. Металловедение: учеб. В 2 т. Т. 2. Термическая обработка. Сплавы // под общ. ред. В.С. Золоторевского. 2-е изд., испр. М.: Изд. Дом МИСиС, 2014. 528 с.

37. Люты В. Закалочные среды: справочник // Металлургия, Челябинское отделение, 1990. 192 с.

38. Болотова Е.М., Цукров С.Л., Исякаев К.Т. Закалка штамповок из сплава 7050 с охлаждением в водополимерной среде // Цветные металлы. 2009. № 4. С. 75-77.

39. Свердлин А.В., Тоттен Г.Е., Бейтс Ч., Джарвис Л.М. Применение фактора закалки для прогнозирования свойств полимерных закалочных сред // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. № 6. С. 14-17.

40. Свердлин А.В., Тоттен Г.Е., Вебстер Г.М. Закалочные среды на основе полиалкиленгликоля для термической обработки алюминиевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. № 6. С. 17-19.

41. Ткаченко Е.А. Высокопрочные ковочные алюминиевые сплавы. История и перспективы // Новости материаловедения. Наука и техника. 2014. № 6. С. 1-8.

42. Li Z.X., Zhan M., Fan X.G. et al. Multi-mode distortion behavior of aluminum alloy thin sheets in immersion quenching // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Т. 279. P. 116576.

43. Шнейдер Г.Л. Закалочные трещины в полуфабрикатах из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 1992. № 11-12. С. 21-23.

44. Шнейдер Г.Л. Устойчивость твердого раствора и прокаливаемость промышленных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 2003. № 10. С. 89-96.

45. Шнейдер Г.Л. Распад твердого раствора в промышленных полуфабрикатах из алюминиевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 3. С. 25-31.

46. Захаров В.В. Устойчивость твердого раствора в алюминиевых сплавах // Цветные металлы. 2007. № 11. С. 100-107.

47. Пучков Ю.А., Полянский В.М., Седова Л.А. Исследование влияния режимов изотермической закалки на структуру и свойства алюминиевого сплава В-1341Т // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 2. С. 13-19.

48. Пучков Ю.А., Фам Хонг Фу. Влияние режимов охлаждения при закалке на структуру и свойства сплавов системы Al-Mg-Si // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 4. С. 37-42.

49. Пучков Ю.А., Фам Хонг Фу. Влияние режимов термической обработки на коррозионные свойства алюминиевого сплава В1341 // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. № 2. С. 125-133.

50. Фам Хонг Фу. Совершенствование технологии термической обработки изделий из деформируемых алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si на основе выбора режимов охлаждения при закалке // дис. ... канд. техн. наук: 05.16.09. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. 143 с.

51. Градобоев А.Ю., Манн В.Х. Крохин А.Ю. и др. Перспективы развития алюминиевых сплавов для прессования // Цветные металлы и минералы-2018: сборник материалов конференции. 2018. С. 610-616.

52. SAE AMS 2770 - 2020. Heat treatment of wrought aluminum alloy parts // Warrendale, PA: SAE International, 2020, 81 p.

53. Пат. РФ № 2675326. Способ высокотемпературной пайки деталей из алюминиевых термоупрочняемых сплавов / Горностаев И.Н., Бажанов А.В., Леонов С.Т., Степанов В.В. Опубл. 18.12.2018, Бюл. № 35.

54. Irretier A., Kessler O., Hoffmann F., Mayr P. Dry and clean age hardening of aluminum alloys by high-pressure gas quenching // Journal of Materials Engineering and Performance. 2004. Vol. 13. P. 530-536.

55. Rose A., Kessler O., Hoffmann F., Zoch H.W. Quenching distortion of aluminium castings - improvement by gas cooling // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2006. Vol. 37. №. 1. P. 116-121.

56. Luckey S.G., Kozak S.T., Keller M., Dhar S. Air quenched heat treatment for aluminum alloys: U.S. Pat. Appl. 20160168676 A1. Publ. 16.06.2016. 24 p.

57. Robledo Vargas J.A. Air quenching process simulation of an A319 aluminum alloy for automotive applications // Master's thesis. Monterrey, México: Tecnológico de Monterrey, 2011. 160 p.

58. Fan X., He Z., Yuan S., Zheng K. Experimental investigation on hot forming - quenching integrated process of 6A02 aluminum alloy sheet // Materials Science and Engineering: A. 2013. Т. 573. P. 154-160.

59. Fan X., He Z., Khan X., Yuan S. Deformation and strengthening analysis of Al-Mg-Si alloy sheet during hot gas forming with synchronous die quenching // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Т. 57. P. 452-461.

60. Hidalgo-Manrique P., Cao S., Shercliff H.R. et al. Microstructure and properties of aluminium alloy 6082 formed by the Hot Form Quench process // Materials Science and Engineering: A. 2021. Т. 804. P. 140751.

61. Zhang R., Wang W., Lin J., Dean T. An indirect hot form and quench (HFQ) for manufacturing components of aluminum alloy sheets and comparison with direct HFQ // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2023. Т. 192. P. 104073.

62. Пат. РФ № 2697684. Способ поэтапной закалки заготовок из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов / Бер Л.Б., Казберович А.М., Ваулин Д.Д., Зенин В.А. Опубл. 16.08.2019, Бюл. № 23.

63. Зенин В.А., Казберович А.М., Бер Л.Б. Закалка заготовок дисков ГТД из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов в вакуумных термических установках // Технология легких сплавов. 2019. № 4. С. 47-51.

64. Бер Л.Б. Температурно-временные диаграммы распада пересыщенного у-твердого раствора в гранулируемых жаропрочных никелевых сплавах ЭП741НП и ВВ750П, их построение и использование при закалке заготовок дисков // Технология легких сплавов. 2017. № 4. С. 5-19.

65. Narazaki M., Kogawara M., Qin M., Watanabe Y. Measurement and database construction of heat transfer coefficients of gas quenching / Strojniski vestnik - Journal of Mechanical Engineering, 2009. 55 (3), P. 167-173.

66. Sugiyama Y. Brazing of aluminum alloys // Encyclopedia of aluminum and its alloys / Totten G.E. [et al.] (Eds.). Boca Raton: CRC Press, 2019. P. 171-182.

67. Каблов Е.Н., Дынин Н.В., Бенариеб И. и др. Перспективные алюминиевые сплавы для паяных конструкций авиационной техники // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. № 4. С. 179-192.

68. Gempler E.B. Brazing of aluminum alloys // ASM Handbook, Volume 6: welding, brazing, and soldering // Materials Park, OH: ASM International, 1993, P. 937-940.

69. SAE AMS-B-20148-2016. Brazing sheet, aluminum alloy // Warrendale, PA: SAE International, 2016, 12 p.

70. Xia C., Deng S., Ni C. et al. Study on laminar structure and process on high strength brazed aluminum alloy for heat exchangers // Vacuum. 2023. Vol. 215. P. 112303.

71. Квасов Ф.И., Фридляндер И.Н. Промышленные алюминиевые сплавы: справочник // М.: Металлургия. 1984. 528 с.

72. Колачев Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСИС. 1999. 416 с.

73. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов // М.: Металлургия, 1979, 640 с.

74. Белов Н.А. Фазовый состав алюминиевых сплавов: научное издание // М.: Изд. Дом МИСиС, 2009. 392 с.

75. Чуистов К.В. Старение металлических сплавов / 2-е изд., доп. и перераб. // Киев: Академпериодика, 2003, 567 с.

76. Сбитнева С.В. Влияние режима старения и низкотемпературной термомеханической обработки на строение, характер выделения упрочняющих фаз, механические и коррозионные свойства сплавов системы Al-Mg-Si-Cu // дис. ... канд. техн. наук: 05.16.01. М.: ФГУП «ВИАМ». 2018. 130 с.

77. Marioara C.D., Nordmark H., Andersen S.J., Holmestad R. Post-ß" phases and their influence on microstructure and hardness in 6xxx Al-Mg-Si alloys //Journal of Materials Science. 2006. Vol. 41. P. 471-478.

78. Marioara C.D., Andersen S., Hell C. et al. Atomic structure of clusters and GP-zones in an Al-Mg-Si alloy //Acta Materialia. 2024. Vol. 269. P. 119811.

79. Andersen S.J., Zandbergen H.W., Jansen J. et al. The crystal structure of the ß" phase in Al-Mg-Si alloys // Acta Materialia. 1998. Vol. 46. P. 3283-3298.

80. Vissers R. van Huis M.A., Jansen J. et al. The crystal structure of the ß' phase in Al-Mg-Si alloys //Acta Materialia. 2007. Vol. 55. №. 11. P. 3815-3823.

81. Marioara C.D., Andersen S.J., Stene T.N. et al. The effect of Cu on precipitation in Al-Mg-Si alloys // Philosophical Magazine. 2007. Vol. 87. No. 23. 11. P. 3385-3413.

82. Matsuda K., Uetani Y., Sato T., Ikeno S. Metastable phases in an Al-Mg-Si alloy containing copper // Metallurgical and Materials Transactions A. 2001. Vol. 32. №. 6. P. 1293-1299.

83. Bartawi E.H., Marioara C.D., Shaban G. et al. Atomic structure of hardening precipitates in Al-Mg-Si alloys: influence of minor additions of Cu and Zn // ACS nano. 2023. Vol. 17. №. 23. P. 24115-24129.

84. Christiansen E., Marioara C., Holmedal B. et al. Nano-scale characterisation of sheared ß" precipitates in a deformed Al-Mg-Si alloy // Scientific Reports. 2019. T. 9. №. 1. P. 17446.

85. Saito T., Mortsell E.A., Wenner S. et al. Atomic structures of precipitates in Al-Mg-Si alloys with small additions of other elements // Advanced Engineering Materials. 2018. Vol. 20. No. 7. P. 1800125.

86. Sunde J.K., Marioara C.D., van Helvoort A.T.J., Holmestad R. The evolution of precipitate crystal structures in an Al-Mg-Si(-Cu) alloy studied by a combined HAADF-STEM and SPED approach // Mater. Charact. 2018. 142, P. 458-469.

87. Li K., Song M., Du Y., Fang X. Effect of minor Cu addition on the precipitation sequence of an as-cast Al-Mg-Si 6005 alloy // Archives of Metallurgy and Materials. 2012. Т. 57. №. 2. P. 458-466.

88. Ohmori Y., Long C., Matsuura Y. et al. Morphology and crystallography of P-Mg2Si precipitation in Al-Mg-Si alloys // Materials Transactions. 2001. Vol. 42. №. 12. P. 2576-2583.

89. Ohmori Y., Doan L. C., Nakai K. Ageing processes in Al-Mg-Si alloys during continuous heating //Materials Transactions. 2002. Vol. 43. №. 2. P. 246-255.

90. Васильев А.А., Кузьмин Н.Л., Груздев А.С. Исследование кинетики образования метастабильных фаз в закаленных сплавах Al-Mg-Si // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. Вып. 8. С. 1576-1581.

91. Эскин Д.Г. Процессы выделения и растворения в сплавах системы Al-Mg-Si в интервале температур 300-550 °C // Технология легких сплавов. 1999. № 1-2. С. 73-78.

92. Eskin D. G., Massardier V., Merle P. A study of high-temperature precipitation in Al-Mg-Si alloys with an excess of silicon // Journal of Materials Science. 1999. Vol. 34. P. 811-820.

93. Li S., Huang Z., Chen W. et al. Quench sensitivity of 6351 aluminum alloy // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. Т. 23. №. 1. P. 46-52.

94. Захаров Е.Д., Давыдов В.Г., Егорова Л.С. и др. Исследование устойчивости твердых растворов сплавов системы Al-Mg-Si // Технология легких сплавов. 1967. №. 2. С. 12-17.

95. Strobel K., Easton M., Sweet L. et al. Relating quench sensitivity to microstructure in 6000 series aluminium alloys // Materials Transactions. 2011. V. 52. No. 5. P. 914-919.

96. Strobel K. Quench sensitivity in 6xxx series aluminium alloys // A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy. Monash University. 2013. 223 p.

97. Bratland D.H., Grong O., Shercliff H. et al. Modelling of precipitation reactions in industrial processing // Acta Materialia. 1997. V.45. № 1. P. 1-22.

98. Dons A.L., Lohne O. Quench sensitivity of AlMgSi-alloys containing Mn or Cr // MRS Online Proceedings Library. 1983. T. 21. P. 723-728.

99. Kassner M. E., Geantil P., Li X. A study of the quench sensitivity of 6061-T6 and 6069-T6 aluminum alloys // Journal of Metallurgy. 2011. T. 2011. №. 1. P. 747198.

100. Li H.Y., Zeng C., Han M. et al. Time-temperature-property curves for quench sensitivity of 6063 aluminum alloy // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. T. 23. №. 1. P. 38-45.

101. Milkereit B., Starink M.J. Quench sensitivity of Al-Mg-Si alloys: a model for linear cooling and strengthening // Materials & Design. 2015. V. 76. P. 117-129.

102. Gao C., Liu X., Zhao D. et al. Recent progress in testing and characterization of hardenability of aluminum alloys: a review // Materials. 2023. V.16. 4736. P. 1-21.

103. Milkereit B., Starink M., Rometsch P. et al. Review of the quench sensitivity of aluminium alloys: analysis of the kinetics and nature of quench-induced precipitation // Materials. 2019. V. 12. P. 4083.

104. Garric V., Colas K., Donnadieu P. et al. Correlation between quenching rate, mechanical properties and microstructure in thick sections of AlMgSi (Cu) alloys // Materials Science and Engineering: A. 2019. T. 753. P. 253-261.

105. Gao Y., Li Y., Hao W. Effect of quenching protocols on microstructure and corrosion morphology in a recycled Al-Mg-Si alloy: Tracing Cu impurities // Journal of Materials Research and Technology, Vol. 33, 2024. P. 3965-3975.

106. Fan X., He Z., Kang X., Yuan S. Deformation and strengthening analysis of Al-Mg-Si alloy sheet during hot gas forming with synchronous die quenching // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 57. P. 452-461.

107. Staley J.T. Quench factor analysis of aluminum alloys // Materials Science and Technology. 1987. Vol. 3 (11). P. 923-935.

108. Evancho J.W., Staley J.T. Kinetics of precipitation in aluminum during continuous cooling // Metallurgical and Materials Transactions B. 1974. Vol. 5. №. 1. P. 43-47.

109. Rometsch P.A., Starink M.J., Gregson P.J. Improvements in quench factor modelling // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 339, No. 1-2. P. 255-264.

110. Strobel K., Easton M., Lay M. et al. Quench sensitivity in a dispersoid-containing Al-Mg-Si alloy // Metallurgical and Materials Transactions A. 2019. T. 50. P. 1957-1969.

111. Shang B.C., Yin Z.M., Wang G. et al. Investigation of quench sensitivity and transformation kinetics during isothermal treatment in 6082 aluminum alloy // Materials & Design. 2011. Vol. 32. №. 7. P. 3818-3822.

112. Tiryakioglu M. Quench sensitivity of aluminum alloys // Technical papers-society of manufacturing engineers-all series. 1999. MF99-219. P. 1-11.

113. Steele D., Evans D., Nolan P., Lloyd D.J. Quantification of grain boundary precipitation and the influence of quench rate in 6XXX aluminum alloys // Materials Characterization. 2007. Vol. 58. №. 1. P. 40-45.

114. Ma Y., Liu C., Miao K. et al. Effects of cooling rate and cryogenic temperature on the mechanical properties and deformation characteristics of an Al-Mg-Si-Fe-Cr alloy // Journal of Alloys and Compounds.2023.Vol. 947. P. 169559.

115. Frodal B.H., Christiansen E., Myhr O.R. et al. The role of quench rate on the plastic flow and fracture of three aluminium alloys with different grain structure and texture // International Journal of Engineering Science. 2020. Vol. 150. P. 103257.

116. Yang M., Ruan Z., Lin H. et al. Quantified effect of quench rate on the microstructures and mechanical properties of an Al-Mg-Si alloy // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 24. P. 6753-6761.

117. Milkereit B., Giersberg L., Kessler O., Schick C. Isothermal time-temperature precipitation diagram for an aluminum alloy 6005A by in situ DSC experiments // Materials. 2014. Vol. 7. P. 2631-2649.

118. Liu S., Wang X., Pan Q. et al. Investigation of microstructure evolution and quench sensitivity of Al-Mg-Si-Mn-Cr alloy during isothermal treatment // Journal of Alloys and Compounds. 2020. Vol. 826. P. 154144.

119. Voort G.F. Vander. Atlas of time-temperature diagrams for nonferrous alloys // ASM International. 1991. 474 p.

120. Giersberg L., Milkereit B., Schick C., Kessler O. In situ isothermal calorimetric measurement of precipitation behaviour in Al-Mg-Si alloys // Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, 2014. Vol. 794. P. 939-944.

121. Milkereit B., Wanderka N., Schick C., Kessler O. Continuous cooling precipitation diagrams of Al-Mg-Si alloys // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 550. P. 87-96.

122. Yang Z. Mallow S., Banhart J., Kessler O. Probing precipitation in aluminium alloys during linear cooling via in-situ differential scanning calorimetry and electrical resistivity measurement // Thermochimica Acta. 2024. P. 179815.

123. Milkereit B., Kessler O., Schick C. Recent advances in thermal analysis and calorimetry of aluminum alloys // Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018. Vol. 6. P. 735-779.

124. Milkereit B., Reich M. Kessler O. Detection of quench induced precipitation in al alloys by dilatometry // Material Science Forum. 2016. Vol. 877, P. 147-152.

125. Daoudi M. I., Triki A., Redjaimia A., Yamina C. The determination of the activation energy varying with the precipitated fraction of P" metastable phase in an Al-Si-Mg alloy using non-isothermal dilatometry // Thermochimica Acta. 2014. Vol. 577. P. 5-10.

126. Strobel K., Lay M., Easton M. et al. Effects of quench rate and natural ageing on the age hardening behaviour of aluminium alloy AA6060 // Materials Characterization. 2016. Vol. 111. P. 43-52.

127. Yang Z., Jiang X., Zhang X. et al. Natural ageing clustering under different quenching conditions in an Al-Mg-Si alloy // Scripta Materialia. 2021. Vol. 190. P. 179-182.

128. Pogatscher S., Antrekowitsch H., Leitner H. Influence of interrupted quenching on artificial aging of Al-Mg-Si alloys // Acta Materialia. 2012. Vol. 60. P. 4496-4505.

129. Castany P., Diologent F., Rossol A. et al. Influence of quench rate and microstructure on bendability of AA6016 aluminum alloys // Materials Science and Engineering: A. 2013. Vol. 559. P. 558-565.

130. Birol Y. The effect of processing and Mn content on the T5 and T6 properties of AA6082 profiles //Journal of Materials Processing Technology. 2006. Vol. 173. №. 1. P. 84-91.

131. Frôck H., Milkereit B., Wiechmann P. et al. Influence of solution-annealing parameters on the continuous cooling precipitation of aluminum alloy 6082 // Metals. 2018. Vol. 8. № 4, 265. P. 1-16.

132. Lang P., Falahati A., Ahmadiet M.R. et al. Modeling the influence of cooling rate on the precipitate evolution in Al-Mg-Si (Cu) alloys // Materials Science and Technology Conference Proceedings, 2013. P. 284-291.

133. Yuan B., Li G., Guo M., Zhuang L. Fast age-hardening response of Al-Mg-Si-Cu-Zn-Fe-Mn alloy via coupling control of quenching rate and pre-aging // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 14. P. 1518-1531.

134. Saito T., Marioara C., Royset J. et al. The effects of quench rate and pre-deformation on precipitation hardening in Al-Mg-Si alloys with different Cu amounts //Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 609. P. 72-79.

135. Svenningsen G., Larsen M., Nordlien J., Nisancioglu K. Effect of thermomechanical history on intergranular corrosion of extruded AlMgSi (Cu) model alloy //Corrosion science. 2006. Vol. 48. №. 12. P. 3969-3987.

136. Svenningsen G., Lein J., Bjorgum A. et al. Effect of low copper content and heat treatment on intergranular corrosion of model AlMgSi alloys // Corrosion Science. 2006. Vol. 48. №. 1. P. 226-242.

137. Zhang X., Zhou X., Nilsson J. O. Corrosion behaviour of AA6082 Al-Mg-Si alloy extrusion: The influence of quench cooling rate // Corrosion Science. 2019. Vol. 150. P. 100-109.

138. Fan Z., Lei X., Wang L. et al. Influence of quenching rate and aging on bendability of AA6016 sheet // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 730. P. 317-327.

139. Kavalco P.M., Canale L.C., Totten G.E. Quenching of aluminum alloys: property prediction by quench factor analysis // Heat treating progress, 2009, 9(3), P. 23-28.

140. Физическое материаловедение: учебник для вузов. Том 4. Физические основы прочности. Радиационная физика твердого тела. Компьютерное моделирование // Под общей ред. Б.А. Калина. М.: МИФИ, 2008. 696 с.

141. Бакрадзе М.М., Скугорев А.В., Кучеряев В.В., Бубнов М.В. Компьютерное моделирование технологических процессов обработки металлов давлением как инструмент разработки новых технологий // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S (спец. вып.). С. 175-185.

142. Yang X., Yang X.W., Zhu J.C. et al. Finite element analysis of quenching temperature field, residual stress and distortion in A357 aluminum alloy large complicated thin-wall workpieces // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. Vol. 23. №. 6. P. 1751-1760.

143. Andrade Campos A., Neto da Silva F., Teixeira Dias F. Modelling and numerical analysis of heat treatments on aluminium parts // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2007. Vol. 70. №. 5. P. 582-609.

144. Parvizian F., Kayser T., Hortig C., Svendsen B. Thermomechanical modeling and simulation of aluminum alloy behavior during extrusion and cooling //Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. №. 2. P. 876-883.

145. Miesenberger B., Kozeschnik E., Milkereit B. et al. Computational analysis of heterogeneous nucleation and precipitation in AA6005 Al-alloy during continuous cooling DSC experiments // Materialia. 2022. Vol. 25. P. 101538.

146. Кристиан Дж., Беленький А.Я., Темкин Д.Е. Теория превращений в металлах и сплавах, Ч. 1: Термодинамика и общая кинетическая теория // Пер. с англ. М.: Мир, 1978. 807 с.

147. Мартин Д. Микромеханизмы дисперсионного твердения сплавов // М.: Металлургия, 1983. 167 с.

148. Dolan G.P., Robinson J.S. Residual stress reduction in 7175-T73, 6061-T6 and 2017A-T4 aluminium alloys using quench factor analysis // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 153. P. 346-351.

149. Kavalco P.M., Canale L.C., Totten G.E. Quenching of aluminum alloys: cooling rate, strength, and intergranular corrosion // Heat Treating Progress, 2009, 9(7), P. 25-30.

150. Ko D.H., Ko D.C., Kim B.M. Novel method for predicting hardness distribution of hot-stamped part using Fe-simulation coupled with quench factor analysis// Metallurgical and Materials Transactions B. 2015. Vol. 46. № 5. P. 2072-2083.

151. Hu Y. et al. Precipitation Modeling and Validation of Al-5%Cu-0.4%Mn Alloy Using Quench Factor Analysis // Light Metals 2017. Springer, Cham, 2017. P. 327-333.

152. Тарасенко Л.В., Пахомова С.А., Унчикова М.В., Герасимов С.А. Материаловедение: Учебное пособие для вузов // Под ред. Л.В. Тарасенко, М.: ИНФРА-М, 2015. 475 с.

153. Гольдштейн М.И. Металлофизика высокопрочных сплавов // Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1986. 312 с.

154. Kutsal U., Arslan Y., Ozaydin O. et al. Heat treatment simulation of aluminum alloy wheels and investigation of process steps // International Journal of Metalcasting. 2024. Vol. 18. №. 2. P. 1556-1572.

155. Бруяка В.А. Инженерный анализ в ANSYS Workbench: Учеб. пособ. // Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. 271 с.

156. Абрамова М.Г., Гончаров А.А. Межкристаллитная коррозия деформируемых алюминиевых сплавов при натурных и натурно-ускоренных климатических испытаниях // Труды ВИАМ. 2019. № 11(83) С. 85-94. URL: http://www.viam-works.ru.

157. Gaber A., Gaffar M.A., Mostafa M.S., Abo Zeid E.F. Investigation of developed precipitates in Al-1,1 wt-% Mg2Si balanced alloy by DSC and SEM techniques // Mater. Sci. Technol. 2006. Vol. 22. P. 1483-1488.

158. Волкова О. В., Ракоч А. Г., Дуб А. В. Исследование склонности к питтинговой коррозии промышленных низколегированных алюминиевых сплавов 6060Т5, 6063Т6 и АД31Т1 // Цветные металлы. 2019. № 4. С. 47-53.

159. Лаптев А.Б., Кравцов В.В. Коррозия алюминиевых сплавов: учебное пособие / под общ. ред. Е.Н. Каблова. М.: ВИАМ, 2021. 320 с.

160. Tang K., Liu S, Wang J. et al. Localized corrosion characteristics of Al-Mg-Si aluminum alloy with aging time and pre-delayed aging condition // Journal of Alloys and Compounds. 2024. Vol. 990. Article 174469, 18 p.

161. Синявский В.С., Вальков В.Д., Калинин В.Д. Коррозия и защита алюминиевых сплавов // 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 368 с.

162. Синявский С.Л., Ильинский С.С., Левченко С.Н. Особенности межкристаллитной коррозии алюминиевых сплавов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2004. № 5. С. 537-546.

163. Батраков В.П. Проблемы морской коррозии // Вопросы авиационной науки и техники. Сер.: Авиационные материалы. Коррозия и защита сплавов в морских условиях. М., 1985, С. 6-21.

164. Комиссарова В.С., Егорова Н.В., Киреева А.Ф. Особенности механизма межкристаллитной коррозии сплавов АВ и АД33 в морских условиях // М.: Вопросы авиационной науки и техники. Сер.: Авиационные материалы. Коррозия и защита сплавов в морских условиях. 1985, С. 36-42.

165. Курс М.Г., Антипов В.В., Луценко А.Н., Кутырев А.Е. Интегральный коэффициент коррозионного разрушения деформируемых алюминиевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2016. № 3 (42). С. 24-32.

166. Васильев А.А., Груздев А.С., Кузьмин Н.Л. Расчет температур сольвуса метастабильных фаз в сплавах Al-Mg-Si // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. Вып. 9. С. 1801-1807.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

Обозначения:

(А1) - алюминиевый твердый раствор; а - фаза А115(Мп,Ее)3812;

Л

асред - конвективный коэффициент теплоотдачи закалочной среды, Вт/(м К);

/ч - доля закалочных выделений, %;

к - температурно зависимая кинетическая константа, 1/с;

к1 - параметр, зависящий от заданной доли закалочных выделений;

к2 - параметр, зависящий от плотности потенциальных мест

зародышеобразования и скорости роста зародышей, с;

к3 - параметр, зависящий от энергии межфазной границы матрица-зародыш

и от энтальпии образования зародыша, Дж/моль;

к4 - параметр, соответствующий температуре сольвуса фазы, К;

к5 - параметр, соответствующий энергии активации диффузии наиболее

медленно диффундирующего элемента, Дж/моль;

т - время, с;

t - температура в градусах Цельсия, °С; Т - температура в градусах Кельвина, К;

п - степенной показатель, зависящий от формы зародыша и особенностей кинетики его роста;

Qd - энергия активации диффузии, Дж/моль; Q - закалочный фактор;

Я - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Джмоль-1К-1;

- стандартная энтальпия реакции образования химического соединения, Дж/моль;

- стандартная энтропия реакции образования химического соединения, Дж/К;

и - величина, определяющаяся типом выделения, Дж/моль;

^макс. - максимальная скорость закалочного охлаждения (закалки);

Уохл - средняя скорость закалочного охлаждения (закалки) в интервале

температур 400-260 °С, °С/с;

^кр - критическая скорость закалочного охлаждения (закалки), °С/с;

тс - критическое время (инкубационный период), через которое образуется

определенное количество выделений при данной температуре, с;

НУ - микротвердость по Виккерсу;

Св - временное сопротивление, МПа;

ат - физический предел текучести, МПа;

С0,2 - условный предел текучести при растяжении, МПа;

- минимальная прочность дисперсионно-упрочняемого сплава, МПа;

Стах - максимальная прочность дисперсионно-упрочняемого сплава, МПа;

5 - относительное удлинение, %;

У - удельная электрическая проводимость (электропроводимость), МСм/м;

Е - потенциал электрода сравнения (х.с.э.), мВ;

Е Екор - стационарный потенциал (потенциал свободной коррозии), мВ;

Еь - потенциал питтингообразования (пробоя пассивной плёнки), мВ;

ЛЕЪ - базис питтингостойкости, мВ;

Ьа - Тафелев наклон анодного процесса, мВ;

Ьк - Тафелев наклон катодного процесса, мВ;

Кп - глубинный показатель коррозии, мкм/год;

н - глубина коррозионных поражений, мкм;

Б - распространение местной коррозии по поверхности, %.

Условные сокращения:

ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия;

ЗСВ - зоны, свободные от упрочняющих выделений;

НИАТ - научно-исследовательский институт авиационных технологий;

НИОХ - Новосибирский институт органической химии;

ОТР - обработка на твердый раствор;

ПАГ - полиалкиленгликоль;

ПИ - производственная инструкция;

ППФ - прямые полюсные фигуры;

ПТР - пересыщенный твердый раствор;

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия;

ПЭМ ВР - просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения;

ПЭО - полиэтиленоксид;

РЭМ - растровая электронная микроскопия;

РСМА - рентгеноспектральный микроанализ;

ТВП - температура-время-превращение;

ТВС - температура-время-свойство;

ТР - технологическая рекомендация;

ТУ - технические условия;

Т - состояние термической обработки после закалки и естественного старения;

Т1 - состояние термической обработки после закалки и искусственного старения на максимальную прочность.

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

ГОСТ 1497-84 ГОСТ 9.021-74

ГОСТ 9.912-89

ГОСТ 9450-76

ГОСТ 11701-84 ГОСТ 11739

ГОСТ 21073.3-75

ГОСТ 26877-2008

ГОСТ 27333-87

ПИ 1.2.343-87 ОСТ 1 90048-90 ТР 1.2-3197-2025

ТУ 1 -804-428-2005

Металлы. Методы испытаний на растяжение; Единая система защиты от коррозии и старения. Алюминий и сплавы алюминиевые. Методы ускоренных испытаний на межкристаллитную коррозию; Единая система защиты от коррозии и старения. Алюминий и сплавы алюминиевые. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии; Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников;

Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения элементов;

Металлы цветные. Определение величины зерна методом подсчета пересечений зерен;

Металлопродукция. Методы измерений отклонений формы;

Контроль неразрушающий. Измерение удельной электрической проводимости цветных металлов вихретоковым методом;

Листовая штамповка деталей из алюминиевых сплавов Сплавы алюминиевые. Марки;

Закалка с охлаждением в полимерную среду листовых деталей и полуфабрикатов из алюминиевых сплавов типа 1163, В95 и алюминий-литиевого сплава 1441 Листы из алюминиевого сплава марки В-1341 с регламентированной структурой, толщиной от 0,6 до 3,0 мм. Технические условия.

УТВЕРЖДАЮ

ор 11ИОХ СО РА11, профессор у* Е.Г. Багрянская

2025 г.

АКТ

опробования результатов диссертационной работы

Настоящим актом подтверждаем, что в период с сентября 2024 г. по февраль 2025 г. в лабораторных условиях НИОХ СО РАН проведена научно-исследовательская работа, направленная на разработку водно-полимерной закалочной среды на основе отечественных компонентов для малодеформацнонной закалки тонкостенных деталей из современных конструкционных алюминиевых сплавов.

В ходе выполнения исследований использованы результаты материалов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Бенариеба И. «Разработка технологических основ малодеформационной закалки тонкостенных изделий из высокотехнологичного алюминиевого сплава В-1341 системы А1-М§-8Ь>.

Результаты компьютерного моделирования, проведенного по предложенному диссертантом алгоритму, применены для оценки охлаждающей способности сред на водно-полимерной основе. Использование результатов моделирования позволило снизить количество экспериментов, упростить анализ полученных данных и обоснованно выбрать оптимальный состав водно-полимерной закалочной среды, что подтверждает высокую практическую значимость работы.

Заместитель директора по Е.В. Суслов

научной работе, к.х.н.

Исполнитель: Мнтасон М.М. 8 [phone], mitasov2nioch.nsc.ru

1111

II \1|,1И»11Л.11.11ММ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ шип'

КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ

о *

•|*глгра.1ыин> гиг) диргтш>мииг | нншрши- щи- шринпн-

Н< 1'|«и ■ мИгкмй ми) ЧШ» пег |с,*1|и'г (и Н1(1 тк тптя »ммнммншя ипифии юн»

Нн11ЫнН1 1М«н и |||"Г Н'.КНШТ» |иГНи1Ч >Н>МТ|км

• Ку||-шГН1И «»II 1111Г11ГГУI ' <111111 • КSlflJtlXHI.ilII а1«Т*Т)Т ИИ \М|

У| Рилно, Л. 17. г Могши. 1050115 тш фан 814991 2«1 Н«77 8(4М») 2в7Н«(И1 гейт: VMin.ru 1>-лш1: »dinin4Hrikin.ru

о примышленном ннслрсннм рсчулышон диссертационной работ

Настоящим подтверждаем, что диссертационная рабога на соискание ученой степени кандидата технических наук Бенариеба Ильяса «Разработка технологических основ малодеформаиионной закалки тонкостенных изделий из высокотехнологичного алюминиевого сплава В-1341 системы /\I-Mg-Si» посвящена актуальной проблематике совершенствования технологии упрочняющей термической обработки конструкционных алюминиевых сплавов авиационного назначения. Полученные в диссертационной работе результаты использованы на предприятии для разработки технологии малодеформаиионной закалки тонкостенных деталей из промышленных деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов.

Начальник НИЛ ~

на >£•

Акт

магниевые, бег

и алюминневы

В.А. Дуюнова

УТВЕРЖДАЮ

Первый заместитель главного конструктора АО 11КО « Теплообменник»

Л.В. Суворов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

о возможности применении результатов диссертационного исследования

Настоящим документом подтверждается, что результаты диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Бенариеба И. «Разработка технологических основ малодеформационной закалки тонкостенных изделий из высокотехнологичного алюминиевого сплава В-1341 системы А1-\^-8Ь> представляют практический интерес для улучшения прочностных характеристик материала. Предложенные рекомендации по малодеформационной закалке могут быть применены для термического упрочнения элементов из перспективного сплава В-1341, входящих в паяную конструкцию теплообменных аппаратов, что подтверждает актуальность и высокую практическую ценность работы.

Главный сварщик О.И.Климова

11ачалышк отдела 95 ЖА^ В.Н. Луткова