Всероссийский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Москва, Россия:

Н. В. Дынин, начальник сектора
И. Бенариеб, инженер, эл. почта: benar1294@gmail.com
Н. Д. Щетинина, инженер
С. В. Сбитнева, старший научный сотрудник, канд. техн. наук

При создании новых изделий авиационной техники актуальной задачей является разработка новых коррозионностойких алюминиевых сплавов типа АМц повышенной прочности для паяных конструкций теплообменных аппаратов. В работе приведены результаты термодинамического моделирования фазового состава в программном комплексе Thermo-Calc в целях выбора экспериментальных составов сплавов на базе системы Al – Mn с учетом допустимой температуры солидуса для пайки. Показано, что наибольшее влияние на снижение температуры солидуса исследуемых сплавов оказывают магний и медь, в меньшей — железо. Оценка понижения прочности холоднокатаных листов из экспериментальных Al – Mn-сплавов после высокотемпературного нагрева, имитирующего пайку, показала, что наименьшую потерю прочности можно наблюдать у сплавов, содержащих Fe и Si. Установлена зависимость остаточной прочности холоднокатаных листов после высокотемпературного нагрева, имитирующего пайку, от содержания (Fe+Si) и количества α-фазы Al₁₅(Mn,Fe)₃Si₂. Сплавы, в которых присутствует магний, демонстрируют повышенную остаточную прочность по сравнению с остальными сплавами. Исследованы особенности микроструктуры и механические свойства промышленных плакированных листов из нового сплава системы Al – Mn – Mg, предназначенных для авиационных теплообменников. Методами просвечивающей электронной микроскопии установлено, что материал в полунагортованном состоянии Н₂ имеет субзеренную структуру, включающую выделения дисперсоидов округлой формы, принадлежащих α-фазе. Плаки рованные листы из нового сплава обеспечивают высокую коррозион ную стойкость (межкристаллитная коррозия (МКК) < 0,08 мм) и хороший уровень механических характеристик в состоянии Н2 (предел прочности σв ≥ 180 МПа; условный предел текучести σ_0,2 ≥ 170 МПа; относительное удлинение δ₅ ≥ 10 %), а также в состоянии после пайки (σ_в ≥ 150 МПа).

Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Климатические испытания» ФГУП «ВИАМ» в рамках реализации комплексного научного направления «Легкие, высокопрочные коррозионностойкие свариваемые сплавы и стали, в том числе с высокой вязкостью разрушения» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [14].
Авторы выражают благодарность с пециалистам НИЦ Курчатовский институт» — ВИАМ С. В. Самохвалову и С. В. Шур такову за научную и консультативную помощь, а также за существенный вклад в проведенные эксперименты и анализ полученных результатов

1. Каблов Е. Н., Дынин Н. В., Бенариеб И., Щетинина Н. Д., Самохвалов С. В. и др. Перспективные алюминиевые сплавы для паяных конструкций авиационной техники // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. № 4. С. 179–192.
2. Антипов В. В. Перспективы развития алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для изделий авиационно-космической техники // Авиационные материалы и технологии сплавов. 2017. № 5. С. 186–194. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S -186-194.
3. Антипов В. В., Клочкова Ю. Ю., Романенко В. А. Современные алюминиевые и алюминий-литиевые сплавы // Авиационные материалы и технологии. 2017. №. 5. С. 195–211. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-195-211.
4. Грушко О. Е. Алюминиевые сплавы для радиаторов // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2007. № 2. С. 2–8.
5. Грушко О. Е. Миллер В. С., Шевелева Л. М., Шеин Ю. Ф. Влияние структуры материала сердцевины на паяемость плакированных листов из алюминиевого сплава 3003/4470 // Авиационные материалы и технологии. 2002. № 2. С. 96–103.
6. Benoit M. J., Jin H. et al. Microstructure evolution of warm deformed multilayered Al alloy sheet during brazing // Journal of Materials Processing Technolo gy. 2020. Vol. 281. P. 116639.
7. Long L., Pan Q. L. et. al. Study on microstructure and mechanical properties of 3003 alloys with scandium and copper addition // Vacuum. 2020. Vol. 173. P. 109–112.
8. Jin H., Zeng Y., Liang J., Kozdras M. S. Development of Al – Mn – Cu – Mg brazing sheet core alloys for automotive heat exchanger units for service at high temperatures // SAE International Journal of Materials and Manufacturing. 2015. No. 8, Iss. 3. P. 736–743.
9. Shimosaka D., Ueno M. Effects of Si and Zr addition on strength and recrystallization behav ior of Al – Mn alloy fin stocks for automotive heat exchanger // MATEC Web of Conferences. 2020. Vol. 326. P. 4.
10. Jin Xiaojie, Zhao Pizhi et al. Effect of Cu and Mg on the corrosion behavior of 4004/Al – Mn/Cu – Mg/4004 aluminum alloy brazing sheet // MATEC Web of Conferences. 2020. Vol. 326. No 11. P. 04001.
11. Григоренко В. Б., Морозова Л. В. Влияние условий и продолжительности эксплуатации на деградацию структуры алюминиевых сплавов типа АМг4,5 и АМц // Труды ВИАМ: электрон. научно-технический журнал. 2017. № 6. С. 54. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-6-10-10.
12. Schölin K., Mannerskog B. Corrosion resistant aluminium radiator materials for vacuum and controlled at mosphere brazing // SAE Technical Paper. 1993. No. 931077. P. 75–82.
13. Westergaord R., Norgren S., Wass S. New high strength, longlife aluminium alloys with excellent sagging resistance for heat exchanger tube applications // SAE Technical Paper. 2005. P. 9.
14. Каблов Е. Н. Cтратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 5. С. 7–17.
15. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов : монография — М. : Издательский Дом МИСиС, 2010. — 511 с.
16. Belov N. A., Korotkova N. et al. Phase composition and mechanical properties of Al–1,5% Cu–1,5% Mn–0,35% Zr (Fe, Si) wire alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 782. P. 735–746.
17. Хирш Ю., Гречникова А. Ф., Арышенский Е. В., Дриц А. М. Особенности эволюции микрострукт уры и кристалло графической текстуры при изготовлении алюминиевых лент для производства пищевых контейнеров. Часть 1 // Цветные металлы. 2018. № 11. С. 74–80. DOI: 10.17580/tsm.2018.11.09.
18. Kumar R., Gupta A. et al. Microstructure and texture development in AA3003 aluminium alloy // Materials To day Communications. 2020. Vol. 24. P. 100965.
19. Сетюков O. A. Влияние железа и кремния на литейные свойства алюминиевых сплавов с марганцем // Технология легких сплавов. 2010. № 1. С. 32–37.
20. Белов Н. А., Короткова Н. О., Черкасов С. О., Аксенов А. А. Сравнительный анализ электрической проводимости и твердости холоднокатаных листов сплавов Al – 1,5%Mn и Al – 1,5%Mn – 1,5%Cu (% (мас.)) // Цветные металлы. 2020. № 4. С. 70–76. DOI: 10.17580/tsm.2020.04.08.
21. Kemsies R. H. , Milkereit B. et al. In situ DSC investigation into the kinetics and microstructure of dispersoid formation in Al – Mn – Fe – Si (–Mg) alloys // Materials and Design. 2018. Vol. 146. P. 96–107.
22. Фридляндер И. Н., Сенаторова О. Г., Осинцев О. Е., Фролов К. В. Машиностроение : энциклопедия. Т. 2-3. — М. : Машиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы, 2001. — 880 с.
23. Квасов Ф. И., Фридляндер И. Н. Промышленные алюминиевые сплавы : справочник. — М. : Металлургия, 1984. С. 28–37.
24. Арчакова З. Н., Балахонцев Г. А., Басова И. Г. и др. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов : cправочник, 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Металлургия, 1984. С. 71–78.
25. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. — М. : Металлургия, 1979. C. 537–542.
26. Елагин В. И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. — М. : Металлургия, 1975. С. 65–66.
27. Каблов Е. Н., Дуюнова В. А., Бенариеб И., Пучков Ю. А., Сбитнева С. В. Особенности распада переохлажденного твердого раствора при закалке листов из сплава В-1341 // Технология легких сплавов. 2020. № 3. С. 20–33.
28. Иванова А. О., Рябов Д. К., Антипов В. В., Пахомкин С. И. Возможность применения программного комплекса ThermoCalc для определения параметров термической обработки сплава 1913 и температур атомизации алюминиевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2016. № 43. P. 44–51. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-52-59.
29. Chervyakova K. Y., Yakovleva A. O. et al. Effect of bismuth and lead on the phase composition and structure of the Al – 5%Si – 4%Cu – 4%Sn alloy // Russian Journal of Non-Ferr ous Metals. 2019. Т. 60. №. 3. С. 239–246.
30. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986. — М. : Изд-во стандартов, 1984.
31. Цукров С. Л., Бурдина Г. П., Басова И. Г., Григорьева Н. Я. Исследование температурных режимов высокоскоростного от жига листов из сплавов АД0, АМг2 и АМц // Технология легких сплавов. 1974. № 7. С. 61–68.