5 януари 2017 г., 9:00 ч

Написана от трима руски металурзи, с богат опит в разработването и обработката на сплави Al-Li в продължение на много десетилетия, алуминиево-литиеви сплави (част от поредицата „Напредък в металните сплави“, редактирана от DG Eskin) предоставя теоретични основи за топене, леене, формоване, термична обработка и заваряване на сплави Al-Li, които са толкова важни при проектирането на леки, високоефективни структурни елементи, използвани предимно в граждански и военни самолети и космическа авиация като цяло. Книгата прави преглед на работата, извършена върху сплавите Al-Li от 60-те години на миналия век до днес, показвайки как развитието на по-старите сплави Al-Mg-Li и Al-Cu-Li се е подобрило по отношение на механичните свойства чрез селективни промени в легирането и обработката. Книгата е написана за аудитория от инженери и учени, участващи в изследванията, разработването и приложението на тези сплави в съвременните въздухоплавателни и космически конструкции.

Водещият автор, д-р Sci. Олга Грушко е работила във Всеруския изследователски институт за авиационни материали (VIAM) от 1959 г., където сега служи като главен учен, добре известен като лидер в областта на новите сплави Al-Li. Съавторът д-р Борис Овсянников, главен металург и ръководител на научноизследователска и развойна дейност в Каменско-Уралския металургичен комбинат, е разработил методи за отливане на сплави Al-Li, включително нови класове сплави Al-Li, съдържащи скандий. И, съавтор проф. Д-р Sci. Виктор Овчинников, ръководител на заваръчната лаборатория в АД на Руската самолетна корпорация, е разработил производствени техники за заваряване на самолетни конструкции от сплави Al-Li. Тази „тройка“ от автори е събрала 265 препратки, главно от руски технически източници, и е обобщила обширната литература в осем кратки и четливи глави, описващи не само теоретичната основа на сплавта на Al-Li, но и всички практически аспекти на тяхното производство измислица. Авторите имат помежду си стотици технически публикации, няколко от които са посочени в книгата, както и много изобретения, занимаващи се с комерсиализация на сплави Al-Li.

В глава 1 - Кратка история на създаването на алуминиево-литиеви сплави е описано разработването на първите сплави Al-Li през 50-те години на миналия век, като импулсът е специфичното тегло на лития при 0,536 спрямо това на алуминия при 2,699; тези ранни сплави Al-Li се основават на системата Al-Cu-Li и включват 2020 (САЩ) и VAD23 (СССР). Освен че е

3% по-леки, тези сплави бяха

8% по-здрави от конвенционалните твърди сплави 2024 и D16. Авторите обаче посочват пробивната сплав Al-5.5Mg-2Li 1420, разработена в Русия през 60-те години, която е най-леката търговска алуминиева сплав, използвана днес, като е с 10-12% по-лека от сплавите от серията 2xxx, използвани за фюзелажа на самолети със същите нива на якост и с по-висока устойчивост на корозия. Глава след глава тук, сплавта 1420 заслужава по-голямата част от вниманието в тази книга (Фигура 1), със значителни промени в нейния състав през годините, водещи до подобрения в обработката и производството, последната включва модифицираната сплав 1421, съдържаща 0,16-0,21 Sc . Поради важността на сплавите в системата Al-Cu-Li, регистрирана от 80-те години на миналия век в САЩ, Франция и Англия, и основата на няколко руски сплави, включително 1450, 1460 и оригиналната сплав 1230 (VAD23), те също са покрити.

рецензия
Фигура 1. Изтребителят MiG-29M (a) и неговият заварен резервоар за гориво (b), изработени от свръхлеката сплав 1420 (Al-5.5Mg-2Li), което доведе до значително намаляване на теглото до 27%. (Взето от Фигура 1.2 на стр. 3 от книгата.)

Теорията за легирането на Al-Li и ефекта на метални и неметални примеси, включително алкални и алкалоземни примеси като Ca, Ba, Na и K в резултат на обработката на стопилката, ефектите от защитата на стопилката срещу окисляване чрез добавки Be и Y, а термодинамиката на взаимодействието на стопилката и потока е разгледана в Глава 2. Тъй като Li увеличава разтворимостта на водорода и е хидрид, намаляването на съдържанието на водород по време на топенето на тези сплави чрез вакуумна обработка и рафиниране с електрофлукс контролира съдържанието на водород до приемливи нива, както е показано в глава 3.

Заготовките, излети от сплави Al-Cu-Li и Al-Mg-Li, са сравнени в глава 4 по отношение на тяхната пластичност, ударна жилавост и механични свойства, критични за предотвратяване на студени пукнатини при отливането. Влиянието на основните легиращи елементи и съотношението Fe/Si върху удължаването на стайна температура и ударната жилавост е представено в различни графики и тройни диаграми. Толкова са и термофизичните свойства на твърдо-течното състояние на Al-Cu-Li, Al-Cu-Li-Mn и, разбира се, сплави Al-Mg-Li в таблица, заедно с температурната зависимост на относителното удължение и линейното свиване в графика на интервала на стопяване. Дадени са няколко съвета за правилната практика на отливането във връзка с успешното коване, валцуване и екструдиране на тези сплави.

Металургичните принципи за контрол на размера на зърната при втвърдяване на заготовки и плоски блокове и плочи и влиянието на наследствеността на отливната структура върху характеристиките на потока в металообработването и крайния продукт са разгледани в Глава 5. Глава 6 рекапитулира много от металургичните ефекти при сплавта и леенето, включително наследственост на отлитата конструкция, както се прилага към структурата, свойствата и заваряемостта на 1420 сплавни заготовки. Глава 7 прави същото, но както е приложимо за заваряемостта на изковките от матрица от сплав 1420 по отношение както на първоначалната структура на плочата, така и на микро- и макроструктурата на самото коване на матрицата. Свойствата на материала на заваръчните съединения, включително якостта на прореза, жилавостта на разрушаване и свойствата на умора, са таблицирани за производствени изковки от сплав 1420, използващи автоматична аргонова дъга, ръчна аргонова дъга и процеси на електродъгово заваряване.

В глава 8, последната и най-обемната глава на книгата, заваряването на сплави Al-Li е разгледано с много подробности. В това отношение са споменати всички конвенционални и някои неконвенционални процеси на заваряване. Данните са представени за заваръчни съединения от сплав 1420 и други сплави от Al-Li, направени чрез точково заваряване с електрическо съпротивление и заваряване с плавяне със и без пълнеж. Някои от описаните процеси на заваряване включват дъгово заваряване с магнитно разбъркване, автоматично заваряване с въртящ се електрод, хибридно лазерно и плазмено заваряване, заваряване с триене с разбъркване (Фигура 2) и заваряване с електронен лъч (Фигура 3). Като не само описва характеристиките на различните видове заварки, направени със сплави Al-Li, тази глава очертава механизмите на възникване на дефектна структура при заваряване на сплави Al-Li и предлага насоки за избягване на дефектни структури в тези заварки.

Фигура 2. Външният вид на заваръчния шев с триене (а) и микроструктурата на този заваръчен шев, направен в сплав V-1469 (Al-4Cu-1.3Li, с добавки Sc и Ag) (b). (Взето от фигура 8.27 на стр. 259 от алуминиево-литиеви сплави.) Фигура 3. Примери за съединения и шевове, получени чрез електронно-лъчево заваряване на 1420 части от сплав с различни напречни сечения. (Взето от фигура 8.50 на стр. 285 от алуминиево-литиеви сплави.)

След четене и преглед на тази книга, поне за мен се задава въпросът дали сплавите Al-Li, които се конкурират благоприятно с композитите от въглеродни влакна (CFC) в самолетостроенето, може също да не се конкурират в автомобилния или друг специален продукт сектор - като спортно оборудване - където високопроизводителните и леки конструкции изискват премия. На автомобилните пазари днес CFC обикновено се конкурират с 6xxx и някои сплави от серия 7xxx. Разбира се, разликата в разходите между тези сплави и сплави Al-Li може да попречи на подобна смяна на материала в момента. Тъй като обаче мащабът на производството на тези сплави се увеличава, може да се очаква, че разходите ще намалеят и, въпреки че сега изглежда малко вероятно, не бихме могли да видим подобно развитие в бъдеще?

Забележка на редактора: Тази рецензия на книгата е публикувана за първи път в броя на Light Metal Age от декември 2016 г.