Алюминиевый сплав Д20 с медью и марганцем жаропрочный свариваемый - Inzhener-Info

: Категория: Сплавы алюминия с медью и марганцем

Химический состав, % (ОСТ1 90048-77)
Al	Cu	Mn	Ti	Fe	Si	Zr	Zn	Mg	Прочие примеси
				Fe	Si	Zr	Zn	Mg	каждая	сумма
				не более
Основа	6,0-7,0	0,4-0,8	0,1-0,2	0,3	0,3	0,2	0,1	0,05	0,05	0,1

Механические свойства сплава Д20
По показателям прочности, чувствительности к концентрации напряжений, вязкости разрушения, выносливости сплав Д20 равноценен сплаву 1201; отличается более высокой жаропрочностью при температурах ≥200°С по сравнению со сплавом АК4-1.

Механические свойства при комнатной температуре
Механические свойства листов при растяжении (не менее)
Полуфабрикат	Лист плакированный				Плита плакированная
ГОСТ, ОСТ, ТУ	ОСТ1 90166-75	ОСТ1 90246-77	ОСТ1 90166-75 ОСТ1 90246-77	ОСТ1 90246-77	ОСТ1 90267-78
Толщина, мм	0,3-0,4	0,4-10,5	0,3-10,5	0,5-10,5	11-80
Масса, кг	-
Состояние	М		Т	Т1	Т	Т1
Направление вырезки образца	П
σ_в, кгс/мм²	≤25	≤24	28	38	28	38
σ_0,2, кгс/мм²	-	-	-	28	-	28
δ₅, %	-	-	-	-	-	-
δ₁₀, %	13	15	12	8	12	8

Полуфабрикат	Профиль			Пруток	Штамповка			Поковка
Полуфабрикат	прессованные				Штамповка			Поковка
ГОСТ, ОСТ, ТУ	ОСТ1 90113-74			ОСТ1 90174-75	ОСТ1 90073-72
Толщина, мм	≤125			≤300	-
Масса, кг	-				≤100			≤100
Состояние	М	Т	Т1		Т1
Направление вырезки образца	Д				Д	П	В	Д	П	В
σ_в, кгс/мм²	≤25	28	35	36	38	37	36	38	37	36
σ_0,2, кгс/мм²	-	-	24	24	26	-	-	26	-	-
δ₅, %	-	-	-	8	10	4	4	10	4	4
δ₁₀, %	12	12	8	-	-	-	-	-	-	-
М - мягкий, отожженный; Т - закаленный и естественно состаренный; Т1 - закаленный и искусственно состаренный. П - поперечное; Д - продольное; В - высотное.

Механические свойства при растяжении, сжатии (не менее)
Полуфабрикат	Полоса прессованная	Лист плакированный
Толщина, мм	20	Всех толщин
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему более высокие значения вязкости разрушения и лучшее сопротивление коррозии под напряжением	Закаленный и искусственно состаренный
Направление вырезки образца	Продольное	Поперечное
σ_в, кгс/мм²	18	20
σ_0,2, кгс/мм²	24	28
σ_{пц. сж}, кгс/мм²	18	22
σ_{0,2 сж}, кгс/мм²	24	30

Чувствительность к концентрации напряжений при растяжении
Полуфабрикат	Лист плакированный
Толщина, мм	2
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный
Направление вырезки образца	Поперечное
Форма образца	Плоский (гладкий и с отверстием)
К_t	1	2,6
σ_в, кгс/мм²	43	-
σ^н_в, кгс/мм²	-	43
σ^н_в/σ_в	-	1

Вязкость разрушения при плоской деформации (внецентренное растяжение компактного образца)
Полуфабрикат	Полоса прессованная
Толщина, мм	160
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный
Ориентация образца и трещины	Продольное, Поперечное	Поперечное, Продольное	Высотное Продольное
Толщина образца, мм	50
σ_0,2, кгс/мм²	29,5	31	30,9
K_Ic, кгс/мм^3/2	122	113,5	98

Упругие свойства сплава Д20
Полуфабрикат	Лист плакированный	Профиль,пруток перессованные	Поковка и штамповка
Толщина, мм	2-6	До Ø125	-
Масса, кг	-	-	100
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный	Закаленный и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему более высокие значения вязкости разрушения и лучшее сопротивление коррозии под напряжением	Закаленный и искусственно состаренный
Направление вырезки образца	Поперечное	Продольное
Е, кгс/мм²	7100	7200	7200
Е_сж, кгс/мм²	7200	7300	7200
G, кгс/мм²	-	2700	2700
μ	-	0,33	0,33

Механические свойства при низких температурах
Механические свойства сплава Д20 при растяжении
Полуфабрикат	Поковка
Масса, кг	100
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный
Направление вырезки образца	Продольное; Поперечное
Температура испытания, °С	20	-70	-196
σ_в, кгс/мм²	40	42	52
σ_0,2, кгс/мм²	32	35	40
δ₅, %	12	14	16

Механические свойства при высоких температурах
Механические свойства сплава Д20 при растяжении и сжатии
Полуфабрикат	Полоса прессованная						Лист плакированный
Толщина, мм	20						2-6
Масса, кг	-						-
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему более высокие значения вязкости разрушения и лучшее сопротивление коррозии под напряжением						Закаленный и искуственно состаренный
Направление вырезки образца	Продольное						Поперечное
Температура испытания, °С	20	150	200	250	300	350	20	100	150	200	250	300
σ_в, кгс/мм²	40	34	30	24	18	12	40	36	32	26	18	12
σ_0,2, кгс/мм²	25	22	21	16	13	9	30	27	25	18	12	10
δ_11,3√F, %	12	12	12	11	14	19	10	14	14	16	16	20
σ_{0,2 сж}, кгс/мм²	25	22	-	16	-	9	31	-	-	-	-	-

Полуфабрикат	Поковка
Толщина, мм	-
Масса, кг	До 100
Состояние	Закаленный и искуственно состаренный
Направление вырезки образца	Продольное
Температура испытания, °С	20	150	175	200	225	250	275
σ_в, кгс/мм²	40	35	33	31	28	23	22
σ_0,2, кгс/мм²	32	28	26	22	20	18	-
δ₅, %	12	16	16	18	18	18	20
σ_{0,2 сж}, кгс/мм²	-	-	-	-	-	-	-

Чувствительность к концентрации напряжений при растяжении
Полуфабрикат	Лист плакированный
Толщина, мм	2
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный
Направление вырезки образца	Поперечное
Форма образца	Плоский (гладкий и с отверстием: K_t = 2,6)
Температура испытания, °С	20	100	150	200	250	300
σ_в, кгс/мм²	43	39	35	27	19	12,5
σ^н_в, кгс/мм²	43	41,5	37,5	30,5	22	14,5
σ^н_в/σ_в	1	1,06	1,07	1,13	1,16	1,16

Влияние длительного нагрева на механические свойства при растяжении
Полуфабрикат	Лист плакированный
Толщина, мм	2
Масса, кг	-
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный
Направление вырезки образца	Поперечное
Температура нагрева и испытания, °С	20	150		200		250
Продолжительность нагрева, час	-	0,5	100	0,5	100	0,5	50
σ_в, кгс/мм²	40	32	32	26	24	18	16
σ_0,2, кгс/мм²	32	25	20	18	15	12	10
δ_11,3√F, %	10	16	18	16	14	16	20

Полуфабрикат	Поковка
Толщина, мм	-
Масса, кг	100
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный
Направление вырезки образца	Продольное
Температура испытания, °С	20	150		200		250		275
Продолжительность нагрева, час	-	0,5	100	0,5	100	0,5	100	0,5	100
σ_в, кгс/мм²	40	35	37	31	29	23	21	22	18,5
σ_0,2, кгс/мм²	32	-	-	-	-	-	-	-	-
δ_11,3√F, %	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Влияние длительного нагрева на механические свойства сварных соединений (аргоно-дуговая сварка)
Полуфабрикат	Лист плакированный
Толщина, мм	2
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный
Направление вырезки образца	Поперечное
Температура нагрева и испытания, °С	20	100	150	200		250		300
Продолжительность нагрева, час	-	0,5	0,5	0,5	100	0,5	25	0,5
σ_{в. св}, кгс/мм²	29	27	26	22	19	16	14	11
σ_{в. св}/σ_в	0,73	0,75	0,81	0,84	0,79	0,89	0,83	0,92

Пределы ползучести и длительной прочности
Полуфабрикат	Полоса прессованная
Толщина, мм	20
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему более высокие значения вязкости разрушения и лучшее сопротивление коррозии под напряжением
Направление вырезки образца	Продольное
Температура испытания, °С	150	175	200	250	270	300	320	350
σ_0,2/100, кгс/мм²	20	17	12	8	7	6,5	5	3
σ_0,2/200, кгс/мм²	-	-	11,5	7	6,5	6	4	2,5
σ₂₅, кгс/мм²	-	-	20	13	11	8,5	7,5	4,5
σ₅₀, кгс/мм²	-	-	19	13	10,5	8,5	7	4
σ₁₀₀, кгс/мм²	30	21	18	12,5	10	8	6	4
σ₂₀₀, кгс/мм²	-	-	17	11,5	10	7,5	5,5	3,5
σ₄₀₀, кгс/мм²	-	-	-	11	10	7,5	5,5	3

Упругие свойства сплава Д20
Полуфабрикат	Лист плакированный				Полоса прессованная
Толщина, мм	2-6				20
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный				Закаленный и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающемуболее высокие значения вязкости разрушения и лучшее сопротивление коррозии под напряжением
Направление вырезки образца	Поперечное				Продольное
Температура испытания, °С	150	200	250	300	100	150	200	250
Е, кгс/мм²	6500	6200	5400	5000	6900	6700	6000	5700
Е_сж, кгс/мм²	6600	6300	5400	5000	-	-	-	-

Коррозионные свойства сплава Д20
Коррозионная стойкость неплакированных полуфабрикатов из сплава Д20 в естественно и искусственно состаренном состоянии пониженная. Прессованные полуфабрикаты не склонны к коррозионному растрескиванию. Коррозионная стойкость плакированных листов ниже, чем у плакированных листов из сплава Д16, из-за более сильной диффузии меди из сердцевины в плакирующий слой. Сварные швы и зона термического влияния обладают низкой коррозионной стойкостью, склонны к межкристаллитной коррозии. Защита от коррозии в зависимости от назначения деталей осуществляется анодно-окисными, химическими и лакокрасочными покрытиями. Защита от коррозии сварных швов может производиться металлизацией.

Физические свойства сплава Д20
Электрические свойства
Плотность: 2840 кг/м³
Полуфабрикат				Все полуфабрикаты
Состояние				Закаленный и искусственно состаренный
ρ·10⁶, Ом·см.				6,1

Теплофизические свойства
Полуфабрикат	Все полуфабрикаты
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный
Температура испытания, °С	20	100	200	300	400	20-100	20-200	20-300	20-400
λ, Вт/м·град	138	142	147	155	159	-	-	-	-
α·10⁶ 1/град	-	-	-	-	-	22,6	23,6	24,9	26,2

Технологические данные
Термическая обработка (инструкция ВИAM 904—67)
Сплав упрочняется закалкой с последующим старением. Сплав не упрочняется при естественном старении, и поэтому продолжительность перерыва между закалкой и старением не ограничивается. Для предотвращения поводки и коробления сварных тонкостенных деталей (с толщиной стенки до 10 мм) охлаждение при закалке разрешается проводить в кипящей воде. Температура закалочной воды перед погружением садки зависит от массы садки и объема закалочного бака, но должна быть не ниже 90°С. Полный отжиг проводится при температуре 350—370°С, охлаждение па воздухе, сокращенный — при температуре 350—370°С, охлаждение на воздухе или в воде.

Режимы закалки и старения
Полуфабрикат	Все полуфабрикаты
Состояние	Закаленный и искусственно состаренный	Закаленный и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему более высокие значения вязкости разрушения и лучшее сопротивление коррозии под напряжением
Температура закалки, °С	530-540
Температура старения, °С	165-175	200-220
Продолжительность старения, час	10-16	8-12

Горячая обработка давлением
Сплав деформируется в горячем состоянии. Охлаждение после деформации — на воздухе; выдержка (для всех толщин) 10—60 мин; скорость охлаждения ≤30 град/час до температуры 260°С, затем на воздухе.
Режимы ковки
Температура нагрева под деформацию, °С	Температурный интервал деформации, °С	Допускаемая степень деформация за один нагрев, %
Температура нагрева под деформацию, °С	Температурный интервал деформации, °С	на прессе	на молоте
470-420	470-350	80	60

Штампуемость. Показатели штампуемости листов в отожженном состоянии
Вытяжка К_выт	Отбортовка К_отб	Выдавка К_выд, %	Гибка r_min
1,8-1,9	1,35-1,55	15-20	(0,8-1,0) s*
* s - толщина листа, мм.

Свариваемость
Сплав удовлетворительно сваривается точечной, роликовой и аргоно-дуговой сваркой с присадкой Д20 или сплава, содержащего (в %) 5,8—6,8 Сu; 0,2—0,4 Мn; до 0,02 Mg; 0,1—0,2 Ti. Склонность к образованию трещин по крестообразной пробе 6—8%. Предел прочности сварных соединений без термической обработки после сварки составляет ≥70% σ_в основного материала, а после закалки и искусственного старения сварного соединения ~90% σ_в. При толщине материала >6 мм сварные соединения обладают пониженной пластичностью.

Применение
Для деталей ТРД (крыльчатки, диски, лопатки, хомуты), работающих при температурах до 300—350°С; самолетных деталей (обшивка, фитинги и др.) — при температурах до 150°С; сварных деталей и емкостей, работающих кратковременно при температурах от —253 до +300°С.