ФРИДЛЯНДЕР И.Н. ВОСПОМИНАНИЯ О СОЗДАНИИ АВИАКОСМИЧЕСКОЙ И АТОМНОЙ ТЕХНИКИ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

  Дуралюмины, и в особенности сплавы типа Д16, 1163, американский 2024, обладают многими хорошими качествами, однако их прочность находится на среднем уровне. Между тем для авиационной техники требовались высокопрочные алюминиевые сплавы.
  Развитие этих сплавов началось с открытия в 1923–1926 гг. немецкими учеными Зандером и Майером высоких эффектов упрочнения при термической обработке тройных сплавов Al-Zn-Mg.
  В системе Al-Zn-Mg можно получить максимальную прочность алюминиевых сплавов до 800 или даже 850 МПа, что соответствует прочности среднелегированной стали. Однако освоение высокопрочных сплавов тройной системы Al-Zn-Mg оказалось исключительно сложным делом и сопровождалось драматическими событиями.
  В 30-х годах в Германии (Гюртлер) и СССР (П.Я. Сальдау) изготовили опытные промышленные партии листов сплава ЦМ. Сплав Сальдау содержал 5,6% Zn и 5,4% Mg и имел прочность 500–600 МПа. Но в СССР и Германии листы постигла одна и та же участь — они растрескались еще до того, как были запущены в работу.
  Американцы построили экспериментальный самолет из такого сплава; через некоторое время на крыле между рядами заклепок появились трещины. Так проявила себя склонность сплава Al-Zn-Mg к коррозии под напряжением — самопроизвольному растрескиванию под влиянием одновременного действия напряжений, лежащих значительно ниже предела прочности материала, и коррозионной среды, в данном случае обычной атмосферы. Было установлено, что коррозия под напряжением проявляется тем сильнее, чем больше сумма цинка и магния. Но если ввести в сплав медь, то коррозионная стойкость резко улучшается. Высокопрочные сплавы Al-Zn-Mg-Cu особенно плохо ведут себя в коррозионном отношении в зонной стадии старения и удовлетворительно — при появлении метастабильных фаз. Поэтому их можно применять только после искусственного старения. Так, в конце концов была достигнута достаточно высокая коррозионная стойкость сплавов Al-Zn-Mg-Cu. Но полеты некоторых американских самолетов, построенных из этих сплавов, показали, что они весьма чувствительны к так называемым повторным нагрузкам. Я писал ранее о фюзеляжах, которые при каждом подъеме и спуске самолета совершают нечто вроде вдоха и выдоха. Однако крылья самолета, сопротивляясь “болтанке” при полетах в неспокойном воздухе, претерпевают воздействие гораздо большего числа повторных нагрузок, разных по величине и по частоте, разных на различных трассах. За жизнь самолета всех этих повторных нагрузок набирается немало. Есть люди, которые плохо переносят болтанку, есть материалы, похожие на этих людей; к ним принадлежат и высокопрочные сплавы Al-Zn-Mg-Cu. У нескольких американских истребителей типа “Скорпион” под воздействием повторных нагрузок в воздухе начали отваливаться крылья по стыковым гребенкам, выполненным из высокопрочного сплава. В одном из таких случаев, происходившем во время парада, в соседнем самолете оказался кинорепортер, заснявший на пленку последовательные моменты начала разрушения, отделения крыла и беспорядочного падения всего аппарата.
  В моей докторской диссертации “Изыскание высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu” (1958) были подробно изучены закономерности изменения структуры, механических, физических и коррозионных свойств, эффектов закалки и старения в четвертной системе Al-Zn-Mg-Cu и прилегающих к ней тройных системах Al-Zn-Mg (рис. 12).
  В четвертной системе фазами упрочнителями являются интерметаллические соединения М(MgZn₂), T(Al₂Zn₃Mg₃) и S(Al₂CuMg). Эти фазы обеспечивают в процессе старения высокую прочность сплавов Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu, однако при этом сплавы остаются хрупкими и коррозионно нестойкими и применять их в силовых конструкциях нельзя.
  Мною была установлена фундаментальная закономерность: при определенных соотношениях Zn, Си и Mg, фаза, содержащая медь, не образуется, медь целиком входит в пересыщенный твердый раствор и не участвует в образовании Cu-содержащих фаз; интегральная прочность сплава увеличивается не только за счет образования метастабильных частиц упрочняющих фаз, но и благодаря повышению прочности пластичного пересыщенного твердого раствора. Благоприятное воздействие пластичного пересыщенного медью твердого раствора приводит к тому, что в определенной концентрационной области четверной системы Al-Zn-Mg-Cu при увеличении содержания Mg одновременно растут прочность, пластичность, вязкость сплавов и их коррозионная стойкость (рис. 13, 14). Именно используя эти соотношения, удалось создать группу высокопрочных алюминиевых сплавов В95 и других, нашедших широкое применение в авиаракетной и атомной технике, в том числе знаменитый сплав В96ц — самый прочный в мире, из которого изготавливаются миллионы центрифуг для получения обогащенного урана 235, идущего на изготовление бомб и на атомные электростанции в качестве топлива. Несколько позднее был разработан сплав В96ц-3, из которого в годы “холодной войны” изготавливали в массовом порядке твердотопливные ракеты среднего радиуса действия. Корпус ракеты изготавливается за один проход пресса (рис. 15). Состав сплава В96ц-3 был опубликован в советском журнале “Металловедение и термическая обработка” (МиТОМ), выходящем на русском и английском языках. Американский сплав 7055 появился значительно позднее, его состав повторяет состав сплава В96ц-3, лишь содержание меди изменено, возможно из-за патентных соображений (таблица).
  В этих работах мне творчески помогали Е.И. Кутайцева, З.Г. Филиппова, И.И. Молостова, В.И. Исаев, О.Г. Сенаторова.

Химический состав и годы разработки высокопрочных сплавов Al-Zn-Mg-Cu, %