Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект впервые направлен на решение комплексной научной проблемы, связанной с достижением максимальных циклических, динамических и статических механических характеристик неразъемных лазерных сварных соединений нового класса материалов – Al-Li сплавов за счет управления структурой и фазовым составом сварного шва в результате оптимизации процесса лазерного воздействия, последующей термообработки и впервые применяемого контроля эволюции структурно-фазового состава сварного шва Al-Li сплавов, в том числе и in situ, План и все заявленные научные результаты за первый отчетный период выполнен и получены в полном объеме. Результаты доложены на трех конференциях. Результаты исследование опубликована в двух статьях EDN: ZAGUGJ и DOI: 10.1134/S1062873824708857 В данном периоде для исследований использовался промышленный высоко ресурсный алюминий-литиевые сплав 1441. Данным сплав являются термически упрочняемыми алюминиево-литиевые сплавами, разработанным в ФГУП ВИАМ Россия и защищены патентами РФ. Лазерная сварка алюминиево-литиевых сплавов с использованием автоматизированного сварочного комплекса оснащенного волоконным иттербиевым лазером производства IPG Photonics с непрерывным излучением с длиной волны 1,07 мкм и мощность излучения 3 кВт. Проведена оптимизация параметров процесса лазерной сварки с использованием волоконного лазера по энергетическим параметрам: скорости сварки, мощности излучения, места расположения фокусного пятна, с целью получения лазерных сварных соединений термически упрочняемых алюминиевых сплавов без внешних дефектов для исследуемого термически упрочняемого алюминиевого сплава. Показано, что на структуру кристаллизации при лазерной сварке существенно влияет термический режим сварки и изменение температуры от времени. Формирование дендритной структуры зависит от отношения G/R. Скорости охлаждения dT/dt=GR. Показано, что с ростом параметров GR, G/R, скорости сварки распределение смещается в область мелких зерен размером. Установлено, что при низких скоростях лазерной сварки наблюдаются трещины при высоких скоростях сварки наблюдаются подрезы, что плохо может сказаться на механических свойствах сварного шва. После сварки проведена пост термообработки (ТО). Режима ТО Закалка последующее одноступенчатое искусственное старение Проведено исследование фазового состава лазерных сварных соединений алюминиево-литиевого сплава системы Al-Cu- Mg-Li до и после термообработки с использованием синхротронного излучения. Рентгенофазовый анализ сварных соединений с помощью синхротронного излучения осуществлялся в режиме ex situ. Данные исследования выполнены на пучке синхротронного излучения (СИ) накопителя ВЭПП-3 в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения Института ядерной физики им. Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия. (Объект инфраструктуры). Получены дифрактограммы и установлен фазовый состав сплава 1441 и зоны плавления лазерного сварного шва без ТО и после ТО полученного с помощью волоконного лазера. Определено сопротивление усталости на основе циклических испытаний лазерных сварных соединений алюминиево-литиевого сплава системы Al-Cu- Mg-Li после термообработки. Показано, что после циклических испытаний образцов со сварным соединение после ТО, средние значения долговечностей на исследуемых уровнях напряжения не меньше по сравнению сданными полученными на образцах сплава без сварного шва. Это открывает перспективу применения лазерной сварки сплава 1441 с использованием волоконного лазера в авиастроении. Проведены структурные исследования сплава и сварного соединения с применением высокоразрешающей электронной микроскопии. В результате с применением высокоразрешающей электронной микроскопии изучена структура лазерных сварных соединений и сплавов. Эти результаты согласуются с данными полученные с помощью синхротронного излучения и дополняют их. Проведены статические механические испытания лазерных сварных соединений при обычных, повышенных и пониженных температурах для определения прочностных и деформационных свойств. Установлено, что ТО для лазерных сварных соединений сплава 1441 позволяет получать высокие значения мех. характеристики при статических испытаниях при различной температуре испытаний. Проведены динамические испытания сварных соединений и сплав на ударный изгиб по Шарпи. Установлены, что ТО для лазерных сварных соединений сплава 1441 позволяет получать высокие значения ударной вязкости. Исследованы структуры поверхностей разрушения лазерных сварных соединений системы Al-Cu-Mg-Li, происходившего при различных условиях нагружения. Полученные результаты по механическим свойствам открывают перспективу создания конструкций из данного сплава в авиастроении.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проект впервые направлен на решение комплексной научной проблемы, связанной с достижением максимальных циклических, динамических и статических механических характеристик неразъемных лазерных сварных соединений нового класса материалов – Al-Li сплавов – за счет управления структурой и фазовым составом сварного шва. Это достигается путем оптимизации процесса лазерного воздействия, последующей термообработки и впервые применяемого контроля эволюции структурно-фазового состава сварного шва, в том числе in situ. План и все заявленные научные результаты за третий отчетный период выполнены и получены в полном объеме. Результаты доложены на трех конференциях. Результаты исследований опубликованы в четырех статьях, две из которых относятся к квартилю Q1. В данном периоде для исследований использовались алюминий-литиевые сплавы: 1424 системы Al-Mg-Li, 1441 системы Al-Cu-Mg-Li, В-1469 системы Al-Cu-Li. Данные сплавы являются термически упрочняемыми алюминиево-литиевыми сплавами, разработанными в ФГУП «ВИАМ» (Россия) и защищенными патентами РФ. Основные исследования были сосредоточены на сплаве 1424 системы Al-Mg-Li. Часть исследований для других сплавов была выполнена на предыдущих этапах проекта. В ходе выполнения этапа проекта были определены энергетические условия (скорость сварки, мощность излучения, положение фокусного пятна), необходимые для получения лазерных сварных соединений без внешних дефектов для исследуемого термически упрочняемого алюминиево-литиевого сплава 1424, с целью дальнейших исследований его структурно-фазового состава и механических свойств. Лазерная сварка осуществлялась с использованием автоматизированного сварочного комплекса, оснащенного волоконным иттербиевым лазером с длиной волны 1,07 мкм и максимальной мощностью излучения 3 кВт. Исследовано влияние градиента температуры и скорости кристаллизации на изменение микроструктуры зоны плавления сварного шва. Установлено, что повышение скорости сварки сопровождается ростом скорости охлаждения, в результате чего размер зерен в структуре сварного шва уменьшается. Проведена термообработка (ТО) в виде закалки и последующего искусственного старения лазерных сварных соединений сплава 1424. Проведена оптимизация процесса лазерной сварки для создания Т-образных сварных соединений алюминиево-литиевого сплава 1441 системы Al-Cu-Mg-Li. Исследована структура сварного шва. Показана важность угла наклона лазерного излучения при создании Т-образных лазерных сварных соединений. Проведено исследование фазового состава сплава 1424 и его лазерных сварных соединений. Рентгенофазовый анализ сварных соединений с помощью синхротронного излучения осуществлялся в режиме ex situ. Данные исследования выполнены в Центре коллективного пользования (ЦКП) «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения (СЦСТИ)» на базе Уникальной научной установки (УНУ) «Комплекс ВЭПП-4–ВЭПП-2000» в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск, Россия (объект инфраструктуры). Фазовый состав исходного сплава до ТО характеризовался типичным для сплава марки 1424 набором фаз. В сплаве обнаружены характерные для системы 1424 фазы: упрочняющая δ'(Al₃Li), стабильная кубическая форма S(Al₂MgLi) и метастабильная моноклинная форма S'(Al₂MgLi), а также фаза β'(Al₃Zr), образовавшаяся вследствие легирования сплава цирконием. Фазовый состав сварного шва и ЗТВ в исходном (сварном) состоянии неоптимален: присутствуют фазы S(Al₂MgLi) и S'(Al₂MgLi), влияющие на пластичность материала, при этом отсутствует упрочняющая фаза δ'(Al₃Li). Это указывает на необходимость проведения ТО. Примененный режим закалки обеспечил полное растворение фазы δ'(Al₃Li) и обеих модификаций фазы Al₂MgLi. Это подтверждает формирование пересыщенного твёрдого раствора и свидетельствует о пригодности выбранного режима как для основного металла, так и для зоны сварного соединения. Последующее старение привело к выделению фазы δ'(Al₃Li). Проведены структурные исследования сплава 1424 и сварного соединения с применением высокоразрешающей электронной микроскопии (ВРЭМ). В исходном сплаве было обнаружено формирование когерентных матрице включений фаз δ'(Al₃Li) и/или β'(Al₃Zr). Исследования микроструктуры сварного шва методом ВРЭМ выявили только когерентные мелкие преципитаты, равномерно распределенные по матрице; эти включения соответствуют β'(Al₃Zr)-фазе. После ТО в сплаве также фиксируются включения δ'(Al₃Li)/β'(Al₃Zr)-фазы, равномерно распределенные в матрице, их размеры составляют от 3 до 10 нм. В сварном шве обнаружены преципитаты δ'(Al₃Li)-фазы, равномерно распределенные в матрице сплава и имеющие размеры от 3 до 10 нм. Эти результаты согласуются с данными, полученными с помощью синхротронного излучения, и дополняют их. Проведены статические механические испытания лазерных сварных соединений сплава 1424 для определения прочностных и деформационных свойств. Установлено, что ТО лазерных сварных соединений сплава 1424 позволяет получать высокие значения механических характеристик при статических испытаниях. Проведены динамические испытания сварных соединений и сплава на ударный изгиб по Шарпи. Установлено, что ТО лазерных сварных соединений сплава 1424 позволяет получать высокие значения ударной вязкости. Исследованы структуры поверхностей разрушения лазерных сварных соединений сплава 1424 системы Al-Mg-Li, происходившего при различных условиях нагружения. Проведены уникальные высокотемпературные исследования структурно-фазовых превращений в алюминиево-литиевых сплавах с помощью синхротронного излучения в режиме in situ на примере сплава В-1469 и его сварного шва. Впервые было изучено поведение фаз T1 и Ω при нагреве и охлаждении. Определены температуры распада и формирования этих фаз. Проведена оценка влияния термической обработки на сопротивление усталости лазерных сварных соединений сплава 1424. Исследования показывают, что как сплав 1424, так и его сварные соединения до и после ТО при малых напряжениях нагрузки демонстрируют более высокие кривые усталостной долговечности по сравнению с классическими алюминиевыми сплавами. Это открывает перспективу внедрения данного сплава и его лазерных сварных соединений в авиастроение.