УДК 669.1(091)

Сплав В95 (1950): разработка, организационные и технологические трудности освоения. Из истории металлургии легких сплавов России

Бондарев Андрей Борисович – кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент Академии медико-технических наук, историк металлургии, писатель, город Москва.

Аннотация. История разработки состава высокопрочных сплавов системы Алюминий-Цинк-Магний-Медь: В95(1950) и 7075. Освоение производства сплава В95 в промышленности.

Ключевые слова. Алюминиевый высокопрочный сплав В95(1950) и 7075. Система Al-Zn-Mg-Cu. Завод № 95. Город Верхняя Салда. Ливанов. Кутайцева. Фридляндер. Воронов. Добаткин

Работы по созданию алюминиевых сплавов, более прочных, чем существовавшие на тот момент известные дюралюмины, велись во всех странах, производящих эти сплавы. Наибольших успехов в этой области достигли Япония и СССР. В 1935-1938 годах в Японии фирмой Sumitomo Light Metal был разработан сплав системы Алюминий-Цинк-Магний-Медь [1-5], который уже в 1940 году был применен в конструкции самолета – истребителя Mitsubishi A6M Zero [6,7]. Состав нового сверхпрочного сплава держался японцами в строгом секрете. Но 1942 году один из сбитых американцами истребителей A6M Zero был подробно исследован.

Рисунок 1. Японский истребитель Mitsubishi A6M Zero [6,7].

Американцами был определен состав алюминиевого сплава, из которого были сделаны силовые элементы и обшивка фезюляжа и крыльев этого самолета. А в 1943 году в каталоге фирмы Alcoa появился новый высокопрочный сплав марки 7075, из японского ставший американским. 

В СССР исследование алюминиевых сплавов системы Алюминий-Цинк-Магний-Медь по словам Владимира Борисовича Зайковского, сына Екатерины Ивановны Кутайцевой, начались под руководством Владимира Александровича Ливанова также в 1935 году. Эти данные согласуются с тем, что я услышал в рассказах самого В.А. Ливанова в мою бытность его аспирантом в 1982-1985 годах, любившего вспоминать свои молодые годы и достижения молодой советской науки тех лет.

Рисунок 2. Слева направо: Владимир Александрович Ливанов, Екатерина Ивановна Кутайцева (фото из архивов А.Б. Бондарева, В.Б. Зайковского), Иосиф Наумович Фридляндер [8].

В открытой печати публикаций о сплавах системы Алюминий-Цинк-Магний-Медь 1936-1945 годов найти не удалось не удалось. 1930-1940 годы были годами непрерывных войн в разных частях нашей планеты. Все страны старались не раскрывать свои новые разработки и исследования, приведшие к созданию новых уникальных сплавов.  В 2024 году, практически через 85 лет, эти работы давно уже не являются оригинальными или требующими специальной защиты, поэтому вызывает глубокое сожаление тот факт, что ВИАМ не спешит опубликовать данные о выдающихся достижениях материаловедов института в области исследований алюминиевых сплавов тех лет.

В ВИАМе исследованиями по разработке высокопрочного сплава системы Алюминий-Цинк-Магний-Медь руководил начальник профильной лаборатории Владимир Александрович Ливанов. Работы по созданию самого высокопрочного сплава того времени были начаты, с его слов, в 1935 году. К 1941 году работы были завершены, но опробование сплава и его внедрение в производство было на несколько лет задержано войной. Специалисты ВИАМа были эвакуированы из Москвы в города Куйбышев (в 2024 году – город Самара), Горький (в 2024 году – город Нижний Новгород) и другие, где находились заводы, производящие материалы для авиации. В 1942 году В.А. Ливанов был переведен на завод №150 (будущий Ступинский металлургический комбинат - СМК), где с 1942 года по 1978 год работал главным металлургом и главным инженером.

Сравнительный анализ химических составов сплавов свидетельствует о том, что советские и японские исследователи не заимствовали идеи легирования друг у друга. Этот вывод подтверждают неодинаковое, хотя и близкое, соотношение основных легирующих элементов: цинка, магния, меди, - и дополнительных упрочняющих элементов марганца (СССР) и хрома (Япония).

В 1943 году эвакуированные специалисты вернулись в Москву. В первой половине 1944 года появилась возможность начать работы по внедрению разработанного сплава в производство.

Таблица 1. Химические составы высокопрочных сплавов системы Алюминий-Цинк-Магний-Медь: В95 и 7075.

Марка сплава	Содержание основных легирующих элементов в сплавах, % весовые (массовые)					Технический стандарт
	Цинк	Магний	Медь	Марганец	Хром
В95	5.0-7.0	1.8-2.8	1.4- 2.0	0.2-0.6	-	ГОСТ 4784-97
7075	5.6-6.1	2.1-2.9	1.2-2.0	Меньше 0.3	0.18-0.28	ASTM-7075-B211

Первая попытка освоения сплава была сделана виамовцами на заводе №150 в Московской области (будущем Ступинском металлургическом комбинате). Однако, здесь они получили на свое предложение решительный отказ под надуманным предлогом, инициированный главным металлургом завода В.А. Ливановым, активное участие которого в разработке сплава перед войной московские специалисты не учли и не включили его в число авторов состава сплава. Вплоть до 1952 года, пока директор завода №150 А.Ф. Белов, поддерживавший В.А. Ливанова, не перешел на работу в Министерство авиационной промышленности, на заводе не принимали сплав В95 к освоению.

В дальнейшем и вне пределов Ступинского металлургического комбината отношения между В.А. Ливановым и И.Н. Фридляндером нельзя было назвать добросердечными, что часто сказывалось на защитах кандидатских и докторских диссертаций, если кто-то из них был либо руководителем или оппонентом на одной защите. В этом случае аспиранта или докторанта, не знавшего об истории, произошедший в первой половине 1940-х годов со сплавом В95, ждала очень сложная защита на грани риска не защитить диссертацию.

Рисунок 3.  В.А. Ливанов (крайний слева), А.Ф. Белов (в центре) и Н.Д. Бобовников (крайний справа) на первомайской демонстрации 1952 года (фото из архива Т.М. Швецовой).

Путь к жизни в изделиях каждого нового сплава никогда не бывает простом и быстрым. Уточнение состава будущего сплава В95 в промышленных условиях требовало серьезных исследовательских работ в промышленных условиях. Сам по себе сплав, содержащий помимо известных стандартных легирующих элементов: магния и меди, - содержал дополнительно цинк.  Промышленного опыта отливки слитков и производства полуфабрикатов (листов, прутков, профилей, поковок и штамповок) из такого типа сплавов в СССР не было.

О трудном начале работ с новым сплавом вспоминает академик И.Н. Фридляндер (орфография, знаки препинания приведены без изменения) [9]: «… в результате изучения всех закономерностей структуры и свойств системы Аl-Zn-Мg-Си определился состав высокопрочного алюминиевого сплава и можно было приступить к его промышленному освоению.

Ближе всего к Москве был крупный металлургический завод в Ступино. Летом 1944 года я приехал в Ступино, сначала съездил на Оку и хорошо там искупался, чтобы прибавить себе бодрости, и отправился к Белову (А.Ф. Белов был в то время директором металлургического завода №150 в Ступино). Он вызвал главного инженера Н.Д. Бобовникова и главного металлурга В.А. Ливанова. Я сообщил результаты наших исследований и сказал, что мы бы хотели изготовить на заводе листы и провести их опробование на опытных самолетах. Но договориться с заводом не удалось - полный отказ. Главным противником высокопрочных сплавов выступил Владимир Александрович Ливанов. Он занял такую позицию: для самолетов используются тонкие листы толщиной 1,0-1,5 мм, утоньшить их еще больше, применив высокопрочный сплав, нельзя, ибо они будут складываться в гармошку из-за недостаточной жесткости. А для того чтобы повысить жесткость металла, надо увеличить его модуль упругости, а не прочность.

Все эти соображения Владимир Александрович изложил ярко, с присущим ему темпераментом, с образными сравнениями и внешне очень убедительно. Его полностью поддержал Белов. «Видите, высокопрочные сплавы действительно не нужны, а мы сделаем плавку, загрязним печь цинком, который в другие сплавы не допускается, сколько ненужных плавок придется сделать, чтобы печь отмыть» - сказал он мне. Н.Д. Бобовников помалкивал. Он был мягким человеком, склонным к компромиссам, у меня с ним были хорошие отношения. Но противоречить Белову он никак не мог, такая мысль вообще не могла прийти к нему в голову. Позиция Белова и Ливанова была мне вполне понятна. Ступинский завод держал прочные и незыблимые позиции в сплавах типа дюралюмин. А тут вдруг ВИАМ вылезает с новым сплавом, разработанным без участия Ступино и грозящим подорвать ступинскую монополию. Конечно. Белов и Ливанов против. Ну нет, так нет, как писал мой тезка поэт Иосиф Уткин: «Нет, так нет, что же прикажете плакать…». Есть заводы и помимо Ступино. Я поехал на Урал в Верхнюю Салду, на завод №95, где главным металлургом был Владимир Иванович Добаткин, а директором к тому времени был Журавлев, приятный человек без наполеоновских претензий. Мы быстро договорились, что завод берется за освоение, в заводских условиях, нового высокопрочного алюминиевого сплава с цинком. Этому сплаву сразу же присвоили марку 95 (ВИАМ-завод №95).

Итак, надо было отливать слитки из новорожденного сплава. Решили начать с круглых слитков, которые льются проще, чем плоские. Однако и круглые слитки оказались трудным орешком. Тут пригодился огромный опыт В.И. Добаткина и его серьезные теоретические обобщения в области непрерывного литья круглых слитков. Он, в частности, установил большое влияние примесей железа и кремния и соотношения между содержанием этих элементов на горячеломкость слитков, и соответствующие требования были внесены в технические условия по примесям железа и кремния в сплаве В95. В конце концов, отливка круглых слитков из сплава В95 была хорошо освоена, и можно было приступить к серийным поставкам прессованных полуфабрикатов из сплава В95».

Рисунок 4 Савватий Михайлович Воронов, Владимир Иванович Добаткин,

Сергей Михайлович Лещенко, Федор Васильевич Журавлев (слева направо) (фото из архивов А.Б. Бондарева, Т.М. Швецовой).

В добавление к написанному должен отметить, что в 1944-1946 годах директором завода №95 был выдающий организатор в области авиационной промышленности Сергей Михайлович Лещенко [10]. Именно он принимал И.Н. Фридляндера, а не Владимир Федорович Журавлев (как написано И.Н. Фридляндером в своих воспоминаниях). При В.Ф. Журавлеве, бывшем директором завода с 1946 по 1950 год [11], были завершены, начатые при С.М. Лещенко работы по освоению сплава В95. Почему-то не вспомнил И.Н. Фридляндер и выдающегося ученого-металлурга Савватия Михайловича Воронова, под руководством которого на заводе №95 работал до 1946 года [12] Владимир Иванович Добаткин. С.М. Воронов вел вместе с С.М. Лещенко первые переговоры по будущему сплаву В95, а потом продолжал работы по этому сплаву уже, будучи профессором и заведующим кафедры в Московском авиационном технологическом институте (МАТИ) (в 2020 году - Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) (МАИ).

За разработку и внедрение нового высокопрочного сплава (В95) Сталинской (Государственной ) премией 3 степени были удостоены Фридляндер, Иосиф Наумович, руководитель работы, начальник лаборатории, Кутайцева, Екатерина Ивановна, Павлов, Сергей Ефимович, инженеры ВИАМ; Воловик, Борис Ефимович, профессор МВТУ имени Н. Э. Баумана Воронов, Савватий Михайлович, профессор МАТИ Добаткин, Владимир Иванович, главный металлург завода (№95) [13].

Список литературы

1. 連合艦隊. 零戦の呼び方. URL: http://www10.plala.or.jp/elf_/ijn/3-2.html (дата обращения 01.03.2024).
2. 零式艦上戦闘機//ウィキペディアは無料の百科事典です URL: https://ja.wikipedia.org/wiki/ 零式艦上戦闘 (дата обращения 02.03.2024).
3. What are 7075, 2024 and 6061 Aluminum Alloys?//HAOMEI ALUMINUM. URL: https://www.aluminiumstrip-hm.com/what-are-7075-2024-and-6061-aluminum-alloys/ (дата обращения 02.03.2024).
4. 7075 aluminium flloy// Wikipedia is a free encyclopedia. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/7075_aluminium_alloy/ (дата обращения 03.03.2024).
5. Alloy Development for Transportation in Sumitomo Light Metal. Hideo Yoshida. URL: https://www.researchgate.net/publication/321006364_Alloy_Development_for_Transportation_in_Sumitomo_Light_Metal (дата обращения 03.03.2024).
6. Mitsubishi A6M Zero. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Mitsubishi_A6M_Zero/ (дата обращения 03.03.2024).
7. A6M Zero. Лучший палубный истребитель Императорского флота Японии//FISHKINET. URL: https://fishki.net/4439347-a6m-zero-luchshij-palubnyj-istrebitely-imperatorskogo-flota.html (дата обращения 03.03.2024).
8. Фридляндер Иосиф Наумович//Словари. URL: https://slovaronline.com/browse/540ac912-769a-3b29-9cf1-ec2bed685edc/фридляндер-иосиф-наумович (дата обращения 08.03.2024).
9. И.Н. Фридляндер (академик) Воспоминания р создании авиакосмической и атомной техники из алюминиевых сплавов. М., Наука, 2006, 287 с.
10. Ф.И. Квасов Сергей Михайлович Лещенко - в кн. Творцы металлургии легких сплавов. - М.: Металлургия. 1994, с.152-161.
11. М.З. Ерманок Федор Васильевич Журавлев - В кн. Творцы металлургии легких сплавов. - М.: Металлургия. 1994, с.236-240.
12. Савватий Михайлович Воронов. Биография // Свердловская область. URL: http://semantic.uraic.ru/post/postbrowse.aspx?postid=1871&f=p&q=false&q2=false&index=true&plus=true&project=1 (дата обращения 07.03.2024).
13. Сталинская премия за выдающиеся изобретения и коренные усовершенствования методов производственной работы (1949)//Википедия - свободная энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сталинская_премия_за_выдающиеся_изобретения_и_коренные_усовершенствования_методов_производственной_работы_(1949) (дата обращения 07.03.2024).