OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 4 2025 273 MATERIAL SCIENCE В таких сплавах формируется двухфазная структура, состоящая из алюминиевого твердого раствора и термостабильной фазы Al20Cu2Mn3 [3–5]. Наноразмерные частицы Al20Cu2Mn3 эффек тивно подавляют процессы рекристаллизации и возврата при температурах до 400 °C в течение длительного времени (не менее трех часов) [6–8]. Одним из путей повышения конструкционных и функциональных свойств сплавов АЛТЭК является модифицирование их литой структуры. Мелкозернистая структура обладает повышенной пластичностью и прочностью, а также менее склонна к хладноломкости. Крупнозернистая структура из-за неравномерности деформации ухудшает эксплуатационные и технологические свойства прокатанных листов, а также повышает процент брака [9]. Образование мелкозернистой структуры возможно за счет больших скоростей охлаждения, применения физических воздействий (например, ультразвука), введения модифицирующих добавок и оптимизации параметров термомеханической обработки. Однако кристаллизация при больших скоростях охлаждения, а также применение физических воздействий не всегда реализуемы в условиях производства. Поэтому на этапе литья слитка наиболее практичным вариантом измельчения зерна остается введение модифицирующих добавок [10]. Наиболее часто в качестве модифицирующих добавок используют переходные металлы (ПМ) [11–17]. Скандий, являясь самым эффективным модификатором, образует первичные частицы фазы Al3Sc, служащие центрами кристаллизации. Однако высокая стоимость скандия требует поиска компромиссных решений. Экспериментально установлено, что совместное введение Zr и Hf позволяет снизить концентрацию скандия и усилить модифицирующий эффект [11]. Для сплавов системы АЛТЭК вопрос комплексного легирования Zr, Sc, Hf является неизученным. В существующих работах рассмотрено влияние Zr [6, 18], Zr и Sc (с добавкой Cr) [7], влияние добавки гафния ранее не было изучено. В исследованиях [6, 19, 20] упоминается о влиянии на свойства сплавов АЛТЭК добавки циркония. Как правило, концентрация циркония варьируется в диапазоне 0,22…0,59 Zr (составы: 1.97Cu1.92Mn0.22Zr; 1.48Cu1.53Mn0.41Zr; 1.11Cu0.95Mn0.59Zr [6, 19]; 1.6Cu1.37Mn0.5Zr [18]). Однако в данных составах цирконий лишь незначительно повлиял на литую структуру по сравнению с базовыми составами, поскольку в литом состоянии он был полностью растворен в алюминиевом твердом растворе. В работе [21] исследовался сплав с добавкой скандия (1.74Cu1.57Mn0.25Zr0.11Sc). Литая структура данного сплава аналогична структуре тройных сплавов системы Al-Cu-Mn. В случае [7] Al-Cu-Mn (Sc, Cr) (1.6Cu1.8Mn0.4Zr0.15Cr) были найдены частицы Al7Cr. Зеренная структура представлена двумя зонами: зоной столбчатых кристаллов и равноосных, что может быть также связано с кристаллизацией в графитовой изложнице небольшого диаметра (40 мм). Следует отметить, что во всех исследуемых составах подбор редкоземельных металлов проводился с целью предотвращения образования первичных интерметаллидов, поэтому ПМ не оказали значительного влияния на литую структуру. Первичные интерметаллиды типа Al3Sc и Al3Zr, в свою очередь, играют двойную роль: с одной стороны, они являются модификаторами, измельчающими зеренную структуру, что в соответствии с законом Холла – Петча повышает прочностные свойства [22], но в то же время эти интерметаллиды служат концентраторами напряжений, что зачастую приводит к снижению пластичности содержащих их металлов. Поэтому на практике стараются подобрать концентрацию переходных элементов, которая, с одной стороны, обеспечивает измельчение литой структуры, а с другой – не вызывает образования большого количества первичных интерметаллидов. Однако подобные исследования для сплавов АЛТЭК не проводились. Таким образом, целью данной работы является определение оптимальных концентраций скандия, гафния и циркония, необходимых для эффективной модификации литой структуры сплавов при комплексном легировании сплавов АЛТЭК. Для этого необходимо решить следующие задачи: 1) провести сравнительный анализ зеренной структуры сплавов АЛТЭК; 2) идентифицировать образующиеся интерметаллидные фазы в исследуемых сплавах АЛТЭК методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1