ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Алюминиевые сплавы являются очень востребованным материалом в аэрокосмической отрасли. С точки зрения сочетания различных эксплуатационных характеристик одними из самых перспективных являются высокомагниевые алюминиевые сплавы с добавками переходных металлов, таких как Zr и Sc. Одним из самых распространенных сплавов этой группы является сплав 1570. Недавние исследования показали положительное влияние добавок 0,5 % гафния на литую структуру. Цель работы: изучение влияния 0,5 % гафния на структуру и свойства алюминиевого сплава 1570 в процессе термомеханической обработки. В работе исследовано влияние гомогенизации холодной прокатки и рекристаллизационного отжига на механические свойства и микроструктуры образца из сплава 1570 и его аналога с добавкой 0,5 масс.% гафния. Методика исследований: для изучения был отлиты слитки из сплава 1570 с добавками 0,5 масс.% гафния и без него. Полученные слитки были гомогенизированы при температуре 440 °С в течение 4 часов, после чего направлялись сначала на горячую, а затем на холодную прокатку. Холоднокатаные образцы отжигались при температурах от 340 °С до 530 °С с временем выдержки 3 часа. Полученные образцы исследовались методами просвечивающей и световой микроскопии в гомогенизированном, холоднокатаном и отожженном состояниях. Кроме того, гомогенизированные и холоднокатаные образцы испытывались на одноосное растяжение для определения механических свойств исследуемых сплавов. Результаты и обсуждение. В результате исследования выявлено, что в сплаве, содержащем гафний, после гомогенизационного отжига наблюдается небольшое уменьшение среднего размера частиц и увеличение их общей доли в сравнении со сплавом 1570. В целом добавка 0,5 % гафния не сильно влияет на механические свойства. По сравнению с литым состоянием у обоих сплавов растет количество наночастиц, а также предел текучести. При нагреве в обоих сплавах происходит рост пластических и падение прочностных характеристик. Исследования влияния отжига на зеренную структуру исследованных сплавов показали, что гафний повышает склонность сплава 1570 к рекристаллизации, однако для выяснения причин этого явления требуются дополнительные исследования.

1. Kaibyshev R., Avtokratova E., Sitdikov O. Mechanical properties of an Al-Mg-Sc alloy subjected to intense plastic straining // Materials Science Forum. – 2010. – Vol. 638–642. – P. 1952–1958. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.638-642.1952.

2. The phase composition and mechanical properties of the novel precipitation-strengthening Al-Cu-Er-Mn-Zr alloy / S. Amer, O. Yakovtseva, I. Loginova, S. Medvedeva, A. Prosviryakov, A. Bazlov, A. Pozdniakov // Applied Sciences (Switzerland). – 2020. – Vol. 10 (15). – DOI: 10.3390/app10155345.

3. Модифицирование литейных алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Si обработкой жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами / В.Б. Деев, Э.Х. Ри, Е.С. Прусов, М.А. Ермаков, А.В. Гончаров // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. – 2021. – Т. 27, № 4. – С. 32–41. – DOI: 10.17073/0021-3438-2021-4-32-41.

4. Филатов Ю.А. Исследование влияния добавок Fe + Ni, Co и Hf на сопротивление ползучести алюминиевого сплава 01570 // Технология легких сплавов. – 2022. – № 3. – С. 4–7. – DOI: 10.24412/0321-4664-2022-3-4-7.

5. Effect of Sc and Zr additions on the microstructure and age hardening of an AlMg3MnCr alloy: structure and age hardening of AlMgMnCrScZr / B. Smola, I. Stulíková, V. Ocenášek, J. Pelcová // Materials Characterization. – 2003. – Vol. 51 (1). – P. 11–20. – DOI: 10.1016/j.matchar.2003.09.002.

6. Колобнев Н.И., Бер Л.Б., Цукров С.Л. Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов. – М.: НП «АПРАЛ», 2020. – 552 с. – ISBN 978-5-9906007-8-2.

7. Impact of Zener-Hollomon parameter on substructure and texture evolution during thermomechanical treatment of iron-containing wrought aluminium alloys / E. Aryshenskii, J. Hirsch, V. Bazhin, R. Kawalla, U. Prahl // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2019. – Vol. 29 (5). – P. 893–906. – DOI: 10.1016/S1003-6326(19)64999-X.

8. Study of the thermal stability of structure and mechanical properties of submicrocrystalline aluminum alloys Al-2.5Mg-Sc-Zr / A.V. Nokhrin, I. Shadrina, V. Chuvil’deev, V. Kopylov, A.A. Bobrov, M. Gryaznov, A. Sysoev, N. Kozlova, M. Chegurov, N. Berendeev, A. Zheleznov, A. Piskunov, D. Pushkova, A.A. Murashov, D. Revva // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1347. – P. 012058. – DOI: 10.1088/1742-6596/1347/1/012058.

9. Филатов Ю.А. Дальнейшее развитие деформируемых алюминиевых сплавов на основе системы Al–Mg–Sc // Технология легких сплавов. – 2021. – № 2. – С. 12–22. – DOI: 10.24412/0321-4664-2021-2-12-22.

10. Fuller C.B., Murray J.L., Seidman D.N. Temporal evolution of the nanostructure of Al(Sc,Zr) alloys: Part I – Chemical compositions of Al₃(Sc_1−xZr_x) precipitates // Acta Materialia. – 2005. – Vol. 53 (20). – P. 5401–5413. – DOI: 10.1016/j.actamat.2005.08.016.

11. Song M., He Y.H. Investigation of primary Al₃(Sc,Zr) particles in Al-Sc-Zr alloys // Materials Science and Technology. – 2011. – Vol. 27 (1). – P. 431–433. – DOI: 10.1179/174328409X443236.

12. Parker B.A., Zhou Z.F., Nolle P. The effect of small additions of scandium on the properties of aluminium alloys // Journal of Materials Science. – 1995. – Vol. 30. – P. 452–458. – DOI: 10.1007/bf00354411.

13. Röyset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys // International Materials Reviews. – 2005. – Vol. 50 (1). – P. 19–44. – DOI: 10.1179/174328005X14311.

14. Alloying aluminum alloys with scandium and zirconium additives / V.G. Davydov, V.I. Elagin, V.V. Zakharov, D. Rostoval // Metal Science and Heat Treatment. – 1996. – Vol. 38 (8). – P. 347–352. – DOI: 10.1007/BF01395323.

15. Seidman D.N., Marquis E.A., Dunand D.C. Precipitation strengthening at ambient and elevated temperatures of heat-treatable Al(Sc) alloys // Acta Materialia. – 2002. – Vol. 50 (16). – P. 4021–4035. – DOI: 10.1016/s1359-6454(02)00201-X.

16. Nucleation and growth of Al₃Sc precipitates during isothermal aging of Al-0.55 wt% Sc alloy / K. Yan, Zh. Chen, W. Lu, Ya. Zhao, W. Le, S. Naseem // Materials Characterization. – 2021. – Vol. 179. – P. 111331. – DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111331.

17. Precipitation evolution in Al–0.1Sc, Al–0.1Zr and Al–0.1Sc–0.1Zr (at.%) alloys during isochronal aging / K.E. Knipling, R.A. Karnesky, C.P. Lee, D.C. Dunand, D.N. Seidman // Acta Materialia. – 2010. – Vol. 58. – P. 5184–5195. – DOI: 10.1016/J.ACTAMAT.2010.05.054.

18. Experimental and modelling assessment of ductility in a precipitation hardening AlMgScZr alloy / H. Chen, Z. Chen, G. Ji, S. Zhong, H. Wang, A. Borbély, Y. Bréchet // International Journal of Plasticity. – 2021. – Vol. 139. – DOI: 10.1016/j.ijplas.2021.102971.

19. Brown L.M., Stobbs W.M. The work-hardening of copper-silica // Philosophical Magazine. – 1971. – Vol. 23 (185). – P. 1201–1233. – DOI: 10.1080/14786437108217406.

20. Обоснование технологии изготовления плоского проката из алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Sc для аэрокосмической промышленности / В.В. Яшин, В.Ю. Арышенский, И.А. Латушкин, М.С. Тептерев // Цветные металлы. – 2018. – № 7. – С. 75–82. – DOI: 10.17580/tsm.2018.07.12.

21. Zakharov V.V. Combined alloying of aluminum alloys with scandium and zirconium // Metal Science and Heat Treatment. – 2014. – Vol. 56 (5–6). – P. 281–286. – DOI: 10.1007/s11041-014-9746-5.

22. The formation of Al₃(Sc_xZr_yHf_1−x−y)-dispersoids in aluminium alloys / H. Hallem, W. Lefebvre, B. Forbord, F. Danoix, K. Marthinsen // Materials Science and Engineering: A. – 2006. – Vol. 421 (1–2). – P. 154–160. – DOI: 10.1016/j.msea.2005.11.063.

23. Optimization of hardening of Al–Zr–Sc cast alloys / N.A. Belov, A.N. Alabin, D.G. Eskin, V.V. Istomin-Kastrovskii // Journal of Materials Science. – 2006. – Vol. 41. – P. 5890–5899. – DOI: 10.1007/s10853-006-0265-7.

24. Experimental study and thermodynamic modeling of the Al–Sc–Zr system / H. Bo, L.B. Liu, J.L. Hu, Z.P. Jin // Computational Materials Science. – 2017. – Vol. 133. – P. 82–92. – DOI: 10.1016/j.commatsci.2017.02.029.

25. Сплав 1570С – материал для герметичных конструкций перспективных многоразовых изделий РКК «Энергия» / А.В. Бронз, В.И. Ефремов, А.Д. Плотников, А.Г. Чернявский // Космическая техника и технологии. – 2014. – № 4 (7). – С. 62–67.

26. Автократова Е.В. Перспективный Al-Mg-Sc сплав для самолетостроения // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2007. – Т. 9, № 1. – С. 182–183.

27. Investigation of the phase relations in the Al-rich alloys of the Al–Sc–Hf system in solid state / L.L. Rokhlin, N.R. Bochvar, J. Boselli, T.V. Dobatkina // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. – 2010. – Vol. 31. – P. 327–332. – DOI: 10.1007/s11669-010-9710-z.

28. Thermal stability of a supersaturated solution of hafnium in aluminium / D.O. Boerma, P.J.M. Smulders, K.G. Prasad, M.M. Cruz, R.M.C. Silva, F. Pleiter // Journal of the Less-Common Metals. – 1988. – Vol. 145 (1–2). – P. 481–496.

29. Исследование распада пересыщенного твердого раствора в высокомагниевых алюминиевых сплавах со скандием, легированных гафнием / А.М. Дриц, Е.В. Арышенский, Е.А. Кудрявцев, И.А. Зорин, С.В. Коновалов // Frontier Materials & Technologies. – 2022. – № 4. – С. 38–48. – DOI: 10.18323/2782-4039-2022-4-38-48.

30. Zakharov V.V. Stability of the solid solution of scandium in aluminum // Metal Science and Heat Treatment. – 1997. – Vol. 39 (2). – P. 61–66. – DOI: 10.1007/BF02467664.

31. Iwamura S., Miura Y. Loss in coherency and coarsening behavior of Al₃Sc precipitates // Acta Materialia. – 2004. – Vol. 52 (3). – P. 591–600. – DOI: 10.1016/j.actamat.2003.09.042.

32. Влияние гафния на литую микроструктуру в сплаве 1570 / И.А. Зорин, Е.В. Арышенский, А.М. Дриц, С.В. Коновалов, В.С. Комаров // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. – 2023. – Т. 29, № 1. – С. 56–65. – DOI: 10.17073/0021-3438-2023-1-56-65.

33. Влияние переходных металлов на микроструктурную композицию алюминиевых сплавов в литом состоянии / И.А. Зорин, А.М. Дриц, Е.В. Арышенский, С.В. Коновалов, Ф.В. Гречников, В.С. Комаров // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2022. – Т. 19, № 4. – С. 520–531. – DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2022.04.011.

34. Blake N., Hopkins M.A. Constitution and age hardening of Al-Sc alloys // Journal of Materials Science. – 1985. – Vol. 20. – P. 2861–2867. – DOI: 10.1007/BF00553049.

35. Norman A.F., Prangnell P.B., McEwen R.S. The solidification behaviour of dilute aluminium–scandium alloys // Acta Materialia. – 1998. – Vol. 46 (16). – P. 5715–5732. – DOI: 10.1016/S1359-6454(98)00257-2.

36. Influence of the small Sc and Zr additions on the as-cast microstructure of Al–Mg–Si alloys with excess silicon / E. Aryshenskii, M. Lapshov, J. Hirsch, S. Konovalov, V. Bazhenov, A. Drits, D. Zaitsev // Metals. – 2021. – Vol. 11. – P. 1797. – DOI: 10.3390/met11111797.

37. Ocenasek V., Slamova M. Resistance to recrystallization due to Sc and Zr addition to Al-Mg alloys // Materials Characterization. – 2001. – Vol. 47. – P. 157–162. – DOI: 10.1016/S1044-5803(01)00165-6.

38. Effect of modes of heterogenizing annealing before cold rolling on the structure and properties of sheets from alloy 1565ch / M. Kishchik, A. Mikhaylovskaya, A. Kotov, A. Drits, V. Portnoy // Metal Science and Heat Treatment. – 2019. – Vol. 61. – P. 228–233. – DOI: 10.1007/s11041-019-00405-2.