Изучение эволюции микроструктуры и механических свойств в алюминиевом сплаве 1570 с добавкой 0,5 % гафния

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

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.

Об авторах

И. А. Зорин

Email: zorin.ia@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0001-9349-2494
1. Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, ул. Московское шоссе, 34, г. Самара, 443086, Россия; 2. Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, г. Новокузнецк, 654007, Россия, zorin.ia@ssau.ru

Е. В. Арышенский

Email: arishenskiy_ev@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3875-7749
доктор техн. наук, доцент, 1. Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, ул. Московское шоссе, 34, г. Самара, 443086, Россия; 2. Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, г. Новокузнецк, 654007, Россия, arishenskiy_ev@sibsiu.ru

А. М. Дриц

Email: alexander.drits@samara-metallurg.ru
ORCID iD: 0000-0002-9468-8736
канд. техн. наук, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, ул. Московское шоссе, 34, г. Самара, 443086, Россия, alexander.drits@samara-metallurg.ru

С. В. Коновалов

Email: konovalov@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4809-8660
доктор техн. наук, профессор, 1. Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, ул. Московское шоссе, 34, г. Самара, 443086, Россия; 2. Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, г. Новокузнецк, 654007, Россия, konovalov@sibsiu.ru

Список литературы

  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/ href='www.scientific.net/MSF.638-642.1952' target='_blank'>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(Sc1−xZrx) 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(ScxZryHf1−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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».