ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ  ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ  МИКРОСТРУКТУРЫ В АВИАЛЯХ С ИЗБЫТКОМ КРЕМНИЯ И  ДОБАВКАМИ СКАНДИЯ И ЦИРКОНИЯ: DJVTMS

Евгений Владимирович  Арышенский; Максим Александрович Лапшов; Дмитрий Юрьевич  Распосиенко; Сергей Валерьевич Коновалов; Кирилл Александорович  Малкин; Владимир Викторович   Макаров

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.023

Авторы

Евгений Владимирович Арышенский Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0003-3875-7749
Максим Александрович Лапшов Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева https://orcid.org/0000-0002-1306-4578
Дмитрий Юрьевич Распосиенко Институт физики металлов УрО РАН https://orcid.org/0000-0002-7670-9054
Сергей Валерьевич Коновалов Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0003-4809-8660
Кирилл Александорович Малкин Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева https://orcid.org/0009-0001-6047-8191
Владимир Викторович Макаров Институт физики металлов УрО РАН https://orcid.org/0000-0002-7306-3657

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.023

Ключевые слова:

алюминий, авиали, скандий, наночастицы, термическая обработка, просвечивающая микроско-пия

Аннотация

В работе исследовано влияние многоступенчатой термической обработки на формирование микроструктуры в сплавах системы Al-Mg-Si с избытком кремния и добавками скандия и циркония. Для изучения был выбран сплав 0,6Mg1Si0,15Zr0,3Sc и его базовый вариант 0,6Mg1Si. Сплав 0,6Mg1Si0,15Zr0,3Sc был подвергнут трёхступенчатой термической обработке. Её целью было выделить частицы Al3ScZr из пересыщенного твердого раствора, затем растворить кремниево-магниевые интерметаллиды, после чего в ходе искусственного старения выделить частицы β''. Базовый сплав 0,6Mg1Si был подвергнут стандартной для авиалей обработке, состоящей из двух ступеней. Целью первой было растворение кремниево-содержащих интерметаллидов, а второй – выделение β''. После каждого шага термической обработки методами просвечивающей и сканирующей микроскопии исследовалась микроструктура, а также проводились измерения микротвердости. Анализ результатов показал, что при кристаллизации сплава 0,6Mg1Si0,15Zr0,3Sc в нем образуются первичные интерметаллиды типа (AlSi)3Sc с размерами до 10 мкм. Кроме того, в ходе прерывистого распада при остывании литой заготовки также формируются частицы (AlSi)3Sc, представленные в виде иглообразных когерентных дисперсоидов длиной 40 нм и диаметром 10 нм. На первом этапе термической обработки формируется лишь ограниченное число когерентных дисперсоидов (AlSi)3Sc, практически не влияющих на изменение прочностных свойств. Последующая кратковременная закалка не приводит к растворению интерметаллидов, содержащих кремний и скандий. Поэтому при искусственном старении сплава 0,6Mg1Si0,15Zr0,3Sc выделяется меньше частиц β'', чем в сплаве 0,6Mg1Si, в котором имеет место большее пересыщение твердого раствора алюминия атомами кремния.

Библиографические ссылки

Алаттар А.Л., Никитина Л.Н., Бажин В.Ю. Повышение физико-механических свойств алюминиевых сплавов, армированных частицами карбида бора // Электрометаллургия. 2022. № 7. С. 13–22.

Kosov Y.I., Bazhin V.Y. Synthesis of an alumi-num–erbium master alloy from chloride–fluoride melts // Russian Metallurgy (Metally). 2018. Т. 2018. № 2. С. 139–148. doi : 10.1134/S0036029518020088.

Bazhin V.Y., Kosov Y.I., Lobacheva O.L., Dzhevaga N.V. Synthesis of aluminum-based scandium–yttrium master alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2015. Т. 2015. № 7. С. 516–520. doi : 10.1134/ S0036029515070034.

Бенариеб И., Бер Л.Б., Антипов К.В., Сбитнева С.В. Тенденции развития деформируемых сплавов системы Al-Mg-Si-(Cu). Часть 1 (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 3 (56). С. 14–22. doi : 10.18577/2071-9140-2019-0-3-14-22.

Benedyk J.C. Aluminum alloys for lightweight auto¬motive structures // Materials, design and manufac-turing for lightweight vehicles. Woodhead Publishing, 2010. С. 79–113. С. 1–7. doi : 10.1533/9781845697822.1.79.

Колобнев Н.И., Бер Л.Б., Хохлатова Л.Б., Рябов Д.К. Структура, свойства и применение сплавов системы Al-Mg-Si-(Cu) // Металловедение и термическая обработка металлов. 2011. № 9. С. 40–45.

Edwards G.A., Stiller K., Dunlop G.L., Couper M.J. The precipitation sequence in Al–Mg–Si alloys // Acta materialia. 1998. Т. 46. № 11. С. 3893–3904. doi : 10.1016/S1359-6454(98)00059-7.

Murayama M., Hono K. Pre-precipitate clusters and precipitation processes in Al–Mg–Si alloys // Acta materialia. 1999. Т. 47. № 5. С. 1537–1548. doi : 10.1016/S1359-6454(99)00033-6.

Meyruey G., Massardier V., Lefebvre W., Perez M. Over-ageing of an Al-Mg-Si alloy with silicon excess // Materials Science and Engineering: A. 2018. Т. 730. С. 92–105. doi : 10.1016/j.msea.2018.05.094.

Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. МИСиС, 2005.

Davydov V.G., Elagin V.I., Zakharov V.V., Ros-toval D. Alloying aluminum alloys with scandium and zirconium additives // Metal Science and Heat Treatment. 1996. Т. 38. № 8. С. 347–352. doi : 10.1007/BF01395323.

Zakharov V.V. Combined alloying of aluminum alloys with scandium and zirconium // Metal Science and Heat Treatment. 2014. Т. 56. № 5–6. С. 281–286. doi : 10.1007/s11041-014-9746-5.

Рохлин Л.Л., Бочвар Н.Р., Табачкова Н.Ю., Суханов А.В. Влияние скандия на кинетику и упрочнение при старении сплавов системы al-mg 2si // Технология легких сплавов. 2015. № 2. С. 53–62.

Vlach M., Smola B., Stulíková I., Očená-šek V. Microstructure and mechanical properties of the AA6082 aluminium alloy with small additions of Sc and Zr // International journal of materials research. 2009. Т. 100. № 3. С. 420–423. doi : 10.3139/146.110022.

Jiang S., Wang R. Grain size-dependent Mg/Si ratio effect on the microstructure and mechani-cal/electrical properties of Al-Mg-Si-Sc alloys // Journal of Materials Science & Technology. 2019. Т. 35. № 7. С. 1354–1363. doi : 10.1016/j.jmst.2019.03.011.

Cabibbo M., Evangelista E. A TEM study of the combined effect of severe plastic deformation and (Zr), (Sc+ Zr)-containing dispersoids on an Al–Mg–Si alloy // Journal of materials science. 2006. Т. 41. С. 5329–5338. doi : 10.1007/s10853-006-0306-2.

Aryshenskii E., Lapshov M., Hirsch J., Konovalov S., Bazhenov V., Drits A., Zaitsev D. Influence of the small sc and zr additions on the as-cast micro-structure of al–mg–si alloys with excess silicon // Metals. 2021. Т. 11. № 11. С. 1797. doi : 10.3390/met11111797.

Vlach M., Smola B., Stulíková I., Očenášek V. Microstructure and mechanical properties of the AA6082 aluminium alloy with small additions of Sc and Zr // In-ternational journal of materials research. 2009. Т. 100. № 3. С. 420–423. doi : 10.3139/146.110022.

Aryshenskii E., Lapshov M., Konovalov S., Hirsch J., Aryshenskii V., Sbitneva S. The Casting Rate Impact on the Microstructure in Al–Mg–Si Alloy with Silicon Excess and Small Zr, Sc Additives // Metals. 2021. Т. 11. № 12. С. 2056. doi : 10.3390/met11122056.

Du Y., Chang Y.A., Liu S., Huang B., Xie F.Y., Yang Y., Chen S.L. Thermodynamic description of the Al–Fe–Mg–Mn–Si system and investigation of micro-structure and microsegregation during directional solid-ification of an Al–Fe–Mg–Mn–Si alloy // International Journal of Materials Research. 2022. Т. 96. № 12. С. 1351–1362. doi : 10.3139/ijmr-2005-0235.

Norman A.F., Prangnell P.B., McEwen R.S. The solidification behaviour of dilute aluminium–scandium alloys // Acta materialia. 1998. Т. 46. № 16. С. 5715–5732. doi : 10.1016/S1359-6454(98)00257-2.

Röyset J., Ryum N. Scandium in aluminium al-loys // International Materials Reviews. 2005. Т. 50. № 1. С. 19–44. doi : 10.1179/174328005X14311.

Kumar S., Babu N.H., Scamans G.M., Eskin D.G., Fan Z. Solidification behaviour of an AA5754 Al alloy ingot cast with high impurity content // Interna-tional journal of materials research. 2012. Т. 103. № 10. С. 1228–1234. doi : 10.3139/146.110760.

Engler O., Miller-Jupp S. Control of second-phase particles in the Al-Mg-Mn alloy AA 5083 // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Т. 689. С. 998–1010. doi : 10.1016/j.jallcom.2016.08.070.

Lech-Grega M., Boczkal S. Iron Phases in Model Al-Mg-Si-Cu Alloys // Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, 2011. Т. 674. С. 135–140. doi : 10.4028/www.scientific.net/MSF.674.135.