ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СПЛАВЫ СИСТЕМЫ Al‒Mg‒SiС ИЗБЫТКОМ КРЕМНИЯ И  МАЛЫМИ ЦИРКОНИЕВЫМИ ДОБАВКАМИ: ZFEZAM

Максим Александрович  Лапшов; Евгений Владимирович  Арышенский; Михаил Владимирович  Солопаев; Сергей Валерьевич  Коновалов

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.021

Авторы

Максим Александрович Лапшов Самарский национальный исследовательский университет имени С.П. Королева
Евгений Владимирович Арышенский Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Короле-ва
Михаил Владимирович Солопаев Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Короле-ва
Сергей Валерьевич Коновалов Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Короле-ва

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.021

Ключевые слова:

Алюминиевые сплавы, малые циркониевые добавки, многоступенчатая термическая обработка, С-кривые, сканирующая электронная микроскопия, интерметаллиды

Аннотация

Исследование направлено на изучение термической обработки на формирование физико-механических свойств в системе Al-Mg-Si с избытком кремния и малыми циркониевыми добавками . Изучение проводилось на примере трех сплавов с разным соотношением Mg/Si при содержании циркония 0,15 %. Сплавы подвергали как одно, так и двухступенчатой термической обработки. В ходе одноступенчатой термической обработки сплавы отжигались при температуре 375 – 550 °С и выдержке, которая составлял от 10 секунд до 100 часов с последующей фиксацией микроструктуры в воде. Кроме того, была проведена многоступенчатая термическая обработка, температура отжига первой ступени варьировалась в промежутке 425 – 550 °С при 8-часовой выдержки и последующей фиксацией в воде, после этого металл подвергался 3-часовому искусственному старению. После завершения термической обработки были исследованы микротвердость и электропроводность. Основываясь на данных об изменения последний в зависимости от режима термической обработки, строились C-кривые распада пересыщенного твердого раствора.

Для некоторых режимов термической обработки были проведены исследования интерметаллидных частиц с помощью сканирующей микроскопии. При помощи сканирующей электронной микроскопии в сплавах были обнаружены частицы, похожие по своему химическому составу на Mg₂Si, Al₃(FeSi) и Zr₂Si.

Полученные С-кривые показывают, что распад пересыщенного твердого раствора начинается уже при температуре 375 °С. С помощью построенных С-кривых показано влияние содержание кремния, магния элементов на скорость распада пересыщенного твердого раствора.

Установлено, что температура отжига 375 и 425 °С негативно сказывается на микротвердость в рассматриваемых сплавах. После повышения температуры отжига до 550 °С снижения микротвердости практически не наблюдается.

Выполненные исследования позволили выбрать оптимальный режим многоступенчатой термической обработки, а именно нагрев до 550 °С в течение 8 часов с охлаждением в воде, и последующая 3-х часовая выдержка при температуре 180 °С. В целом циркониевые добавки дают повышение микротвердости на 11-25 HV по сравнению с базовыми сплавами.

Библиографические ссылки

Sizyakov V.M., Bazhin V.Y., Vlasov A.A. Status and Prospects for Growth of the Aluminum Industry. Metallurgist 2010, 54, 409-414.

I. Polmear (2005), Light Alloys (Fourth Edition), Oxford, England.

Meyruey G. et al. Over-ageing of an Al-Mg-Si alloy with silicon excess //Materials Science and Engineering: A. – 2018. – Т. 730. – С. 92-105.

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

Matsuda K. et al. Comparison of precipitates between excess Si-type and balanced-type Al-Mg-Si alloys during continuous heating //Metallurgical and materials transactions A. – 2005. – Т. 36. – №. 8. – С. 2007-2012.

Developing an Optimized Homogenization Process for Sc and Zr Containing Al-Mg-Si Alloys / S. Babaniaris, M. Ramajayam, Lu Jiang, T. Langan, T. Dorin // Light Metals. 2019.

Aryshenskii, Evgeniy V., et al. “Features of the Microstructural Composition of Low-Alloyed Aluminum Alloys of the 6XXX Series with Small Additions of Zr and Sc.” Key Engineering Materials, vol. 910, Trans Tech Publications, Ltd., 15 Feb. 2022, pp. 994–1001. Crossref, doi:10.4028/p-r1o05m.

Влияние дополнительного легирования скандием и скандием с цирконием на прочностные свойства сплавов системы Al-Mg-2Si / Л.Л. Рохлин, Н.Р. Бочвар, Н.П. Леонова, А.В. Суханов. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. № 5.

Магаюмова О.Н., Лоозе В.В., Минеева Н.С. Цирконий - минерально-сырьевая база мирового и российского рынков // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. 2021. №15.

Multi-alloying effect of Sc, Zr, Cr on the Al-Mg-Si-Mn high-pressure die casting alloys / O.Pracha, O.Trudonoshynbc, P.Randelzhoferb, С.Körnerb, K.Durst // Materials Characterization. 2020. № 168. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110537

Рохлин Л. Л., Бочвар Н. Р., Леонова Н. П. Исследование распада пересыщенного твердого раствора в сплавах Al - Sc - Zr при различном соотношении скандия и циркония // Перспективные материалы. 2011. №3.

Wuhua Yuan, Zhenyu Liang. Effect of Zr addition on properties of Al–Mg–Si aluminum alloy used for all aluminum alloy conductor // Materials and Design. 2011. №8-9

Effect of Zr addition on properties of Al–Mg–Si aluminum alloy used for all aluminum alloy conductor Wuhua Yuan, Zhenyu Liang.

Enhanced aging precipitation behavior and mechanical properties of 6022 Al–Mg–Si alloy with Zr addition Ming-Xue Zhang, Cheng Wang, Shao-You Zhang a, Xu Liu a, Xuan Wang, Ming-Wen Ren, Hui-Yuan Wang.

Influence of Zr addition on precipitation evolution and performance of Al-Mg-Si alloy conductor Jiani Fu, Zhao Yang⁎, Yunlai Deng, Yefeng Wu, Jianqi Lu.

Developing an Optimized Homogenization Process for Sc and Zr Containing Al-Mg-Si Alloys Steven Babaniaris, Mahendra Ramajayam, Lu Jiang, Timothy Langan, and Thomas Dorin.

В.В. Захаров Устойчивость твердого раствора скандия в алюминии, Цветные металлы и сплавы, «Металловедение и термическая обработка металлов», №2, стр. 15, 1997.

Aryshenskii, E., Lapshov, M., Hirsch, J., Konovalov, S., Bazhenov, V., Drits, A., & Zaitsev, D. (2021). Influence of the small sc and zr additions on the as-cast microstructure of al–mg–si alloys with excess silicon. Metals, 11(11), 1797.