cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2016-5-61-68cvmet-378Research ArticleМеталловедение и термическая обработкаPhysical Metallurgy and Heat TreatmentВЛИЯНИЕ СКАНДИЯ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И УПРОЧНЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al–Ca–SiEffect of scandium on phase composition and hardening of Al–Ca–Si system casting aluminum alloysБеловН. А.BelovN. A.

докт. техн. наук, профессор кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов (ЛТиХОМ) НИТУ «МИСиС», зам. директора Инжинирингового центра «Литейные технологии и материалы» (ИЦ «ЛТМ») НИТУ «МИСиС» (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).

Dr. Sci. (Eng.), professor of the Department of foundry technologies and material art working (FT&MAW), deputy director of the Engineering Centre «Foundry technologies and materials», National University of Science and Technology «MISIS» (NUST «MISIS»)

nikolay-belov@yandex.ruНаумоваЕ. А.NaumovaE. A.

канд. техн. наук, доцент кафедры материаловедения МГТУ им. Н.Э. Баумана

Cand. Sci. (Eng.), associate prof., Department of materials, Bauman Moscow State Technical University

jan73@mail.ruДорошенкоВ. В.DoroshenkoV. V.

магистрант кафедры ЛТиХОМ, инженер ИЦ «ЛТМ» НИТУ «МИСиС».

master's degree student, Department of FT&MAW, NUST «MISIS», engineer of the Engineering Centre «Foundry technologies and materials», NUST «MISIS».

v.doroshenko@mail.ruБазловаТ. А.BazlovaT. A.

канд. техн. наук, доцент кафедры ЛТиХОМ НИТУ «МИСиС»

Cand. Sci. (Eng.), associate prof., Department of FT&MAW, NUST «MISIS».

tbazlova@mail.ruИнжиниринговый центр «Литейные технологии и материалы» (ИЦ «ЛТМ») НИТУ «МИСиС» (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).РоссияNational University of Science and Technology «MISIS» (NUST «MISIS») (119049, Russia, Moscow, Leninskii pr., 4).Russian FederationМГТУ им. Н.Э. Баумана (105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1).РоссияBauman Moscow State Technical University (105005, Russia, Moscow, 2-nd Bauman str., 5/1).Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).РоссияNational University of Science and Technology «MISIS» (NUST «MISIS») (119049, Russia, Moscow, Leninskii pr., 4).Russian Federation201603112016056168Copyright © Белов Н.А., Наумова Е.А., Дорошенко В.В., Базлова Т.А., 20162016Белов Н.А., Наумова Е.А., Дорошенко В.В., Базлова Т.А.Belov N.A., Naumova E.A., Doroshenko V.V., Bazlova T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/378

С использованием расчетных (Thermo-Calc) и экспериментальных (оптическая и электронная сканирующая микроскопия, микрорентгеноспектральный анализ) методов изучен фазовый состав системы Al–Ca–Si–Sc в области алюминиевых сплавов. Исследовано влияние отжига в диапазоне до 550 °C на структуру и твердость сплавов, содержащих 0,3 % Sc. Показано, что максимум упрочнения, обусловленного выделением наночастиц фазы Al3Sc (L12), достигается после отжига при температурах 300–350 °C в сплавах, попадающих в фазовую область (Al) + Al4Ca + Al2Si2Ca ((Al) – твердый раствор на основе алюминия). В сплавах данной области скандий полностью входит в состав (Al), а концентрация кремния в нем минимальна. С другой стороны, в сплавах из фазовой области (Al) + (Si) + Al2Si2Ca упрочнение практически отсутствует. Обоснована принципиальная возможность создания литейных сплавов на базе эвтектики (Al) + Al4Ca + Al2Si2Ca, упрочняемых без закалки.

The paper uses calculation (Thermo-Calc) and experimental (optical and electron scanning microscopy, electron microprobe analysis) methods and studies phase composition of the system Al–Ca–Si–Sc in the region of aluminum alloys. It studies the effect of annealing in the range of up to 550 °C on the structure and hardness of alloys containing 0,3 % of Sc. The study demonstrates that maximum hardening due to release of Al3Sc (L12) phase nanoparticles is achieved after annealing at temperatures of 300–350 °C in alloys falling within the phase region (Al) + Al4Ca + Al2Si2Ca ((Al) – solid aluminum-based solution). Scandium enters the (Al) composition in alloys of this region in full, and silicon concentration in such composition is minimal. On the other hand, hardening effect in alloys of the (Al) + (Si) + Al2Si2Ca phase region is near-zero. The study substantiates fundamental possibility of creating (Al) + Al4Ca + Al2Si2Ca eutectic-based cast alloys, which can be hardened without quenching.

система Al–Ca–Si–ScскандийМРСА (РСМА)фазовый составкальцийэвтектикананочастицы Al3ScупрочнениеAl–Ca–Si–Sc systemscandiumEMPAphase compositioncalciumeutecticAl3Sc nanoparticleshardeningReferencesToropova L.S., Eskin D.G., Kharakterova M.L., Dobatkina T.V. Advanced aluminum alloys containing scandium: structure and properties. Amsterdam: Gordon and Breach Science Publishers, 1998.Toropova L.S., Eskin D.G., Kharakterova M.L., Dobatkina T.V. Advanced aluminum alloys containing scandium: structure and properties. Amsterdam: Gordon and Breach Science Publishers, 1998.Royset J., Ryum N. Scandium in aluminum alloys // Int. Mater. Rev. 2005. Vol. 50. No. 1. P. 19—44.Royset J., Ryum N. Scandium in aluminum alloys. Int. Mater. Rev. 2005. Vol. 50. No. 1. P. 19—44.Filatov Yu.A. Deformable Al—Mg—Sc alloys and possible regions of their application // J. Adv. Mater. 1995. No. 5. P. 386—390.Filatov Yu.A. Deformable Al—Mg—Sc alloys and possible regions of their application. J. Adv. Mater. 1995. No. 5. P. 386—390.Filatov Yu.A., Yelagin V.I., Zakharov V.V. New Al—Mg—Sc alloys. II // Mater. Sci. Eng. 2000. Vol. A280. P. 97—101.Filatov Yu.A., Yelagin V.I., Zakharov V.V. New Al—Mg—Sc alloys. II. Mater. Sci. Eng. 2000. Vol. A280. P. 97—101.Елагин В.И., Захаров В.В., Ростова Т.Д., Филатов Ю.А. Закономерности легирования алюминиевых сплавов скандием // Вестник ноу-хау. 1993. No. 2 (вып. 1). С. 62—66.Yelagin V.I., Zaharov V.V., Rostova T.D., Filatov Yu.A. Zakonomernosti legirovaniya alyuminievykh splavov skandiem [Laws of alloying aluminum alloy scandium]. Vestnikk nou-hau. 1993. No. 2 (iss. 1). P. 62—66.Елагин В.И., Захаров В.В., Ростова Т.Д., Филатов Ю.А. Некоторые металловедческие принципы легирования, технологии производства и термической обработки алюминиевых сплавов, содержащих скандий // Вопр. авиац. науки и техники. Сер. Технол. легких сплавов. 1989. Вып. 9. С. 27—34.Yelagin V.I., Zaharov V.V., Rostova T.D., Filatov Yu.A. Nekotorye metallovedcheskie printsipy legirovaniya, tekhnologii proizvodstva i termicheskoi obrabotki alyuminievykh splavov, soderzhashchikh skandii [Some principles metallsalloing, production and heat treatment technology of aluminum alloys containing scandium]. Voprosy aviatsionnoi nauki i tekhniki. Seriya Tekhnologiya legkikh splavov. 1989. No. 9. P. 27—34.Филатов Ю.А., Елагин В.И., Захаров В.В. Перспективы применения свариваемых сплавов системы Al—Mg—Sc // Технол. легких сплавов. 1997. No. 5. С. 8—10.Filatov Yu.A., Yelagin V.I., Zaharov V.V. Perspektivy primeneniya svarivaemykh splavov sistemy Al—Mg—Sc [Prospects for the use of welded alloys Al—Mg—Sc system]. Tekhnologiya legkikh splavov. 1997. No. 5. P. 8—10.Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. М.: МИСиС, 2005.Zolotorevskii V.S., Belov N.A. Metallovedenie liteinykh alyuminievykh splavov [Metallurgical cast aluminum alloys]. Mosсow: MISIS, 2005.Белов Н.А., Савченко С.В., Белов В.Д. Атлас микроструктур промышленных силуминов. М.: Изд. дом МИСиС, 2009.Belov N.A., Savchenko S.V., Belov V.D. Atlas mikrostruktur promyshlennykh siluminov [Atlas of microstructures industrial silumins]. Mosсow: MISIS, 2009.Mondolfo L.F. Aluminum alloys: Structure and properties. London/Boston: Butterworths, 1976.Mondolfo L.F. Aluminum alloys: Structure and properties. London/Boston: Butterworths, 1976.Наумова Е.А., Белов Н.А., Базлова Т.А. Влияние термообработки на структуру и упрочнение литейного алюминиевого эвтектического сплава Al9Zn4Ca3Mg // Металловедение и терм. обраб. металлов. 2015. No. 5. С. 30—36.Naumova E.A., Belov N.A., Bazlova T.A. Vliyanie termoobrabotki na strukturu i uprochnenie liteinogo alyuminievogo evtekticheskogo splava Al9Zn4Ca3Mg [Effect of heat treatment on structure and strengthening of cast eutectic aluminum alloy Al9Zn4Ca3Mg]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2015. No. 5. P. 30—36.Наумова Е.А., Белов Н.А. Высокопрочный литейный алюминиевый сплав на основе системы Al—Ca—Zn—Mg // Новости материаловедения. Наука и техника: Науч. электрон. журн. 2014. No. 6.Naumova E.A., Belov N.A. Vysokoprochnyi liteinyi alyuminievyi splav na osnove sistemy Al—Ca—Zn—Mg [High-strength casting aluminum base alloy system Al—Ca—Zn—Mg]. Novosti materialovedeniya. Nauka i tekhnika. 2014. No. 6.Belov N.A., Alabin A.N., Naumova E.A., Matveeva I.A. Effect of scandium on structure and hardening of Al—Ca eutectic alloys // J. Alloys Compd. 2015. Vol. 646. P. 741—747.Belov N.A., Alabin A.N., Naumova E.A., Matveeva I.A. Effect of scandium on structure and hardening of Al—Ca eutectic alloys. J. Alloys Compd. 2015. Vol. 646. P. 741—747.Белов Н.А., Наумова Е.А., Базлова Т.А., Алексеева Е.В. Структура, фазовый состав и упрочнение литейных алюминиевых сплавов системы Al—Ca—Mg—Sc // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. No. 2. С. 196—203.Belov N.A., Naumova E.A., Bazlova T.A. , Alekseeva E.V. Struktura, fazovyi sostav i uprochnenie liteinykh alyuminievykh splavov sistemy Al—Ca—Mg—Sc [The structure, phase composition and hardening of cast aluminum alloys of Al—Ca—Mg—Sc]. Fizika metallov i metallovedenie. 2016. Vol. 117. No. 2. P. 196—203.Belov N.A., Alabin A.N., Eskin D.G., Istomin-Kastrovskiy V.V. Optimization of hardening of Al—Zr—Sc casting alloys // J. Mater. Sci. 2006. Vol. 41. P. 5890—5899.Belov N.A., Alabin A.N., Eskin D.G., Istomin-Kastrovskiy V.V. Optimization of hardening of Al—Zr—Sc casting alloys. J. Mater. Sci. 2006. Vol. 41. P. 5890—5899.Marquis E.A., Seidman D.N. Nanoscale structural evolution of Al3Sc precipitates in Al (Sc) alloys // Acta Mater. 2001. Vol. 49. P. 1909—1919.Marquis E.A., Seidman D.N. Nanoscale structural evolution of Al3Sc precipitates in Al (Sc) alloys. Acta Mater. 2001. Vol. 49. P. 1909—1919.Costa S., Puga H., Barbosa J., Pinto A.M.P. The effect of Sc additions on the microstructure and age hardening behaviour of as cast Al—Sc alloys // Mater. Design. 2012. Vol. 42. P. 347—352.Costa S., Puga H., Barbosa J., Pinto A.M.P. The effect of Sc additions on the microstructure and age hardening behaviour of as cast Al—Sc alloys. Mater. Design. 2012. Vol. 42. P. 347—352.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.