Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Структура и механические свойства эвтектического алюминиевого сплава Al–Ca–Mn–Fe–Zr–Sc после теплого равноканального углового прессования

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-56-65

Полный текст:

Аннотация

Разработанные в последние годы многокомпонентные эвтектические сплавы на основе системы Al–Ca перспективны для практического применения, так как обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, они высокотехнологичны при литье, а в отожженном состоянии легко деформируются. Упрочнение сплавов достигается при их легировании Mn, Fe, Zr, Sc и другими элементами. Получение в алюминиевых сплавах ультрамелкозернистого состояния методами больших пластических деформаций, например равноканальным угловым прессованием (РКУП), существенно повышает комплекс их механических свойств. В связи с этим целью данной работы было изучение влияния теплого РКУП на структуру, механические свойства и термическую стабильность эвтектического алюминиевого сплава, мас.%: Al–3,5Ca–0,9Mn– 0,5Fe–0,1Zr–0,1Sc. Процесс РКУП осуществляли на образцах сплава в литом состоянии диаметром 20 мм (температура 400 °С, маршрут BC, угол пересечения каналов 110°, число проходов N = 6). Показано, что в результате РКУП в сплаве формируется развитая субструктура с высокой плотностью дислокаций и выделением наноразмерных частиц Al6(Mn, Fe) и Al3Sc, а также происходит измельчение первичных крупных частиц Al6(Mn, Fe) и эвтектических частиц Al4Ca. Такое изменение структуры в ходе РКУП приводит к существенному упрочнению сплава: его прочностные свойства увеличились в 1,5–2,0 раза, а относительное удлинение уменьшилось в 1,3 раза в образце продольного сечения и слабо изменилось в образце поперечного сечения по сравнению с исходным состоянием.

Об авторах

С. О. Рогачев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

канд. техн. наук, доцент кафедры металловедения и физики прочности

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Е. А. Наумова
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»
Россия

канд. техн. наук, вед. эксперт кафедры обработки металлов давлением; доцент кафедры композиционных материалов

127055, г. Москва, Вадковский пер., 1



Р. Д. Карелин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ) РАН
Россия

мл. науч. сотрудник ИМЕТ РАН; аспирант кафедры обработки металлов давлением 

119334, г. Москва, Ленинский пр-т, 49



В. А. Андреев
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ) РАН; ООО «Промышленный центр МАТЭК-СПФ»
Россия

 канд. техн. наук, ген. директор; ст. науч. сотрудник 

117449, г. Москва, ул. Карьер, 2А, стр. 1, оф. 137



М. М. Перкас
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ) РАН
Россия

ст. науч. сотрудник

г. Москва



В. С. Юсупов
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ) РАН
Россия

докт. техн. наук, гл. науч. сотрудник 

г. Москва



В. М. Хаткевич
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; ООО «ТМК НТЦ»
Россия

канд. техн. наук, вед. инженер научно-исследовательской лаборатории «Гибридные наноструктурные материалы»; науч. сотрудник

143026, г. Москва, Территория Сколково, ул. Нобеля, 7



Список литературы

1. Polmear I. Light alloys. From traditional alloys to nanocrystals. Oxford: Elsevier, 2017.

2. Kaufman J.G., Rooy E.L. Aluminum alloy castings: Properties, processes and applications. USA: ASM International. Materials Park, 2004.

3. Glazoff M., Zolotorevsky V., Belov N. Casting aluminum alloys. Oxford: Elsevier, 2007.

4. Nalivaiko A.Yu., Arnautova A.N., Zmanovsky S.V., Ozherelkov D.Yu., Shurkin P.K., Gromov A.A. Al—Al2O3 powder composites obtained by hydrothermal oxidation method: Powders and sintered samples characterization. J. Alloys Compd. 2020. Vol. 825. P. 154024. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.154024.

5. Swaminathan K., Padmanabhan K.A. Tensile flow and fracture behaviour of a superplastic Al—Ca—Zn alloy. J. Mater. Sci. 1990. Vol. 25. No. 11. P. 4579—4586. DOI: 10.1007/BF01129909.

6. Белов Н.А., Наумова Е.А., Илюхин В.Д., Дорошенко В.В. Структура и механические свойства отливок сплава Al—6%Ca—1%Fe, полученных литьем под давлением. Цветные металлы. 2017. No. 3. С. 69—75. DOI: 10.17580/tsm.2017.03.11. Belov N.A., Naumova E.A., Ilyukhin V.D., Doroshenko V.V. Structure and mechanical properties of Al—6%Ca—1%Fe alloy foundry goods, obtained by die casting. Tsvetnye Metally. 2017. No. 3. P. 69—75 (In Russ.).

7. Belov N.A., Naumova E.A., Akopyan T.K. Effect of calcium on structure, phase composition and hardening of Al— Zn—Mg alloys containing up to 12 wt.% Zn. Mater. Res. 2015. Vol. 18. No. 6. P. 1384—1391. DOI: 10.1590/1516- 1439.036415.

8. Belov N.A., Batyshev K.A., Doroshenko V.V. Microstructure and phase composition of the eutectic Al—Ca alloy, additionally alloyed with small additives of zirconium, scandium and manganese. Non-Ferr. Met. 2017. No. 2. P. 49—54. DOI: 10.17580/nfm.2017.02.09.

9. Belov N.A., Naumova E.A., Alabin A.N., Matveeva I.A. Effect of scandium on structure and hardening of Al—Ca eutectic alloys. J. Alloys Compd. 2015. Vol. 646. P. 741— 747. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.05.155.

10. Шуркин П.К., Долбачев А.П., Наумова Е.А., Дорошенко В.В. Влияние железа на структуру, упрочнение и физические свойства сплавов системы Al—Zn— Mg—Ca. Цветные металлы. 2018. No. 5. С. 69—76. DOI: 10.17580/tsm.2018.05.10. Shurkin P.K., Dolbachev A.P., Naumova E.A., Doroshenko V.V. Effect of iron on the structure, hardening and physical properties of the alloys of the Al—Zn—Mg— Ca system. Tsvetnye Metally. 2018. No. 5. P. 69—76 (In Russ.).

11. Pereira P.H.R., Huang Y., Langdon T.G. Examining the thermal stability of an Al—Mg—Sc alloy processed by high-pressure torsion. Mater. Res. 2017. Vol. 20. P. 39—45. DOI: 10.1590/1980-5373-MR-2017-0207.

12. Ghosh K.S., Gao N., Starink M.J. Characterisation of high pressure torsion processed 7150 Al—Zn—Mg—Cu alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2012. Vol. 552. P. 164—171. DOI: 10.1016/j.msea.2012.05.026.

13. Lee H.-J., Han J.-K., Janakiraman S., Ahn B., Kawasakia M., Langdon T.G. Significance of grain refinement on microstructure and mechanical properties of an Al—3% Mg alloy processed by high-pressure torsion. J. Alloys Compd. 2016. Vol. 686. P. 998—1007. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.06.194.

14. Orlov D., Beygelzimer Y., Synkov S., Varyukhin V., Tsuji N., Horita Z. Plastic flow, structure and mechanical properties in pure Al deformed by twist extrusion. Mater. Sci. Eng. A. 2009. Vol. 519. P. 105—111. DOI: 10.1016/j.msea.2009.06.005.

15. Zha M., Li Y.-J., Mathiesen R., Bjørge R., Roven H.J. Microstructure, hardness evolution and thermal stability of binary Al—7Mg alloy processed by ECAP with intermediate annealing. Trans. Non-Ferr. Met. Soc. China. 2014. Vol. 24. P. 2301—2306. DOI: 10.3103/S1067821217020080.

16. Estrin J., Murashkin M., Valiev R. Ultrafine-grained aluminium alloys: processes, structural features and properties. In: Fundamentals of aluminium metallurgy. UK: Woodhead Publ., 2011. P. 468—503. DOI: 10.1533/9780857090256.2.468.

17. Shaeri M.H., Shaeri M., Ebrahimi M., Salehi M.T., Seyyedein S.H. Effect of ECAP temperature on microstructure and mechanical properties of Al—Zn—Mg—Cu alloy. Prog. Nat. Sci.: Mater. Int. 2016. Vol. 26. P. 182—191. DOI: 10.1016/j.pnsc.2016.03.003.

18. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Кушнаренко В.М., Клевцова Н.А., Мерсон Е.Д., Пигалева И.Н. Исследование скорости и особенностей коррозии образцов из наноструктурированного алюминиевого сплава в сероводородсодержащей среде. Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. No. 1. С. 76—83. DOI: 10.17073/0021-3438-2017-1-76-83. Klevtsov G.V., Valiev R.Z., Kushnarenko V.M., Klevtsova N.A., Merson E.D., Pigaleva I.N. Investigation into the corrosion rate and features of the samples made of nanostructured aluminum alloy in the H2S-containing medium. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2017. Vol. 58. No. 2. P. 142—148. DOI: 10.3103/S1067821217020080.

19. Никулин С.А., Добаткин С.В., Ханжин В.Г., Рогачев С.О., Чакушин С.А. Влияние субмикрокристаллической структуры и включений на деформацию и разрушение алюминиевых сплавов и титана. Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. No. 5. С. 8—18. Nikulin S.A., Dobatkin S.V., Khanzhin V.G., Rogachev S.O., Chakushin S.A. Effect of submicrocrystalline structure and inclusions on the deformation and failure of aluminum alloys and titanium. Met. Sci. Heat Treat. 2009. Vol. 51. P. 208—217. DOI: 10.1007/s11041-009-9153-5.

20. Horita Z., Fujinami T., Nemoto M., Langdon T.G. Equalchannel angular pressing of commercial aluminum alloys: Grain refinement, thermal stability and tensile properties. Metall. Mater. Trans. A. 2000. Vol. 31. P. 691— 701. DOI: 10.1007/s11661-000-0011-8.

21. Raab G.J., Valiev R.Z., Lowe T.C., Zhu Y.T. Continuous processing of ultrafine grained Al by ECAP-Conform. Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 382. P. 30—34. DOI: 10.1016/j.msea.2004.04.021.

22. Angella G., Bassani P., Tuissi A., Ripamonti D., Vedani M. Microstructure evolution and aging kinetics of Al—Mg—Si and Al—Mg—Si—Sc alloys processed by ECAP. Mater. Sci. Forum. 2006. Vol. 503-504. P. 493—498. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.503-504.493.

23. Наумова Е.А., Белов Н.А., Дорошенко В.В. Исследование технологических свойств эвтектических сплавов системы Al—Ca—Mn—Fe—Si—Zr, упрочняемых без закалки. В сб.: Современные достижения в области металловедения, технологий литья, деформации, термической обработки и антикоррозионной защиты легких сплавов: Матер. Всерос. науч.-техн. конф. (г. Москва, 12 окт. 2017 г.). М.: ВИАМ, 2017. С. 209—220. Naumova E.A., Belov N.A., Doroshenko V.V. Investigation of the technological properties of eutectic Al—Ca—Mn— Fe—Si—Zr alloys, hardened without quenching. In: Modern achievements in the field of metal science, casting technologies, deformation, heat treatment and anti-corrosion protection of light alloys: Mater. of the All-Russ. Sci. Tech. Conf. (Moscow, Oct. 2017). Moscow: VIAM, 2017. P. 209—220 (In Russ.).

24. Никулин С.А., Рогачев С.О., Рожнов А.Б., Ли Э.В., Ли А.В. Применение микрообразцов для оценки механических свойств циркониевых сплавов после высокотемпературного окисления. В сб.: Прочность неоднородных структур — ПРОСТ-2016: Матер. VIII Евраз. науч.-практ. конф. М.: НИТУ «МИСиС», 2016. С. 200. Nikulin S.A., Rogachev S.O., Rozhnov A.B., Li E.V., Li A.V. Application of micro-samples to evaluate the mechanical properties of zirconium alloys after high-temperature oxidation. In: Strength of heterogeneous structures — PROST-2016: Mater. VIII Eurasian scientific-practical conference. Moscow: NUST «MISIS», 2016, P. 200 (In Russ.).


Для цитирования:


Рогачев С.О., Наумова Е.А., Карелин Р.Д., Андреев В.А., Перкас М.М., Юсупов В.С., Хаткевич В.М. Структура и механические свойства эвтектического алюминиевого сплава Al–Ca–Mn–Fe–Zr–Sc после теплого равноканального углового прессования. Известия вузов. Цветная металлургия. 2021;27(2):56-65. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-56-65

For citation:


Rogachev S.O., Naumova E.A., Karelin R.D., Andreev V.A., Perkas M.M., Yusupov V.S., Khatkevich V.M. Structure and mechanical properties of Al–Ca–Mn–Fe– Zr–Sc eutectic aluminum alloy after equal channel angular pressing. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy). 2021;27(2):56-65. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-56-65

Просмотров: 40


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)