Формирование структуры и технологичность сплава Al—Zn—Mg—Ca—Fe—Zr—Sc при получении горячекатаного листа и сварного соединения

Предложены технологические режимы получения деформированных полуфабрикатов (листов толщиной 2 и 1 мм) из экспериментального сплава Al—4,5%Zn—2,5%Mg—2,5%Ca—0,5%Fe—0,2%Zr—0,1%Sc, включающие термомеханическую обработку при температурах t = 400450 °С и степенях деформации до 98 %, а также смягчающий отжиг при t = 350400 °С в течение 1—2 ч для листового проката. Установлено, что литая структура состоит из эвтектических фаз (Al, Zn)₄Ca, Al₁₀CaFe₂, размером от 5 до 25 мкм, а также неравновесной Т-фазы Al₂Mg₃Zn₃, расположенных по границам дендритных ячеек (Al). Цирконий и скандий образуют с алюминием твердый раствор в результате кристаллизации. После горячей прокатки структура 2 мм-листов состоит из строчечно направленных изолированных интерметалидных частиц и их конгломератов размером до 40 мкм в матрице из (Al). Структура 1 мм-листов характеризуется большей дисперсностью и равномерностью строения. Анализ тонкой структуры деформированных полуфабрикатов с использованием просвечивающий электронной микроскопии показал, что размер наночастиц фазы Al₃(Zr, Sc) структурного типа L1₂ не превышает в сечении 20 нм. В деформированных полуфабрикатах достигнут следующий уровень механических свойств: предел прочности σ_в ~ 310330 МПа, предел текучести σ_0,2 ~ 250280 МПа при относительном удлинении δ ~ 4,57,0 %. Проведены исследования по возможности применения аргонодуговой сварки с использованием в качестве присадочного материала стандартной проволоки СвАМг5. Показано, что новый сплав не проявил склонности к образованию горячих трещин. По результатам рентгеновской томографии величина пористости в сварном шве составила 1,27 об.%. Преобладающий диаметр пор не превышал 0,2 мм. В целом достигнутые структурные и качественные параметры сварных соединений способствуют получению прочности, составляющей 75 % от показателя прочности исходных деформированных полуфабрикатов (листов), что достигается стабилизирующим отжигом при t = 350 °С в течение 3 ч.

1. Дриц А.М., Овчинников В.В. Сварка алюминиевых сплавов. М.: Руда и металлы, 2017.

2. Sheppard T. Extrusion of aluminium alloys. Springer US, 1999. DOI: 10.1007/978-1-4757-3001-2.

3. Кайгородова Л.И., Замятин В.М., Попов В.И. Влияние условий гомогенизации на структуру и свойства сплава Al—Mg. Физика металлов и металловедение. 2004. No. 4. С. 75—82.

4. Kishchik M.S., Mikhailovskaya A.V., Levchenko V.S., Kotov A.D., Drits A.M., Portnoy V.K. Formation of finegrained structure and superplasticity in commercial aluminum alloy 1565ch. Met. Sci. Heat Treat. 2017. Vol. 58. P. 543—547. DOI: 10.1007/s11041-017-0051-y.

5. Дриц А.М., Овчинников В.В. Свойства сварных соединений листов сплава 1565ч в сочетании с другими алюминиевыми сплавами. Цвет. металлы. 2013. No. 11. С. 84—90.

6. Белов Н.А., Наумова Е.А., Акопян Т.К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: Новые системы легирования. М.: Руда и металлы, 2016.

7. Belov N.A., Naumova E.A., Akopyan T.K. Eutectic alloys based on the Al—Zn—Mg—Ca system: microstructure, phase composition and hardening. Mater. Sci. Technol. 2017. Vol. 33. Iss. 6. P. 656—666. DOI: 10.1080/02670836.2016.1229847.

8. 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. Iss. 6. P. 1384—1391. DOI: 10.1590/1516-1439.036415.

9. Naumova E.A., Belov N.A., Bazlova T.A. Effect of heat treatment on structure and strengthening of cast eutectic aluminum alloy Al9Zn4Ca3Mg. Met. Sci. Heat Treat. 2015. Vol. 57. Iss. 5—6. P. 274—280. DOI: 10.1007/s11041-015-9874-6.

10. Naumova E.A. Use of calcium in alloys: From modifying to alloying. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2018. Vol. 59. No. 3. P. 284—298. DOI: doi.org/10.3103/S1067821218030100.

11. Volkova O.V., Dub A.V., Rakoch A.G., Gladkova A.A., Samoshina M.E. Comparison of the tendency to pitting corrosion of casting of Al6Ca, Al1Fe, and Al6Ca1Fe experimental alloys and AK12M2 industrial alloy. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2017. Vol. 58. Iss. 6. P. 644—648. DOI: 10.3103/S1067821217060153.

12. Белов Н.А., Наумова Е.А., Илюхин В.Д., Дорошенко В.В. Структура и механические свойства отливок сплава Al—6%Ca—%Fe, полученных литьем под давлением. Цвет. металлы. 2017. No. 3. C. 69—75. DOI: 10.17580/tsm.2017.03.11.

13. Belov N.A., Akopyan T.K., Mishurov S.S., Korotkova N.O. Effect of Fe and Si on the microstructure and phase composition of the aluminium-calcium eutectic alloys. Non-Ferr. Met. 2017. No. 2. P. 37—42. DOI: 10.17580/nfm.2017.02.07.

14. Shurkin P.K., Belov N.A., Musin A.F., Samoshina M.E. Effect of calcium and silicon on the character of solidification and strengthening of the Al—8%Zn—3%Mg alloy. Phys. Met. Metallogr. 2020. Vol. 121. P. 135—142. DOI: 10.1134/S0031918X20020155.

15. Huang X., Pan Q., Li B., Yin Z., Liu Z., Huang Z. Effect of minor Sc on microstructure and mechanical properties of Al—Zn—Mg—Zr alloy metal—inert gas welds. J. Alloys Compd. 2015. Vol. 629. P. 197—207. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.11.227.

16. Deng Y., Peng B., Xu G., Pan Q., Yin Z., Ye R., Wang Y., Lu L. Effects of Sc and Zr on mechanical property and microstructure of tungsten inert gas and friction stir welded aerospace high strength Al—Zn—Mg alloys. Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 639. P. 500—513. DOI: 10.1016/j.msea.2015.05.052.

17. Lei X., Deng Y., Yin Z., Xu G., Peng Y. Microstructure and properties of TIG/FSW welded joints of a new Al—Zn— Mg—Sc—Zr alloy. J. Mater. Eng. Perform. 2013. Vol. 22. Iss. 9. P. 2723—2729. DOI: 10.1007/s11665-013-0577-0.

18. Belov N.A., Alabin A.N., Matveeva I.A. Optimization of phase composition of Al—Cu—Mn—Zr—Sc alloys for rolled products without requirement for solution treatment and quenching. JALCOM. 2014. Vol. 583. P. 206— 213. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.08.202.

19. Акопян Т.К., Летягин Н.В., Дорошенко В.В. Алюмо-матричные композиционные сплавы на основе системы Al—Ca—Ni—Ce, упрочняемые наночастицами фазы L12 без использования закалки. Цвет. металлы. 2018. No. 12. С. 56—62. DOI: 10.17580/tsm.2018.12.08.

20. Akopyan T.K., Belov N.A., Naumova E.A., Letyagin N.V., Sviridova T.A. Al-matrix composite based on Al— Ca—Ni—La system additionally reinforced by L12 type nanoparticles. Trans. Nonfer. Met. Soc. China. 2020. Vol. 30. Iss. 4. P. 850—862. DOI: 10.1016/S1003-6326(20)65259-1.

21. Акопян Т.К., Белов Н.А., Латыпов Р.А., Шуркин П.К., Карпова Ж.А. Деформируемый свариваемый алюминиево-кальциевый сплав: Пат. 2716568 (РФ). 2020.

22. Glazoff M.V., Khvan A.V., Zolotorevsky V.S., Belov N.A., Dinsdale A.T. Casting aluminum alloys. 2nd ed.: Their physical and mechanical metallurgy. Butterworth-Heinemann, 2018. DOI: 10.1016/B978-0-12-811805-4.00003-1.

23. ГОСТ 4784-2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки.

24. Samiuddin M., Li J.L., Taimoor M., Siddiqui M.N., Siddiqui S.U., Xiong J.T. Investigation on the process parameters of TIG-welded aluminum alloy through mechanical and microstructural characterization. Defence Technol. 2020. DOI: 10.1016/j.dt.2020.06.012.