ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕДИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ОТЖИГА НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛИТКОВ И ХОЛОДНОКАТАНЫХ ЛИСТОВ СПЛАВА Al–2%Mn
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-67-78
Аннотация
Проведенное исследование было направлено на разработку новых сплавов с повышенными прочностью и термостойкостью на базе системы Al–Cu–Mn без применения операций высокотемпературной обработки. Рассмотрено 7 экспериментальных сплавов, содержащих постоянную концентрацию (2 %) магния с переменным содержанием (от 0 до 4 %) меди. Выявлено, что добавка Mn ~ 2 % практически полностью входит в состав твердого раствора алюминия. Для меди в литой структуре установлено распределение между твердым раствором алюминия и эвтектическими включениями фазы Al2Cu. Экспериментальным путем определено, что при содержании меди в сплаве 2 и 3 % в твердом растворе алюминия содержится примерно равное количество меди – до 1,5 %. Исследована деформационная пластичность экспериментальных сплавов по режиму холодной прокатки со степенью обжатия 80 и 95 %. Установлено, что для сплавов, содержащих до 3 % меди, проведение предварительной обработки не требуется – они обладают высокой технологичностью при обработке давлением. Изучено влияние термической обработки в интервале температур отжига 200–600 °С на структурные и фазовые характеристики сплавов. Выполнена оценка упрочнения сплава в процессе многоступенчатых отжигов посредством измерения твердости. Полученные данные позволили оценить влияние меди и проанализировать термостойкость модельных сплавов. Проведены испытания на растяжение холоднокатаных листов толщиной 0,5 мм со степенью обжатия 95 % сплавов, содержащих 2 и 3 % меди. Результаты показали высокие значения свойств – в частности, сплав c добавкой 3 % меди обладает сопоставимой прочностью со сплавом 1201 в состоянии T6.
Ключевые слова
деформируемые алюминиевые сплавы,
термостойкие алюминиевые сплавы,
система Al–Cu–Mn,
фазовый состав,
термическая обработка,
фаза Al20Cu2Mn3
При поддержке: Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 20-19-00249
Об авторах
Н. О. Короткова
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия
Россия
Короткова Н.О. – канд. техн. наук, мл. науч. сотр. лаборатории «Гибридные наноструктурные материалы», инженер науч. проекта кафедры обработки металлов давлением (ОМД)
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
П. К. Шуркин
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия
Россия
Шуркин П.К. – канд. техн. наук, инженер науч. проекта кафедры ОМД
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
С. О. Черкасов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия
Россия
Черкасов С.О. – аспирант, инженер науч. проекта кафедры ОМД
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
А. А. Аксенов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия
Россия
Аксенов А.А. – докт. техн. наук, проф. кафедры ОМД
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
А. С. Финогеев
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия
Россия
Финогеев А.С. – аспирант, инженер науч. проекта кафедры ОМД
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Список литературы
1. Polmear I., StJohn D., Nie J.F., Qian M. Physical metallurgy of aluminium alloys. Light Alloys. 5th ed. London: Elseiver, 2017.
2. Hatch J.E. (ed.). Aluminum: properties and physical metallurgy. Ohio: ASM Metals Park, 1984.
3. Mondol S., Kashyap S., Kumar S., Chattopadhyay K. Improvement of high temperature strength of 2219 alloy by Sc and Zr addition through a novel three-stage heat treatment route. Mater. Sci. Eng. A. 2018. Vol. 732. P. 157—166. DOI:10.1016/j.msea.2018.07.003.
4. Mondol S., Alam T., Banerjee R., Kumar S., Chattopadhyay K. Development of a high temperature high strength Al alloy by addition of small amounts of Sc and Mg to 2219 alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 687. P. 221—231. DOI:10.1016/J.MSEA.2017.01.037.
5. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. ГОСТ 4784-2019. М.: Стандартинформ, 2019.
6. Mansurov Yu.N., Buravlev I.Yu., Belov N.A., Sannikov A.V. Optimization of composition and properties of heatresistant complex-alloyed aluminum alloy castings. NonFerr. Met. 2015. Vol. 39. No. 2. P. 48—55. DOI:10.17580/nfm.2015.02.09.
7. Dar S.M., Liao H. Creep behavior of heat resistant Al—Cu—Mn alloys strengthened by fine (θ′) and coarse (Al20Cu2Mn3) second phase particles. Mater. Sci. Eng. A. 2019. Vol. 763. P. 138062. DOI:10.1016/j.msea.2019.138062.
8. 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. J. Alloys Compd. 2014. Vol. 583. P. 206—213. DOI:10.1016/j.jallcom.2013.08.202.
9. Belov N.A., Alabin A.N. Energy efficient technology for Al—Cu—Mn—Zr sheet alloys. Mater. Sci. Forum. 2013. Vol. 765 P. 13—17. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.765.13.
10. Белов Н.А., Алабин А.Н. Термостойкий сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов: Пат. 2534170 (РФ). 2014.
11. Belov N.A., Alabin A.N. Microstructure and mechanical properties of Al—Cu—Mn cold rolled sheet alloys. In: Aluminium alloys: Their physical and mechanical properties: Proc. 11th Int. conf. of aluminium alloys. Eds. J. Hirsch, B. Scrotzki, G. Gottstein. Aachen, 2008. P. 1653—1659.
12. Toleuova A.R., Belov N.A., Smagulov D.U., Alabin A.N. Quantitative analysis of the Al—Cu—Mn—Zr phase diagram as a base for deformable refractory aluminum alloys. Met. Sci. Heat Treat. 2012. Vol. 54. No. 7/8. Р. 402—406. DOI:10.1007/s11041-012-9521-4.
13. Белов Н.А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. М.: МИСиС, 2010.
14. Belov N.A., Korotkova N.O., Akopyan T.K., Pesin A.M. Phase composition and mechanical properties of Al—1.5%Cu—1.5%Mn—0.35%Zr(Fe,Si) wire alloy. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 782. P. 735—746. DOI:10.1016/j.jallcom.2018.12.240.
15. Zupanič F., Wang D., Gspan C., Bončin T. Precipitates in a quasicrystal-strengthened Al—Mn—Be—Cu alloy. Mater. Characteriz. 2015. Vol. 106. P. 93—99. DOI:10.1016/j.matchar.2015.05.013.
16. Chena J., Liao H., Wu Y., Li H. Contributions to high temperature strengthening from three types of heat-resistant phases formed during solidification, solution treatment and ageing treatment of Al—Cu—Mn—Ni alloys respectively. Mater. Sci. Eng. A. 2020. Vol. 772. P. 138819. DOI:10.1016/j.msea.2019.138819.
17. Feng Z.Q., Yang Y.Q., Huang B., Li M.H., Chen Y.X., Ru J.G. Crystal substructures of the rotation-twinned T (Al20Cu2Mn3) phase in 2024 aluminum alloy. J. Alloys Compd. 2014. Vol. 583. P. 445—451. DOI:10.1016/j.jallcom.2013.08.200.
18. Belov N.A., Alabin A.N., Yakovlev A.A. Influence of copper on formation of cast microstructure of aluminium alloys, containing 1% (wt.) of Mn. Tsvetnye Metally. 2014. No. 7. P. 66—72.
19. Chen Zh., Pei Ch., Ma C. Microstructures and mechanical properties of Al—Cu—Mn alloy with La and Sm addition. Rare Met. 2012. Vol. 31. No. 4. P. 332—335. DOI:10.1007/s12598-012-0515-6.
20. Chen Z., Chen P.P., Li S. Effect of Ce addition on microstructure of Al20Cu2Mn3 twin phase in an Al—Cu—Mn casting alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2012. Vol. 532. P. 606—609. DOI:10.1016/j.msea.2011.11.025.
21. Mondol S., Kumar S., Chattopadhyay K. Effect of thermomechanical treatment on microstructure and tensile properties of 2219 ScMg alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2019. Vol. 759. P. 583—593. DOI:10.1016/j.msea.2019.05.084.
22. Ber L.B. Heat treatment of aluminum alloys. London: Taylor & Francis, 2020.
23. Flattum Muggerud A.M., Li Ya., Holmestad R. Orientation studies of α-Al(Fe,Mn)Si dispersoids in 3xxx Al alloys. Mater. Sci. Forum. 2014. Vol. 794-796. P. 39—44. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.794-796.39.
24. Robson J.D., Hill T., Kamp N. The effect of hot deformation on dispersoid evolution in a model 3xxx alloy. Mater. Sci. Forum. 2014. Vol. 794-796 P. 697—703. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.794-796.697.
25. Belov N.A., Korotkova N.O., Cherkasov S.O., Aksenov A.A. Electrical conductivity and hardness of Al—1.5%Mn and Al—1.5%Mn—1.5%Cu (wt.%) cold-rolled sheets: comparative analysis. Tsvetnye Metally. 2020. No. 4. P. 70—76. DOI:10.17580/tsm.2020.04.08.
Рецензия
Для цитирования:
Короткова Н.О., Шуркин П.К., Черкасов С.О., Аксенов А.А., Финогеев А.С. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕДИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ОТЖИГА НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛИТКОВ И ХОЛОДНОКАТАНЫХ ЛИСТОВ СПЛАВА Al–2%Mn. Известия вузов. Цветная металлургия. 2022;28(1):67-78. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-67-78
For citation:
Korotkova N.O., Shurkin P.K., Cherkasov S.O., Aksenov A.A., Finogeev A.S. Effect of copper concentration and annealing temperature on the structure and mechanical properties of Al–2wt.%Mn ingots and cold rolled sheets. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2022;28(1):67-78. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-67-78
Просмотров:
422
Послать статью по эл. почте 