Влияние гафния на литую микроструктуру в сплаве 1570

Изучено влияние гафния на структуру и свойства сплава 1570. В стальной кокиль были отлиты слитки из сплава 1570, в том числе с добавками гафния (0,1, 0,2 и 0,5 %). Для определения размеров зеренной структуры в полученных слитках применялся оптический микроскоп «Axionovert-40 MAT», химический анализ интерметаллидных частиц проводился с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL 6390A. Кроме того, для сплавов 1570 и 1570–0,5Hf на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2100 изучалось наличие наночастиц, имеющих структуру L12. Исследования показали, что добавки гафния позволяют добиться существенной модификации литой структуры. Например, при введении в исходный сплав 0,5 % Hf (от общей массы) достигнуто уменьшение среднего размера зерна в 2 раза. Согласно данным сканирующей микроскопии, гафний частично растворяется в частицах, содержащих также скандий и цирконий. Добавка гафния увеличивает количество крупных частиц, образующихся при кристаллизации. Просвечивающая микроскопия показала наличие в сплаве 1570 наночастиц, когерентных алюминиевой матрице и имеющих сверхструктуру L12, которые с большой долей вероятности образовались в ходе прерывистого распада при остывании слитков. При добавке 0,5 % Hf наночастиц, имеющих сверхструктуру L12, не обнаружено. Для объяснения этого факта необходимы исследования поверхности ликвидуса системы Al–Hf–Sc, а также изучение влияния гафния на коэффициент диффузии скандия в алюминии.

1. Savchenkov S., Kosov Y., Bazhin V., Krylov K., Kawalla R. Microsructural master alloys features of aluminiumerbium system. Crystals. 2021; 11 (11): 1353. https://doi.org/10.3390/cryst11111353

2. Белов Н.А., Шуркин П.К., Короткова Н.О., Черкасов С.О. Влияние термообработки на структуру и механические свойства холоднокатанных листов сплавов системы Al—Cu—Mn с разным соотношением меди и марганца. Цветные металлы. 2021; (9): 80—86.

3. Akopyan T.K., Belov N.A., Letyagin N.V., Milovich F.O., Lukyanchuk A.A., Fortuna A.S. Influence of indium trace addition on the microstructure and precipitation hardening response in Al—Si—Cu casting aluminium alloy. Materials Science and Engineering A. 2022; 831: 142329. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142329

4. Bazhin V.Y., Alattar A.L., Danilov I.V. Development of technologies for the production of multicomponent ligatures Al—Cu—B—C with high thermal characteristics. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019; 537 (2): 149243.

5. Du H., Zhang S., Zhang B., Belov N., Liu Z. Ca-modified Al—Mg—Sc alloy with high strength at elevated temperatures due to a hierarchichal microstructure. Journal of Materials Science. 2021; 56 (28): 16145—16157.

6. Бронз А.В., Ефремов В.И., Плотников А.Д., Чернявский А.Г. Сплав 1570С — материал для герметичных конструкций перспективных многоразовых изделий РКК «Энергия». Космическая техника и технологии. 2014; (4): 62—67.

7. Захаров В.В. Влияние скандия на структуру и свойства алюминиевых сплавов. Металловедение и термическая обработка металлов. 2003; (7): 7—15.

8. Clouet E., Ludovic L., Thierry E., Williams L., Deschamps A. Complex precipitation pathways in multicom-ponent alloys. Nature Materials. 2006; 5 (6): 482—488. https://doi.org/10.1038/nmat1652

9. Hallem H., Marthinsen K., Lefebvre W., Danoix F., Forbord B. The formation of Al3 (ScxZryHf1–x–y)-dispersoids in aluminium alloys. Materials Science and Engineering. 2006; 421 (1—2): 154—160.

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

11. Li H-y, Li D-w, Zhu Z-x, Chen B-a, Xin C, Yang C-l, Zhang H-y, Kang W. Grain refinement mechanism of ascast aluminum by hafnium. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016; 26 (12): 3059—3069. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(16)64438-2

12. Yashin V., Aryshenskii E., Hirsch J., Konovalov S., Latushkin I. Study of recrystallization kinetics in AA5182 aluminium alloy after deformation of the as-cast structure. Materials Research Express. 2019; 6: 066552. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab085f

13. Давыдов В.Г., Елагин В.И., Захаров В.В., Ростова Т.Д. О легировании алюминиевых сплавов добавками скандия и циркония. Металловедение и термическая обработка металлов. 1996; (8): 25—30.

14. Рохлин Л.Л., Бочвар Н.Р., Добаткина Т.В., Леонтьев В.Г. Исследование богатой алюминием части диаграммы состояния Al—Hf. Металлы. 2009; (3): 93—98.

15. Röyset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys. International Materials Reviews. 2005; 50 (1): 19—44.

16. Bo H., Liu L.B., Hu J.L., Jin Z.P. Experimental study and thermodynamic modeling of the Al—Sc—Zr system. Computational Materials Science. 2017; 133: 82—92. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.02.029

17. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. M.: Металлургия, 1979.

18. Engler O., Kuhnke K., Hasenclever J. Development of intermetallic particles during solidification and homogenization of two AA 5xxx series Al—Mg alloys with different Mg contents. Journal of Alloys and Compounds. 2017; 728: 669—681. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.09.060

19. Engler O., Simon M. Control of second-phase particles in the Al—Mg—Mn alloy AA 5083. Journal of Alloys and Compounds. 2016; 689: 998—1010. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.08.070

20. Blake N. Hopkins M.A. Constitution and age hardening of Al—Sc alloys. Journal of Materials Science. 1985; 20: 2861—2867. https://doi.org/10.1007/BF00553049

21. Norman A., Prangnell P., McEwen R. The solidification behavior of dilute aluminum—scandium alloys. Acta Materialia. 1998; 46: 5715—5732.

22. Rokhlin L.L., Bochvar N.R., Boselli J., Dobatkina T.V. Investigation of the phase relations in the Al-rich alloys of the Al—Sc—Hf system in solid state. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2010; 31: 327—332. https://doi.org/10.1007/s11669-010-9710-z

23. Harada Y., Dunand D.C. Creep properties of Al3Sc and Al3(Sc, X) intermetallics. Acta Materialia. 2000; 48 (13): 3477—3487. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(00)00142-7

24. Keith E. Knipling, David C. Dunand, David N. Precipitation evolution in Al—Zr and Al—Zr—Ti alloys during isothermal aging at 375—425 C. Acta Materialia. 2008; 56 (1): 114—127. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.09.004

25. Захаров В.В., Елагин В.И., Ростова Т.Д., Филатов Ю.А. Металловедческие принципы легирования алюминиевых сплавов скандием. Технология легких сплавов. 2010; (1): 67—73.

26. Parker B.A., Zhou Z.F., Nolle P. The effect of small additions of scandium on the properties of aluminium alloys. Journal of Materials Science. 1995; 30 (2): 452—458. https://doi.org/10.1007/BF00354411