Влияние температурных режимов закалки на формирование структуры, ликвационные процессы и свойства сплава АМ4,5Кд + 0,2 мас.% La после искусственного старения

Методами электронно-микроскопического исследования и микрорентгеноспектрального анализа элементов идентифицированы структурные составляющие сплава АМ4,5Кд + 0,2 мас.% La после закалки с различных температур (t = 535÷605 °С) и искусственного старения при t = 155 °С в течение 4 ч. Повышение температуры закалки от 535 до 605 °С способствует укрупнению структурных составляющих – α-твердого раствора, алюминидов различного состава, эвтектики. Установлено, что металлическая основа неоднородна по химическому составу и состоит из двух видов твердого раствора – α₁ и α₂. В α₂-твердом растворе растворяются в большей степени Cu и Mn, по сравнению с α₁-твердым раствором. С увеличением температуры закалки до 605 °С содержание меди в α₁-твердом растворе уменьшается, в то же время в α₂-твердом растворе концентрация меди изменяется по экстремальной зависимости с двумя ее максимумами при температурах 545 °С (4,5 ат.%) и 585 °С (8,7 ат.%). Содержание марганца в α₁-твердом растворе резко снижается до температуры закалки 545 °С, а затем остается без изменения до t = 605 °С (0,2 ат.%). Содержание марганца в α2-твердом растворе изменяется также по экстремальной зависимости с максимумом концентрации при t = 545 °С (4,3 ат.% Mn). Дальнейшее повышение температуры закалки способствует резкому уменьшению содержания марганца от 1,0 ат.% при t = 565 °С до 0,3 ат.% Mn при температуре закалки 605 °С. Таким образом, максимальная растворимость Cu и Mn в α²-твердом растворе наблюдается при температуре закалки 545 °С. При температуре закалки 585 °С фиксируется только повышенное содержание меди (~8,7 ат.%). В зависимости от температуры закалки кристаллизуются алюминиды легирующих элементов с различной стехиометрией. Наиболее часто встречаются комплексно-легированные алюминиды титана Al_xTi_yLa_zCu_vCd_w и меди Al_xCu_yMn_zCd_v. Увеличение температуры закалки до 535–545 °С способствует росту твердости сплава АМ4,5Кд + 0,2 мас.% La до 98–104 HB с последующим ее снижением (60 HB) до температуры закалки 605 °С. Сплав без термической обработки имел твердость 60 HB. Оптимальный режим закалки сплава АМ4,5Кд + 0,2 мас.% La соответствует температуре 535–545 °С, при которой наблюдаются максимальные твердость сплава и микротвердость интерметаллида.

1. Огородов Д.В., Трапезников А.В., Попов Д.А., Пентюхин С.И. Развитие литейных алюминиевых сплавов в ВИАМ (к 120-летию со дня рождения И.Ф. Колобнева). Труды ВИАМ. 2017;2(50):105—112.

2. Белов Н.А., Алабин А.Н. Перспективные алюминиевые сплавы с повышенной жаростойкостью для арматуростроения как возможная альтернатива сталям и чугунам. Арматуростроение. 2010;2(65):50—54.

3. Квасова Ф.И., Фридляндер И.Н. Промышленные алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1984. 528 c.

4. Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М. Промышленные алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1984. 527 c.

5. Patel N., Joshi M., Singh A., Pradhan A.K. Effect of solution heat treatment on microstructure and some properties of Al—Cu—Mg alloy. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2023;76(10):2681—2689. https://doi.org/10.1007/s12666-023-02961-x

6. Арышенский Е.В., Арышенский В.Ю., Дриц А.М., Гречников Ф.В., Рагазин А.А. Влияние режимов термической обработки на механические свойства алюминиевых сплавов 1570, 1580 и 1590. Вестник Самарского университета: Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2022;21(4):76—87.

7. Короткова Н.О., Белов Н.А., Тимофеев В.Н., Мотков М.М., Черкасов С.О. Влияние режима термической обработки на структуру и свойства проводникового алюминиевого сплава Al—7%РЗМ, полученного литьем в электромагнитном кристаллизаторе. Физика металлов и металловедение. 2020;121(2): 200—206.

8. Паитова О.В., Бобрук Е.В., Скотникова М.А. Оптимизация структуры и свойств алюминиевого сплава системы Al—Cu—Mg. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2020;63(5):476-482.

9. Зенин М.Н., Гурьев А.М., Иванов С.Г., Гурьев М.А., Черных Е.В. Влияние высокотемпературного отжига алюминиевых сплавов АМг6 и В95 на их структурно-фазовое состояние и прочностные свойства. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2022:19(1):106—114.

10. Zhou W.B., Teng G.B., Liu C.Y., Qi H.Q., Huang H.F., Chen Y., Jiang H.J. Microstructures and mechanical properties of binary Al—Zn alloys fabricated by casting and heat treatment. Journal of Materials Engineering and Performance. 2017;26:3977—3982. https://doi.org/10.1007/s11665-017-2852-y

11. Tan E. Change in the wear characteristics of T6 heattreated 2024, 6063, and 7075 alloys at different quenching temperatures. Journal of Materials Engineering and Performance. 2023;32:1—13. https://doi.org/10.1007/s11665-023-08177-w

12. Anjabin N. Modeling the age-hardening process of aluminum alloys containing the prolate/oblate shape precipitates. Metals and Materials International. 2021;27:1620—1630. https://doi.org/10.1007/s12540-019-00579-7

13. Александров А.А., Буторин Д.В., Данеев Р.А., Лившиц А.В. Система компьютерного моделирования термических остаточных напряжений. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2019;(4):8—16.

14. Кривопалов И.В., Батурин А.П., Ерисов Я.А. Применение компьютерного моделирования для определения влияния параметров закалки на геометрию штамповок из алюминиевого сплава АК6. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2021:23(6):5—9.

15. Hu Y., Wang G., Ye M., Wang S., Wang L., Rong Y. A precipitation hardening model for Al—Cu—Cd alloys. Materials & Design. 2018;151:123—132. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.04.057

16. Hu Y., Wang G., Ji Y., Wang L., Rong Y., Chen L.Q. Study of θ’precipitation behavior in Al—Cu—Cd alloys by phase-field modeling. Materials Science and Engineering: A. 2019;746:105—114. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.01.012

17. Liu X., Wang G., Hu Y., Ji Y., Rong Y., Hu Y., Chen L.Q. Multi-scale simulation of Al—Cu—Cd alloy for yield strength prediction of large components in quenchingaging process. Materials Science and Engineering: A. 2021;814:141223. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141223

18. Choudhary C., Bar H.N., Arif S. Sahoo K.L., Mandal D. Effect of structural refinement and modification on the mechanical properties of Al—7Si alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. 2023;1—13. https://doi.org/10.1007/s11665-023-08313-6

19. Ruan Q., Meng C., Xie Z., Tao Z., Wu J., Peng Y., Tang H., Chen P. Effect of (Ti + V)B2 on the grain structure of Al—7Si alloy. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2023;76(10):2765—2771. https://doi.org/10.1007/s12666-023-02954-w

20. Sahin H., Dispinar D. Effect of rare earth elements erbium and europium addition on microstructure and mechanical properties of A356 (Al—7Si—0.3Mg) alloy. International Journal of Metalcasting. 2023;17(4):2612—2621. https://doi.org/10.1007/s40962-023-01060-3

21. Лапоногова П.А., Колисова М.В., Гончаров А.В., Дзюба Г.С. Применение скандия для модифицирования алюминиевых сплавов на примере ВАЛ10. В сб.: Инновационные технологии в литейном производстве. М.: ИИУ МГОУ, 2019. С. 75—78.

22. Амер С.М. Барков Р.Ю., Просвиряков А.С., Поздняков А.В. Структура и свойства новых литейных жаропрочных сплавов на основе систем Al—Cu—Y и Al—Cu—Er. Физика металлов и металловедение. 2021;122(9):977—983.

23. Баженов В.Е., Баранов И.И., Титов А.Ю., Санников А.В., Ожерелков Д.Ю., Лыскович А.А., Колтыгин А.В., Белов В.Д. Изучение влияния добавок Ti, Sr и B на жидкотекучесть алюминиевого сплаваА356.2 (АК7пч). Известия вузов. Цветная металлургия. 2022;28(4):55—66.

24. Абрамов А.А. Лигатура алюминий—титан—бор — эффективный модификатор зерна литейных алюминиевых сплавов. Металлургия машиностроения. 2021(2):2—4.

25. Андрушевич А.А., Садоха М.А. Усадочные явления в силуминах при обработке модификаторами длительного действия. Литье и металлургия. 2022;(3):30—35.

26. Шляпцева А.Д., Петров И.А., Ряховский А.П. Комплексное модифицирование промышленных силуминов. Теория и технология металлургического производства. 2021;1(36):4—10.

27. Ри Х., Ри Э.Х., Зернова Т.С., Калаушин М.А., Ри В.Э., Ермаков М.А. Модификатор: Пат. 2521915 (РФ). 2012.

28. Добаткин В.А., Елагин В.И., Федоров В.М. Быстрозакристаллизующиеся алюминиевые сплавы. М.: ВИЛС, 1995. 341 с.

29. Xiao-hui Ao, Shu-ming Xing, Bai-shui Yu, Qing-you Han. Effect of Ce addition on microstructures and mechanical properties of A380 aluminum alloy prepared by squeeze-casting. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2018;25(5):553—564. https://doi.org/10.1007/s12613-018-1602-y

30. Ри Э.Х., Приходько А.А., Славинская Н.А. Структурообразование и свойства литейного сплава ВАЛ 10, модифицированного церием и лантаном. Металлургия машиностроения. 2020;(2): 24—30.