ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ЛИГАТУРНЫХ СПЛАВОВ Al–Hf–Sc

С использованием методов оптической и электронной сканирующей микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа изучены особенности микроструктуры новых лигатурных сплавов системы Al–Hf–Sc с метастабильными алюминидами, имеющими кубическую решетку, идентичную решетке матрицы алюминиевых сплавов. Выплавку бинарных и тройных сплавов проводили в печи угольного сопротивления в графитовых тиглях в атмосфере аргона. Сплавы Al–0,96ат.%Hf (5,98 мас.% Hf) и Al–0,59ат.%Hf (3,77 мас.% Hf) готовили при перегреве над температурой ликвидуса около 200 и 400 град соответственно. Расплавы заливали в бронзовую изложницу, скорость кристаллизации в которой составляла ~103 град/с. Только в сплаве, перегретом над температурой ликвидуса на 400 град, наряду со стабильными алюминидами с тетрагональной решеткой образовались метастабильные алюминиды Al3Hf с кубической решеткой. Перегрев тройных расплавов, в которых сформировались метастабильные алюминиды Aln(Hf1–xScx), составил 240, 270 и 370 град. В зависимости от соотношения Hf и Sc в сплаве доля гафния в алюминидах Aln(Hf1–xScx) изменяется от 0,46 до 0,71. Лигатурные сплавы (ат.%) Al–0,26Hf–0,29Sc и Al–0,11Hf–0,25Sc (мас.%: Al–1,70Hf–0,47Sc и Al–0,75Hf–0,42Sc) характеризуются тонкой структурой зерна и метастабильными алюминидами состава Aln(Hf0,58Sc0,42) и Aln(Hf0,46Sc0,54) соответственно. Размеры алюминидов не превышают 12 и 7 мкм. Несоответствие их решеток с решеткой матрицы алюминиевых сплавов меньше, чем таковое для Al3Sc. Это позволяет предположить проявление опытными лигатурами Al–Hf–Sc высокого модифицирующего эффекта при их дальнейшем использовании. Кроме того, замещение гафнием дорогостоящего скандия в лигатурных сплавах может значительно сократить расход последнего.

сплавы системы Al–Hf–Sc, метастабильные алюминиды, кубическая решетка, пересыщенные твердые растворы

1. Hyde K.B., Norman A.F., Prangnell P.B. The effect of Ti on grain refinement in Al—Sc alloys. Mater. Sci. Forum. 2002. Vols. 396—402. P. 39—44.

2. Min Song, Yuehui He, Shanfeng Fang. Effect of Zr content on the yield strength of an Al—Sc alloys. J. Mater. Eng. Perform. 2011. Vol. 20. No. 3. P. 377—381.

3. Dalen M.E., Dunand D.C., Seidman D.N. Effects of Ti additions on the nanostructure and creep properties of precipitation-strengthened Al—Sc alloys. Acta Mater. 2005. Vol. 53. No. 15. P. 4225—4235.

4. Royset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys. Int. Mater. Rev. 2005. Vol. 50. No. 1. P. 19—44.

5. Zakharov V.V. O sovmestnom legirovanii alyuminievykh splavov skandiem i tsirkoniem [Combined alloying of aluminum alloys with scandium and zirconium]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2014. No. 6 (708). P. 3—8; Metal Sci. Heat Treatment. 2014. Vol. 56. No. 5. P. 281—286.

6. Zakharov V.V. O legirovanii alyuminievykh splavov perehodnymi metallami [About alloying of aluminum alloys with transition metals]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2017. No. 2 (740). P. 3—8.

7. Norman A.F., Prangnell P.B., McEwen R.S. The solidification behavior of dilute aluminium—scandium alloys. Acta Mater. 1998. Vol. 46. No. 16. P. 5715—5732.

8. Marquis E.A., Seidman D.N. Nanoscale structural evolution of Al3Sc precipitates in Al(Sc) alloys. Acta Mater. 2001. Vol. 49. P. 1909—1919.

9. Fuller C.B., Murray J.L., Seidman D.N. Temporal evolution of the nanostructure of Al(Sc,Zr) alloys: Part I. Chemical compositions of Al3(Sc1–xZrx) precipitates. Acta Mater. 2005. Vol. 53. No. 20. P. 5401—5413.

10. Knipling K.E., Karnesky R.A., Lee C.P., Dunand D.C., Seidman D.N. Precipitation evolution in Al—0,1Sc, Al—0,1Zr and Al—0,1Sc—0,1Zr (at.%) alloys during isochronal aging. Acta Mater. 2010. Vol. 58. P. 5184—5195.

11. Carlsson A.E., Meschter P.J. Relative stability of L12, D022, and D023 structures in MAl3 compounds. J. Mater. Res. 1989. Vol. 4. No. 5. P. 1060—1063.

12. Ghosh G., Asta M. First-principles calculation of structural energetics of Al—TM (TM = Ti, Zr, Hf) intermetallics. Acta Mater. 2005. Vol. 53. P. 3225—3252.

13. Harada Y., Dunand D.C. Microstructure of Al3Sc with ternary transition-metal additions. Mater. Sci. Eng. A. 2002. Vol. 329—331. P. 686—695.

14. Brodova I.G., Zamyatin V.M., Popel P.S., Esin V.O., Baum B.A., Moiseev A.I., Korshunov I.P., Polents I.V. Usloviya formirovaniya metastabil’nykh faz pri kristallizatsii splavov Al—Zr [The conditions for the formation of metastable phases during the crystallization of Al—Zr alloys]. Rasplavy. 1988. Vol. 2. Iss. 6. P. 23—27.

15. Brodova I.G. Polents I.V., Esin V.O., Lobov B.M. Zakonomernosti formirovaniya litoi struktury pereokhlazhdennykh Al—Ti splavov [The formation patterns of the cast structure of supercooled Al—Ti alloys]. Fizika metallov i metallovedenie. 1992. No. 1. P. 84—89.

16. Norman A.F., Tsakiropoulos P. Rapid solidification of Al— Hf alloys — solidification, microstructures and decomposition of solid-solutions. Int. J. Rapid Solid. 1991. Vol. 6. No. 3—4. P. 185—213.

17. Malek P., Janecek M., Smola B., Bartuska P., Plestil J. Structure and properties of rapidly solidified Al—Zr—Ti alloys. J. Mater. Sci. 2000. Vol. 35. P. 2625—2633.

18. Popova E.A., Shubin A.B., Kotenkov P.V., Pastukhov E.A., Bodrova L.E., Fedorova O.M. Al—Ti—Zr master alloys: structure formation. Rus. metallurgy (Metally). Vol. 2012. No. 5. P. 357—361.

19. Popova E.A., Kotenkov P.V., Pastukhov E.A., Shubin A.B. Master alloys Al—Sc—Zr, Al—Sc—Ti, and Al—Ti—Zr: their manufacture, composition, and structure. Rus. Metallurgy (Metally). Vol. 2013. No. 8. P. 590—594.

20. Popova E.A., Kotenkov P.V., Pastukhov E.A. Synergetic effect in modifying with master alloys having an aluminide cubic structure. Rus. Metallurgy (Metally). Vol. 2016. No. 2. P. 189—193.

21. Kotenkov P.V., Popova E.A., Pastukhov E.A. Otsenka modifitsiruyushchei sposobnosti opytnykh ligatur Al—Sc—Zr, Al—Sc—Ti, Al—Ti—Zr [Modifying ability estimation of master alloys Al—Sc—Zr, Al—Sc—Ti, Al—Ti—Zr]. Rasplavy. 2014. No. 4. P. 21—27.

22. Murray J.L., McAlister A.J., Kahan D.J. The Al—Hf (aluminum-hafnium) system. J. Phase Equil. 1998. Vol. 19. No 4. P. 376—379.

23. Murray J.L. The Al—Sc (aluminum-scandium) system. J. Phase Equil. 1998. Vol. 19. No 4. P. 380—384.

24. Kerr H.W., Cisse J., Boiling G.F. On equilibrium and nonequilibrium peritectic transformation. Acta Metall. 1974. Vol. 22. P. 77—686.