ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА БОРАЛЮМИНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ ГОМОГЕНИЗАЦИИ И ЗАКАЛКИ

Алюминиевые сплавы Al–Cu–Mn (Zr) обладают высокой прочностью и технологичностью без операций термической обработки (ТО). С целью исследования возможности получения алюминиевого борсодержащего сплава в виде листового проката повышенной прочности без осуществления ТО в работе получали сплавы Al–2%Cu–1,5%Mn–2%B и Al–2%Cu– 1,5%Mn–0,4%Zr–2%B. Для исключения осаждения тугоплавких частиц боридов плавку вели в индукционной печи РЭЛТЕК, обеспечивающей интенсивное перемешивание расплава. Температура плавки составляла 950–1000 °С. Заливку осуществляли в графитовые изложницы 40×120×200 мм. С использованием расчетных методов (Thermo-Calc) установлено, что при температуре плавки марганец образует сложные бориды с алюминием и цирконием, при этом в жидкости остается достаточное количество марганца, а циркония в ней практически нет. Экспериментальными методами (электронная сканирующая микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ) доказано формирование сложного борида AlB₂Mn₂, однако оставшегося в твердом растворе марганца хватает на образование частиц фазы Al₂₀Cu₂Mn₃ в количестве до 7 мас.%. В сплаве с цирконием бор стимулирует выделение первичных кристаллов Al₃Zr, в связи с чем в алюминиевом твердом растворе остается недостаточное количество циркония для упрочнения. Показана возможность получения тонколистового проката толщиной менее 0,3 мм с равномерно распределенными скоплениями боридной фазы с размером частиц менее 10 мкм. Без использования закалки и старения достигнут высокий уровень прочности (до 543 МПа) за счет выделения дисперсоидов фазы Al₂₀Cu₂Mn₃ во время горячей деформации (t = 450 °С).

1. Mohantya R.M., Balasubramaniana K., Seshadrib S.K. Boron carbide-reinforced alumnium 1100 matrix composites: Fabrication and properties // Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 498. Iss. 1—2. Р. 42—52.

2. Savas O., Kayikci R. Production and wear properties of metal matrix composites reinforced with boride particles // Mater. Design. 2013. Vol. 51. P. 641—647.

3. Xin Yan Yue, Jian Jun Wang, Shang Yong Yu, Wei Wang, Hong Qiang Ru. Microstructure and mechanical properties of a three-layer B4C/Al—B4C/TiB2—B4C composite // Mater. Design. 2013. Vol. 46. P. 285—290.

4. Tjong S.C., Ma Z.Y. Microstructural and mechanical characteristics of in situ metal matrix composites // Mater. Sci. Eng. А. 2000. Vol. 29. P. 49—113.

5. Suárez O.M. Precipitation hardening of a novel aluminum matrix composite // Mater. Charact. 2002. Vol. 49. Iss. 2. P. 187—191.

6. Fanchini G., Gupta V., Mann A.B., Chhowalla M. In situ monitoring of structural changes in boron carbide under electric fields // J. Am. Ceram. Soc. 2008. Vol. 91. Iss. 8. P. 2666—2669.

7. Самошина М.Е., Червякова К.Ю., Алещенко А.С., Мирзомустакимов М.М. Структура, механические свойства и деформационная способность слитков и листового проката сплава Al—6%Cu—2%B // Цвет. металлы. 2016. No. 12. С. 78—84.

8. Chervyakova K.Yu., Samoshina M.E., Belov N.A. Selection of an aluminum matrix composition for obtaining the heat treatable boron-aluminum alloys // Non-Ferr. Met. 2016. No. 2. P. 34—40.

9. Talamantes-Silvaa M., Rodríguezb A., Talamantes-Silvab J., Valtierrab S., Colása R. Characterization of an Al—Cu cast alloy // Mater. Charact. 2008. Vol. 59. P. 1434—1439.

10. Bo Lin, Wei Wen Zhang, Zhao Hui Lou, Da Tong Zhang, Yuan Yuan Li. Comparative study on microstructures and mechanical properties of the heattreated Al—5,0Cu— 0,6Mn—xFe alloys prepared by gravity die casting and squeeze casting // Mater. Design. 2014. Vol. 59. P. 10—18.

11. Белов Н.А., Алабин А.А. Материал на основе алюминия (АЛТЭК): Пат. 2287600 (РФ). 2006.

12. Alabin A.N., Belov N.A., Tabachkova N.Yu., Akopyan T.K. Heat resistant alloys of Al—Zr—Sc system for electrical applications: analysis and optimization of phase composition // Non-Ferr. Мet. 2015. No. 2. Р. 36—40.

13. Lai J., Zhang Z., Chen X.-G. The thermal stability of mechanical properties of Al—B4C composites alloyed with Sc and Zr at elevated temperatures // Mater. Sci. Eng. А. 2012. Vol. 532. P. 462—470.

14. Neuberta V., Smola B, Stul’kov’a B., Bakkar A., Reuter J. Microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of dilute Al—Sc—Zr alloy prepared by powder metallurgy // Mater. Sci. Eng. A. 2007. Vol. 464. Iss. 1—2. Р. 358—364.

15. Srinivasarao B., Suryanarayana C., Oh-ishi K., Hono K. Microstructure and mechanical properties of Al—Zr nanocomposite materials // Mater. Sci. Eng. A. 2009. Vol. 518. Iss. 1—2. P. 100—107.

16. Толеулова А.Р. Теоретические и экспериментальные исследования фазовых и структурных превращений в алюминиевых сплавах нового поколения на базе системы Al—Cu—Mn—Zr: Дис. докт. филос. (PhD). Алматы: Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, 2013.

17. ГОСТ 11069-2001. Алюминий первичный. Марки. Взамен ГОСТ 11069-74. Введ. 2003.01.01. М.: Изд-во стандартов, 2002.

18. ГОСТ 859-2001. Медь. Марки. Взамен ГОСТ 859-78. Введ. 2002.03.01. Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации. М.: Изд-во стандартов, 2003.

19. Информация с сайта www.thermocalc.com (дата обращения: 24.04.2017).

20. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. Взамен ГОСТ 1497-73. Введ. 1986.01.01. М.: Изд-во стандартов, 1997.

21. ГОСТ 11701-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент. Взамен ГОСТ 11701-66. Введ. 1986.01.01. М.: Изд-во стандартов, 1985.

22. Самошина М.Е., Белов Н.А., Алабин А.Н., Червякова К.Ю. Влияние меди и магния на структуру и фазовый состав слитков боралюминия // Металлы. 2016. No. 1. С. 86—92.

23. Petzow G., Effenberg G. (Ed.) Ternary alloys: A comprehensive compendium of evaluated constitutional data and phase diagrams. Wiley-VCH, 1990. Vol. 3.