Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Россия
Е. А. Наумова, доцент кафедры обработки металлов давлением (ОМД), канд. техн. наук, эл. почта: jan73@mail.ru

А. О. Бобрышева, аспирант кафедры ОМД

Институт металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова РАН, Москва, Россия

С. Г. Бочвар, ведущий научный сотрудник
П. Ю. Предко, научный сотрудник

С помощью расчетных (Thermo-Calc) и экспериментальных (ОМ, СЭМ, МРСА) методов исследованы структура и фазовый состав сплавов системы Al – Ca – Ce, легированных лантаном, никелем, марганцем, цирконием и хромом. Выбор экспериментальных композиций основан на предшествующих этой работе исследованиях новых перспективных систем-основ для создания многофазных теплостойких сплавов. Показано, что все сплавы, кроме сплава Al – 6 Ca – 3 Ce – 3 La, обладают благоприятной структурой – либо доэвтектической, либо заэвтектической с первичными кристаллами округлой морфологии и малого размера на фоне высокодисперсных многофазных эвтектик. Такая структура предполагает высокую деформационную пластичность. Подтверждена взаимная растворимость кальция, церия и лантана в соответствующих соединениях Al₄Ca с образованием Al₄(Ca,Ce,La), Al11Ce3 с образованием Al11(Ce,Ca)3 и Al11La3 с образованием Al11(La,Ce,Ca)3. Сплавы были прокатаны на реверсивном прокатном стане с диаметром валков 260 мм при температуре прокатки 450 оС и скорости 0,2 м/с. Общая степень деформации всех сплавов составила более 80 %. Горячекатаные листы подвергали смягчающему отжигу при температуре 400 оС в течение 1 ч с охлаждением на воздухе. Однако в образце из сплава Al – 4 Ca – 4 Ce – 4 Ni на последнем проходе появились множественные трещины, поэтому его исключили из дальнейших испытаний. Наиболее заметно при прокатке упрочняются сплавы Al – 2 Ca – 5 Ce – 0,3 Zr – 0,2 Cr и Al – 4 Ca – 4 Ce – 4 Ni – 1 Mn – 0,3 Zr, твердость которых увеличивается более, чем на 20 HV. При испытаниях на растяжение при температуре 350 °С установлено, что все исследованные сплавы по прочностным показателям значительно превосходят стандартный поршневой силумин АЛ25 (АК12М2МгН). Наилучший комплекс свойств продемонстрировали сплавы Al – 4 Ca – 4 Ce – 4 Ni – 1 Mn – 0,3 Zr и Al – 6 Ca – 1,5 Ce – 2,5 La, предел прочности которых при температуре 350 оС сос тавил 96±2 и 92±2 МПа соответственно, предел те кучести – 91±2 и 89±2 МПа соответственно, относительное удлинение – 21±1 и 20±2 % соответственно.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 20-19-00746-П (23-19-45018).

1. Hatch J. E. Aluminum: properties and physical metallurgy. – Ohio : American Society for Metals, 1984. – 424 p.
2. Altenpohl D. G. Aluminum: technology, applications, and environment. – The Aluminum Association Inc. and TMS, 1998. – 473 p.
3. Epstein S. G. Aluminum and its alloys. The Aluminum Association Inc., 1994. – 26 p.
4. King F. Aluminum and its alloys. Ellis Horwood Ltd., 1987. – 313 p.
5. Золоторевский В. С., Белов Н. А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. – М. : МИСиС, 2005. – 376 с.
6. Федоров В. М. Некоторые особенности легирования алюминиевых сплавов переходными металлами в условиях метастабильной кристаллизации // Авиационная промыш ленность. 1990. № 12. С. 42–45.
7. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. Принципы легирования и области составов гранулируемых алюминиевых сплавов // Цветные металлы. 1993. № 6. С. 33–37.
8. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. Гранулируемые алюминиевые сплавы с особыми физическими свойствами // Авиационная промышленность. 1990. № 7. С. 55–57.
9. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. – М. : ВИЛС, 1995. – 341 с.
10. Wu T., Plotkowski A., Shyam A., Dunand D. C. Microstructure and creep properties of cast near-eutectic Al – Ce – Ni alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2022. Vol. 833. 142551.
11. Zhanga Zh., Wangb Y., Biana X. Microstructure selection map for rapidly solidified Al-rich Al – Ce alloys // Journal of Crystal Growth. 2004. Vol. 260. P. 557–565.
12. Hawksworth A., Rainforth W. M., Jones H. Solidification microstructure selection in the Al-rich Al – La, Al – Ce and Al – Nd systems // Journal of Crystal Growth. 1999. Vol. 197. Р. 286–296.
13. Belov N. A., Khvan A. V. The ternary Al – Ce – Cu phase diagram in the aluminum-rich corner // Acta Mater. 2007. Vol. 55. P. 5473–5482.
14. Belov N. A., Khvan A. V., Alabin A. N. Microstructure and phase composition of Al – Ce –Cu alloys in the Al-rich corner // Mater. Sci. Forum. 2006. Vol. 519–521. P. 395–400.
15. Belov N. A. Principles of optimising the structure of creepresisting casting aluminium alloys using transition metals // J. Adv. Mater. 1994. Vol. 1. P. 321–329.
16. Наумова Е. А., Васина М. А., Черногорова О. П., Рогачев С. О., Задорожный М. Ю., Бобрышева А. О. Исследование влияния церия на структуру и свойства кальцийсодержащих алюми ниевых сплавов // Металлург. 2023. № 9. С. 49–57.
17. Наумова Е. А., Васина М. А., Финогеев А. С., Бобрышева А. О. Исследование влияния цинка на фазовый состав и структуру сплавов системы Al – Ca – Ce // Цветные металлы. 2024. № 6. С. 53–61.
18. Naumova E. A., Akopyan T. K., Letyagin N. V., Vasina M. A. Investigation of the structure and properties of eutectic alloys of the Al – Ca – Ni system containing REM // Non-ferrous Metals. 2018. Vol. 2. P. 24–29.
19. Belov N. A. Aluminium casting alloys with high content of zirconium // Materials Science Forum. Grenoble, France. 1996. Vol. 217–222. P. 293–298.
20. Добаткина Т. В., Торопова Л. С., Камардинкин А. Н. и др. Диаграмма состояния Al – Sc – Zr в области, богатый алюминием // Сб.: V Всесоюзн. сов. «Диаграммы состояния мет. систем». Тез. докл. – М. : 1989. – 123 с.
21. Елагин В. И., Захаров В. В., Павленко С. Г. и др. Влияние добавки циркония на старение сплавов Al – Sc // Физика металлов и металловедение. 1985. № 60. С. 97–100.
22. Соколовская Б. М., Казакова Б. Ф., Поддьякова Б. P. Распад пересыщенных твердых растворов в БЗС систем Al – Sc – Cr, Al – Sc – Zr // Heopганические материалы. 1995. Т. 31, № 11. С. 1418–1421.
23. Li Z., Zhang Z., Chen X. G. Microstructure, elevated-temperature mechanical properties and creep resistance of dispersoidstrengthened Al – Mn – Mg 3xxx alloys with varying Mg and Si contents // Mater Sci Eng A. 2017. Vol. 708. P. 383–394.
24. Белов Н. А., Наумова Е. А., Дорошенко В. В., Базлова Т. А. Влияние марганца и железа на фазовый состав и микроструктуру алюминиево-кальциевых сплавов // Цветные металлы. 2017. № 8. С. 66–71.
25. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. – Введ. 01.01.2003.
26. ГОСТ Р 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. – Введ. 01.07.2010.
27. Akopyan T. K, Letyagin N. V., Avxentieva N. N. High-tech alloys based on Al – Ca – La (-Mn) eutectic system for casting, metal forming and selective laser melting // Non-ferrous Metals. 2020. Vol. 1. P. 52–59
28. Shurkin P. K, Letyagin N. V., Yakushkova A. I., Samoshina M. E., Ozherelkov D. Yu., Akopyan T. K. Remarkable thermal stability of the Al – Ca – Ni – Mn alloy manufactured by laserpowder bed fusion // Materials Letters. 2021. Vol. 285. 129074
29. Akopyan T. K., Letyagin N. V., Sviridova T. A., Korotkova N. O., Prosviryakov A. S. New Casting Alloys Based on the Al + Al4 (Ca, La) Eutectic // JOM. 2020. Vol. 72. P. 3779–3786.
30. Акопян T. K., Летягин Н. В., Дорошенко В. В. Алюмоматричные композиционные сплавы на основе системы Al – Ca – Ni – Ce, упрочняемые наночастицами фазы L12 без использования закалки // Цветные металлы. 2018. № 12. С. 56–61.