Московский политехнический университет (Москва, Россия)

В. В. Овчинников, заведующий кафедрой «Материаловедение», докт. техн. наук, профессор, vikov1956@mail.ru
М. А. Барыкин, инженер-исследователь, mr.barykin97.97@mail.ru
Р. Б. Резцов, аспирант кафедры «Материаловедение», anikron_91@mail.ru
И. С. Соловьев, инженер-исследователь, solovev.i.s@yandex.ru

Приведены результаты исследования структуры и свойств сварных соединений экспериментального алюминиевого сплава системы Al – Zn – Mg – Ca, полученных методом односторонней сварки трением с перемешиванием (СТП). Использовали горячекатаные листы и литые заготовки толщиной 5 мм. Оптимальные технологические режимы сварки (СТП): частота вращения инструмента 850–900 об/мин и скорость его перемещения 95–150 мм/мин, угол наклона инструмента в плоскости сварного шва 2,5о с усилием прижима к свариваемым листам 2,2–2,8 кН. Результаты исследования подтвердили отсутствие влияния расположения литых заготовок относительно направления вращения инструмента на механические свойства сварных соединений. Коэффициент прочности сварного шва относительно литой заготовки составил 0,99–1,0, относительно горячекатаной – 0,71–0,72. Угол изгиба при этом находится в пределах 44–50о. Установлено, что наиболее низкие значения твердости совпадают с зоной термомеханического воздействия со стороны литой заготовки. Анализ тонкой структуры сварного соединения выявил формирование дисперсной зеренной структуры со средним размером зерна порядка 1–3 мкм. В сплаве, содержащем малые добавки Zr и Sc, в зернах алюминиевой матрицы обнаружены наночастицы фазы типа L12 диаметром около 1–3 мкм. Экспериментально подтверждена перспективность метода сварки трением с перемешиванием для получения качественных соединений заготовок из сплава Al – 5,5Zn – 1,5Mg – 1Ca – 0,3Mn – 0,2Zr – 0,1Sc.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00121, https://rscf.ru/project/22-19-00121/.

1. Belov N. A., Batyshev K. A., Doroshenko V. V. Microstructure and phase composition of the eutectic Al – Ca alloy, additionally alloyed with small additives of zirconium, scandium and manganese // Non-Ferrous Metals. 2017. No. 2. P. 49–54.
2. Doroshenko V. V., Korotkova N. O., Cherkasov S. O., Kalitina M. N. Composition and stability of Al2(Mg,Ca) compound in alloys of Al – Mg – Ca - (Zn) system // Non-ferrous Metals. 2024. No. 1. P. 49–56.
3. Belov N. A., Naumova E. A., Alabin A. N., Matveeva I. A. Effect of scandium on structure and hardening of Al – Ca eutectic alloys // J. Alloys Compd. 2015. No. 646. P. 741–747. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.05.155
4. Mondal D. P., Jha N., Badkul A., Das S. et al. Effect of calcium addition on the microstructure and compressive deformation behavior of 7178 aluminum alloy // Mater. and Design. 2011. No. 32. P. 2803–2812.
5. 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. No. 2. P. 24–29.
6. Ludwig Т. Н., Schonhovd Dahlen E., Schaffer P. L., Arnberg L. The effect of Ca and P interaction on the Al–Si eutectic in a hypoeutectic Al – Si alloy J. Alloys Compd. 2014. No. 586. P. 180–190.
7. Naumova E. A., Belov N. A., Doroshenko V. V., Vasina M. A., Matveeva I. A. Phase composition, structure and manufacturability of new eutectic alloys based on the Al – Ca – Zn – Mg system // Proceedings of the 16th International Aluminum Alloys Conference (ICAA16). Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum. Montreal. Canada. 2018. Art. 401072.
8. Swaminathan K., Padmanabhan K. A. Tensile flow and fracture behavior of a superplastic Al – Ca – Zn alloy // J. Mater. Sci. 1990. No. 25 P. 4579–4586.
9. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легирования. – М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2016. – 256 с.
10. Овчинников В. В. Акопян Т. К., Проценко Е. О., Поляков Д. А. Показатели свариваемости при сварке плавлением перспективных алюминиевых сплавов на основе системы Al – Ca – Zn – Mg // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2023. № 4. С. 11–23.
11. Овчинников В. В., Глухих Я. М., Проценко Е. О. Свариваемость новых алюминиево-кальциевых сплавов, легированных цинком и магнием, при сварке плавлением // Электрометаллургия. 2024. № 1. С. 3–15.
12. Овчинников В. В., Акопян Т. К., Сбитнев А. Г., Поляков Д. А. Свариваемость алюминиевых сплавов на основе системы Al – Ca – Zn – Mg // Металлург. 2024. № 2. С. 51–58.
13. Akopyan T. K., Ovchinnikov V. V., Barykin M. A., Letyagin N. V. & Soloviev I. S. Analysis of the effect of friction stir welding on the structure and properties of a new Al – Ca – Zn – Mg-based eutectic alloy // Metallurgist. 2025. No. 69. P. 687–695.
14. Летягин Н. В., Акопян Т. К., Палкин П. А., Овчинников В. В. Влияние лазерной сварки на структуру и маханические свойства горячекатаных листов сплава Al – Zn – Mg – Ca // Цветные металлы. 2023. No. 3. С. 66–72.

15. Ma Z. Y., Mishra R. S., Liu F. C. Superplastic behavior of microregions in two-pass friction stir processed 7075Al alloy // Mater. Sci. Eng. 2009. No. 505. DOI: 10.1016/j.msea.2008.11.016
16. Supraja Reddy B., Ram Gopal Reddy B. Influence of process parameters and tool on mechanical and metallurgical properties of pure copper and aluminum alloy AA7075 dissimilar friction stir welded joints // Int. J. Eng. Trends Technol. 2021. No. 69. P. 73–79.
17. Дриц А. М., Овчинников В. В., Резцов Р. Б. Влияние дефектов в корневой части соединений плит из сплава 1901Т, выполненных односторонней сваркой трением с перемешиванием, на их механические свойства // Технология легких сплавов. 2023. № 4. С. 52–60.
18. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. – Введ. 16.07.1984.
19. ГОСТ 6996–66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. – Введ. 01.01.1967.
20. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. – Введ. 01.01.1977.