Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, Самара, Россия

И. А. Зорин, лаборант-исследователь отраслевой научно-исследовательской лаборатории (ОНИЛ) № 4, магистрант, эл. почта: zorin.ia@ssau.ru
А. М. Дриц, ведущий научный сотрудник ОНИЛ № 4, канд. техн. наук, эл. почта: dritsam@gmail.com

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, Самара, Россия¹ ; Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия²

Е. В. Арышенский, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории электронной микроскопии и обработки изображений², ведущий научный сотрудник ОНИЛ № 4¹, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: ar-evgenii@yandex.ru

С. В. Коновалов, проректор по научной и инновационной деятельности², главный научный сотрудник ОНИЛ № 4¹, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: konovalov@sibsiu.ru

Изучено влияние добавок гафния на структуру и свойства сплава 1570 в холоднокатаном состоянии. Для сплава 1570 и его аналога с добавкой 0,2 % Hf проведена гомогенизация при температуре 370 ^oC в течение 4 ч. В гомогенизированном состоянии у сплава 1570 – 0,2 Hf методом просвечивающей микроскопии изучена тонкая структура и выявлено, что добавка 0,2 % Hf в сплав 1570 способствует выделению мелкодисперсной фазы Al₃Sc, обладающей решеткой L12, с условным диаметром преимущественно 7,2 нм, а для сплава 1570 средний диаметр частиц составляет 10 нм, при этом общий ее объем по сравнению со сплавом 1570 несколько снижается. После проведения гомогенизации образцы сплавов 1570 и 1570 – 0,2 Hf отправляли на горячую и холодную прокатку, общий процент обжатия которой составил 90 %, затем следовал заключительный отжиг. Зеренную структуру изучали методами оптической микроскопии, которые выявили отсутствие признаков рекристаллизации. Механические свойства испытывали для холоднокатаных и отожженных состояний образцов по следующим режимам: 340 ^oC — 1 ч, 340 ^oC — 3 ч, 440 ^oC — 1 ч, 440 ^oC — 3 ч. Результаты испытаний механических свойств показали, что добавки гафния способствуют повышению механических характеристик на 15–20 %. Например, после отжига при температуре 340 ^oC и выдержки в течение 3 ч предел текучести сплава с содержанием гафния на 49 МПа выше, чем сплава 1570. При увеличении температуры отжига механические характеристики как в номинальном, так и в абсолютном значении снижаются. Основными причинами снижения механических свойств являются процесс возврата и связанные с этим аннигиляция дислокаций и коагуляция частиц из-за повышения температуры, так как структура для исследуемых сплавов даже после высокотемпературных отжигов нерекристаллизованная. Снижение свойств в сплаве 1570 – 0,2 Hf происходит медленнее вследствие термостабилизирующего эффекта гафния.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда, проект 22–29–01506, https://rscf.ru/project/22-29-01506/.

1. Knipling K. E., Karnesky R. A., Lee C. P., Dunand D. C. et al. Precipitation evolution in Al – 0,1 Sc, Al – 0,1 Zr and Al – 0,1 Sc – 0,1 Zr (at.%) alloys during isochronal aging // Acta Materialia. 2010. Vol. 58, Iss. 15. P. 5184–5195.
2. Chen H. et al. Experimental and modelling assessment of ductility in a precipitation hardening AlMgScZr alloy // International Journal of Plasticity. 2021. Vol. 139. 102971.
3. Brown L. M., Stobbs W. M. The work-hardening of coppersilica // Philosophical Magazine. 1971. Vol. 23, Iss. 185. P. 1201–1233.
4. Tański T., Snopiński P., Pakieła W., Borek W. et al. Structure and properties of AlMg alloy after combination of ECAP and post-ECAP ageing // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2016. Vol. 16. P. 325–334.
5. Parker B. A., Zhou Z. F., Nolle P. The effect of small additions of scandium on the properties of aluminium alloys // Journal of Materials Science. 1995. Vol. 30. P. 452–458.
6. Филатов Ю. А. Дальнейшее развитие деформируемых алюминиевых сплавов на основе системы Al – Mg – Sc // Технология легких сплавов. 2021. № 2. С. 12–22.
7. Dorin T., Ramajayam M., Vahid A., Langan T. Aluminium scandium alloys // Fundamentals of aluminium metallurgy. — Woodhead Publishing, 2018. P. 439–494.
8. Захаров В. В. Кинетика распада твердого раствора скандия в алюминии в двойных сплавах Al – Sc // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 7. С. 44–48.
9. Rokhlin L. L., Bochvar N. R., Tarytina I. E. Joint effect of scandium and zirconium on the recrystallization of aluminum Al – Mg 2 Si alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2015. Vol. 2015, Iss. 5. P. 381–388.
10. Song M., He Y. H. Investigation of primary Al3 (Sc, Zr) particles in Al – Sc – Zr alloys // Materials Science and Technology. 2011. Vol. 27, Iss. 1. P. 431–433.
11. Muthaiah V. M. S., Mula S. Effect of zirconium on thermal stability of nanocrystalline aluminium alloy prepared by mechanical alloying // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 688. P. 571–580.
12. Boerma D. O., Smulders P. J. M., Prasad K. G., Cruz M. M. et al. Thermal stability of a supersaturated solution of hafnium in aluminium // Journal of the Less Common Metals. 1988. Vol. 145. P. 487–496.
13. Jia Z. H., Huang H. L., Wang X. L., Xing Y. et al. Hafnium in aluminum alloys: a review // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2016. Vol. 29. P. 105–119.
14. Li H., Li D., Zhu Z., Chen B. et al. Grain refinement mechanism of as-cast aluminum by hafnium // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016. Vol. 26, Iss. 12. P. 3059–3069.
15. Филатов Ю. А. Исследование влияния добавок Fe + Ni, Co и Hf на сопротивление ползучести алюминиевого сплава 01570 // Технология легких сплавов. 2022. № 3. С. 4–7.
16. Hallem H., Lefebvre W., Forbord B., Danoix F. et al. The formation of Al3(ScxZryHf1 – x – y)-dispersoids in aluminium alloys // Materials Science and Engineering: A. 2006. Vol. 421, Iss. 1-2. P. 154–160.
17. Зорин И. А., Арышенский Е. В., Дриц А. М., Коновалов С. В. и др. Влияние гафния на литую м икроструктуру в сплаве 1570 // Известия вузов. Цветная металлургия. 2023. Т. 1. № 1. С. 56–65.
18. Зорин И. А., Дриц А. М., Арышенский Е. В., Коновалов С. В. и др. Влияние переходных металлов на микроструктурную композицию алюминиевых сплавов в литом состоянии // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2022. Т. 19. № 4. С. 520–531.
19. ГОСТ 25086–2011. Цветные металлы и их сплавы. Общие требования к методам анализа. — Введ. 01.10.2012.
20. ГОСТ 7727–81. Сплавы алюминиевые. Методы спектрального анализа. — Введ. 01.07.1982.
21. ГОСТ 3221–85. Алюминий первичный. Методы спектрального анализа. — Введ. 01.07.1986.
22. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
23. 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(Sc_{1 – x}Zr_x) precipitates // Acta Materialia. 2005. Vol. 53, Iss. 20. P. 5401–5413.
24. Jones M. J., Humphreys F. J. Interaction of recrystallization and precipitation: The effect of Al3Sc on the recrystallization behaviour of deformed aluminium // Acta Materialia. 2003. Vol. 51, Iss. 8. P. 2149–2159.
25. Humphreys F. J., Hatherly M. Recrystallization and related annealing phenomena. — UK : Elsevier, 2012. — 520 p.