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

А. А. Рагазин, инженер ОНИЛ № 4, sanekragazin63@mail.ru
К. А. Малкин, лаборант-исследователь ОНИЛ № 4, malkinkirill2000@mail.ru

В. Ю. Арышенский, главный научный сотрудник ОНИЛ № 4, докт. техн. наук, профессор, Arysh54@mail.ru

Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия)
Е. В. Арышенский, заведующий кафедрой обработки металлов давлением и материаловедения ЕВРАЗ ЗСМК, докт. техн. наук, доцент, ar-evgenii@yandex.ru

С. В. Коновалов, проректор по научной и инновационной деятельности, докт. техн. наук, профессор, konovalov@sibsiu.ru

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН (Екатеринбург, Россия)
Д. Ю. Распосиенко, ведущий научный сотрудник, канд. техн. наук, rasposienko@imp.uran.ru

Проведено исследование влияния добавок эрбия и гафния на микроструктуру и механические свойства высокомагниевых алюминиевых сплавов, экономнолегированных скандием и цирконием. Исследуемые сплавы подвергали гомогенизации по одно- и двухступенчатому режимам: 440 °С, 4 ч и 370 °С, 8 ч + 440 °С, 4 ч соответственно. Затем осуществляли горячую и холодную прокатку до толщины 1 мм с последующими отжигами при температурах от 370 до 530 °С и выдержкой в течение 30 мин. После серии отжигов исследовали микроструктуру при помощи просвечивающей микроскопии, а также механические свойства методом одноосного растяжения при комнатной температуре. В результате исследования установлено, что наиболее эффективным режимом термической обработки является двухступенчатая гомогенизация. Это обусловлено выпадением мелкодисперсных частиц Al3(Sc, Zr, Hf), что подтверждается полученными механическими свойствами. Наибольшую прочность во всех состояниях показывает сплав с добавкой гафния: механические свойства на 12–15 % выше, чем у сплава с эрбием. Добавка гафния замедляет коагуляцию дисперсоидов Al3(Sc, Zr) за счет образования диффузионной оболочки, сохраняя размер частиц 10–15 нм и когерентную связь с матрицей даже после отжига при 440 °C, что подтверждено данными просвечивающей электронной микроскопии. Эрбий, обладая более высокой диффузионной подвижностью, не может обеспечить достаточную термическую стабильность мелкодисперсных частиц. При температурах более 370 °C происходит их коагуляция до 15–25 нм, что также приводит к снижению прочностных характеристик.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00810, https://rscf.ru/project/22-19-00810/.

1. Иброхимов С. Ж., Ганиев И. Н., Эшов Б. Б. Твердость и прочность сплава АМг4, легированного редкоземельными металлами (Sc, Y, La, Pr, Nd) // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2023. № 1. С. 74–82.
2. Bazhin V. Y., Sizyakov V. M., Vlasov A. A., Feshchenko R. Y. Surface defects in foil direct chill strip from highly-alloyed aluminum alloys // Metallurgist. 2013. Vol. 56. P. 863–866.
3. Деев В. Б., Ри Э. Х., Прусов Е. С., Ермаков М. А., Гончаров А. В. Модифицирование литейных алюминиевых сплавов системы Al – Mg – Si обработкой жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами // Известия вузов. Цветная металлургия. 2021. № 4. С. 32–41.
4. Деев В. Б., Пономарева К. В., Приходько О. Г., Сметанюк С. В. Влияние температур перегрева и заливки расплава на качество отливок из алюминиевых сплавов при литье по газифицируемым моделям // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. № 3. С. 65–71.
5. Rana R. S., Purohit R., Das S. Reviews on the influences of alloying elements on the microstructure and mechanical properties of aluminum alloys and aluminum alloy composites // International Journal of Scientific and Research Publications. 2012. Vol. 2, Iss. 6. P. 1–7.
6. Lei Zh., Wen Sh., Huang H., Wei W., Nie Z. Grain refinement of aluminum and aluminum alloys by Sc and Zr // Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 4. 751. DOI: 10.3390/met13040751
7. Bazhin V. Yu., Savchenkov S. A., Gordevnin N. A. Investigation of the ytterbium reduction process in the synthesis of Al – Yb master alloys for the modification of aluminum alloys // Non-Ferrous Metals. 2022. No. 2. P. 65–72.
8. Захаров В. В. Легирование промышленных алюминиевых сплавов скандием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2024. № 6 (828). С. 18–23.
9. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. – М. : Металлургия, 1979. – 639 с.
10. Арышенский Е. В., Арышенский В. Ю., Дриц А. М., Гречников Ф. В., Рагазин А. А. Влияние режимов термической обработки на механические свойства алюминиевых сплавов 1570, 1580 и 1590 // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2022. Т. 21, № 4. С. 76–87.
11. Захаров В. В., Фисенко И. А., Кунявская Т. М. Принципы создания сплавов на основе алюминия, экономнолегированных скандием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2024. № 5. С. 39–43.
12. Арышенский Е. В., Рагазин А. А., Распосиенко Д. Ю., Коновалов С. В. и др. Исследование влияния режима гомогенизации на механические свойства и микроструктуру листа из алюминиевого высокомагниевого сплава с добавками скандия, циркония, гафния и эрбия // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2025. Т. 23, № 2. С. 119–127.
13. ISO 6892–1: 2019. Материалы металлические. Испытания на растяжение. Часть 1. Метод испытания при комнатной температуре.
14. DIN 50125–2016. Испытания металлических материалов. Образцы для испытаний на растяжение.
15. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. – Введ. 16.07.1984.
16. ГОСТ 11150–84. Металлы. Методы испытания на растяжение при пониженных температурах. – Введ. 1.01.1986.
17. Рохлин Л. Л., Бочвар Н. Р., Добаткина Т. В., Леонтьев В. Г. Исследование диаграммы состояния системы Al – Hf в области сплавов, богатых алюминием // Металлы. 2009. № 3. С. 93–98.
18. Рагазин А. А., Арышенский Е. В., Арышенский В. Ю., Распосиенко Д. Ю. и др. Влияние микролегирования эрбием и гафнием на формирование частиц Al3Sc в алюминиевом сплаве с высоким содержанием магния // Frontier Materials & Technologies. 2025. № 1. C. 69–80.
19. Zhan Y., Gao K., Wen S., Huang H. et al. The study on the coarsening process and precipitation strengthening of Al3Er precipitate in Al – Er binary alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 610. P. 27–34
20. Wen S. P., Gao K. Y., Li Y., Huang H., Nie Z. R. Synergistic effect of Er and Zr on the precipitation hardening of Al – Er – Zr alloy // Scripta Materialia. 2011. Vol. 65, Iss. 7. P. 592–595