Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (Москва, Россия)

Н. А. Белов, главный научный сотрудник кафедры «Обработка металлов давлением», докт. техн. наук

Сибирский федеральный университет (Красноярск, Россия)

В. Н. Тимофеев, профессор кафедры «Электротехника ПИ», докт. техн. наук

М. М. Мотков, старший научный сотрудник кафедры «Электротехника ПИ», канд. техн. наук

Московский политехнический университет (Москва, Россия)
С. О. Черкасов, доцент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства», канд. техн. наук, эл. почта: ch3rkasov@gmail.com

Изучена эволюция структуры в алюминиевом сплаве, содержащем % (мас.): 7,47 Zn, 2,42 Mg, 0,83 Ca, 0,78 Fe, 0,22 Zr, 0,10 Sc, полученном методом литья в электромагнитный кристаллизатор (ЭМК), в процессе деформационно-термической обработки от исходной литой заготовки до проволоки диаметром 1,2 мм. Экспериментальный сплав был получен в виде прутка диаметром 13 мм. Из ЭМК заготовки, гомогенизированной по режиму 350 °С 3 ч + 450 °С 3 ч, были получены прессованные прутки диаметром 3,7 мм на установке «Конформ». Температура прессования составляла 400 °С, скорость 3 об/мин. Из прессованных прутков с использованием промежуточных отжигов на установке среднего волочения была получена проволока диаметром 1,2 мм. Установлено, что технология литья в ЭМК благодаря интенсивному охлаждению заготовки при кристаллизации (скорость охлаждения более 103 K/с) способствует образованию мелкодисперсной структуры. Дендритные ячейки имеют размер около 5 мкм, все железо в сплаве содержится в субмикронных эвтектических частицах фазы Al₁₀CaFe₂. В ходе горячего прессования методом «Конформ» и последующего холодного волочения формируется структура, напоминающая композитную: глобулярные частицы Fe^– и Ca–содержащих фаз (предположительно Al₁₀CaFe₂ и (Al, Zn)₄Ca) размером менее 500 нм с равномерным распределением в алюминиевой матрице. Пик твердости (около 175 HV) достигается после старения при 150 °С за счет формирования Zn- и Mg-содержащих вторичных выделений после упрочняющей термической обработки. Экспериментальный сплав может быть рекомендован для создания сварных соединений методами аргонно-дуговой и лазерной сварки в виду наличия значительной доли эвтектики.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ проект № 22–19–00128 (получение ЭМК заготовки, деформационно-термическая обработка) и Московского политехнического университета в рамках программы грантов им. П.Л. Капицы IV очередь (структурные исследования, механические испытания).

1. Polmear I., StJohn D., Nie J. F., Qian M. Physical metallurgy of aluminium alloys // In: Light Alloys. 5th ed. London: Elsevier, 2017. P. 31–107.
2. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. – Введ. 01.09.2019.
3. Zhang M., Liu T., He C., Ding J. et al. Evolution of microstructure and properties of Al – Zn – Mg – Cu – Sc – Zr alloy during aging treatment // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 658. P. 946–951.
4. Yang W., Ji S., Zhang Q., Wang M.Investigation of mechanical and corrosion properties of an Al – Zn – Mg – Cu alloy under various ageing conditions and interface analysis of η' precipi tate // Materials and Design. 2015. Vol. 85. P. 752–761.

5. Zhu Q., Cao L., Wu X., Zou Y., Couper M. J. Effect of Ag on age-hardening response of Al – Zn – Mg – Cu alloys // Materials Science and Engineering A. 2019. Vol. 754. P. 265–268.
6. Ghosh A., Ghosh M., Kalsar R. Influence of homogeni zation time on evolution of eutectic phases, dispersoid behaviour and crystallographic texture for Al – Zn – Mg – Cu – Ag alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 802. P. 276–289.
7. Ohira T., Kishi T. Effect of iron content on fracture toughness and cracking processes in high strength Al – Zn – Mg – Cu alloy // Materials Science and Engineering A. 1986. Vol. 78. P. 9–19.
8. Akopyan T. K., Belov N. A. Approaches to the design of the new high-strength casting aluminum alloys of 7xxx series with high iron content. // Non–ferrous Metals. 2016. 1. P. 20–27.
9. Акопян T. K., Белов Н. А., Алабин А. Н., Злобин Г. С. Расчетно-экспериментальное исследование старения
литейных высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al – Zn – Mg – (Cu) – Ni – Fe // Металлы. 20 14. № 1. С. 70–76.
10. Naumova E. A. Use of Calcium in Alloys: From Modifying to Alloying // Russ. J. Non–Ferrous Met. 2018. Vol. 59 P. 284–298.
11. 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.
12. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K. Effect of calcium on structure, phase composition and hardening of Al – Zn – Mg alloys containing up to 12 wt.%Zn // Materials Research-Ibero-American Journal of Materials. 2015. Vol. 18, Iss. 6. P. 1384–1391.
13. Наумова Е. А., Кошмин А. Н., Бочвар С. Г., Предко П. Ю. Исследование возможности упрочнения заэвтектических сплавов систем Al – Ca – Mn – Ni (Ce) добавками скандия и циркония // Цветные металлы. 2025. № 9. С. 51–57.
14. Наумова Е. А., Белов Н. A., Васина М. А., Дорошенко В. В. Обоснование выбора состава высокопрочного алюминиево-кальциевого сплава // Цветн ые металлы. 2019. № 5. С. 53–59.
15. Дриц А. М., Овчинников В. В. Сварка алюминиевых сплавов. – М. : Руда и металлы. 2020. – 44 с.
16. Авдулов А. А., Усынина Г. П., Сергеев Н. В., Гудков И. С. Отличительные особенности структуры и свойств длинномерных слитков малого сечения из алюминиевых сплавов, отлитых в электромагнитный кристаллизатор // Цветные металлы. 2017. № 7. С. 73–77.
17. Пат. 2745520 С1 РФ, МПК B22D 11/049. Способ непрерывного литья слитка и установка для его осуществления / Тимофеев В. Н., Первухин М. В., С ергеев В. Н., Тимофеев В. Н., Хацаюк Ю. М., Хоменков П. А. ; заявл. 23.03.2020 ; опубл. 25.03.2021 Бюл. № 9.
18. Medvedev A., Zhukova O., Enikeev N., Kazykhanov V. et al. The Effect of Casting Technique and Severe Straining on the Microstructure, Electrical Conductivity, Mechanical Properties and Thermal Stability of the Al – 1.7 wt.% Fe Alloy // Materials. 2023. Vol. 16, Iss. 8. 3067. DOI: 10.3390/ma16083067
19. Belov N. A., Korotkova N. O., Akopyan T. K., Timofeev V. N. Structure and Properties of Al – 0.6%Zr – 0.4%Fe – 0.4%Si (wt%) Wire Alloy Manufactured by Electromagnetic Casting // JOM. 2020. Vol. 72, Iss. 4. P. 1561–1570.
20. Cinkilic E., Ridgeway C. D., Yan X., Luo A. A. A formation map of iron–containing intermetallic phases in recycled cast aluminium alloys // Metall. Mater. Trans. A. 2019. Vol. 50. P. 5945–5956.
21. Park J. O., Paik C. H., Huang Y. H., Alkire R. C. Influence of Fe–Rich intermetallic inclusions on pit initiation on aluminum 22 alloys in aerated NaCl // Journal of The Electrochemical Society. 1999. Vol 146. Iss. 2. P. 517–523.
22. Lefebvre W., Danoix F., Hallem H., Forbord B. et al. Precipitation kinetic of Al3(Sc,Zr) dispersoids in aluminium // J. Alloys Compd. 2009. Vol. 470, Iss. 1–2. P. 107–110.
23. Forbord B., Lefebvre W., Danoix F., Hallem H., Marthinsen K. Three dimensional atom probe investigation on the formation of Al3(Sc,Zr)–dispersoids in aluminium alloys // Scrip. Mater. 2004. Vol. 51, Iss. 4. P. 333–337.
24. Clouet E., Barbu A., Lae L., Martin G. Precipitation kinetics of Al3Zr and Al3Sc in aluminum alloys modeled with cluster dynamics // Acta Mater. 2005. Vol. 53. P. 2313–2325.
25. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. Введ. 01.01.2003.
26. ГОСТ 3640–94. Цинк. Технические условия. Введ. 01.01.1997.
27. ГОСТ 804–93. Магний первичный в чушках. Технические условия. Введ. 01.01.1997.
28. ГОСТ 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. Введ. 25.03.2010.
29. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. Введ. 01.07.1976.