Еволюція структури та властивостей сплаву Al–Zn–Mg–Cu–Sc–Zr після термічної обробки
DOI:
https://doi.org/10.15407/mom2026.01.013Ключові слова:
високоміцний алюмінієвий сплав, скандій, цирконій, МГД, механічні властивостіАнотація
Дослідження присвячене розробці та комплексному аналізу структурного стану і механічних властивостей високоміцного деформівного алюмінієвого сплаву системи Al–Zn–Mg–Cu, додатково легованого скандієм (Sc) та цирконієм (Zr). Сплави цієї системи є критично важливими матеріалами для авіаційної та оборонної галузей завдяки їхній високій питомій міцності. У роботі вирішуються проблеми, притаманні високолегованим системам, зокрема схильність до гарячого розтріскування та дендритної ліквації, шляхом оптимізації вмісту легуючих елементів та застосування інноваційних методів лиття.
Наукова новизна роботи полягає у вивченні комбінованого впливу Sc та Zr на структуру сплаву безпосередньо у литому стані, що є малодослідженим аспектом порівняно з деформованими напівфабрикатами. Встановлено, що формування інтерметалідів Al3(Sc, Zr) забезпечує ефективне подрібнення зерна, підвищує антирекристалізаційну стійкість та сприяє додатковому зміцненню через виділення вторинних когерентних наночастинок, стабільних при термічній обробці.
Практична частина дослідження включала виготовлення великогабаритного промислового зливка (діаметром 150 мм) із використанням вакуумної магнітогідродинамічної (МГД) установки та безперервного лиття в короткий кристалізатор із термічною насадкою. Такий підхід дозволив отримати однорідну глобулярну структуру без газової пористості з рекордно низьким вмістом водню (0,04–0,05 см³/100 г). Методами СЕМ, ЕДС та ДСК досліджено еволюцію мікроструктури та фазових перетворень.
Результати механічних випробувань показали, що застосована технологія лиття забезпечує високу ізотропність властивостей у поздовжньому та поперечному напрямках. Визначено, що сплав демонструє високу технологічну пластичність ( до 53%) при температурах 300–400 °C, що дозволяє оптимізувати параметри подальшої термомеханічної обробки (кування, прокатки). Визначено температуру початку міжфазного плавлення (471–477 °C), що є базовим параметром для призначення режимів гомогенізації та гартування експериментального сплаву.
Посилання
Beletskiy, V. M., & Krivov, G. A. (2005). Aluminum alloys: Composition, properties, technology, application. Komintekh.
Starke, E. A., & Staley, J. T. (1996). Application of modern aluminum alloys to aircraft. Progress in Aerospace Sciences, 32(2-3), 131-172. https://doi.org/10.1016/0376-0421(95)00004-6
Williams, J. C., & Starke, E. A. (2003). Progress in structural materials for aerospace systems. Acta Materialia, 51(19), 5775-5799. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2003.08.023
Dursun, T., & Soutis, C. (2014). Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys. Materials & Design, 56, 862-871. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.12.002
Georgantzia, E., Gkantou, M., & Kamaris, G. S. (2021). Aluminium alloys as structural material: A review of research. Engineering Structures, 227, 111372. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111372
Yin, H., Wen, K., Li, Z., Li, X., Li, Y., Yan, L., Yan, H., Yu, M., Zhang, Y., & Xiong, B. (2023). Influence of Sc on microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys. Journal of Materials Research and Technology, 26, 6289-6302. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.08.138
Chen, Z., Mo, Y., & Nie, Z. (2013). Effect of Sc and Zr on microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys. Metallurgical and Materials Transactions A, 44, 3947-3958. https://doi.org/10.1007/s11661-013-1684-3
Tan, P., Sui, Y., Jin, H., Zhu, S., Jiang, Y., & Han, L. (2022). Effects of minor Sc and Zr on the microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys. Journal of Materials Research and Technology, 18, 2235-2244. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.03.168
Wen, K., Xiong, B., Ren, W., Tong, Y., Li, X., Li, Z., Zhang, Y., Li, Y., Yan, L., Yan, H., & Liu, H. (2020). Evolution of recrystallization and its impact on the mechanical properties of an Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr alloy. Scripta Materialia, 186, 181-185. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.05.045
Chen, K. H., Fang, H. C., Zhang, Z., Chen, X., & Liu, G. (2008). Effect of minor Sc and Zr on the microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloy. Materials Science and Engineering: A, 498(1-2), 215-220. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.07.041
Lathabai, S., & Lloyd, P. G. (2002). The effect of scandium on the microstructure, mechanical properties and weldability of Al-Mg alloys. Acta Materialia, 50(17), 4271-4285. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(02)00259-8
Costello, F. A., Robson, J. D., & Prangnell, P. B. (2002). Modelling the effect of Sc and Zr on the recrystallization of Al-Zn-Mg alloys. Materials Science Forum, 396-402, 757-762. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.396-402.757
Milman, Y. V., Sirko, A. I., Lotsko, D. V., Miracle, D. B., & Senkov, O. N. (2002). New Al-Mg-Li alloys with Sc and Zr. Materials Science Forum, 396-402, 1217-1222. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.396-402.1217
Costa, S., Puga, H., Barbosa, J., & Pinto, A. M. P. (2012). The effect of Sc and Zr additions on the microstructure and mechanical properties of Al-Mg-Sc-Zr alloys. Materials & Design, 42, 245-252. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2012.06.019
Robson, J. D., & Prangnell, P. B. (2002). Modelling Al3Zr dispersion strengthening in Al-Zn-Mg alloys. Materials Science and Technology, 18(6), 607-614. https://doi.org/10.1179/026708302225003622
Mukhopadhyay, A. K., Kumar, A., Raveendra, S., & Samajdar, I. (2011). Effect of minor Sc additions on the microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu-Zr alloys. Scripta Materialia, 64(5), 462-465. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2010.10.038
Riddle, Y. W., & Sanders, T. H. (2000). A review of the metallurgy and applications of aluminum-scandium alloys. Materials Science Forum, 331-337, 799-804. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.331-337.799
Liu, J., Yao, P., Zhao, N., Shi, C., Li, H., Li, X., Xi, D., & Yang, S. (2016). Effect of minor Sc and Zr on the microstructure and mechanical properties of Al-Mg-Zn-Cu alloys. Journal of Alloys and Compounds, 657, 717-725. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.10.122
Senkova, S. V., Senkov, O. N., & Miracle, D. B. (2006). Microstructure and mechanical properties of a cast and wrought Al-Mg-Sc-Zr alloy. Metallurgical and Materials Transactions A, 37, 3361-3369. https://doi.org/10.1007/s11661-006-1051-5
Zou, L., Pan, Q. L., He, Y. B., Wang, C. Z., & Liang, W. J. (2007). Effect of minor Sc and Zr on microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 17(2), 340-345. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(07)60095-8
Deng, Y., Yin, Z. M., Zhao, K., Duan, J. Q., & He, Z. B. (2012). Effects of Sc and Zr on the microstructure and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys. Journal of Alloys and Compounds, 527, 106-111. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.03.108
Senkov, O. N., Bhat, R. B., Senkova, S. V., & Schloz, D. (2005). Microstructure and mechanical properties of a hot-rolled Al-Zn-Mg-Sc-Zr alloy. Metallurgical and Materials Transactions A, 36, 2115-2126. https://doi.org/10.1007/s11661-005-0332-8
Narivskiy, A., Shinsky, O., Shalevska, I., Kvasnitska, Y., Kaliuzhnyi, P., & Polyvoda, S. (2023). Modern technological processes of obtaining cast products and structures of responsible purpose from aluminum, ferrous carbon and heat-resistant alloys. In Structural materials: manufacture, properties, conditions of use (pp. 32-67). Kharkiv: Technology Center PC. https://doi.org/10.15587/978-617-7319-97-8.ch2
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 O. A. Davydenko, A. V. Narivsky, S. L. Polyvoda, V. I. Bondarchuk, О. А. Molebnyi, O. F. Tarasov, V. O. Tverdokhvalov, D. Sindalovsky, D. S. Kytranov, A. Yu. Semenko, M. M. Voron
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
