Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия:

Э. Х. Ри, зав. кафедрой «Литейное производство и технологии металлов»
Хосен Ри, профессор кафедры «Литейное производство и технологии металлов»

А. В. Гончаров, аспирант кафедры «Литейное производство и технологии металлов»

НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

В. Б. Деев, профессор кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», эл. почта: deev.vb@mail.ru

Разработана технология получения лигатурных сплавов на основе алюминидов никеля и редкоземельных металлов (РЗМ). Для их создания использовали комплексный модификатор АКЦе (состав, % (мас.): 30–33 Al;28–30 РЗМ; 3–4 Са; остальное Ni) производства ООО «Комплексные модификаторы» и алюминий марки А7 (сумма примесей Si и Fe <0,3 % (мас.)). Предложены два способа получения лигатурных сплавов. Первый заключается в насыщении жидкого алюминия комплексным модификатором АКЦе при температуре 1400 ^оC до содержания 60 % (мас.) с шагом 10 % (мас.). Второй способ заключается в насыщении расплавленного комплексного модификатора АКЦе алюминием при 1400 ^оC до содержания 60 % (мас.) с шагом 10 % (мас.). Независимо от способа получения лигатурных сплавов при добавках 60 % (мас.) АКЦе или А7 содержание основных легирующих элементов Al, Ni, РЗМ практически не изменяется. Средний химический состав лигатурного сплава, % (мас.): 68,1 Al; 1,15 Са; 20,0 Ni; 12,25 РЗМ (3,82 Lа; 8,43 Се). Более рациональным можно считать первый способ получения лигатурных сплавов А7 – АКЦе. При добавках 50–60 % (мас.) АКЦе в жидкий алюминий при 1400 ^оC в атмосфере чистого аргона кристаллизуются интерметаллидные соединения типа алюминидов никеля (Al₃Ni) и РЗМ (Al₁₁РЗМ₃). С по мощью электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа идентифицированы алюминиды никеля и РЗМ, определена их микротвердость. Выявлено, что увеличение добавки лигатурного сплава (А7 + 60 % (мас.) АКЦе) в расплавленном алюминии приводит к росту температуры начала кристаллизации до t_л ~ 825 ^оC, а время кристаллизации интерметаллидных фаз τ_кр увеличивается в соответствии с расширением температурного интервала кристаллизации. При этом температура начала кристаллизации эвтектики t_э и продолжительность этого процесса τ_э резко уменьшаются. Исследовано влияние синтезированной лигатуры с алюминидами Ni и РЗМ на структурообразование, характер распределения элементов и микротвердость структурных составляющих твердого α-раствора и эвтектики в сплаве АК7ч.
Увеличение добавки лигатурного сплава приводит к повышению микротвердости твердого α-раствора
и эвтектики. Выявлены особенности формирования четырех видов квазиэвтектик различных химических
составов:
1) твердый α-раствор + Si;
2) твердый α-раствор + Si + Fe + Mn;
3) твердый α-раствор + Si + Fe, но без Mn;
4) модифицированная эвтектика, содержит все компоненты лигатурного сплава.
В модифицированной эвтектике 4 возможна кристаллизация алюминидов Ni и РЗМ, обладающих высокой микротвердостью. Общая микротвердость эвтектики зависит от соотношения долевого участия эвтектик 1–4, количества и дисперсности интерметаллидных соединений.

Исследования выполнены на оборудовании кафедры «ЛПиТМ» и ЦКП «Прикладное материаловедение» ФГБОУ ВО «ТОГУ» при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки РФ в рамках государственных заданий (№ 11.7208.2017/7.8, 11.3014.2017/4.6 и 11.7213.2017/7.8).

1. Жаропрочные сплавы для газовых турбин / под ред. Р. Е. Шалина. — М. : Металлургия, 1981. — 480 с.
2. Поварова К. Б. Физико-химические принципы создания термически стабильных сплавов на основе алюминидов переходных металлов // Материаловедение. 2007. № 12. С. 20–27.
3. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. — М. : ВИЛС, 1995. — 341 с.
4. Белов Н. А., Алабин А. Н. Перспективные алюминиевые сплавы с повышенной жаропрочностью для арматуростроения как возможная альтернатива сталям и чугунам // Материалы в машиностроении. 2010. № 2 (65). С. 50–54.
5. Hyde K. B., Norman A. F., Prangnell P. B. The effect of Ti on grain refinement in Al – Sc alloys // Mater. Sci. Forum. 2002. Vol. 396–402. P. 39–44.
6. Min Song, Yuehui He, Shanfeng Fang. Effect of Zr content on the yield strength of an Al – Sc alloy // J. Mater. Eng. and Perform. 2011. Vol. 20, No. 3. P. 377–381.
7. Dalen M. E., Dunand D. C., Seidman D. N. Effects of Ti additions on the nanostructure and cree properties of precipitation-strengthened Al – Sc alloys // Acta Materialia. 2005. Vol. 53, No. 15. P. 4225–4235.
8. Norman A. F., Prangnell P. В., McEwen R. S. The solidification behavior of dilute aluminium-scandium alloys // Acta Materialia. 1998. Vol. 46, No. 16. P. 5715– 5732.
9. Marquis E. A., Seidman D. N. Nanoscale structural evolution of Al₃Sc precipitates in Al (Sc) alloys // Acta materialia. 2001. Vol. 49. P. 1909–1919.
10. Royset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys // Int. Mater. Rev. 2005. Vol. 50, No. 1. P. 19–44.
11. Harada Y., Dunand D. C. Microstructure of Al₃Sc with ternary transition-metal additions // Mater. Sci. Eng.: A. 2002. Vol. 329–331. P. 686–695.
12. Пат. 2521915 РФ. Модификатор / Ри Хосен, Ри Э. Х., Зернова Т. С., Калаушин М. А., Ри В. Э. ; заявл. 28.11.2011 ; опубл. 10.06.2014, Бюл. № 16.
13. Белов Н. А., Наумова Е. А. Структура и свойства сплавов на основе системы алюминий – церий // Перспективные материалы. 1999. № 6. С. 47–56.
14. Белов Н. А., Хван А. В. Структура и механические свойства эвтектических композитов на основе системы Al – Cu – Ca // Цветные металлы. 2007. № 2. С. 91–94.
15. 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 Мetals. 2016. No. 1. P. 20–27.
16. Belov N. A., Akopyan T. K., Mishurov S. S., Korotkova N. O. Effect of Fe and Si on the microstructure and phase composition of the aluminium-calcium eutectic alloys // Non-ferrous Мetals. 2017. No. 2. P. 37–42.
17. 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 Мetals. 2017. No. 2. P. 49–54.
18. Srirangam P., Chattopadhyay S., Bhattacharya A., Nag S., Kaduk J., Shankar S., Banerjee R., Shibata T. Probing the local atomic structure of Sr-modified Al – Si alloys // Acta Materialia. 2014. Vol. 65. P. 185–193.
19. Chengwei Liao, Jianchun Chen, Yunlong Li et al. Modification performance on 4032 Al alloy by using Al – 10Sr master alloys manufactured from different processes // Progress in Natural Science Materials International. 2013. Vol. 24, No. 2. P. 87—96.
20. Li Zhenghua, Yan Hong. Modification of primary α-Al, eutectic silicon and β-Al₅FeSi in as-cast AlSi₁₀Cu₃ alloys with (La + Yb) addition // Journal Of Rare Earths. 2015. Vol. 33, No. 9. P. 995.
21. Aguirre-De la Torre E., Pérez-Bustamante R., Camarillo-Cisneros J., Gómez-Esparza C. D., Medrano-Prieto H. M., Martínez-Sánchez R. Mechanical properties of the A356 aluminum alloy modified with La/Ce // Journal Of Rare Earths. 2013. Vol. 31, No. 8. P. 811–816.
22. Бернгардт В. А., Федорова О. В. Исследование влияния циркония и РЗМ на структуру и свойства алюминиевой катанки // III Международная научная школа для молодежи «Материаловедение и металлофизика легких сплавов». — Екатеринбург, 8–12 декабря 2014. — Екатеринбург : УрФУ, 2014. С. 50–55.
23. Ibrahim M. F., Alkahtani S. A., Abuhasel Kh. A., Samuel F. H. Effect of intermetallics on the microstructure and tensile properties of aluminum based alloys: Role of Sr, Mg and Be addition // Materials and Design. 2015. No. 86. P. 30–40.
24. Пат. 2001145 РФ. Литейный сплав на основе алюминия / Белов Н. А. ; опубл. 15.11.1993, Бюл. № 37/38.
25. Белов Н. А. Структура и упрочнение литейных сплавов систем алюминий – никель – цирконий // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. № 10. С. 19, 20.
26. Белов Н. А., Алабин А. Н. Перспективные алюминиевые сплавы с добавкками циркония и скандия // Цветные металлы. 2007. № 2. С. 99–106.
27. Belov N. A. Aluminium Casting Alloys with High Content of Zirconium // Proc. 5^th Int. Conf. on Al-alloys and Their Physical and Mechanical Properties (ICAA5). — Grenoble, France : Materials Science Forum. 1996. Vol. 217–222. P. 293–298.
28. Lae L., Guyot P., Sigli C. Cluster dynamics in AlZr and AlSc alloys // Proc. ICAA9. — Brisbane : Materials Science Forum, 2004. P. 281–286.
29. Диаграммы состояния двойных металлических систем / под общ. ред. Н. П. Лякишева. Т. 1. — М. : Машино строение, 1996. — 996 с.