НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

П. К. Шуркин, инженер кафедры обработки металлов давлением (ОМД), эл. почта: pa.shurkin@yandex.ru
А. П. Долбачев, инженер кафедры ОМД
Е. А. Наумова, доцент кафедры ОМД
В. В. Дорошенко, инженер кафедры ОМД

Проведено расчетно-экспериментальное исследование влияния содержания железа (1, 0,5 и 0,25 %) на группу сплавов системы Al – Zn – Mg – Ca с постоянным содержанием магния (3 %), цинка (6 и 12 %), кальция (1 и 2 %) и без него. Показано, что все сплавы с содержанием 1 % Fe независимо от количества кальция начинают кристаллизацию с формированием фазы Al₃Fe грубой морфологии. При этом в сплавах с содержанием 2 % Ca и 0,5–0,25 % Fe происходит формирование тройной фазы Al₁₀CaFe₂ по реакции L→(Al) + Al₁₀СaFe₂ + (Al, Zn)₄Cа при температуре 596 ^оC. Эта фаза имеет скелетообразную морфологию, схожую с видом фазы Al₁₅(Fe, Mn)₃Si₂. Двухступенчатая термообработка по режиму 450 ^оC, 3 ч + 500 ^оC, 3 ч позволяет растворить Т-фазу, а также сфероидизировать интерметаллиды равновесного происхождения, включающие фазу Al₁₀CaFe₂. При содержании 12 % Zn температура равновесного солидуса снижается до 480 ^оC, что приводит к пережогу при сфероидизирующей обработке. Содержание до 0,5 % Fe мало влияет на плотность. Наименьшая плотность (2,7 г/см³) достигается в сплаве с содержанием 6 % Zn, 2 % Ca и 0,5 % Fe, что ниже значений других экспериментальных сплавов на 0,1–0,2 г/см³. Значения удельной электропроводности и микротвердости в зависимости от температуры старения показали положительное влияние железа на упрочнение сплавов системы Al – Zn – Mg – Ca, что можно объяснить образованием меньшего количества фазы (Al, Zn)₄Cа из-за ее совместного образования с фазой Al₁₀CaFe₂. При этом значения сильно зависят от количества цинка. В состоянии максимального упрочнения (Т6) сплавы с содержанием 12 % Zn и 1 % Fe имеют микротвердость 218 ед., с содержанием 0,5 % Fe — 201 ед., 0,25 % Fe — 196 ед., а сплавы с содержанием 6 % Zn – 151 (1 % Fe), 141 (0,5 % Fe) и 119 (0,25 % Fe) ед. В связи с полученными данными было обосновано дальнейшее направление исследований, связанное с изучением характера распределения кальция между интерметаллидными фазами (Al, Zn)₄Ca и Al₁₀СaFe₂. Предполагается, что композиция Al – 3 % Mg – (6–8 %) Zn – 2 % Ca – 0,5 % Fe способна обеспечить высокое упрочнение и технологичность не только при литье, но и при обработке давлением.

Статья подготовлена в рамках Соглашения № 14.578.21.0220 (уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI57816X0220) о предоставлении субсидии Минобрнауки России в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».

1. Энтони У. У., Элиот Ф. Р., Болл М. Д. Алюминий. Свойства и физическое металловедение : справ. изд. / пер. с англ.; под ред. Дж. Е. Хэтча. — М. : Металлургия, 1989. — 324 с.
2. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перс пективных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2010. — 511 с.
3. Prasad N. E., Wanhill R. J. H. Aerospace materials and material technologies. Volume 1, Aerospace materials. — Singapore : Springer, 2017. — 557 p.
4. Ibrahim M. F., Garza-Elizondo G. H., Samuel A. M., Samuel F. H. Optimizing the Heat Treatment of High-Strength 7075-Type Wrought Alloys: A Metallographic Study // International Journal of MetalCasting. 2016. Vol. 10, Iss. 3. P. 264–275.
5. Vakhromov R. O., Antipov V. V., Tkachenko E. A. Research and Development of High-Strength of Al – Zn – Mg – Cu Alloys // Proceedings of ICAA-13. — Pittsburgh (USA), 2012. P. 1515–1520.
6. LI N., Cui J. Microstructural evolution of high strength 7B04 ingot during homogenization treatment // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008. Vol. 18, Iss. 4. P. 769–773.
7. Grandfield J. F., Eskin D. G., Bainbridge I. F. Direct-chill Casting of light alloys: science and technology. — Hoboken, New Jersey : John Wiley & Sons, Inc. 2013. — 411 p.

8. Fan Y., Li Zh., Li X., Wen K., Zhang Y., Xiong B., Xie J. Investigation on As-Cast Microstructure in a high Zn-containing Al – Zn – Mg – Cu – Zr alloy and Its Evolution during Two-stage Homogenization // Asia-Pacific Engineering and Technology Conference (APETC 2017), 2017. P. 421–427.
9. Lu X. Y., Guo E. J., Rometsch P. Effect of one-step and two-step homogenization treatments of distribution of Al₃Zr dispersoids in commercial AA7150 aluminium alloy [J] // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012. Vol. 22. P. 2645–2651.
10. Robson J. D. Microstructural evolution in aluminium alloy 7050 during processing // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 382, Iss. 1–2. P. 112–121.
11. Shurkin P. K., Belov N. A., Akopyan T. K., Alabin A. N., Aleshchenko A. S., Avxentieva N. N. Formation of the structure of thin-sheet rolled product from a high-strength sparingly alloyed aluminum alloy «nikalin» // Physics of Metals and Metallography. 2017. Vol. 118, Iss. 9. P. 896–904.
12. 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. No. 1. P. 20–27.
13. Mann V. Kh., Alabin A. N., Krokhin A. Yu., Frolov A. V., Belov N. A. New Generation of High Strength Aluminum Casting Alloys // Light Metal Age. 2015. Vol. 73, No. 5. P. 44–47.
14. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легиро вания. — М. : Издательский дом «Руда и металлы», 2016. — 256 с.
15. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K. Eutectic alloys based on the Al – Zn – Mg – Ca system: microstructure, phase composition and hardening // Materials Science and Technology. 2017. Vol. 33, Iss. 6. P. 656–666.
16. Белов Н. А., Наумова Е. А., Илюхин В. Д., Дорошенко В. В. Структура и механические свойства отливок сплава Al – 6 % Ca – 1 % Fe, полученных литьем под давлением // Цветные металлы. 2017. № 3. C. 69–75.
17. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. — М. : ВИЛС, 1995. — 341 с.
18. Thermo-Calc Software TTAL5 Al-Alloys. URL: www.thermoCalc.com (дата обращения: 23.01.2018).
19. Белов Н. А., Наумова Е. А., Дорошенко В. В., Базлова Т. А. Влияние марганца и железа на фазовый состав и микроструктуру алюминиево-кальциевых сплавов // Цветные металлы. 2017. № 8. C. 66–71.
20. Bidmeshki C., Abouei V., Saghafian H., Shabestari S. G., Noghani M. T. Effect of Mn addition on Fe-rich intermetallics morphology and dry sliding wear investigation of hypereutectic Al–17.5%Si alloys // Journal of Materials Research and Technology. 2016. Vol. 5, Iss. 3. P. 250–258.
21. Irizalp S. G., Saklakoglu N. Effect of Fe-rich intermetallics on the microstructure and mechanical properties of thixoformed A380 aluminum alloy // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2014. Vol. 17, Iss. 2. P. 58–62.