Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия:

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

С использованием методов оптической, электронной сканирующей микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа исследованы особенности формирования структурных составляющих сплава АМ4,5Кд и их свойства при модифицировании возрастающим количеством скандия (от 0,1 до 0,5 % (мас.) через интервал варьирования 0,1 % (мас.)). На первом этапе исследования идентифицированы структурные составляющие скандиевой лигатуры (2,0 % (мас.) Sc), состоящей из 73,64 % (ат.) Al и 26,34 % (ат.) Sc (Al_73,64Sc_26,34 = Al_2,8Sc ≈ Al₃Sc) и металлической основы из Al + эвтектики (Al + Al₃Sc), % (ат.): 99,67 Al и 0,33 Sc. Частицы алюминида скандия имеют компактную форму в виде четырехугольника и равномерно распределены в матрице. Исследовано влияние добавок скандия на структурообразование, ликвационные процессы и свойства сплава АМ4,5Кд. Микроструктурный анализ скандиевых сплавов в отраженных электронах на растровом микроскопе и под оптическим микроскопом показал, что увеличение добавки скандия способствует измельчению структурных составляющих — твердого α-раствора и эвтектики. Установлены и научно обоснованы закономерности изменения состава твердого α-раствора и эвтектики разного состава и различного происхождения, а также их микротвердости от величины добавки скандия. Модифицированная эвтектика кристаллизуется при добавлении 0,1 % (мас.) Sc. С увеличением добавки скандия до 0,5 % (мас.) содержание меди и скандия в твердом α-растворе возрастает (соответственно до 1,5 и 0,74 % (ат.) по сравнению с немодифицированным — 1,0 % (ат.) Cu). В соответствии с этим микротвердость твердого -раствора возрастает в 1,85 раза. Эффект упрочнения сплава возрастает вследствие выделения мелкодисперсных частиц упрочняющих фаз Al₂Cu и Al₃Sc в процессе охлаждения отливки. На микротвердость эвтектики влияет характер распределения элементов в эвтектических составляющих сплавов различного происхождения: Al – Cu, Al – Cu – Sc, Al – Cu – MnFe и др. Увеличение добавки скандия до 0,5 % (мас.) способствует формированию эвтектических составляющих с повышенным содержанием Cu и Sc. Так, в эвтектике из Al + Al₃Sc содержание меди возрастает с 25 % (ат.) для немодифицированного до 30 % (ат.) Cu, а в эвтектике из Al – Cu – Sc (Al + Al₃Sc + Al₂Cu) — до 32 % (ат.) Cu и 5,5 % (ат.) Sc при добавке 0,5 % (мас.) Sc. Микротвердость эвтектики возрастает в 3,0 раза. Общая твердость НВ увеличивается в ~1,4 раза. В других кадмий- и железосодержащих эвтектиках наблюдается уменьшение растворимости меди и марганца.

Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки РФ в рамках гос. задания № 11.3014.2017/4.6 «Исследование возможностей получения РЗМ-содержащих лигатур для модифицирования металлических сплавов». Иссле дования проводили на обору довании ЦКП «Прикладное материаловедение» ФГБОУ ВО «ТОГУ» при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки РФ в рамках гос. заданий (№ гос. рег. 11.7208.2017/7.8 и 11.7213.2017/7.8).

1. Hyde K. B., Norman A. F., Prangnell P. B. The effect of Ti on grain refinement in Al – Sc alloys // Mater. Sci. Forum. 2002. Vols. 396–402. P. 39–44.
2. Min Song, Yuehui He, Shanfeng Fang. Effect of Zr content on the yield strength of an Al – Sc alloys // J. Mater. Eng. and Perform. 2011. Vol. 20, No. 3. P. 377–381.
3. Dalen M. E., Dunand D. C., Seidman D. N. Effect of Ti additions on the nanostructure and creep properties of precipitationstrengthened Al – Sc alloys // Acta Mater. 2005. Vol. 53, No. 15. P. 4225–4235.
4. Royset J., Ryun N. Scandium in aluminium alloys // Int. Mater. Rev. 2005. Vol. 50, No. 1. P. 19–44.
5. Norman A. F., Prangnell P. B., McEwen R. S. The solidification behavior of dilute aluminium-scandium alloys // Acta Mater. 1998. Vol. 46, No. 16. P. 5715–5732.
6. Marquis E. A., Seidman D. N. Nanoscale structural evolution of Al₃Sc precipitates in Al(Sc) alloys // Acta Mater. 2001. Vol. 49. P. 1909–1919.
7. Harada Y., Dunand D. C. Microstructure of Al₃Sc with ternary transition-metal additions // Mater. Sci. and Eng. A. 2002. Vol. 329–331. P. 686–695.
8. Costa S., Puga H., Barbosa J., Pinto A. M. P. The effect of Sc additions on the microstructure and age hardening behavior of as cast Al – Sc alloys // Materials and Design. 2012. Vol. 42. P. 347–352.
9. Davydov V. G., Rostava T. D., Zakharov V. V., Filatov Y. A., Yelagin V. I. Scientific principles of making an alloying addition of scandium to aluminium alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2000. Vol. 280. P. 30–36.
10. Rajinikanth V., Jindal V., Akkimardi V. G., Ghosh M., Venkateswarlu K. Transmission electron microscopy studies on the effect of strain on Al and Al – 1 % Sc alloy // Scripta Mater. 2007. Vol. 57. P. 425–428.
11. Zakharov V. V., Rostova T. D. Effect of scandium, transition metals, and admixtures on strengthening of aluminum alloys due to decomposition of the solid solution // Metal Sci. Heat Treat. 2007. Vol. 49. P. 435–442.
12. Stock H. R., Khler B., Bomas H., Zoch H. W. Characteristics of aluminium-scandium alloy thin sheets obtained by physical vapour deposition // Mater. Des. 2010. Vol. 31. P. 576–581.
13. Lee W. S., Chen T. H. Mechanical and microstructural response of aluminium-scandium (Al – Sc) alloy as function of strain rate and temperature // Mater. Chem. Phys. 2009. Vol. 113. P. 734–745.
14. Seidman D. N., Marquis E. A., Dunand D. C. Precipitation strengthening at ambient and elevated temperatures of heattreatable Al(Sc) alloys // Acta Mater. 2002. Vol. 50. P. 4021–4035.
15. Venkateswarlu K., Pathak L. C., Ray A. K., Das G., Verma P. K., Kumar A. Microstructure, tensile strength and wear behavior of Al – Sc alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 383. P. 374–380.
16. Alabin A. N., Belov N. A., Tabachkova N. Yu., Akopyan T. K. Heat resistant alloys of Al – Zr – Sc system for electrical applications: analysis and optimization of phase composition // Non-ferrous Мetals. 2015. No. 2. P. 36–40. DOI: 10.17580/nfm.2015.02.07
17. Toropova L. S., Eskin D. G., Kharakterova M. L., Dobatkina T. V. Advanced Aluminum Alloys Containing Scandium: Structure and Properties. — Amsterdam : Gordon and Breach Science publishers, 1988.
18. Белов Н. А., Наумова Е. А., Дорошенко В. В., Базлова Т. А. Влияние скандия на фазовый состав и упрочнение литейных алюминиевых сплавов системы Al – Ca – Si // Известия вузов. Цветная металлургия. 2016. № 5. С. 61–68.
19. Oyset R., Ryun N. Scandium in aluminum alloys // International Materials Reviews. 2005. Vol. 50, No. 1. P. 19–44.
20. Filatov Yu. A. Deformable Al – Mg – Sc alloys and possible regions of their application // Journal of Advanced Materials. 1995. No. 5. P. 386–390.
21. Filatov Yu. A., Yelagin V. I., Zakharov V. V. New Al – Mg – Sc alloys. II // Materials Science and Engineering. 2000. Vol. A280. P. 97–101.
22. Zolotorevskiy V. S., Belov N. A., Glazoff M. V. Casting Aluminum Alloys. — Amsterdam : Elsevier, 2007.
23. Белов Н. А., Савченко С. В., Белов В. Д. Атлас микроструктур промышленных силуминов. — М. : Изд. дом «МИСиС», 2009.
24. Mondolfo L. F. Aluminum Alloys: Structure and Properties. — London, Boston : Butterworths, 1976.
25. Mester K., Rouxel B., Langan T., Lamb J., Barnett M., Dorin T. Understanding the Co-precipitation Mechanisms of Al₃(Sc, Zr) with Strengthening Phases in Al – Cu – Li Model Alloys // Light Metals. 2018. P. 233–239.
26. Yukun Li, Xiaodong Du, Ya Zhang, Zhen Zhang, Junwei Fu, Shi’ang Zhou, Yucheng Wu. Influence of Sc on microstructure and mechanical properties of Al – Si – Mg – Cu – Zr alloy // Applied Physics A. 2018. Vol. 124. P. 144.
27. Starink M. J., Gao N., Yan J. L. The origins of room temperature hardening of Al – Cu – Mg alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 387–389, No. 1-2 spec. iss. P. 222–226.
28. Cochard A. Natural aging on Al – Cu – Mg structural hardening alloys — Investigation of two historical duralumins for aeronau tics // Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 690. P. 259–269.
29. Royset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys // Int. Mater. Rev. 2005. Vol. 50, No. 1. P. 19–44.
30. Norman A., Prangnell P., McEwen R. The solidification behavior of dilute aluminium-scandium alloys // Acta Mater. 1998. Vol. 46, No. 16. P. 5715–5732.
31. Bo H., Liu L. B., Jin Z. P. Thermodynamic analysis of Al – Sc, Cu – Sc and Al – Cu – Sc system // J. Alloys Compd. 2010. Vol. 490, No. 1. P. 318–325.
32. Toropova L. S., Eskin D. G., Kharakterova M. L., Dobatkina T. V. Advances in Aluminum Alloys Containing Scandium. — Amsterdam : Gordon and Breach Science publishers, 1998.
33. Kharakterova M. L. Phase composition of Al – Cu – Sc alloys at temperatures at 450 and 500 Deg. C // Izv. Akad. Nauk SSSR. Ser. Metally. 1991. Vol. 4. P. 191–194.
34. Kharakterova M. L., Eskin D. G., Toropova L. S. Precipitation hardening in ternary alloys of the Al – Sc – Cu and Al – Sc – Si systems // Acta Metall. Mater. 1994. Vol. 42, No. 7. P. 2285–2290.
35. Emadi D., Rao A. K. P., Mahfoud M. Influence of scandium on the microstructure and mechanical properties of A319 alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2010. Vol. 527, No. 23. P. 6123–6132.
36. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 2003–01–01.
37. ГОСТ 859–78. Медь. Марки. — Введ. 1979–01–01.
38. ГОСТ 1467–93. Кадмий. Технические условия. — Введ. 1997–01–01.

39. ТУ РБ 100196035.005–2000. Флюс покровно-рафинирующий. URL: http://evtektika.com/ru/production.html#aluminium
40. ТУ РБ 14744129.004–98. Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов. URL: http://evtektika.com/ru/product ion.html#aluminium
41. Кривопалов Д. С., Никитин В. И., Федотов В. Т., Петрунин С. С. Получение и применение наноструктурированных модифицирующих лигатур для Al-сплавов // Литейное производство. 2014. № 12. С. 5–7.
42. ГОСТ 859–2001. Медь. Марки. — Введ. 01.03.2002.