НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

Н. А. Белов, профессор, главный научный сотрудник каф. обработки металлов давлением (ОМД), докт. техн. наук, эл. почта: nikolay-belov@yandex.ru
Т. К. Акопян, научный сотрудник кафедры ОМД, канд. техн. наук, эл. почта: nemiroffandtor@yandex.ru
С. С. Мишуров, ведущий инженер каф. ОМД, эл. почта: mishurovs@mail.ru
А. А. Сокорев, старший преподаватель, каф. литейных технологий и художественной обработки материалов, эл. почта: RCstuff@yandex.ru

С использованием термодинамического анализа фазовой диаграммы Al – Ca – Fe – Si в программе Thermo-Calc (база данных TTAL5) произведено обоснование концентраций кальция, железа и кремния для нового алюмоматричного композиционного сплава состава, % (мас.): Al – 4Ca – 1Fe – 0,6Si на базе четверной эвтектики L → (Al) + Al₄Ca + Al₁₀CaFe₂ + Al₂CaSi₂. Малые добавки переходных металлов Zr и Sc в количестве 0,2 и 0,1 % (мас.) соответственно были использованы для допол нительного легирования выбранного сплава. Расчетные параметры такого сплава показывают, что суммарная доля кальцийсодержащих фаз превышает 18 % (об.), а количество наночастиц фазы L1₂, которые формируются в результате распада пересыщенного (Al), должно составить порядка 0,5 % (об.). На комплексе непрерывного литья из выбранного сплава был получен качественный цилиндрический слиток диаметром 150 мм, длиной 800 мм. Структурные исследования (с исполь зованием оптической микроскопии (ОМ) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), а также микрорентгеноспектрального анализа (МРСА)) показали, что литая структура сплава содержит первичные кристаллы (Al) и эвтектику, обладающую высокодисперсным строением. Согласно спектральному анализу, первичные кристаллы (Al) содержат только цирконий и скандий. Кальций, железо и кремний практически полностью входят в состав эвтектики. В процессе радиально-сдвиговой прокатки (РСП), которую проводили при температуре, не превышающей 450 ^oC, полученный сплав показал высокую технологичность (общая степень обжатия ~99 %), что позволило получить 9-мм пруток без видимых дефектов. Высокая дисперсность структуры после деформации позволила проводить дальнейшую деформацию при комнатной температуре. В частности, при прокатке на вальцах до конечного размера в квадратном сечении 1x1 мм (степень обжатия ~98 %) и последующем волочении в фильере получена проволока минимального диаметра 0,26 мм (степень обжатия ~94 %). Оценка механических свойств проволоки показала, что полученный алюмокальциевый сплав можно рассматривать в качестве материала, работающего при повышенных температурах. В частности, после 1 ч нагрева при 400 ^oC временное сопротивление на разрыв составило 260 МПа, а предел текучести — 220 МПа, что существенно выше, чем у наиболее жаропрочных марочных деформируемых сплавов 2ххх серии (2024, 2019 и др.) после аналогичного отжига.
Работа выполнена при поддержке Задания № 11.2072.2017/4.6 на выполнение проекта по теме «Разработка технологии получения деформированных полуфабрикатов из алюмоматричных эвтектических композитов, упрочняемых наночастицами фазы L12 без использования закалки».

1. Polmear I. J. Light Metals: From Traditional Alloys to Nanocrystals. 4th edition. Elsevier, 2005. — 421 p.
2. Hatch J. E. Aluminum: properties and physical metallurgy. ASM International. Ohio. 1984. — 422 p.
3. Adem O., Hatem A., Fevzi Y. Production and characterisation of silicon carbide particulate reinforced aluminium-copper alloy matrix composites by direct squeeze casting method // Journal of Alloys and Compounds. 2007. Vol. 436. P. 375–382.
4. Abdoli H., Saebnouri E., Sadrnezhaad S. K., Ghanbari M., Shahrabi T. Processing and surface properties of Al – AlN composites produced from nanostructured milled powders // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 490. P. 624–630.
5. Пат. РФ 2539528C1. Способ изготовления композиционных материалов / Гулевский В. А., Власов С. Э., Кидалов Н. А., Антипов В. И., Колмаков А. Г., Виноградов Л. В. ; заявл. 04.07.2013 ; опубл. 20.01.2015, Бюл. № 2.
6. Belov N. A., Alabin A. N., Eskin D. G. Improving the Properties of Cold Rolled Al – 6 % Ni sheets by alloying and heat treatment // Scripta Materialia. 2004. Vol. 50, Iss. 1. P. 89–94.
7. Ratke L., Alkemper J. Ordering of the fibrous eutectic microstructure of Al ± Al3Ni due to accelerated solidification conditions // Acta Materialia. 2000. Vol. 48, Iss. 8. P. 1939–1948.
8. Xi Li, Yves Fautrelle, Zhongming Ren, Yudong Zhang, Claude Esling. Effect of a high magnetic field on the Al – Al₃Ni fiber eutectic during directional solidification // Acta Materialia. 2010. Vol. 58, Iss. 7. P. 2430–2441.
9. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легирования. — М. : Изд. дом «Руда и Металлы», 2016. — 256 с.
10. Belov N. A., Naumova E. A., Doroshenko V. V., Avxentieva N. N. Combined Effect of Calcium and Silicon on the Phase Composition and Structure of Al – 10 % Mg Alloy // Non-Ferrous Metals. 2018. Vol. 59, No. 1. P. 67–75.
11. 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 Metals. 2017. No 2. P. 32–37.
12. Knipling K. E., Karnesky R. A., Lee C. P., Dunand D. C., Seidman D. N. Precipitation evolution in Al – 0.1 Sc, Al – 0.1 Zr and Al – 0.1 Sc – 0.1 Zr (at.%) alloys during isochronal ageing // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. P. 5184–5195.
13. Lefebvre W., Danoix F., Hallem H., Forbord B., A. Bostel B., Marthinsen K. Precipitation kinetic of Al₃(Sc,Zr) dispersoids in aluminum // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 470, Iss. 1-2. P. 107–110.
14. Thermo–Cals Software URL: www.thermocalc.com (дата обращения : 29.01.2020).
15. 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. С. 69–75.
16. Золоторевский В. С., Белов Н. А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2005. — 376 с.
17. Belov N. A., Alabin A. N., Eskin D. G., Istomin-Kastrovskiy V. V. Optimization of Hardening of Al – Zr – Sc Casting Alloys // Journal of Material Science. 2006. Vol. 41. P. 5890–5899.
18. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. — Введ. 01.01.2003. 19. ТУ 083.5.314–94. Кальций металлический.
20. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.

21. ГОСТ 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. — Введ. 01.07.2010.
22. Galkin S. P. Radial Shear Rolling as an Optimal Technology for Lean Production // Steel in Translation. 2014. Vol. 44, No. 1. P. 61–64.
23. ГОСТ 10446–80. Проволока. Метод испытания на растяжение (с изм. № 1, 2). — Введ. 01.07.1982.
24. Пат. РФ 2660492. Литейный алюминиево-кальциевый сплав / Белов Н. А., Наумова Е. А., Дорошенко В. В.; заявл. 03.11.2017, опубл. 06.07.2018, Бюл. № 19.
25. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. — М. : ВИЛС, 1995. — 341 с.