Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

П. К. Шуркин, инженер кафедры «Обработка металлов давлением», канд. техн. наук, эл. почта: pa.shurkin@yandex.ru
Ж. А. Карпова, аспирант кафедры «Обработка металлов давлением»
А. Ф. Мусин, аспирант кафедры «Обработка металлов давлением»

Московский политехнический университет, Москва, Россия:

Р. А. Латыпов, профессор кафедры «Оборудование и технологии сварочного производства», докт. техн. наук

Работа посвящена исследованию структуры и свойств сварных соединений горячекатаных листов из алюминиевого сплава Al – 4 % Zn – 2,5 % Mg – 2,5 % Ca – 0,2 % Zr – 0,1 % Sc. Соединения были получены ручным аргонодуговым способом (TIG-сварка) с использованием в качестве присадки проволоки собственного производства состава основного металла (образец AlCa) и стандартной сварочной проволоки из сплава СвАМг5 (образец AlMg). Показано, что в литом состоянии структура сплава состоит из алюминиевого твердого раствора (Al) (содержания, %: 2,9 Zn, 2,5 Mg, 0,28 Zr и 0,12 Sc) и эвтектических кристаллов фазы (Al, Zn)₄Ca с объемной долей ~7,6 %. Проработка структуры в результате горячей прокатки со степенью обжатия 95 % приводит к формированию структуры, состоящей из алюминиевой матрицы и равномерно распределенных в ней сферических частиц диаметром менее 2 мкм. Качество сварных соединений, полученных с использованием разных присадок, удовлетворяет требованиям по отсутствию внутренних дефектов. Структура в середине шва соответствует литой структуре сплава и обладает твердостью (~80 HV), уступающей твердости (~105 HV) основного деформированного сплава. Зона термического влияния (ЗТВ) сохраняет относительно высокую твердость (на уровне 95 HV), что связано со стабилизирующим влиянием дисперсных эвтектических частиц фазы (Al, Zn)₄Ca, а также присутствующих в исходном листе наночастиц фазы Al₃(Zr, Sc). Дополнительный отжиг сварных соединений при 350 oC привел к деградации твердости шва образца AlMg до уровня менее 70 HV и относительному выравниванию твердости по сечению в образце AlCa до уровня более 90 HV. Данный эффект можно объяснить протеканием в случае образца AlCa дисперсионного упрочнения вследствие выделения когерентных наночастиц фазы Al₃(Zr, Sc) со структурой L1₂ при распаде пересыщенного алюминиевого твердого раствора. Результаты механических испытаний подтвердили преимущества прочностных свойств образца AlCa перед значениями образца AlMg. Все образцы в исходном состоянии и отожженный образец AlMg имеют коэффициенты прочности относительно основного металла от 72,4 до 75,3. Наибольших механических свойств удается достигнуть в сварном соединении AlCa в отожженном состоянии: σ_в = 274±2 МПа, σ_0,2 = 181±20 МПа, δ = 2,9±0,8 %, что соответствует коэффициенту более 80 %.

Статья подготовлена 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. Дриц А. М., Овчинников В. В. Сварка алюминиевых сплавов. — М. : ИД «Руда и Металлы». 2017. — 440 с.
2. Орышенко А. С., Осокин Е. П., Барахтина Н. Н., Дриц А. М., Соседков С. М. Алюминиево-магниевый сплав 1565ч для криогенного применения // Цветные металлы. 2011. № 11. С. 84–90.
3. Дриц А. М., Овчинников В. В., Растопчин Р. Н. Исследование свойств сварных соединений сплава 1565ч применительно к изготовлению сварных автоцистерн // Цветные металлы. 2012. № 12. С. 85–90.
4. Зыков С. А., Павлова В. И., Осокин Е. П. Механические свойства сварных соединений прессованного алюминиево-магниевого сплава марки 1565ч при низких и повышенных температурах // Вопросы материаловедения. 2018. № 3. С. 57–67.
5. Дриц А. М., Овчинников В. В., Растопчин Р. Н. Технологические свойства листов из свариваемого алюминиевого сплава 1565ч для производства цистерн // Технология легких сплавов. 2012. № 3. С. 20–29.
6. Арцруни А. А., Григорян В. А., Дриц А. М. Перспективы использования сплава 1565ч в связи с новым подходом к применению алюминиевых сплавов в бронировании боевых машин легкой категории по массе // Цветные металлы. 2017. № 5. С. 80–83.
7. Fengyuan Shu, Ye Tian, Hongyun Zhao, Shaohua Sui, Yuxin Liu et al. Microstructure and mechanical properties of multi-pass TIG welded joint of thick Al – Zn – Mg alloy plate // Mater. Res. Express. 2019. Vol. 6. P. 1065e1.
8. Wang Dianlong, Diao Guangyun, Liang Zhimin. Comparison of Al – Zn – Mg Alloy P-MIG Welded Joints Filled with Different Wires // High Temp. Mater. Proc. 2019. Vol. 38. P. 516–524.
9. Toshihiko Fukuda. Weldability of 7000 series aluminium alloy materials // Welding International. 2012. Vol. 26, Iss. 4. P. 256–269.
10. Hui-Zhong Li, San-Cheng Yao, Xiao-Peng Liang, Yong-Hui, Chen Chao Liu, Lan Huang. Grain boundary pre-precipitation and its contribution to enhancement of corrosion resistance of Al – Zn – Mg alloy // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016. Vol. 26, Iss. 10. P. 2523–2531.
11. Jegdic B. V., Bobic B. M., Pavlovic M. K., Alil A. B., Putic S. S. Stress corrosion cracking resistance of aluminum alloy 7000 series after two-step aging // Chemical Industry and Chemical Engineering Q. 2015. Vol. 21, Iss. 2. P. 261–268.
12. Shuai Li, Honggang Dong, Lei Shi, Peng Li, Fei Ye. Corrosion behavior and mechanical properties of Al – Zn – Mg aluminum alloy weld // Corros. Sci. 2017. Vol. 123. P. 243–255.
13. Huang Х., Pan Q., Li B. Effect of minor Sc on microstructure and mechanical properties of Al – Zn – Mg – Zr alloy metal-inert gas welds // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 629. No. 25. P. 197–207.
14. Ying Deng, Bing Peng, Guofu Xu, Qinglin Pan, Zhimin Yin et al. Effects of Sc and Zr on mechanical property and microstructure of tungsten inert gas and friction stir welded aerospace high strength Al – Zn – Mg alloys // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 639. P. 500–513.

15. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2010. — 509 с.
16. Белов Н. А., Щербаков М. В., Белов В. Д. О технологичности высокопрочного экономнолегированного никалина АЦ6Н0,5Ж при литье, прокатке и сварке // Цветные металлы. 2011. № 12. C. 94–98.
17. Belov N., Naumova E., Akopyan T. Eutectic alloys based on the Al – Zn – Mg – Ca system: microstructure, phase composition and hardening // Materials Science and Technology. 2017. Vol. 3, No. 6. P. 656–666.
18. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K. Effect of calcium on structure, phase composition and hardening of Al – Zn – Mg alloys containing up to 12 wt. % Zn // Materials Research. 2015. Vol. 18, Iss. 6. P. 1384–1391.
19. Naumova E. A. Use of Calcium in Alloys: From Modifying to Alloying // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2018. Vol. 59, No. 3. P. 284–298.
20. Volkova O. V., Dub A. V., Rakoch A. G., Gladkova A. A., Samoshina M. E. Comparison of the Tendency to Pitting Corrosion of Casting of Al6Ca, Al1Fe, and Al6Ca1Fe Experimental Alloys and AK12M2 Industrial Alloy // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2017. Vol. 58, Iss. 6. P. 644–648.
21. 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 Metals. 2015. No. 2. P. 36–40.
22. Zhichao Guo, Xuan Liu, Jilai Xue. Fabrication of Al– Si – Sc alloy bearing AlSi2Sc2 phase using ultrasonically assisted molten salt electrolysis // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 797. P. 883–889.
23. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу (с Изм. № 1, 2). — Введ. 01.07.1976.
24. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение (с Изм. № 1, 2, 3). — Введ. 01.01.1986.
25. ГОСТ 6996–66 (ИСО 4136–89, ИСО 5173–81, ИСО 5177–81). Сварные соединения. Методы определения механических свойств (с Изм. № 1, 2, 3, 4). — Введ. 01.01.1967.
26. Huda A. Al-Salihi, Adil Akram Mahmood, Hussain J. Alalkawi. Mechanical and wear behavior of AA7075 aluminum matrix composites reinforced by Al2O3 nanoparticles // Nanocomposites. 2019. Vol. 5, Iss. 3. P. 67–73.
27. Yasuhiro Takashimizu, Maiko Iiyoshi. New parameter of roundness R: circularity corrected by aspect ratio // Progress in Earth and Planetary Science. 2016. Vol. 3. A.N. 2.
28. Mansurov Yu. N., Buravlev I. Yu., Reva V. P., Kurbatkina E. I. Features of structures formation and properties of composite aluminum alloy ingots // Non-Ferrous Metals. 2015. No. 2. Р. 40–47.