Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия:

Н. И. Кахидзе, инженер-исследователь, эл. почта: kakhidze.n@yandex.ru
А. П. Хрусталёв, старший научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук
В. В. Платов, младший научный сотрудник
А. А. Ахмадиева, студент

Внедрение в промышленность конструкционных материалов, сочетающих высокую прочность и низкий удельный вес, обеспечивает повышение энергетической эффективности машин и оборудования. Деталь из алюминия практически в 3 раза легче стального аналога, однако для замены стальных ответственных элементов требуются материалы с повышенными прочностными характеристиками. Известны высоко прочные сплавы алюминия с добавкой скандия, однако их применение ограничено высокой исходной стоимостью скандия. В отношении механизмов упрочнения алюминиевых сплавов эрбий аналогичен скандию, а его стоимость в 32 раза ниже. При этом в условиях актуальности разработки сплавов на основе систем Al – Er отмечена недостаточная изученность влияния эрбия на свойства алюминиевых сплавов. Исследовано влияние эрбия на структуру, механические свойства и характер разрушения сплава АМг5 системы Al – Mg. Из-за разности температур плавления эрбий вводили в расплав алюминия в составе лигатуры, полученной перспективным методом гидрирования. В статье представлено совокупное исследование полученных лигатур и сплавов в литом и деформированном состояниях. Авторами изучен класси ческий материаловедческий комплекс состав – структура – свойства полученных сплавов. Особое внимание уделено структурным исследованиям материалов: использованы традиционные оптические методы и сканирующая электронная микроскопия с применением энергодисперсионного анализа и детектора дифракции обратно рассеянных электронов. По результатам испытаний на одноосное растяжение в области квазистатических нагрузок отмечено положительное влияние эрбия на прочностные свойства сплава АМг5. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности легиро- вания эрбием алюминиевых сплавов, предложены мероприятия по усовершенствованию технологии для полного раскрытия упрочняющего потенциала эрбия в алюминиевой промышленности.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках государственного задания № FSWM-2020-0028.
Работа выполнена с использованием оборудования Томского регионального центра коллективного пользования ТГУ при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках договора от 26.07.2021 № 075–15-2021–693 (№13.ЦКП.21.0012).

1. Ciner C., Lucey B., Yarovaya L. Spillovers, integration and causality in LME non-ferrous metal markets // Journal of Commodity Markets. 2020. Vol. 17. P. 100079.
2. Sun Y., Pan Q., Luo Y., Liu S., Wang W. et al. The effects of scandium heterogeneous distribution on the precipitation behavior of Al₃(Sc, Zr) in aluminum alloys // Materials Characterization. 2021. Vol. 174. P. 110971.
3. Zhang X., Wang H., Yan B., Zou C., Wei Z. The effect of grain refinement and precipitation strengthening induced by Sc or Er alloying on the mechanical properties of cast Al – Li – Cu – Mg alloys at elevated temperatures // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 822. P. 141641.
4. Hansen N. Hall–Petch relation and boundary strengthening // Scripta materialia. 2004. Vol. 51, Iss. 8. P. 801–806.
5. Zhang Z., Chen D. L. Contribution of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 483. P. 148–152.
6. Zakharov V. V. Effect of scandium on the structure and properties of aluminum alloys // Metal science and heat treatment. 2003. Vol. 45, Iss. 7. P. 246–253.
7. Migdissov A., Strzelecki A. C., Boukhalfa H., Sauer K. B., Nisbet H. D. et al. Selective hydrothermal extraction of lanthanides: mimicking natural ore-forming processes // Los Alamos National Lab. 2020. Iss. LA-UR-20-21659.
8. Croteau J. R., Griffiths S., Rossell M. D., Leinenbach C., Kenel C. et al. Microstructure and mechanical properties of Al – Mg – Zr alloys processed by selective laser melting // Acta Materialia. 2018. Vol. 153. P. 35–44.
9. Вазиров Н. Ш., Ганиев И. Н., Норова М. Т., Максудова М. С. Коррозионно-электрохимическое поведение сплава АМг6, легированного церием // Известия Академии наук Республики Таджикистан. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук. 2013. № 13. С. 91–98.
10. Wu Z. G., Song M., He Y. H. Effects of Er on the microstructure and mechanical properties of an as-extruded Al – Mg alloy // Materials Science and Engineering: A. 2009. Vol. 504, Iss. 1-2. P. 183–187.
11. Lin S., Nie Z., Huang H., Li B. Annealing behavior of a modified 5083 aluminum all oy // Materials & Design. 2010. Vol. 31, Iss. 3. P. 1607–1612.
12. Nie Z. R., Li B. L., Wang W., Jin T. N., Huang H. et al. Study on the erbium strengthened aluminum alloy // Materials science forum. 2007. Vol. 546. P. 623–628.
13. Wen S. P., Xing Z. B., Huang H., Li B. L., Wang W. et al. The effect of erbium on the microstructure and mechanical properties of Al – Mg – Mn – Zr alloy // Materials Science and Engineering: A. 2009. Vol. 516, Iss. 1-2. P. 42–49.
14. Петров И. А., Телицына О. В. Исследование влияния некоторых редкоземельных элементов на свойства силумина эвтек тического типа // Технология легких сплавов. 2021. № 1. С. 54–59.

15. Wang S. H., Meng L. G., Yang S. J., Fang C. F., Hai H. A. O. et al. Microstructure of Al – Zn – Mg – Cu – Zr – 0.5 Er alloy under as-cast and homogenization conditions // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011. Vol. 21, Iss. 7. P. 1449–1454.
16. Fang H. C., Chao H., Chen K. H. Effect of Zr, Er and Cr additions on microstructures and properties of Al – Zn – Mg – Cu alloys // Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 610. P. 10–16.
17. Karnesky R. A., Dunand D. C., Seidman D. N. Evolution of nanoscale precipitates in Al microalloyed with Sc and Er // Acta Materialia. 2009. Vol. 57, Iss. 14. P. 4022–4031.
18. Belgibayeva A., Abzaev Y., Karakchieva N., Erkasov R., Sachkov V. et al. The structural and phase state of the TiAl system alloyed with rare-earth metals of the controlled composition synthesized by the "Hydride technology" // Metals. 2020. Vol. 10, Iss. 7. P. 859.
19. Vorozhtsov S., Minkov L., Dammer V., Khrustalyov A., Zhukov I. et al. Ex situ introduction and distribution of nonmetallic particles in aluminum melt: modeling and experiment // JOM. 2017. Vol. 69, Iss. 12. P. 2653–2657.
20. Залога А. Н., Дубинин П. С., Якимов И. С., Безрукова О. Е., Бураков С. В. и др. Полнопрофильный рентгенофазовый анализ на основе метода Ритвельда, самоконфигурируемого многопопуляционного генетического алгоритма и данных элементного анализа // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84, № 3. С. 25–31.
21. ErAl3 mp-2134 Materials Explorer. — URL: https://materialsproject.org/materials/mp-2134 (дата обращения: 18.02.2022).
22. Мацокин Д. В., Пахомова И. Н., Мацокин В. П. Накопление и релаксация внутренних напряжений в процессе высокотемпературной ползучести монокристаллов при затрудненном скольжении дислокаций // Порошковая металлургия. 2008. № 11-12. С. 27–35.
23. Филатов Ю. А. Дальнейшее развитие деформируемых алюминиевых сплавов на основе системы Al – Mg – Sc // Технология легких сплавов. 2021. № 2. С. 12–22.
24. Dobatkin S., Estrin Y., Zakharov V., Rostova T. Y., Ukolova O. et al. Improvement in the strength and ductility of Al – Mg – Mn alloys with Zr and Sc additions by equal channel angular pressing // International journal of materials research. 2009. Vol. 100, Iss. 12. P. 1697–1704.
25. Лепов В. В., Лепова К. Я., Алымов В. Т., Ларионов В. П. Стохастическое моделирование разрушения гетерогенной повреждаемой среды // Физическая мезомеханика. 2002. Т. 5, № 2. С. 23–41.
26. Глезер А. М. Новый подход к описанию структурно-фазовых превращений при очень больших пластических деформациях // Известия высших учебных заведений. Физика. 2008. Т. 51, № 5. С. 36–46.