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

В. В. Дорошенко, младший научный сотрудник лаборатории катализа и переработки углеводородов, канд. техн. наук, эл. почта: v.doroshenko@mail.ru
М. А. Барыкин, инженер кафедры обработки металлов давлением (ОМД), аспирант
М. А. Васина, инженер кафедры ОМД, аспирант
А. А. Аксенов, профессор кафедры ОМД, докт. техн. наук

Исследованы влияние кальция и цинка на горячеломкость и ее связь со структурой в литейных магналиях. С использованием расчетных методов в среде Thermo-Calc (база данных TTAl5) обоснован состав исследуемых сплавов системы Al – Mg – Ca – (Zn). Плавка проведена в печи сопротивления с использованием чистых шихтовых компонентов с последующим литьем в графитовые и стальные кокили. Для изучения структуры и определения состава сплавов использованы оптическая и сканирующая электронная микроскопия. Образцы для структурных исследований и определения механических свойств получены из плоских отливок сечением 10×20 мм, которые затем были переплавлены для литья «карандашных» проб на горячеломкость. Выявлено, что с увеличением концентрации кальция в сплавах эвтектика огрубляется, ветви отдельных дендритов укорачиваются и утолщаются. Совместное легирование кальцием и цинком качественно не влияет на структуру. Исследование горячеломкости показало, что уменьшение интервала кристаллизации при выборе сплава не оказывает влияния на этот параметр в рассматриваемой системе. Это видно на примере сплава Al – 10 Mg – 4 Ca, интервал кристаллизации которого меньше, чем у АМг10ч, а склонность к горячеломкости значительно выше. Добавка цинка в экспериментальный сплав Al – 6 Mg – 2 Ca – 2 Zn обеспечивает ему лучший показатель горячеломкости по сравнению с промышленным сплавом АМг10ч. Исследование влияния перегрева при литье показало, что наилучшие результаты могут быть достигнуты при перегреве 50 ^oC над ликвидусом. При этом с увеличением температуры перегрева также растет и размер зерна у сплава Al – 6 Mg – 2 Ca – 2 Zn. Также данный сплав имеет схожие с базовым сплавом твердость и плотность.

Работа выполнена при поддержке гранта российского научного фонда № 21-79-00134.

1. Mallick P. K., Graf A. Materials, design and manufacturing for lightweight vehicles (2nd ed.). — Cambridge, UK : Woodhead Publishing in Materials, 2020. — 488 p.
2. Glazoff M. V., Khvan A. V., Zolotorevsky V. S., Belov N. A., Dinsdale A. T. Casting aluminum alloys. Their physical and mechanical metallurgy. — Oxford, UK : Elsevier, 2019. — 564 p.
3. Kaufman J. G., Rooy E. L. Aluminum alloy castings: properties, processes, and applications. — ASM International, 2004. — 340 p.
4. Starke E. A., Staley J. T. Application of modern aluminum alloys to aircraft // Progress in Aerospace Sciences. 1996. Vol. 32, Iss. 2-3. P. 131–172.
5. Mansurov Yu. N., Belov N. A., Sannikov A. V., Buravlev I. Yu. Optimization of composition and properties of heatresistant complex-alloyed aluminum alloy castings // Non-ferrous Metals. 2015. No. 2. P. 48–55. DOI: 10.17580/nfm.2015.02.08.
6. Hatch J. E. Aluminum: properties and physical metallurgy. — Ohio : American Society for Metals, 1984. — 424 p.
7. Золоторевский В. С., Белов Н. А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2005. — 376 с.
8. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
9. Mansurov Yu. N., Rakhmonov J. U., Letyagin N. V., Finogeyev A. S. Influence of impurity elements on the casting properties of Al – Mg based alloys // Non-ferrous Metals. 2018. No. 1. P. 24–29.
10. Eskin D. G., Dr. Suyitno, Katgerman L. Mechanical properties in the semi-solid state and hot tearing of aluminium alloys // Progress in Materials Science. 2004. Vol. 49. P. 629–711.
11. Li J., Shi Q.-Y. Minimization of welding distortion and buckling. — Cambridge, UK : Woodhead Publishing in Materials, 2011. — 298 p.
12. Matrukanitz R. P. Selection and weldability of heat-treatable aluminum alloys // ASM handbook: Welding brazing and soldering. 1993. Vol. 6. P. 528–536.
13. Jia Z., Zhang P., Yu Z., Shi H. et al. Effect of pulse shaping on solidification process and crack in 5083 aluminum alloy by pulsed laser welding // Optics & Laser Technology. 2021. Vol. 134. P. 106608– 106611.
14. Li Y., Li H., Katgerman L., Du Q. et al. Recent advances in hot tearing during casting of aluminium alloys progress // Materials Science. 2021. Vol. 117. P. 100741.
15. Zuqi H., Li W., Shulin L., Peng Z., Shusen W. Research on the microstructure, fatigue and corrosion behavior of permanent mold and die cast aluminum alloy // Materials and Design. 2014. Vol. 55. P. 353–360.
16. Weller D., Hagenlocher C., Steeb T., Weber R., Graf T. Selfrestraint hot cracking test for aluminum alloys using digital image correlation // Procedia CIRP. 2018. Vol. 74. P. 430–433.

17. ОСТI 90020–71. Метод определения горячеломкости литейных алюминиевых и магниевых сплавов. — Введ. 06.04.1971.
18. Поздняков А. В., Золоторевский В. С., Хомутов М. Г. Горячеломкость литейных алюминиевых сплавов : моногр. — М. : МИСиС, 2014. — 88 с.
19. Naumova E. A., Belov N. A., Bazlova T. A. Effect of heat treatment on structure and strengthening of cast eutectic aluminum alloy Al9Zn4Ca3Mg // Metal Science and Heat Treatment. 2015. Vol. 57, No. 5-6. P. 274–280.
20. 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, No. 6. P. 656–666.
21. 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. 37–42. DOI: 10.17580/nfm.2017.02.07.
22. Шуркин П. К., Долбачев А. П., Наумова Е. А., Дорошенко В. В. Влияние железа на структуру, упрочнение и физические свойства сплавов системы Al – Zn – Mg – Ca // Цветные металлы. 2018. № 5. С. 69–77. DOI: 10.17580/tsm.2018.05.10.
23. Наумова Е. А., Белов Н. А., Васина М. А., Дорошенко В. В. Обоснование выбора состава высокопрочного алюминиево-кальциевого сплава // Цветные металлы. 2019. № 5. C. 53–59. DOI: 10.17580/tsm.2019.05.06.
24. Белов Н. А., Наумова Е. А., Базлова Т. А., Алексеева Е. В. Структура, фазовый состав и упрочнение литейных алюминиевых сплавов системы Al – Ca – Mg – Sc // Физика металлов и металловедение. 2016. № 2. С. 196–203.
25. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01.01.2003.
26. ГОСТ 804–93. Магний первичный в чушках. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
27. ГОСТ 3640–94. Цинк. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
28. Пикунов М. В. Плавка металлов, кристаллизация сплавов, затвердевание отливок : учебн. пособие для вузов. — М. : МИСиС, 1997. — 376 с.
29. Поздняков А. В. Расчет показателя горячеломкости и его использование при разработке новых литейных алюминиевых сплавов : дис. … канд. техн. наук. — Москва, 2013. — 123 с.
30. Polmear I. Light alloys: From traditional alloys to nanocrystals. 4^th edition. — Oxford : Elsevier, 2006. — 421 p.
31. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства сплавов; пер. с англ. — М. : Металлургия, 1979. — 640 с.
32. Li Z. T., Qiao X. G., Xu C., Kamado S., Zheng M. Y., Luo A. A. Ultrahigh strength Mg – Al – Ca – Mn extrusion alloys with various aluminum contents // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 792. P. 130–141.
33. Новиков И. И. Горячеломкость цветных металлов и сплавов. — М. : Наука, 1966. — 300 с.
34. Курдюмов А. В., Белов В. Д., Пикунов М. В. и др. Производство отливок из сплавов цветных металлов : учебник / под ред. В. Д. Белова. — М. : МИСиС, 2011. — 615 с.