Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия¹ ; ООО «Научно-производственный центр магнитной гидродинамики», Красноярск, Россия²:

В. Н. Тимофеев, заведующий кафедрой электротехнологии и электротехники¹, директор², докт. техн. наук

М. М. Мотков, старший научный сотрудник¹, руководитель проекта², канд. техн. наук

ООО «Научно-производственный центр магнитной гидродинамики», Красноярск, Россия:
Г. П. Усынина, главный материаловед, канд. техн. наук, эл. почта: galina@usynina.ru

ОАО «Всероссийский институт легких сплавов», Москва, Россия:
В. В. Захаров, начальник лаборатории металловедения и технологии алюминиевых сплавов, докт. техн. наук

Приведены результаты разработки нового сплава на основе системы Al – Zr – Hf, который по сравнению с известным сплавом АЦЕ (0,2–0,45 % Zr) дополнительно легирован гафнием и при этом имеет более низкое суммарное содержание циркония и гафния (0,3 %), что снижает его стоимость. Совместное легирование цирконием и гафнием при соотношении 1:1 обеспечило получение слитков, отлитых с высокой скоростью охлаждения (103 ^oC/с), со структурой твердого раствора циркония и гафния в алюминии. Последующее выделение при распаде твердого раствора частиц интерметаллидов Al3(Zr_1–xHf_x) обеспечивает высокую теплопрочность проволоки из сплава Al – 0,15 Zr – 0,15 Hf. Используемая технология получения длинномерной заготовки под волочение (литье в электромагнитный кристаллизатор и последующая интенсивная деформация на установке «Конформ») обеспечила высокую технологичность процесса и получение тонкой проволоки диаметром 0,5 мм. По результатам опробования нескольких режимов окончательного отжига выбран двухступенчатый режим (400 ^oC/2 ч + 300 ^oC/10 ч), который обеспечил стабильный приемлемый уровень механических свойств (σ_в = 153–176 МПа, σ_0,2 = 130–140 МПа, δ = 12–15 %) и удельное электросопротивление, равное 0,02955–0,02970 Ом·мм²/м. Поскольку коэффициент диффузии гафния в алюминии больше коэффициента диффузии циркония, окончательный отжиг проволоки из сплава Al – 0,15 Zr – 0,15 Hf не потребовал длительных выдержек, как из известного алюминий-циркониевого сплава АЦЕ. Распад твердого раствора циркония и гафния проходил в несколько раз быстрее, чем распад твердого раствора циркония в алюминии. Полученная проволока диаметром 0,5 мм из сплава Al – 0,15 Zr – 0,15 Hf прошла успешные испытания в АО «Особое конструкторское бюро кабельной промышленности».

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00128, https://rscf.ru/project/22-19-00128/.

1. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. — М. : ВИЛС, 1995. — 340 с.
2. Тимофеев В. Н., Усынина Г. П., Лебедев В. Н., Конкевич В. Ю. Производство проволоки для бортпроводов из алюминиевых сплавов с высоким содержанием редкоземельных металлов, полученной с использованием электро-магнитной кристаллизации // Цветные металлы. 2022. № 1. С. 72–78.
3. Авдулов А. А., Усынина Г. П., Сергеев Н. В., Гудков И. С. Отличительные особенности структуры и свойств длинномерных слитков малого сечения из алюминиевых сплавов, отлитых в электромагнитный кристаллизатор // Цветные металлы. 2017. № 7. С. 73–77.
4. Тимофеев В. Н., Усынина Г. П., Мотков М. М., Гудков И. С. Изготовление заклепочной проволоки из заготовки, полученной из сплава В65 методом электромагнитной кристаллизации // Цветные металлы. 2019. № 3. С. 76–82.
5. Белов Н. А., Алабин А. Н., Прохоров А. Ю. Влияние отжига на электросопротивление и механические свойства холоднодеформированного сплава А1 – 0‚6 % (мас.) Zr // Цветные металлы. 2009. № 10. С. 65–68.
6. Belov N. A., Korotkova N. O., Akopyan T. K., Timofe ev V. N. Structure and properties of Al – 0,6 % Zr – 0,4 % Fe – 0.4 % Si (wt. %) wire alloy manufactured by electromagnetic casting // J. Magnes. Alloy. 2020. Vol. 72, Iss. 4. P. 1561–1570. DOI: 10.1007/s11837-019-03875-0
7. Chen B., Zhu Z., Wang R., Chen X. et al. Effect of Zr content on aging precipitation and properties of Al – Zr alloy // Heat Treatment of Metals. 2021. Vol. 46, Iss. 9. P. 47–53. DOI: 10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.008
8. Mansurov Y. N., Rakhmonov J. U., Aksyonov A. A. Modified aluminum alloys of Al e Zr system for power transmission lines of Uzbekistan // Non-ferrous Metals. 2020. Vol. 2. P. 51–55.
9. Рохлин Л. Л., Бочвар Н. Р. Физико-химические исследования алюминиевых сплавов с несколькими переходными металлами // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. № 2. С. 37–42.
10. Nokhrin A., Shadrina I., Chuvil’deev V., Kopylov V. et al. Investigation of thermal stability of microstructure and mechanical properties of bimetallic fine-grained wires from Al – 0.25 % Zr – (Sc, Hf) alloys // Materials. 2022. Vol. 15, Iss. 1. 185.
11. Rokhlin L. L., Bochvar N. R., Boselli J., Dobatkina T. V. Investigation of the Al-rich part of the Al – Zr – Hf phase diagram for solid state // J. Phase Equilibria Diffus. 2010. Vol. 31, Iss. 6. P. 504–508. DOI: 10.1007/s11669-010-9778-5
12. Aryshnskii E. V., Bazhin V. Yu., Kawalla R. Strategy of refining the structure of aluminummagnesium alloys by complex microalloying with transition elements during casting and subsequent thermomechanical processing // Non-ferrous Metals. 2019. Vol. 1. P. 28–32.
13. ГОСТ 10446–80. Проволока. Метод испытаний на растяжение. Введ. 30.06.1982.
14. ГОСТ 7229. Кабели, провода и шнуры. Метод определения электрического сопротивления токопроводящих жил и проводников. Введ. 01.01.1978.
15. ГОСТ Р МЭК 62004–2014. Проволока из термостойкого алюминиевого сплава для проводов воздушной линии электропередачи. Введ. 01.01. 2016.
16. Пат. 2753537 РФ. Сплав на основе алюминия для производства проволоки и способ ее получения / Усынина Г. П., Тимофеев В. Н., Хоменков П. А., Мотков М. М., Гудков И. С., Захаров В. В. ; заявл. 04.02.2021 ; опубл. 17.08.2021. Бюл. № 23.