Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, кафедра обработки металлов давлением, Москва, Россия

К. А. Цыденов, инженер научного проекта, эл. почта: kirillcydenov@yandex.ru
Н. А. Белов, главный научный сотрудник, докт. техн. наук

Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН, Москва, Россия
О. О. Щербакова, старший научный сотрудник, канд. техн. наук
Т. И. Муравьева, научный сотрудник

В данном исследовании на примере холоднокатаных листов изучено влияние железа, кремния, магния и цинка на структуру и механические свойства сплава системы Al – 2 Cu – 1,5 Mn. На первом этапе литьем в графитовую изложницу получили плоские слитки двух экспериментальных сплавов Al – 2 Cu – 1,5 Mn и Al – 2 Cu – 1,5 Mn – 1 Mg – 1 Zn – 0,5 Fe – 0,4 Si % (мас.) с размерами 10×40×180 мм. Затем эти слитки подвергли горячей прокатке до толщины 2 мм при температуре 400 ^оС. Далее горячекатаные листы отжигали при температуре 350 оС в течение 3 ч, после чего производили холодную прокатку до толщины 0,5 мм. Микроструктуру образцов, вырезанных из слитков и листов, изучали на световом и электронном сканирующем микроскопах. С целью оценки влияния термической обработки на структуру и физико-механические свойства проводили многоступенчатые отжиги листов и слитков экспериментальных сплавов в интервале температур от 300 до 500 оС с шагом 50 оС. После каждой ступени отжига измеряли твердость и удельную электропроводность образцов. Предел прочности, предел текучести и относительное удлинение холоднокатаных листов определяли методом испытания на растяжение на универсальной машине. Исследование показало, что добавление таких элементов, как магний, цинк, железо и кремний в базовый сплав, приводит к существенному изменению структуры и фазового состава, но не снижает механические свойства холоднокатаных листов, отожженных при температуре 350 и 400 оС, что обусловлено равномерным распределением эвтектических частиц, размер которых составляет 2–5 мкм. Авторы продемонстрировали принципиальную возможность использования разнообразного вторичного сырья для приготовления базового сплава, не требующего гомогенизации и закалки.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № РНФ 20-19-00249-П.

1. Ashkenazi D. How aluminum changed the world: A metallurgical revolution through technological and cultural perspectives // Technological Forecasting and Social Change. 2019. Vol. 143. P. 101–113.
2. Pedneault J., Majeau-Bettez G., Pauliuk S., Margni M. Sector – specific scenarios for future stocks and flows of aluminum: An analysis based on shared socioeconomic pathways // Journal of Industrial Ecology. 2022. Vol. 26 (5). P. 1728–1746.
3. Deev V. B., Degtyar V. A., Kutsenko A. I., Selyanin I. F., Voitkov A. P. Resource-saving technology for the production of cast aluminum alloys // Steel in Translation. 2007. Vol. 37(12). P. 991–994.
4. Zheng K., Politis D. J., Wang L., Lin J. A. review on forming techniques for manufacturing lightweight complex–shaped aluminium panel components // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2018. Vol. 1 (2). P. 55–80.
5. Yang C., Zhang L., Chen Z., Gao Y. et al. Dynamic material flow analysis of aluminum from automobiles in China during 2000–2050 for standardized recycling management // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 337.130544.
6. Raabe D., Ponge D., Uggowitzer P. J., Roscher M. et al. Making sustainable aluminum by recycling scrap: The science of “dirty” alloys // Progress in Materials Science. 2022. Vol. 128. 100947.
7. Arowosola A., Gaustad G. Estimating increasing diversity and dissipative loss of critical metals in the aluminum automotive sector // Resources, Conservation and Recycling. 2019. Vol. 150. 104382.
8. Capuzzi S., Timelli G. Preparation and melting of scrap in aluminum recycling: A review // Metals. 2018. Vol. 8, No. 4. P. 249.
9. Niu G. et al. Enhancing Fe content tolerance in A356 alloys for achieving low carbon footprint aluminum structure castings // Journal of Materials Science & Technology. 2023. Vol. 161. P. 180–191.
10. Mansurov Yu. N., Rakhmonov J. U. Analysis of the phase composition and the structure of aluminum alloys with increased content of impurities // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2018. № 2. P. 37–42.
11. Mansurov Yu. N., Rikhsiboev A. R., Mansurov S. Yu. Features of multicomponent secondary aluminium alloy structure formation // Metallurgist. 2020. Vol. 63 (11-12). P. 1303–1312.
12. Bo L. et al. Evolution of iron-rich intermetallics and its effect on the mechanical properties of Al – Cu – Mn – Fe –Si alloys after thermal exposure and high-temperature tensile testing // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 23. P. 2527–2541.

13. Belov N. A., Akopyan T. K., Korotkova N. O., Cherkasov S. O., Yakovleva A. O. Effect of Fe and Si on the phase composition and microstructure evolution in alloy Al – 2wt. % Cu – 2wt. % Mn during solidification, cold rolling and annealing // JOM. 2021. Vol. 16, № 1. P. 3827–3837.
14. Belov N. A., Cherkasov S. O., Korotkova N. O., Yakovleva A. O., Tsydenov K. A. Effect of Iron and Silicon on the phase composition and microstructure of the Al – 2% Cu – 2% Mn (wt %) cold rolled alloy // Physics of Metals and Metallography. 2021. Vol. 122 (11). P. 1095–1102.
15. Korotkova N. O., Shurkin P. K., Cherkasov S. O., Aksenov A. A. Effect of copper concentration and annealing temperature on the structure and mechanical properties of ingots and cold-rolled sheets of Al – 2 % Mn alloy // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2022. Vol. 63, No. 2. P. 190–200.
16. Belov N. A., Korotkova N. O., Akopyan T. K., Tsydenov K. A. Simultaneous increase of electrical conductivity and hardness of Al – 1,5 wt. % Mn alloy by addition of 1,5 wt.% Cu and 0,5 wt.% Zr // Metals. 2019. Vol. 9 (12). P. 1246.
17. ГОСТ 11069–2019. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01.06.2020.
18. ГОСТ 859–2014. Медь. Марки. — Введ. 01.07.2015.
19. ГОСТ 804–93. Магний первичный в чушках. Технические условия. — Введ. 01.01.1997 .
20. ГОСТ 3640–94. Цинк. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
21. ГОСТ 2169–69. Кремний технический. Технические условия. — Введ. 01.07.1970.
22. ГОСТ Р 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. — Введ. 01.07.2010.
23. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. — Введ. 01.07.1976.
24. ГОСТ 27333–87. Контроль неразрушающий. Измерение удельной электрической проводимости цветных металлов вихретоковым методом. — Введ. 01.07.1988.
25. ГОСТ 11701–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент. — Введ. 01.01.1986.
26. Программа Thermo-Calc. База данных ТТАL 5. — URl: http://www.thermocalc.com (дата обращения: 29.06.2023.)