Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, Москва, Россия

К. А. Цыденов, инженер научного проекта кафедры обработки металлов давлением (ОМД), эл. почта: kirillcydenov@yandex.ru
Н. А. Белов, главный научный сотрудник кафедры ОМД, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: nikolay-belov@yandex.ru
С. О. Черкасов, инженер научного проекта кафедры ОМД, эл. почта: ch3rkasov@gmail.com

На примере холоднокатаных листов изучили влияние режимов отжига на структуру и механические свойства сплавов системы Al – 1,5 Cu – 1,5Mn с различным содержанием магния и цинка. На первом этапе литьем в графитовую изложницу получили плоские слитки размером 20×140×180 мм из трехэксперимен тальных сплавов Al – 1,5 Cu – 1,5 Mn, Al – 1,5 Cu – 1,5 Mn – 0,5 Mg – 1,0 Zn и Al – 1,5 Cu – 1,5 Mn – 1,0 Mg – 1,0 Zn. Затем из этих слитков методом горячей прокатки при температуре 450 ^oC получили горячекатаные листы толщиной 4 мм, которые далее отжигали при температуре 350 ^oC в течение 3 ч, после чего выполнили холодную прокатку до толщины 1 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 выполнили многоступенчатый отжиг листов и слитков экспериментальных сплавов в интервале температур от 400 до 500 ^oC с шагом 50 ^oC с охлаждением в печи и вне ее. Механические свойства (предел прочности, текучести и относительное удлинение) холоднокатаных листов определяли методом испытания на растяжение на универсальной машине. Показано, что для повышения прочности отожженных холоднокатаных листов базового сплава достаточно добавки магния в количестве 0,5 %, при этом допустимая концентрация цинка может быть повышена, как минимум, до 1,3 %. Совместное добавление магния и цинка в различных соотношениях к базовому сплаву Al – 1,5 Cu – 1,5 Mn позволяет заметно п овысить прочностные свойства отожженных холоднокатаных листов даже при медленном охлаждении, которое соизмеримо с охлаждением рулонов в условиях промышленного производства.

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, Iss. 5. P. 1728–1746.
3. Sivanur K., Umananda K. V., Pai D. Advanced materials used in automotive industry-a review // AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2317, Iss. 1. 020032.
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, Iss. 2. P. 55–80.
5. Das S. Life cycle energy and environmental assessment of aluminum-intensive vehicle design // SAE International Journal of Materials and Manufacturing. 2014. Vol. 7, Iss. 3. P. 588–595.
6. El-Nahas S., Aadli A. S., Salman H. M. Creative approaches to long-term recycling of aluminium scrap forming AlSiMgMnCu alloy with excellent mechanical and microstructural properties // TMS Annual Meeting & Exhibition. — Cham : Springer Nature Switzerland, 2024. P. 196–205.
7. Tisza M., Czinege I. Comparative study of the application of steels and aluminium in lightweight production of automotive parts // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2018. Vol. 1, Iss. 4. P. 229–238.
8. Goncalves M., Monteiro H., Iten M. Life cycle assessment studies on lightweight materials for automotive applications-an overview // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 338–345.
9. 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.
10. Cecchel S. Materials and technologies for lightweighting of structural parts for automotive applications // SAE International Journal of Materials and Manufacturing. 2021. Vol. 14, Iss. 1. P. 81–98.
11. Schmiedt M., Schneider R., Hezler C., Grant R. J. et al. Repurposing steel press production lines for hot formed highstrength aluminium automotive body components // Advances in Industrial and Manufacturing Engineering. 2022. Vol. 4. 100080.
12. Polmear I., StJohn D., Nie J. F., Qian M. Physical metallurgy of aluminium alloys // Light Alloys, 5th ed. — London : Elseiver, 2017. P. 31–107.
13. Mondol S., Alam T., Banerjee R., Kumar S. et al. Development of a high temperature high strength Al alloy by addition of small amounts of Sc and Mg to 2219 alloy // Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. 687. P. 221–231.
14. 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.
15. 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.
16. Capuzzi S., Timelli G. Preparation and melting of scrap in aluminum recycling: A review // Metals. 2018. Vol. 8, Iss. 4. 249.
17. 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.
18. Raabe D. The materials science behind sustainable metals and alloys // Chemical Reviews. 2023. Vol. 123, Iss. 5. P. 2436– 2608.
19. Белов Н. А., Короткова Н. О., Черкасов С. О., Аксенов А. А. Сравнительный анализ электрической проводимости и твердости холоднокатаных листов сплавов Al – 1,5 % Mn и Al – 1,5 % Mn – 1,5 % Cu (мас. %) // Цветные металлы. 2020. № 4. С. 70–76.
20. Белов Н. А., Короткова Н. О., Шуркин П. К., Аксенов А. А. Обоснование концентрации меди в термостойких деформируемых алюминиевых сплавах, содержащих 2 Mn вес.% // Физика металлов и металловедение. 2020. № 121. С. 1211–1219.
21. Белов Н. А., Шуркин П. К., Короткова Н. О., Черкасов С. О. Влияние термообработки на структуру и механические свойства холоднокатаных листов сплавов системы Al – Cu – Mn с разным соотношением меди и марганца // Цветные металлы. 2021. № 9. С. 80–86.
22. 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, Iss. 2. P. 190–200.
23. Belov N., Akopyan T., Tsydenov K., Letyagin N. et al. Structure evolution and mechanical properties of sheet Al – 2 Cu – 1,5 Mn – 1 Mg – 1 Zn (wt.%) alloy designed for Al20Cu2Mn3 disperoids // Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 8. 1442.
24. Belov N., Akopyan T., Tsydenov K., Cherkasov S. et al. Effect of Fe-bearing phases on the mechanical properties and fracture mechanism of Al – 2 wt.% Cu – 1.5 wt.% Mn (Mg, Zn) non-heat treatable sheet alloy // Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 11. 1911.
25. Цыденов К. А., Белов Н. А., Щербакова О. О., Муравьева Т. И. Совместное влияние Fe, Si, Mg и Zn на структуру и механические свойства листового проката сплава Al – 2 % Cu – 1,5 % Mn // Цветные металлы. 2024. № 3. С.57–64.
26. Цукров С. Л. Параметры отжига рулонов из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 2016. № 1. С. 68–73.
27. ГОСТ 11069–2019. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01.06.2020.
28. ГОСТ 859–2014. Медь. Марки. — Введ. 01.07.2015.
29. ГОСТ 804–93. Магний первичный в чушках. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
30. ГОСТ 3640–94. Цинк. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
31. ГОСТ Р 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. — Введ. 01.07.2010.
32. ГОСТ 11701–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент. — Введ. 01.01.1986.
33. URL: http://www.thermocalc.com (дата обращения : 12.03.2004)