Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия)

С. В. Коновалов, проректор по научной и инновационной деятельности, докт. техн. наук, профессор, konovalov@sibsiu.ru

Е. В. Арышенский, заведующий кафедрой обработки металлов давлением и материаловедения ЕВРАЗ ЗСМК, докт. техн. наук, доцент, ar-evgenii@yandex.ru

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева (Самара, Россия)
А. А. Рагазин, инженер ОНИЛ № 4, sanekragazin63@mail.ru
В. Ю. Арышенский, главный научный сотрудник ОНИЛ № 4, докт. техн. наук, профессор, Arysh54@mail.ru

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН (Екатеринбург, Россия)
Д. Ю. Распосиенко, ведущий научный сотрудник, канд. техн. наук, rasposienko@imp.uran.ru

Исследовано влияние двух- и трехступенчатой гомогенизации, химического состава и режимов прокатки (горячей и холодной) на формирование механических свойств алюминиевых сплавов системы Al – Mg. Исследуемые сплавы были выплавлены в индукционной печи и отлиты в стальной кокиль. Далее проводили гомогенизацию слитков по двух- и трехступенчатым режимам с последующим замером микротвердости. Образцы с максимальной микротвердостью после гомогенизации подвергали горячей и холодной прокатке на реверсивном стане. На листах, полученных после холодной прокатки и отжига, проведены испытания механических свойств. Методом просвечивающей электронной микроскопии исследовали микроструктуру листов сплава 1590-4 после отжига при температуре 440 °С в течение 30 мин. Установлено, что дополнительное легирование сплавов системы Al – Mg – Sc – Zr гафнием и эрбием повышает механические свойства в литом состоянии по сравнению со сплавом 1580 вне зависимости от режима гомогенизации. Исследовано влияние режима гомогенизации на механические свойства после горячей прокатки при температуре 450 °C с последующей холодной прокаткой. Отмечено, что двухступенчатая гомогенизация обеспечивает более высокие  механические свойства после прокатки для сплавов системы Al – Mg – Sc – Zr, легированных гафнием и эрбием, по сравнению с трехступенчатой термической обработкой. Выявлено, что высокотемпературная трехступенчатая гомогенизация приводит к незначительному снижению механических свойств сплавов системы Al – Mg – Sc – Zr, легированных гафнием и эрбием. Это связано с коагуляцией частиц Al₃(Sc, Zr, Hf), размер которых увеличивается с 13 нм до порядка 10–30 нм. Наилучший комплекс прочностных и пластических свойств продемонстрировали листы сплава 1590-4 (5,53 % Mg; 0,14 % Sc; 0,1 % Zr; 0,1 % Er; 0,1 % Hf) после двухступенчатой термической обработки по режиму 370 °С (8 ч) + 440 °С (4 ч).

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00810-П, https://rscf.ru/project/22-19-00810/.

1. Savchenkov S., Kosov Ya., Bazhin V., Krylov K., Kawalla R. Microstructural master alloys features of aluminum-erbium system // Crystals. 2021. Vol. 11, Iss. 11. 1353. DOI: 10.3390/cryst11111353
2. Du H., Zhang S., Zhang B., Tao X. et al. Ca-modified Al – Mg – Sc alloy with high strength at elevated temperatures due to a hierarchical microstructure // Journal of Materials Science. 2021. Vol. 56. P. 16145–16157.
3. Деев В. Б., Селянин И. Ф., Кольчурина И. Ю., Войтков А. П., Башмакова Н. В. Исследование технологических параметров и расчет количества твердой фазы при кристаллизации литейных алюминиевых сплавов // Литейщик России. 2007. № 8. С. 18–23.
4. Деев В. Б., Селянин И. Ф., Башмакова Н. В., Скударнов В. А., Ершов К. А. Влияние электрического тока на кристаллизацию алюминиевых сплавов, содержащих железо // Литейщик России. 2007. № 8. С. 12–15.
5. Деев В. Б., Селянин И. Ф., Ри Х., Цецорина С. А., Пономарева К. В. Эффективные технологии обработки расплавов при получении литейных алюминиевых сплавов // Литейщик России. 2012. № 10. С. 19–21.
6. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы / Отв. ред.: Ф. И. Квасов, И. Н. Фридляндер. – Москва : Металлургия, 1972. – 551 с.
7. Сидоров А. Ю., Деев В. Б., Фролов В. Ф., Беляев С. В. и др. Особенности формирования микропористости в крупногабаритных плоских слитках из алюминиевых сплавов 5ХХХ серии // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2020. Т. 17, № 3. С. 338–342.
8. Buranova Y., Peterlechner M., Divinski S. V., Wilde G. et al. Al3(Sc, Zr)-based precipitates in Al – Mg alloy: effect of severe deformation // Acta Materialia. 2017. Vol. 124. P. 210–224.
9. Ри Э. Х., Ри Х., Деев В. Б., Гончаров А. В. Технология получения лигатурного сплава с алюминидами редкоземельных металлов // Цветные металлы. 2018. № 4. С. 61–66.
10. А. с. 704266 СССР. Сплав на основе алюминия / Дриц М. Е., Торопова Л. С., Быков Ю. Г., Елагин В. И. и др. ; заявл. 12.01.1977 ; опубл. 15.12.1979. Бюл. № 46.
11. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и деформируемые алюминиевые сплавы. Марки. – Введ. 01.09.2019.
12. Филатов Ю. А. Алюминиевые сплавы системы Al – Mg – Sc для сварных и паяных конструкций // Цветные металлы. 2014. № 1. С. 80–86.
13. Pereira P. H. R., Wang Y. C., Huang Y., Langdon T. G. Influence of grain size on the flow properties of an Al – Mg – Sc alloy over seven orders of magnitude of strain rate // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 685. P. 367–376.
14. Бронз А. В., Ефремов В. И., Плотников А. Д., Чернявский А. Г. Сплав 1570С – материал для гермоконструкций перспективных многоразовых изделий РКК «Энергия» // Космическая техника и технологии. 2014. № 4. С. 62–67.
15. Захаров В. В. О совместном легировании алюминиевых сплавов скандием и цирконием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 6. С. 3–8.
16. Пат. 2726520 РФ. Свариваемый термически не упрочняемый сплав на основе системы Al – Mg / Дриц А. М., Арышенский В. Ю., Арышенский Е. В., Захаров В. В. ; заявл. 07.02.2020 ; опубл. 14.07.2020. Бюл. № 20.
17. Yashin V. V., Aryshenskii E. V., Drits A. M., Grechnikov F. V. et al. Effect of scandium on the microstructure of the Al – Cu – Mn – Mg – Hf – Nb alloy // Physics of Metals and Metallography. 2021. Vol. 122, No. 9. P. 960–968.
18. Hallem H., Lefebvre W., Forbord B., Danoix F., Marthinsen K. The formation of Al3(ScxZryHf1–x–y)-dispersoids in aluminium alloys // Materials Science and Engineering: A. 2006. Vol. 421, Iss. 1–2. P. 154–160.
19. 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.
20. Арышенский Е. В., Арышенский В. Ю., Рагазин А. А., Распосиенко Д. Ю. и др. Влияние добавок Hf и Er на формирование механических свойств и микроструктуры в сплавах системы Al – Mg – Sc – Zr // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2024. Т. 23, № 1. С. 137–146.
21. Nie Z.-R., Huang H., Gao K., Li B. et al. the effect of erbium on the properties and microstructure of Al alloys // Materials Science Forum. 2012. Vol. 706–709. P. 329–334.
22. Booth-Morrison C., Dunand D. C., Seidman D. N. Coarsening resistance at 400 °C of precipi-tation-strengthened Al – Zr – Sc – Er alloys // Acta Materialia. 2011. Vol. 59, Iss. 18. P. 7029–7042.
23. Арышенский Е. В., Рагазин А. А., Распосиенко Д. Ю., Коновалов С. В. и др. Исследование влияния режима гомогенизации на механические свойства и микроструктуру листа из алюминиевого высокомагниевого сплава с добавками скандия, циркония, гафния и эрбия // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2025. Т. 23, № 2. С. 119–127.
24. Соколов С. Д., Каракчиева Н. И., Абзаев Ю. А., Кахидзе Н. И. и др. Структура, фазовый состав и свойства лигатуры Al3Er, полученной гидридной технологией и механической обработкой // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2024. № 34. С. 29–43.
25. Kulitskiy V., Malopheyev S., Kaibyshev R. Effect of cold rolling on microstructure and mechanical properties of an Al – Mg – Sc – Zr Alloy // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 922. P. 388–393.
26. Ragazin A. A., Aryshenskii E. V., Aryshenskii V. Yu., Rasposienko D. Yu. et al. Effect of hafnium on the microstructure formation during high-temperature treatment of highmagnesium aluminum alloys microalloyed with scandium and zirconium // Physical Mesomechanics. 2025. Vol. 28, No. 4. P. 535–546.
27. Арышенский Е. В., Арышенский В. Ю., Рагазин А. А., Коновалов С. В. Изучение влияния двухступенчатой гомогенизации на формировании микроструктуры и механических свойств высокомагниевых алюминиевых сплавов с малыми скандиевыми добавками // Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов : сборник научных трудов участников научно-технического семинара, посвященный 105-летию со дня рождения Марка Львовича Бернштейна. 22–26 октября 2024 г. – М. : НИТУ «МИСИС», 2024. – 129 c.
28. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. –Введ. 01.01.1977.
29. ГОСТ 1497–23. Металлы. Методы испытаний на растя жение. – Введ. 01.07.2024.
30. ГОСТ 11150–84. Металлы. Методы испытания на растяжение при пониженных температурах. – Введ. 01.01.1986.
31. Рагазин А. А., Арышенский Е. В., Арышенский В. Ю., Распосиенко Д. Ю. и др. Влияние микролегирования эрбием и гафнием на формирование частиц Al3Sc в алюминиевом сплаве с высоким содержанием магния // Frontier Materials & Technologies. 2025. № 1. С. 69–80.