НИТУ МИСиС, г. Москва, Россия:

Н. А. Белов, проф., директор инжинирингового центра «Инновационные литейные технологии и материалы», e-mail: nikolay-belov@yandex.ru

А. Н. Алабин, нач. отд. инжинирингового центра «Инновационные литейные технологии и материалы»

Р. А. Биктагиров, магистрант, кафедра технологии литейных процессов

ОК РУСАЛ, IP LTD, г. Москва, Россия:

И. А. Матвеева, руководитель проекта, филиал

ОАО «Завод алюминиевых сплавов», Московская обл., Россия:

А. Г. Цыденов, генеральный директор

Изучено влияние добавки Zr в количестве 0,3–0,4 % на прочность холоднокатаных листов алюминиевых баночных сплавов типа AA3104, отожженных при температурах до 450 оС включительно. Объектами исследования были листы толщиной 1 мм, которые получали прокаткой из плоских слитков толщиной 15 мм. Структуру исследовали методами световой и электронной микроскопии (сканирующей и просвечивающей). Механические свойства листов оценивали по результатам испытаний на твердость и растяжение. В литом состоянии все сплавы, полученные из баночного лома, имели одинаковую структуру: прожилки Fe-содержащей фазы (в основном Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂) по границам дендритных ячеек. Весь цирконий содержался в алюминиевом твердом растворе (далее (Al)), поскольку первичные кристаллы фазы Al₃Zr обнаружены не были. Наличие циркония в (Al) не отразилось на технологичности при холодной прокатке даже при нолучении фольги. В нагартованном состоянии цирконий оказывает незначительное влияние на твердость, поскольку твердорастворное упрочнение от этой добавки невелико. Однако наличие этого параметра приводит к существенному повышению стойкости к разупрочнению после отжига начиная с t = 350 ^оС, что можно объяснить формированием наночастиц фазы Al₃Zr (L1₂), которые являются эффективными антирекристаллизаторами. Наночастицы Al₃Zr, несмотря на их более низкую объемную долю, чем для Al6Mn, в большей мере тормозят движение дислокаций, что связано с меньшим расстоянием между частицами. Добавление 0,4 % Zr в сплав 3104 позволило повысить предел текучести после отжига при 400 оС в 3 раза (с 70 до 210 МПа). При сравнении свойств сплавов серии 6ххх и AA3104 + Zr повышенная термостойкость проявилась при более низких температурах. В частности, сплав АД33 (АА6061) сильно разупрочняется при t = 300 ^оС, а АД31 (АА6063) уже при t = 200 ^оС. Показано, что добавка Zr в материалы серии 3ххх является перспективной, так как позволяет повысить прочность сплавов данной группы при сохранении их базовых достоинств (в частности, высокой технологичности и коррозионной стойкости).

Статья подготовлена в рамках Государственного контракта № 14.527.12.0015 от 13.10.2011 г. по заданию Минобрнауки.

1. Макаров Г. С. Слитки из алюминиевых сплавов с магнием и кремнием для прессования. Основы производства. — М. : Интермет Инжиниринг, 2011. — 528 с.
2. Алюминий. Свойства и физическое металловедение : справочник / под ред. Дж. Хэтча. — М. : Металлургия, 1989.
3. Промышленные алюминиевые сплавы : справочник / под ред. Ф. И. Квасова, И. Н. Фридляндера. — М. : Металлургия, 1984.
4. ГОСТ 4784–97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 2000–07–01. — М. : Изд-во стандартов, 2009.
5. Fukui K., Takeda M., Endo T. Morphology and thermal stability of metastable precipitates formed in an Al – Mg – Si ternary alloy aged at 403 K to 483 K // Mater. Letters. 2005. Vol. 59. P. 1444–1448.
6. Sushanta Kumar Panigrahi, R. Jayaganthan. A study on the mechanical properties of cryorolled Al – Mg – Si alloy // Mater. Sci. and Engineering A. 2008. Vol. 480. P. 299–305.
7. Mori K., Maki S., Ishiguro M. Improvement of product strength and formability in stamping of Al – Mg – Si alloy sheets having bake hardenability by resistance heat and artificial aging treatments // International J. Machine Tools & Manufacture. 2006. Vol. 46. P. 1966–1971.
8. Majed M. R. Jaradeh, Torbjorn Carlberg. Solidification Studies of 3003 Aluminium Alloys with Cu and Zr Additions // J. Mater. Sci. Technol. 2011. Vol. 27, iss. 7. P. 615–627.
9. Vlach M., Stulikova I., Smola B., Piesova J., Cisarova H., Danis S., Plasek J., Gemma R., Tanprayoon D., Neuber V. Effect of cold rolling on precipitation processes in Al – Mn – Sc – Zr alloy // Mater. Sci. and Engineering A. 2012. Vol. 548. P. 27–32.
10. Forbord B., Hallem H., Marthinsen K. The Effect of Alloying Elements on Precipitation and Recrystallisation in Al – Zr // Mater. Sci. Forum. 2004. P. 1179–1184.
11. Fuller Christian B., Seidman David N. Temporal evolution of the nanostructure of Al(Sc,Zr) alloys. Part II. Coarsening of Al₃(Sc_1–xZr_x) precipitates // Acta Mater. 2005. Vol. 53. P. 5415–5428.
12. Clouet E., Barbu A., Lae L., Martin G. Precipitation kinetics of Al₃Zr and Al3Sc in aluminum alloys modeled with cluster dynamics // Ibid. P. 2313–2325.
13. Knych T., Piwowarska M., Uliasz P. Studies on process of heat treatment of conductive Al – Zr alloys obtained in various productive processes // Archives of Metallurgy and materials. 2011. Vol. 56. P. 985–692.
14. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. — Введ. 1976–06–01. — М. : Изд-во стандартов, 1986.
15. ГОСТ 1496–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 1986–01–01. — М. : Изд-во стандартов, 2008.
16. Lai J., Zhang Z., Chen X.-G. The thermal stability of mechanical properties of Al – B4C composites alloyed with Sc and Zr at elevated temperatures // Mater. Sci. and Engineering A. 2012 Vol. 532. P. 462–470.