Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:

В. Н. Баранов, директор ИЦМиМ, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: vnbar79@mail.ru
Б. П. Куликов, ведущий научный сотрудник ИЦМиМ, докт. хим. наук, эл. почта: kulikov-boris@yandex.ru
П. О. Юрьев, заведующий лабораторией низкоуглеродной металлургии и энергетики, эл. почта: pashka_urew@mail.ru
А. И. Безруких, доцент кафедры «Литейное производство» ИЦМиМ, канд. техн. наук, эл. почта: abezrukikh@sfu-kras.ru

Работа выполнена на лабораторной установке полунепрерывного литья слитков (УПНЛ) Института цветных металлов и материаловедения Сибирского федерального университета в целях получения деформированных полуфабрикатов с заданными эксплуатационными характеристиками. Представлены результаты получения Al – Mg-сплава, легированного цирконием и скандием. Литье экспериментальных плоских слитков производили по режимам, обеспечивающим параметры структуры литой заготовки, максимально близкие к параметрам, получаемым в промышленных условиях для слитков толщиной не менее 300 мм. Рассмотрены режимы двухступенчатого гомогенизационного отжига. Приведены режимы горячей и холодной прокатки исследуемых экспериментальных сплавов, полученных на лабораторной УПНЛ. Представлена микроструктура исследуемых сплавов в литом и отожженном состоянии. Описаны результаты исследований по изучению прочностных и пластических характеристик деформированного полуфабриката из экспериментальных слитков сплава Al – Mg с содержанием скандия менее 0,1 %, а также сравнительные исследования шести экспериментальных сплавов со средним содержанием варьируемого элемента Sc от 0,054 до 0,075 % соответственно. Показано, что при снижении средней концентрации Sc до 0,054 % достигнуть заданного уровня механических свойств не удается по причине недостаточной суммарной концентрации в экспериментальных сплавах легирующего элемента (Sc), обеспечивающего протекание эффекта дисперсионного твердения при распаде твердых растворов скандия с образованием интерметаллида Al₃Sc. В работе показана возможность снижения концентрации скандия в составе сплавов Al – Mg до значений 0,075 % с достижением высоких эксплуатационных характеристик, не ниже: временное сопротивление разрыву — 390 МПа; предел текучести — 275 МПа; относительное удлинение — 12 %.

Работа выполнена в рамках государственного задания лабораторией низкоуглеродной металлургии и энергетики ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» организации-участника НОЦ «Енисейская Сибирь» в рамках национального проекта «Наука и университеты».

1. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. — М. : Издательский Дом МИСиС, 2010. — 511 с.
2. Горбунов Ю. А. Применение изделий из алюминиевых сплавов при производстве и ремонте наземного и водного транспорта в РФ // Технология легких сплавов. 2015. № 1. С. 87–92.
3. Иброхимов С. Ж., Эшов Б. Б., Ганиев И. Н., Иброхимов Н. Ф. Влияние скандия на физико-химические свойства сплава АМг4 // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, № 4. С. 256–260.
4. Zhemchuzhnikova D., Kaibyshev R. Effect of grain size on cryogenic mechanical properties of an Al – Mg – Sc alloy // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 922. P. 862–867.
5. Mondol S., Alamb T., Banerjee R., Kumar S., Chattopadhyay K. Development of a high temperature high strength Al alloy by addition of small amounts of Sc and Mg to 2219 alloy // Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 687. P. 221–231.
6. Яшин В. В., Арышенский В. Ю., Латушкин И. А., Тептеров М. С. Обоснование технологии изготовления плоского проката из алюминиевых сплавов системы Al – Mg – Sc для аэрокосмической промышленности // Цветные металлы. 2018. № 7. С. 75–82. DOI: 10.17580/tsm.2018.07.12.
7. Malopheyev S., Kulitskiy V., Kaibyshev R. Deformation structures and strengthening mechanisms in an Al – Mg – Sc – Zr alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 698. P. 957–966.
8. 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.
9. Mondol S., Alamb T., Banerjee R., Kumar S., Chattopadhyay K. Development of a high temperature high strength Al alloy by addition of small amounts of Sc and Mg to 2219 alloy // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 687. P. 221–231.
10. Mengjia Li, Qinglin Pan, Yunjia Shi, Xue Sun, Hao Xiang. High strain rate superplasticity in an Al – Mg – Sc – Zr alloy processed via simple rolling // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 687. P. 298–305.
11. ГОСТ P 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. — Введ. 01.07.2010. — М. : Изд-во стандартов, 2010.
12. Синеркон. URL: https://synercon.ru/catalog/statsionarnye/foundry-master-lab/ (дата обращения: 21.10.2020).
13. Оптическая микроскопия. URL: http://www.nexsys.ru/zeiss.htm (дата обращения: 21.10.2020).
14. Одноклетьевой прокатный стан ДУО-300. URL: http://energotermproekt.ru/rus/duo_300.html (дата обращения: 21.10.2020).
15. Testing machines. URL: https://www.walterbai.com/page/products/Materials_Testing_Systems/Static_Universal_Testing_Systems/LFM_Electromechanical_Floor_Standing_Machines_up_to_150_to_400_kN.php (дата обращения: 21.10.2020).
16. ГОСТ 1497–84. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. — Введ. 01.01.1986. — М. : Изд-во стандартов, 1984.
17. Баранов В. Н., Сидельников С. Б., Зенкин Е. Ю., Безруких А. И., Константинов И. Л. и др. Исследование механических свойств полуфабрикатов из алюминиево-скандиевого сплава // Известия Тульского государственного университета. 2017. № 11. С. 147–153.
18. Баранов В. Н., Сидельников С. Б., Зенкин Е. Ю., Ворошилов Д. С. Разработка режимов получения деформированных полуфабрикатов из экспериментального скандийсодержащего алюминиевого сплава и исследование их механических свойств // Цветная металлургия. 2018. № 2. С. 43–48.

19. Baranov V. N., Zenkin E. U., Konstantinov I. L., Sidelnikov S. B. The research of the cold rolling modes for plates of aluminum alloy sparingly doped with scandium // Non-ferrous Metals. 2019. No. 2. P. 48–52. DOI: 10.17580/nfm.2019.02.08.
20. Довженко Н. Н., Рущиц С. В., Довженко И. Н., Юрьев П. О. Исследование деформационного поведения алюминиевого сплава Р-1580, экономно легированного скандием, при горячей деформации // Цветные металлы. 2019. № 9. С. 80–86. DOI: 17580/tsm.2019.09.13.
21. Kang W., Li H. Y., Zhao S. X., Han Y., Yang C. L., Ma G. Effects of homogenization treatments on the microstructure evolution, microhardness and electrical conductivity of dilute Al – Sc – Zr – Er alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 704. P. 683–692.