Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия¹ ; Московский политехнический университет, Москва, Россия²:

В. В. Дорошенко, младший научный сотрудник лаборатории «Катализ и переработка углеводородов»¹, доцент Сектора проектной деятельности², канд. техн. наук, эл. почта: v.doroshenko@mail.ru

Московский политехнический университет, Москва, Россия:
А. А. Аксенов, советник ректора, докт. техн. наук, профессор

Ташкентский государственный транспортный университет, Ташкент, Республика Узбекистан:
Ю. Н. Мансуров, профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство», докт. техн. наук

Исследовано влияние примесей железа на структуру и фазовый состав экспериментального сплава Al – 6 % Mg – 2 % Ca – 2 % Zn. Микроструктура исследуемого сплава в литом состоянии состоит из алюминиевого твердого раствора и дисперсной эвтектики, включающей фазы неравновесного происхождения. При содержании до 0,5 % (мас.) Fe включительно в структуре первичные фазы кристаллизационного происхождения не выявлены. Железосодержащие фазы включены в состав многофазной эвтектики, а присутствие кальция в этих фазах ниже ожидаемого, что свидетельствует о малой доле тройного соединения Al10CaFe2 в составе сплавов. Увеличение концентрации Fe до 1 % способствует формированию веерообразных кристаллов, соответствующих фазе Al₃Fe, которые, однако, имеют малый размер (не более 20 мкм). Высокая растворимость цинка в фазе Al4Ca приводит к обеднению им твердого раствора на основе алюминия и препятствует формированию упрочняющей T-фазы (Al2Mg3Zn3), которая присутствует в расчетах. Содержание магния в (Al) ниже его содержания в составе сплавов. Охлаждение сплавов вместе с печью позволило определить влияние скорости кристаллизации на фазовый состав. Во всех сплавах выявлены конгломераты из фаз (AlZn)₃Mg₂ и (AlZn)₂(MgCa). Практически во всех сплавах отсутствует протекание перитектической реакции: L + Al₃Fe → (Al) + Al₁₀CaFe₂, в результате чего в структуре появились иглы фазы Al₃Fe. Только в сплаве с содержанием 0,25 % Fe отмечены веерообразные железосодержащие кристаллы смешанного состава.

Статья подготовлена при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-79-00134 (расчеты в Thermp-Calc, литье слитков) и гранта имени П. Л. Капицы Московского политехнического универ ситета, реализуемого в рамках программы “Приоритет-2030” (получение изображений СЭМ).

1. Malinauskaite J., Jouhara H., Egilegor B., Al-Mansour F. et al. Energy efficiency in the industrial sector in the EU, Slovenia, and Spain // Energy. 2020. Vol. 208. 118398. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118398.
2. Закиров Д. Г., Слаутин Ю. А., Полевщиков И. С. Перспективы повышения энергоэффективности и экологичности предприятий угольной промышленности // Символ науки: Международный научный журнал. 2015. № 12. С. 38–40.
3. Xu M., Lin B. Energy efficiency gains from distortion mitigation: A perspective on the metallurgical industry // Resources Policy. 2022. Vol. 77. 102758. DOI: 10.1016/j.resourpol.2022.102758.
4. Валиев Р. Ф. Мероприятия по энергосбережению и энергоэффективности в газодобывающей промышленности России // Вестник науки. 2020. Т. 1, № 11. С. 53–55.
5. Ajanovic А., Haas R. Economic and environmental prospects for battery electric- and fuel cell vehicles: a review // Fuel Cells. 2019. Vol. 19, Iss. 5. P. 515–529. DOI: 10.1002/fuce.201800171.
6. Yeh S., Mishra G. S., Fulton L., Kyle P. et al. Detailed assessment of global transport-energy models’ structures and projections // Transportation Research Part D: Transport and Environment. 2017. Vol. 55. P. 294–309. DOI: 10.1016/j.trd.2016.11.001.
7. Михайлюта С. В., Кучеренко А. В., Леженин А. А. Проблемы оценки структуры выбросов в системе промышленные предприятия – автотранспорт // Экология и промышленность России. 2017. Т. 21, № 4. С. 54–58. DOI: 10.18412/1816-0395-2017-4-54-58.
8. Liu G., Müller B. D. Centennial evolution of aluminum in-use stocks on our aluminized planet // Environmental Science and Technology. 2013. Vol. 47, Iss. 9. P. 4882–4888. DOI: 10.1021/es305108p.
9. 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.
10. Боровик Д. А. Перспективы использования алюминия в автомобильной промышленности // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. 2022. № 1 (31). 3.

11. Kumar A., Maithani R., Kumar A., Kumar D., Sharma S. An all-aluminium vehicle’s design and feasibility analysis // Materialstoday: Proceedings. 2022. Vol. 64, Iss. 3. P. 1244–1249. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.03.714.
12. Palazzo J., Geyer R. Consequential life cycle assessment of automotive material substitution: Replacing steel with aluminum in production of north American vehicles // Environmental Impact Assessment Review. 2019. Vol. 75. P. 47–58. DOI: 10.1016/j.eiar.2018.12.001.
13. Zhang H., Guo Ch., Li Sh., Li B., Nagaumi H. Influence of cold pre-deformation on the microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of Zn-bearing 5xxx aluminum alloy // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 16. P. 1202–1212. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.12.080.
14. Scotto D’Antuono D., Gaies J., Golumbfskie W., Taheri M. L. Direct measurement of the effect of cold rolling on β phase precipitation kinetics in 5xxx series aluminum alloys // Acta Materialia. 2017. Vol. 123. P. 264–271. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.10.060.
15. Matsumoto K., Aruga Y., Tsuneishi H., Iwai H. et al. Effects of Zn addition and aging condition on serrated flow in Al – Mg Alloys // Materials Science Forum. 2014. Vol. 794–796. P. 483–488. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.794-796.483.
16. Yun J., Kang S., Lee S., Bae D. Development of heat-treatable Al – 5 Mg alloy sheets with the addition of Zn // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 744. P. 21–27. DOI: 10.101 6/j.msea.2018.11.145.
17. Yang X. B., Chen J. H., Liu J. Z., Qin F. et al. A high-strength AlZnMg alloy hardened by the T-phase precipitates // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 610. P. 69–73. DOI: 10.1016/j. jallcom.2014.04.185.
18. Trink B., Weiβensteiner I., Uggowitzer P. J., Strobel K., Pogatscher S. High Fe content in Al – Mg – Si wrought alloys facilitates excellent mechanical properties // Scripta Materialia. 2022. Vol. 215. 114701. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2022.114701.
19. Мансуров Ю. Н., Золоторевский В. С., Белов Н. А. Морфология и состав железосодержащих фаз в литейных магналиях // Известия вузов. Цветная металлургия. 1986. № 4. С. 85–90.
20. Мансуров Ю. Н., Рихсибоев А. Р., Мансуров С. Ю. Закономерности формирования структуры многоком по нентных вторичных алюминиевых сплавов // Металлург. 2019. № 12. С. 60–66.
21. Дорошенко В. В., Барыкин И. А., Васина М. А., Аксенов А. А. Совместное влияние кальция и цинка на горячеломкость сплавов системы Al – Mg // Цветные металлы. 2022. № 12. С. 45–54.
22. Дорошенко В. В., Барыкин М. А., Короткова Н. О., Васина М. А. Влияние кальция и цинка на структуру и фазовый состав литейных магналиев // Физика металлов и металловедение. 2022. Т. 123 (8). С. 872–880. DOI: 10.31857/S0015323022080034.
23. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K., Doroshenko V. V. Phase diagram of the Al – Ca – Fe – Si system and its application for the design of aluminum matrix composites // JOM. 2018. Vol. 70. P. 2710–2715. DOI: 10.1007/s11837-018-2948-3.
24. Belov N. A., Akopyan T. K., Korotkova N. O., Naumova E. A. Structure and properties of Al – Ca(Fe, Si, Zr, Sc) wire alloy manufactured from as-cast billet // JOM. 2020. Vol. 72, Iss. 11. P. 3760–3768. DOI: 10.1007/s11837-020-04342-x.
25. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01.01.2003.
26. ГОСТ 804–93. Магний первичный в чушках. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
27. ТУ 083.5.314–94. Кальций металлический.
28. ГОСТ 3640–94. Цинк. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
29. ГОСТ 9012–59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю. — Введ. 01.01.1960.
30. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легирования. — М. : ИД «Руда и Металлы», 2016. — 256 с.
31. Mondolfo L. F. Aluminum alloys: structure and properties. — London/Boston : Butterworths, 1976.
32. Kim B. H., Salehi M. S., Nouri A., Mohebi M. S. et al. Role of Ca in hot compression behavior and microstructural stability of AlMg5 alloy during homogenization // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020. Vol. 30, Iss. 3. P. 571–581. DOI: 10.1016/S1003-6326(20)65236-0.