Влияние деформационно-термической обработки на структуру, электросопротивление и твердость сплава Al–4 %Cu–3 %Mn, полученного методом литья в электромагнитный кристаллизатор

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С использованием расчетных и экспериментальных методов изучено влияние деформационно-термической обработки на структуру, электросопротивление и твердость сплава Al–4 %Cu–3 %Mn, полученного методом литья в электромагнитный кристаллизатор. Показано, что при скорости охлаждения более 1000 К/с все количество марганца и половина общего содержания меди растворяются в алюминиевом твердом растворе, что позволяет при последующей деформационно-термической обработке сформировать структуру с максимально возможным количеством дисперсоидов Al20Cu2Mn3, которая позволяет добиться значительного повышения термостойкости по сравнению с известными сплавами системы Al–Cu–Mn.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Белов

НИТУ МИСИС

Email: ch3rkasov@gmail.com

кафедра обработки металлов давлением

Россия, Ленинский пр-т, 6, Москва, 119047

С. О. Черкасов

НИТУ МИСИС

Автор, ответственный за переписку.
Email: ch3rkasov@gmail.com

кафедра обработки металлов давлением

Россия, Ленинский пр-т, 6, Москва, 119047

Н. О. Короткова

НИТУ МИСИС

Email: ch3rkasov@gmail.com

кафедра обработки металлов давлением

Россия, Ленинский пр-т, 6, Москва, 119047

М. М. Мотков

Сибирский Федеральный Университет

Email: ch3rkasov@gmail.com

кафедра электротехники

Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041

Список литературы

  1. Valiev R.Z., Murashkin M.Yu., Sabirov I. A nanostructural design to produce high-strength Al alloys with enhanced electrical conductivity // Scripta Mater. 2014. V. 76. P. 13–16.
  2. Pakiela Z., Ludwichowska K., Ferenc J., Kulczyk M. Mechanical properties, and electrical conductivity of Al 6101 and 6201 alloys processed by hydro-extrusion // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2014. V. 63(1). P. 012120.
  3. Belov N.A., Alabin A.N., Matveeva I.A., Eskin D.G. Effect of Zr additions and annealing temperature on electrical conductivity and hardness of hot rolled Al sheets // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2015. V. 25. P. 2817–2826.
  4. Orlova T.S., Latynina T.A., Mavlyutov A.M., Murashkin M.Y., Valiev R.Z. Effect of annealing on microstructure, strength, and electrical conductivity of the pre-aged and HPT-processed Al–0.4 Zr alloy // J. Alloys Compd. 2019. V. 774. P. 41–48.
  5. Murashkin M.Yu., Sabirov I., Medvedev A.E., Enikeev N.A., Lefebvre W., Valiev R.Z., Sauvage X. Mechanical and electrical properties of an ultrafine grained Al–8.5 wt.% RE (RE=5.4wt.% Ce, 3.1wt.% La) alloy processed by severe plastic deformation // Mater. Des. 2016. V. 90. P. 433–442.
  6. Murashkin M.Yu., Sabirov I., Sauvage X., Valiev R.Z. Nanostructured Al and Cu alloys with superior strength and electrical conductivity // J. Mater. Sci. 2016. V. 51. P. 33–49.
  7. Liu L., Jiang J.T., Zhang B., Shao W.Z., Zhen L. Enhancement of strength and electrical conductivity for a dilute Al–Sc–Zr alloy via heat treatments and cold drawing // J. Mater. Sci. Technol. 2019. V. 35. P. 962–971.
  8. Patent EP 2929061 B1, N.A. Belov, A.N. Alabin, Heat resistant aluminum base alloy and wrought semifinished product fabrication method. Publ. 22.02.2017. Bul. 2017/08.
  9. Belov N., Korotkova N., Akopyan T., and Tsydenov K. Simultaneous increase of electrical conductivity and hardness of Al–1.5 wt% Mn alloy by addition of 1.5 wt.% Cu and 0.5 wt.%Zr // Metals. 2019. V. 9. P. 1246.
  10. 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. C. 52–58.
  11. Belov N.A., Cherkasov S.O., Korotkova N.O., Yakovleva A.O., Tsydenov K.O. Effect of Iron and Silicon on the Phase Composition and Microstructure of the Al–2 % Cu–2 % Mn (wt %) Cold Rolled Alloy // Phys. Met. Metal. 2021. V. 122. P. 1095–1102.
  12. Belov N.A., Korotkova N.O., Shurkin P.K., Aksenov A.A. Substantiation of the Copper Concentration in Thermally Stable Wrought Aluminum Alloys Containing 2 wt% of Mn // Phys. Metals Metallogr. 2020. V. 121. Р. 1211–1219. https://doi.org/10.1134/S0031918X20120030
  13. Hatch J.E. Aluminum: Properties and Physical Metallurgy. Ohio: American Society for Metals, 1984. 424 p.
  14. Polmear I., StJohn D., Nie J.F., Qian M. Physical metallurgy of aluminium alloys / In: Light Alloys, 5th ed.; Elseiver, London. 2017. P. 31–107.
  15. Belov N.A., Akopyan T.K., Shurkin P.K., Korotkova N.O. Comparative Analysis of Structure Evolution and Thermal Stability of Experimental AA2219 and Model Al–2wt.%Mn–2wt.%Cu Cold Rolled Alloys // JALCOM. 2021. V. 864. Р. 158823.
  16. Добаткин В.И., Елагин В.И., Федоров В.М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. М.: ВИЛС, 1995. 341 с.
  17. Добаткин В.И., Федоров В.М., Бондарев Б.И., Елагин В.И. Гранулируемые алюминиевые сплавы с высоким содержанием переходных металлов // Технология легких сплавов. 2004. № 3. C. 22–29.
  18. Konkevich V.Yu. Granulated aluminum alloys for aircraft application welded structure // Welding in the World. 1994. V. 33. P. 430–432.
  19. Lavernia E.J., Srivatsan T.S. The rapid solidification processing of materials: science, principles, technology, advances, and applications // J. Mater. Sci. 2010. V. 45. P. 287–325.
  20. Авдулов А.А., Усынина Г.П., Сергеев Н.В., Гудков И.С. Отличительные особенности структуры и свойств Отличительные особенности структуры и свойств длинномерных слитков малого сечения из алюминиевых сплавов, отлитых в электромагнитный кристаллизатор // Цветные металлы. 2017. № 7. С. 73–77.
  21. Pervukhin M.V., Timofeev V.N., Usynina G.P., Sergeev N.V., Motkov M.M., Gudkov I.S. Mathematical modeling of MHD processes in the casting of aluminum alloys in electromagnetic mold // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. V. 643. P. 012063.
  22. Sidelnikov S., Voroshilov D., Motkov M., Timofeev V., Konstantinov I., Dovzhenko N., Lopatina E.S., Bespalov V.M., Sokolov R.E., Voroshilova M.V. Investigation structure and properties of wire from the alloy of AL-REM system obtained with the application of casting in the electromagnetic mold, combined rolling-extruding, and drawing // Intern. J. Adv. Manufactur. Techn. 2021. V. 114. Р. 2633–2649.
  23. Патент РФ № 2745520, опубл. 25.03.2021, бюл. № 9 (“Способ непрерывного литья слитка и установка для его осуществления”).
  24. Belov N.A., Akopyan T.K., Korotkova N.O., Shurkin P.K., Timofeev V.N., Raznitsyn O.A., Sviridova T.A. Structure and Heat Resistance of High Strength Al–3.3 %Cu–2.5 %Mn–0.5 %Zr (wt.%) Conductive Wire Alloy Manufactured by Electromagnetic Casting // J. Alloys Compounds. 2022. V. 891(161948).
  25. Information on www.thermocalc.com. Accessed 5 May 2023.
  26. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. М.: Стандартинформ, 2019–09–01.
  27. Bäckerud L., Chai G., Tamminen J. Solidification Characteristics of Aluminum Alloys. Volume 1: Foundry Alloys, first ed., Skanaluminium, Oslo. 1986.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Исходные прутковые заготовки (а) и холоднокатаные полосы сплава (б).

Скачать (5KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетные изотермические сечения системы Al–Cu–Mn при 350 °C (а) и 425 °C (б) и кривые неравновесной кристаллизации по модели Sheil-Gulliver (зависимость суммарной доли твердых фаз Q от температуры) (в – все фазы включены в расчет, г – Mn-содержащие фазы исключены).

Скачать (32KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Структура литой заготовки (а, б) и холоднокатаной ленты (в, г), полученной из литой ЭМК-заготовки по режиму 425S (см. табл. 2).

Скачать (20KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Структура литой заготовки (а, г), холоднокатанных полос 350S (б, д) и 425S (в, е) после отжига при 450 °C (а–в) и 550 °C (г–е).

Скачать (70KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Влияние температуры отжига на удельное электросопротивление (а) и твердость (б) литой заготовки и холоднокатаных полос.

Скачать (20KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сравнение расчетной и экспериментальных зависимостей удельного электросопротивления холоднокатаных полос от температуры отжига.

Скачать (10KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Влияние продолжительности отжига при 350 °C на удельное электросопротивление (а) и твердость (б) холоднокатаной полосы.

Скачать (15KB)
Метаданные