Анализ фазового состава системы Al–Cu–Mn–Ca как основы жаропрочных алюминиевых сплавов

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проведен анализ фазового состава сплавов системы Al–Cu–Ca–Mn, содержащих 6%Cu, 2%Mn и до 4% Ca (маc.%). Предложено строение фазовой диаграммы в области алюминиевого угла, согласно которой в твердом состоянии возможно наличие пяти четырехфазных областей с участием твердого раствора на основе алюминия (Al) и различных интерметаллидов. Для разработки жаропрочных сплавов нового поколения предлагается в качестве основы композиция Al–6%Cu–1%Ca–2%Mn. При таких концентрациях легирующих элементов возможно сочетание алюминиевой матрицы, содержащей дисперсоиды Al20Cu2Mn3, и эвтектики (Al)+Al27Ca3Cu7, характеризующейся тонким строением.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Белов

НИТУ “МИСиС”

Email: kovalev-andrey-i@mail.ru

кафедра обработки металлов давлением

Россия, Москва, 119049

А. И. Ковалев

ЮУрГУ

Автор, ответственный за переписку.
Email: kovalev-andrey-i@mail.ru
Россия, Челябинск, 454080

Д. А. Винник

ЮУрГУ; МФТИ; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: kovalev-andrey-i@mail.ru
Россия, Челябинск, 454080; Долгопрудный, 141701; Санкт-Петербург, 198504

К. А. Цыденов

НИТУ “МИСиС”

Email: kovalev-andrey-i@mail.ru

кафедра обработки металлов давлением

Россия, Москва, 119049

С. О. Черкасов

НИТУ “МИСиС”

Email: kovalev-andrey-i@mail.ru

кафедра обработки металлов давлением

Россия, Москва, 119049

Список литературы

  1. Kaufman J.G., Rooy E.L. Aluminum Alloy Castings // ASM International. 2004. 340 p.
  2. Ashkenazi D. How aluminum changed the world: A metallurgical revolution through technological and cultural perspectives // Technol. Forecast. Soc. Change. 2019. V. 143. P. 101–113.
  3. Pedneault J., Majeau-Bettez G., Margni M. Sector‐specific scenarios for future stocks and flows of aluminum: An analysis based on shared socioeconomic pathways // J. Ind. Ecol. 2022. V. 26. № 5. P. 1728–1746.
  4. Sivanur K., Umananda K.V., Pai D. Advanced materials used in automotive industry-a review // AIP Conf. Proc. 2021. V. 2317. № 1. P. 020032.
  5. Zheng K., Politis D.J., Wang L., Lin J. A review on forming techniques for manufacturing lightweight complex – shaped aluminium panel components // Int. J. Light. Mater. Manuf. 2018. V. 1. № 2. P. 55–80.
  6. Белов Н.А., Белов В.Д., Савченко С.В., Самошина М.Е., Чернов В.А., Алабин А.Н. Поршневые силумины // Руда и металлы. 2011. 246 c.
  7. Cai Q., Fang C., Lordan E., Wang Y., Chang I.T.H., Cantor B. A novel Al–Si–Ni–Fe near-eutectic alloy for elevated temperature applications // Scr. Mater. 2023. V. 237. P. 115707.
  8. Mirzaee-Moghadam M., Lashgari H.R., Zangeneh S., Rasaee S., Seyfor M., Asnavandi M., Motjahedi M. Dry sliding wear characteristics, corrosion behavior, and hot deformation properties of eutectic Al–Si piston alloy containing Ni-rich intermetallic compounds // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 279. P. 125758.
  9. Govind V., Praveen K.K., Vignesh R., Vishnu A., Vishnu J., Manivasagam G., Shankar K. Fretting Wear Behavior of Al–Si–Mg–Ni Hypoeutectic Alloy with Varying Solutionizing Time // Silicon. 2023. V. 15. № 10. P. 4193–4206.
  10. Sha M., Wu S., Wan L., Lü S. Effect of Heat Treatment on Morphology of Fe-Rich Intermetallics in Hypereutectic Al–Si–Cu–Ni Alloy with 1.26 pct Fe // Metall. Mater. Trans. A. 2013. V. 44. № 13. P. 5642–5652.
  11. Cai Q., Lordan E., Wang S., Liu G., Mendis C.L., Chang I.T.H., Ji S. Die-cast multicomponent near-eutectic and hypoeutectic Al–Si–Ni–Fe–Mn alloys: Microstructures and mechanical properties // Mater. Sci. Eng. A. 2023. V. 872. P. 144977.
  12. Kaiser M.S. Solution Treatment Effect on Tensile, Impact and Fracture Behaviour of Trace Zr Added Al-12Si-1Mg-1Cu Piston Alloy // J. Inst. Eng. Ser. D. 2018. V. 99. № 1. P. 109–114.
  13. Lin G., Li K., Feng Y., Song W., Xiao M. Effects of La–Ce addition on microstructure and mechanical properties of Al-18Si-4Cu-0.5Mg alloy // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2019. V. 29. № 8. P. 1592–1600.
  14. Ahmad R., Asmael M.B.A., Shahizan N.R., Gandouz S. Reduction in secondary dendrite arm spacing in cast eutectic Al–Si piston alloys by cerium addition // Int. J. Miner. Metall. Mater. 2017. V. 24. № 1. P. 91–101.
  15. Belov N.A., Alabin A.N. Heat resistant aluminum base alloy and wrought semifinished product fabrication method: pat. WO 2014/088449. Russia. 2017.
  16. Belov N.A., Akopyan T.K., Shurkin P.K., Korotkova N.O. Comparative analysis of structure evolution and thermal stability of сommercial AA2219 and model Al-2wt.%Mn-2wt.%Cu cold rolled alloys // J. Alloys Compd. 2021. V. 864. P. 158823.
  17. Belov N.A., Korotkova N.O., Akopyan T.K., Tsydenov K.A. 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 (Basel). 2019. V. 9. № 12. P. 1246.
  18. Belov N.A., Naumova E.A., Eskin D.G. Casting alloys of the Al–Ce–Ni system: microstructural approach to alloy design // Mater. Sci. Eng. A. 1999. V. 271. № 1–2. P. 134–142.
  19. Czerwinski F. Cerium in aluminum alloys // J. Mater. Sci. 2020. V. 55. № 1. P. 24–72.
  20. Cengiz S., Aboulfadl H., Thuvander M. Effect of Ce addition on microstructure, thermal and mechanical properties of Al–Si alloys // Mater. Today Commun. 2023. V. 34. P. 105518.
  21. Gumaste A., Dhal A., Agrawal P., Haridas R.S., Vasudevan V.K., Weiss D., Mishra R.S. A Novel Approach for Enhanced Mechanical Properties in Solid-State Additive Manufacturing by Additive Friction Stir Deposition Using Thermally Stable Al–Ce–Mg Alloy // JOM. 2023. V. 75. № 10. P. 4185–4198.
  22. Naumova E.A. Use of Calcium in Alloys: From Modifying to Alloying // Russ. J. Non-Ferrous Met. 2018. V. 59. № 3. P. 284–298.
  23. Naumova E.A., Akopyan T.K., Letyagin N.V., Vasina M.A. Investigation of the structure and properties of eutectic alloys of the Al–Ca–Ni system containing REM // Non-ferrous Metals. 2018. № 2. P. 24–29.
  24. Mondal D.P., Jha N., Badkul A., Das S., Yadav M.S., Jain P. Effect of calcium addition on the microstructure and compressive deformation behaviour of 7178 aluminium alloy // Mater. Des. 2011. V. 32. № 5. P. 2803–2812.
  25. Letyagin N.V., Musin A.F., Sichev L.S. New aluminum-calcium casting alloys based on secondary raw materials // Mater. Today Proc. 2021. V. 38. P. 1551–1555.
  26. Akopyan T.K., Belov N.A., Letyagin N.V., Cherkasov S.O., Nguen X.D. Description of the New Eutectic Al–Ca–Cu System in the Aluminum Corner // Metals (Basel). 2023. V. 13. № 4. P. 802.
  27. Belov N.A., Naumova E.A., Doroshenko V.V., Korotkova N.O., Avxentieva N.N. Determination of the peritectic reaction parameters in the Al–Ca–Mn system in the region rich in aluminum // Phys. Met. Metal. 2022. V. 123. № 8. P. 759–767.
  28. Белов Н.А. Диаграммы состояния тройных и четверных систем. МИСиС, 2007. 360 с.
  29. Mondolfo L.F. Aluminium Alloys: Structure and Properties. London: Butterworths, 1976. 640 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микроструктура экспериментальных сплавов в литом состоянии, СЭМ: (а) 0Ca; (б) 0.5Ca; (в) 1Ca; (г) 2Ca; (д–е) 3Ca; (ж–з) 4Ca.

Скачать (633KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние содержания кальция в сплавах системы Al–Cu–Ca–Mn (при 6%Cu и 2%Mn) на концентрации меди и марганца в алюминиевом твердом растворе в литом состоянии.

Скачать (61KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Карты распределения элементов в микроструктуре литого сплава 2Ca, СЭМ (а), МРСА (б–г): б) Ca; в) Mn; г) Cu.

Скачать (323KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микроструктура экспериментальных сплавов после отжига при 540°С (6 ч), СЭМ: (а) 0.5Ca; (б) 1Ca; (в) 2Ca; (г) 3Ca.

Скачать (223KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Микроструктура экспериментальных сплавов после отжига при 580°С (6 ч), СЭМ: (а) 1Ca; (б) 2Ca; (в) 3Ca; (г) 4Ca.

Скачать (247KB)
Метаданные
7. Рис. 6. ДСК-кривые нагрева и охлаждения сплавов 0Ca (а), 1Ca (б) и 3Ca (в).

Скачать (301KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Прогнозируемое распределение фазовых областей в твердом состоянии в системе Al–Cu–Mn–Ca в области алюминиевого угла.

Скачать (91KB)
Метаданные