Технические науки / отраслевое машиностроение

Скачков В.О., Тур В.В., Іванов В.І., Болюк С.В.

Про мікролегування АЛЮМІНІЄВИХ сплавів скандіЄМ

Запорізька державна інженерна академія

Додавання рідкісних металів до складу алюмінієвих сплавів супроводжується поліпшенням їх фізико-механічних характеристик. Проте підвищення властивостей міцності та пружних характеристик даних сплавів спричиняє зниження їх деформаційних характеристик.

Сприятливий вплив скандію на властивості та структуру алюмінію, обумовлено ефективною модифікуючою дією і підвищенням температури початку рекристалізації, що дозволяє розглядати скандій перспективною легуючою домішкою до складу сплавів на основі алюмінію. Невелика кількість скандію сприяє підвищенню властивостей міцності сплавів систем «алюміній-марганець-літій» та «алюміній-магній-літій», значно підвищує властивості міцності та технологічні характеристики сплавів системи «алюміній-магній», поліпшує корозійні властивості сплавів системи «алюміній-цинк-магній». Особливістю сплавів алюмінію з скандієм є значний ефект зміцнення під час термічної обробки, що сягається за невеликої об'ємної частки виділень зміцнюючої фази ScAl₃. Така фаза, як і чистий алюміній, має гранецентровані кубічні ґратки; а параметр невідповідності кристалічних ґраток алюмінію та даної фази не перевищує 1,2 %.

Вивчено можливість зміцнення сплавів системи «алюміній-марганець», що характеризуються невисоким рівнем властивостей міцності, шляхом додавань скандію.

Випробуванням піддавали сплави системи «алюміній-марганець-скандій», що містять 1 і 2 % марганцю, в гарячепресованому (нагрівання за температури 400° С під деформацію протягом однієї години та подальше пресування), загартованому (за температури 635° С протягом однієї години) та зостареному (за температури 310° С протягом шести годин) станах. Вміст скандію в сплавах варіювали в межах від 0 до 0,63 %.

Виявлено, що межа текучості сплавів у гарячепресованому стані приблизно у 2,5 разів вище, ніж у загартованому стані. Збільшення вмісту скандію (до 0,6%) у сплаві призводить до підвищення межі текучості від 160 до 190 МПа. Більшим значенням даного показника характеризувалися сплави, які містять 2% марганцю.

Додавання скандію до складу сплаву системи «алюміній-марганець» зазначається суттєвим змінюванням полігонізованої будови. Субзерна сплаву, що містить 0,38% скандію, характеризуються більш рівноважною формою, ніж в сплавах без скандію. Їх середній розмір складає 1,80 ± 0,72 мкм.

Вивчення фазових складових сплавів вказує, що у будові подвійних сплавів системи «алюміній-скандій» є присутніми вторинні виділення марганцевистої фази пластинчастої форми. Структура потрійних сплавів системи «алюміній-марганець-скандій» характеризується наявністю вторинних виділень марганцевистої фази у вигляді пластин, витягнутих уздовж осі пресування, та круглих, дрібних, некогерентних виділень фази ScAl₃, середній радіус яких складає ~ 18,0 мкм.

У гарячепресованому стані скандій підвищує межу текучості сплавів системи «алюміній-марганець» за рахунок присутності в їх складі дрібних некогерентних виділень фази ScAl₃ і наявність більш довершеної полігонізованої будови з меншим розміром субзерен.

У зостареному стані сплави системи «алюміній-марганець-скандій» мають максимальні значення межі текучості (180...200 МПа), що сягається, коли вміст скандію складає 0,3…0,4%. Для сплавів з скандієм в зостареному стані не зафіксована значна різниця значень межі текучості залежно від вмісту марганцю, що є характерним для гарячепресованих сплавів. Це можна пояснити тим, що головним зміцнювателем є дисперсні частинки фази ScAl₃. За даними електронно-мікроскопічного аналізу середній радіус частинок фази ScAl₃ складає 6,4 нм. Розгляд структури сплаву, 0,38% скандію, що містить, в зостареному стані дозволяє встановити рівномірне розташування вторинних когерентних виділень фази ScAl₃ за об’ємом зерна, причому значні круглі частинки є надмірними виділеннями цієї ж фази.

Результати експериментів показали, що в гарячепресованому стані вміст скандію у межах 0,35...0,42 % підвищує межу текучості сплаву до 140…170 МПа, в загартованому стані - до 65…75 МПа, в зостареному стані - до 190…200 МПа. Зміцнення даних сплавів, як і сплавів системи «алюміній-магній-скандій», є обумовленим дією дрібних частинок фази ScAl₃.