Білюк А.І., Білюк А.А., Чайка Г.О.

Вінницький державний педагогічний університет, Україна

МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ СИСТЕМИ

Al— Cu —Zn—Mg

Використання алюмінієвих сплавів в машинобудуванні потребує забезпечення стабільних властивостей в температурно – силових полях і агресивних середовищах. Сплави систем 86%Al—4%Cu—9%Zn—1%Mg після термічної обробки мають найвищу міцність серед деформованих алюмінієвих сплавів. Додавання скандію і цирконію (Sc(0,3%) + Zr(0,15%) в алюмінієві сплави за рахунок формування частинок Al₃ (Sc, Zr) викликає значне зміцнення, яке суттєво вище порівняно з легуванням іншими елементами [1-3].

Досліджували зразки сплавів 86%Al-4%Cu-9%Zn-1%Mg (сплав 1), 86%Al-4%Cu-9%Zn-1%Mg - 0,3%Sc-0,15% Zr (сплав 2),

Зразки для досліджень проходили термічну обробку (ТО) за режимом [4]: гартування у воді від 470-15 ^оС і відпал при 120 ^оС впродовж 24 год.

Механічні випробування виготовлених зразків, проводили на ПМТ – 3.

Дослідження структури виконували методами оптичної мікроскопії (ОМ) на мікроскопі МІМ-8, скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) з пристосуванням для мікрорентгеноспектрального аналізу на приладі Superprobe-733[4].

Дослідження структури нелегованого литого сплаву 1 виявило наявність дендритів (рис. 1, а). У зливках, додатково легованих Sc та Zr, спостерігається утворення зернистої структури литого металу з розміром зерен 25—30 мкм та інтерметалідних прошарків на межах зерен (рис. 1, б).

Методом мікрорентгеноспектрального аналізу досліджено розподіл легуючих елементів в структурних компонентах зливків. Узагальнюючі результати цього аналізу наведено в табл. 3.3, з якої випливає, що основні легуючи елементи сплаву (Zn, Mg, Cu) в литому стані рівномірно розподілені як по межах, так і по тілу зерен [4].

а) б)

Рис. 1. Структура литих сплавів 1 (а) та 2 (б) системи 86%Al—9%Zn—1%Mg—4%Cu [4].

Дослідження впливу легування та термообробки на структуру та меха-нічні властивості сплавів системи 86%Al—9%Zn—1%Mg—4%Cu проводили на екструдованих зразках. Їх мікроструктура наведена на рис. 2 та 3.

Після застосованої термообробки пруток базового сплаву повністю рекри-сталізується (рис. 2, а).

На рис. 2, а видно, як у смузі базового сплаву рекристалізовані зерна є нерівнобічними і подовжені в напрямку екструзії.

При термообробці сплавів, легованих Sc та Zr, жодних ознак рекристалізації не виявлено як у прутку, так і у смузі, а саме спостерігається рівномірна волокниста структура (рис. 2, б ).

а) б)

Рис. 2 Структура сплавів 1 (а) та 2 (б) після ТО [4].

Результати механічних випробувань прутків та смуг досліджуваних сплавів представлено в табл. 1 . З наведених даних випливає, що завдяки розробленій технології виробництва напівфабрикатів вже базовий, нелегований склад має високий рівень механічних властивостей при випробуваннях на розтяг та значний рівень втомної міцності s_0,1 [4]. Мікролегування Sc та Zr дозволило збільшити більш ніж на 30% характеристики міцності прутків і на 65% — втомну міцність.

Т а б л и ц я 1.

Механічні властивості зразків діаметром 2 мм після термообробки

Номер	Hm	sв,[3]	s0,2 [3] MПa	s0,1 ,[3]	Е,	G,
сплаву	MПa	MПa		MПa	ГПa	ГПa
1	950	570	522	290	84,1	29,0
2	1100	740	700	481	92,8	32,0

Таким чином, мікролегування досліджуваних сплавів цирконієм та хромом дозволяє дещо зменшити необхідну кількість Sc і при цьому підвищити рівень всіх досліджуваних механічних властивостей.

1. Miulman Yu. V. Scandium еffect on increasing mechanical properties of aluminum alloys/ Yu. V. Miulman // High Temperature Materials and Processes. — 2006. — 5, No. 1—2. —Р. 1—9.

2. Yin Z. M. Effect of minor Sc and Zr on the microstructure and mechanical properties of Al—Mg based alloy / [Z. M. Yin, Q. L. Pan, Y. H. Zhang et al.] // Mater. Sci. Eng. — 2000. — A 280. — P. 151.

3. Елагин В. И. Пути развития высокопрочных и жаропрочных конструкционных алюминиевых сплавов в XXI столетии / В. И/ Елагин // Мех. и терм. обраб. металлов. — 2007. — № 9. — С. 3—11.

4. Н. П. Захарова Вплив мікролегування на структуру та механічні властивості алюмінієвих сплавів системи Al—Zn—Mg—Cu, що деформуються./ Н. П. Захарова, Ю. В. Мільман, О. О. Музика, О. І. Сірко, М. І. Даниленко, М. О. Єфімов// Інститут проблем матеріалознавства НАН України. – 2013 .