КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-79-00106

НазваниеОбоснование состава проводниковых термостойких наноструктурных алюминиевых сплавов системы Al-Ca-Mn-Zr, получаемых литьем в электромагнитный кристаллизатор

Руководитель Короткова Наталья Олеговна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва

Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова Алюминиевые деформируемые сплавы, проводниковые алюминиевые сплавы, удельная электропроводность, фазовый состав, термомеханическая обработка, микроструктура, наночастицы, термостойкость, физико-механические свойства

Код ГРНТИ53.49.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Настоящий проект направлен на формулирование научных принципов конструирования новых проводниковых термостойких алюминиевых сплавов, обладающих оптимальным уровнем физико-механических свойств. Подход к созданию принципов конструирования новых сплавов базируется на анализе фазового состава многокомпонентных систем легирования. Обозначенная в последние годы стратегия развития по увеличению доли алюминия в энергетическом секторе в качестве токопроводящего материала, в том числе, взамен меди, определяет новые требования к алюминиевым сплавам, прежде всего по их пропускной способности (ГОСТ Р МЭК 62004-2014, ASTM B-941). Наиболее целесообразным подходом к увеличению пропускной способности провода является, прежде всего, повышение термостойкости алюминиевого сплава, и только в последствии увеличение сечения проводника. Поскольку повышение термостойкости ведет, как правило, к снижению электропроводности сплава – основной характеристики токопроводящего материала, то решение проблемы повышения физико-механических свойств термостойких алюминиевых проводниковых сплавов является актуальной задачей. Повышенной термостойкостью среди имеющихся проводниковых алюминиевых сплавов обладает авиационный сплав 01417 (Al-7%РЗМ), рассчитанный на длительную эксплуатацию при температуре до 250 °С включительно. Сплав 01417 по сравнению с классическими проводниковыми сплавами (1370, 8076, ABE) имеет несколько особенностей. Так, технология изготовления сплава предусматривает использование высоких скоростей охлаждения (свыше 1000 К/с), что обеспечивает мелкодисперсную структуру. В свою очередь, реализация таких высоких скоростей охлаждения делает возможным увеличение содержания легирующих добавок – доля вторых фаз в сплаве 01417 составляет ~9 об.%. Если ранее сплав 01417 был адаптирован к производству по трудоемкой гранульной технологии с последующими операциями порошковой металлургии (технология RS/PM), то в настоящее время стало возможным достижение обозначенных скоростей охлаждения за счет разработки метода литья в электромагнитный кристаллизатор (технология ЭМК). Однако несмотря на безусловные преимущества сплава 01417, стоит отметить, что для его производства требуется чистота по примесям не ниже уровня А7Е и специализированная технология получения. Это делает сплав 01417 более дорогим и неадаптивным к существующей серийной промышленной технологии непрерывного литья и прокатки (СЛНП), литую заготовку в которой получают при скорости охлаждения ~ 20 К/с. В связи с чем для решения проблемы повышения физико-механических свойств проводниковых алюминиевых сплавов предлагается рассмотреть принципиально новые системы легирования Al-Ca-Mn-Zr- (Fe)-(Si). В предлагаемых системах повышение термостойкости обеспечивается как за счет введения добавки циркония, так и полезной добавки кальция. Польза добавки кальция в разрабатываемых проводниковых сплавах обусловлена его способностью нейтрализовывать вредное воздействие растворимых в алюминии примесей Mn и Si за счет образования интерметаллидных соединений компактной морфологии. Таким образом, ожидается получение структуры принципиально подобной структуре сплава 01417, содержащей вторые фазы компактной морфологии, в частности Al10MnCa2, вносящих вклад в термостойкость сплава, и минимально легированный твердый раствор (Al) – матричную фазу, обеспечивающий электропроводность сплава. Назначением добавки циркония является повышение термостойкости сплава за счет образования наночастиц фазы структурного типа L12 (Al3Zr), диаметром 10-15 нм при гетерогенизационном отжиге и повышением температурно-деформационного порога рекристаллизации. Предлагаемый подход направлен на обеспечение возможности получения термостойких проводниковых наноструктурных алюминиевых сплавов как с использованием серийной технологии СНЛП, так и технологии электромагнитного литья (ЭМК). Предполагается, что сплавы, получаемые по способу СНЛП будут обладать термостойкостью на уровне сплава 01417, в сплавах, получаемых по технологии ЭМК ожидается улучшенный комплекс свойств. Полученные результаты позволят расширить сортамент производства изделий из алюминиевых сплавов, что приведет к увеличению потребления алюминия. Возможность использования алюминия низкосортных марок для производства новых сплавов также расширит ранок потребления алюминия за счет снижения стоимости. Новые термостойкие сплавы, получаемые по технологии ЭМК, смогут послужить достойной альтернативой жаропрочному сплаву 01417. Более низкая стоимость кальция по сравнению с церием, выигрыш в весе конечных изделий при высоком уровне свойств электропроводности, прочности и термостойкости являются безусловным преимуществом новых разрабатываемых сплавов. Научная новизна ожидаемых результатов состоит в: -проведении расчетным и экспериментальным путем количественного анализа фазового состава сплавов систем Al-Ca-Mn-Zr-(Fe)-(Si), в том числе для условий неравновесной кристаллизации. Полученные результаты позволят установить предельно допустимые концентрации компонентов сплавов. -установлении расчетными и экспериментальными методами зависимости электропроводности от фазового и химического составов, параметров структуры проводниковых сплавов системы Al-Ca-Mn-Zr-(Fe)-(Si) при отжиге в интервале температур; -установлении зависимости влияния параметров фазового состава и структуры, формирующихся при литье со скоростями охлаждения литой заготовки ~20 К/с и ~1000 К/с, на механические свойства литых заготовок и деформированных полуфабрикатов из разрабатываемых сплавов системы Al-Ca-Mn-Zr-(Fe)-(Si); -установлении зависимости влияния параметров термомеханической обработки, перспективных сплавов на фазовый состав, структуру и физико-механические свойства; -обосновании состава новых проводниковых термостойких сплавов на базе систем Al-Ca-Mn-Zr-(Fe)-(Si) при реализации технологии непрерывного литья и прокатки (скорость охлаждения слитка ~20 К/с) и способа получения проволоки с использованием технологии литья в электромагнитный кристаллизатор (скорость охлаждения слитка ~1000 К/с).

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---