Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Цирконий является широкоизученным и первым эффективным дисперсоидообразующим упрочняющим элементом. Цирконий имеет достаточно большую равновесную растворимость в алюминиевом твердом растворе, которая может увеличиваться в условиях повышенных скоростей охлаждения, позволяя создавать пересыщенный при кристаллизации алюминиевый твердый раствор. Когерентные наноразмерные осадки L12-Al3РЗМ, образованные при отжиге при 300–400 °C, обеспечивают превосходную прочность и термическую стабильность. Матрица чистого Al обеспечивает превосходную электропроводность. Типичные примеси в чистом Al, особенно кремний, могут оказывать влияние на упрочнение сплавов Al-РЗМ и конечные свойства. Растворенные атомы Si в твердом растворе алюминия (Al) снижают электропроводность. РЗМ с Si могут образовывать интерметаллические фазы кристаллизационного происхождения, что должно снижать содержание Si в (Al). Fe является парой с Si в технически чистом Al. Влияние примесей Fe на структуру и свойства сплавов Al с малым количеством РЗМ изучено очень слабо. Простейшими электропроводниками на основе Al являются сплавы Al с примесями Fe и Si, такие как сплав 1350. Основным недостатком сплавов этого типа является очень низкая прочность и термическая стабильность структуры. Легирование РЗМ может значительно улучшить механические свойства чистого Al. Исследование влияния обеих основных примесей на фазовый состав сплавов Al-РЗМ является весьма актуальной и перспективной задачей. Понимание влияния РЗМ на фазовый состав Al с Fe и Si может помочь в разработке новых электропроводников с высокой прочностью и термической стабильностью Настоящий этап работ направлен на определение влияния примесей железа и кремния на фазовый состав и упрочнение при отжиге слитков сплавов Al-Zr-РЗМ, где в качестве РЗМ выбраны Er, Y, Yb, Gd и Sm, а так же исследование структуры и свойства листов в процессе постдеформационного отжига. В микроструктуре базового сплава отмечены отдельные дисперсные частицы с повышенной концентрацией железа. Содержание железа и кремния в сплаве суммарно составляет 0,01%, кремний при кристаллизации растворяется в алюминиевом твердом растворе (Al), а железо образует фазу Al3Fe. Цирконий содержащих частиц кристаллизационного происхождения не выявлено, он полностью растворяется в (Al). Введение Er, Y, Yb и Gd раздельно приводит к образованию фаз Al3Er, Al3Y, Al3Yb и Al3Gd эвтектического происхождения. Частицы интерматаллидов размером менее 1 мкм однородно распределены по границам зерен и дендритных ячеек. При этом во всех частицах отмечено наличие железа в количестве 0,3-0,6%. Фазы Al3Er, Al3Y, Al3Yb и Al3Gd растворяют в себе примесь железа, подавляя образование фазы Al3Fe. Цирконий в сплавах с РЗМ полностью входит в (Al), в котором также определено 0,2-0,3% РЗМ. Примеси железа и кремния распределяются между фазами Al3Fe и разветвленные кристаллы фазы Al8Fe2Si. В сплавах c РЗМ образование фазы Al3Fe не отмечено, а примеси железа и кремния образуют только разветвленные кристаллы фазы Al8Fe2Si. РЗМ в сплавах с примесями приводит к образованию двух новых интерметаллидов. Примеси железа и кремния приводят к существенному ускорению роста твердости во всех исследованных композициях. Упрочнение начинается уже после 0,5 часа отжига и достигает максимума после 8-11 часов. При этом сохраняются те же особенности эффективности РЗМ: в сплавах с эрбием и иттербием наблюдается наибольшее упрочнение после отжига при 400°С. Отдельно стоит отметить влияние добавки Fe и Si на структуру и свойства сплавов с Gd и Yb после отжига при 360–440 °C. Наибольший эффект упрочнения был отмечен после отжига при 360 °C 24 часа, в которых отмечены типичные частицы фазы L12 размером около 4–5 нм равномерно распределены в матрице Al. Помимо этих выделений, еще два осадка были обнаружены в матрице. Почти сферические частицы диаметром около 40 нм и прямоугольные частицы той же длины. Сферические частицы диаметром около 20–30 нм имеют некристаллическую структуру. Второй тип выделений представляет собой дисперсоиды шириной около 20 нм и длиной около 40 нм. Основные выделения сферической формы, когерентной границы с матрицей, высокой объемной долей и средним диаметром 4 нм были идентифицированы как L12 -Al3(Gd,Zr) и L12 -Al3(Yb,Zr). К слиткам была применена технология деформационной обработки литого сплава (T1), которая включает в себя режим деформационной обработки без дополнительного термического воздействия и в литом состоянии для получения листов толщиной 1 мм. Выбранный вид обработки обеспечивает деформационное упрочнение для всех сплавов. Для листов сплавов Z, Er, Y, Sm отжиг в течение 1 часа 300°C не приводит к существенному изменяю твердости, и она остается на уровне деформированных листов. Для сплавов с Yb и Gd происходит некоторое упрочнение в процессе 1-часового отжига. Последующее увеличение времени выдержки при данной температуре до 10 часов способствует снижению твердости для всех сплавов. Выдержка до 100 часов способствует общему снижению твердости листов. Похожая картина наблюдается при повышении температуры отжига до 360°С. Снижение твердости холоднодеформированных листов происходит в первый час отжига. Увеличение времени выдержки до 10 часов способствует еще большему снижению твердости. Отжиг при температуре 400°С лишь существенно ускоряет процесс изменения твердости качественно оставляя его неизменным. Твердость листов снижается в первый час отжига сильно снижаясь при выдержке до 100 часов. После 1-часового отжига при температурах 200-550°С наблюдается локальное повышение твердости при температуре 300°С для листов с добавками РЗМ. Увеличение температуры до 350-400°С в процессе 1-часовой пост-деформационной выдержки приводит к снижению твердости всех листов за счет доминирования процессов рекристаллизации и возврата над процессами образования новых дисперсоидов. Последующие увеличение температуры часового отжига приводит к снижению твердости. Зеренная структура всех листов в исходном состоянии представляла собой деформированные вытянутые зерна. Отжиг при температуре 300°С так же не приводит к изменению структуры листов. После отжига при 450°С наблюдается частично рекристаллизованная структура, полная рекристаллизация проходит после отжига 550°С 1 час. Результаты определения характеристик прочности и пластичности при одноосном растяжении листов хорошо коррелируют с твердостью. Все листы полученные по использованному режиму имеют предел прочности 196–219 МПа, а предел текучести в 184–204 МПа при относительном удлинении 5–11 % при электропроводности 48-52 % IACS после часового отжига при температуре 300°С.