Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Таким образом, в рамках выполнения первого этапа выполнены все поставленные задачи. Были исследованы сплавы систем Al-Cr, Al-V, Al-Ti содержащие x % и 0.7x% легирующего элемента. Сплавы обрабатывали методом механического легирования в течение 40-80 ч. Показано, что во всех сплавах растворение легирующего элемента и измельчение гранул проходит быстрее в случае большего содержания легирующего элемента в сплаве, что обусловлено более высоким эффектом деформационного упрочения. Размер гранул уменьшался с увеличением времени обработки и выходил на постоянный уровень, который варьировался от 10 до 25 мкм. Также более высокая предельная растворимость легирующего элемента достигается при большем содержании легирующего элемента в сплаве. Максимальная растворимость Cr в сплаве Al-0.7xCr составила 6,7±0,3 ат%, а в сплаве Al-xCr составила ~8,3±0,3ат%. В сплаве Al-0.7xV предельная растворимость V составила 2.4±0,2ат%, а в сплаве Al-xV - 4.5±0,3ат%. В сплавах Al-0.7xTi и Al-xTi предельная растворимость Ti составила 4.4±0,5ат% и 9.3±0,5ат% после 20 и 30 часов обработки, соответственно. В сплавах Al-Cr после длительной обработки более 15-20 ч наблюдали распад пересыщенного твердого раствора в процессе механического легировании и формирование фазы Al7Cr. В сплавах Al-V наблюдали формирование фазы Al3V уже после 10 ч обработки. В сплаве Al-Ti c повышенным содержанием титана при длительной обработке наблюдается фаза Al6Ti. Микротвердость гранул всех сплавов увеличивалась при увеличении времени механического легирования и выходила на постоянное значение. Увеличение содержания легирующего элемента обеспечивало достижение максимального значения твердости за более короткое время. При этом максимальный уровень микротвердости незначительно зависел от содержания элемента в сплаве. Максимальный уровень микротвердости в сплавах Al-Cr составлял ~500 HV, в сплавах Al-V – ~400 HV, В сплавах Al-Ti - 400-500 HV. Анализ порошков выбранных сплавов методом ДТА выявил экзотермические эффекты при нагреве, предположительно обусловленные распадом пересыщенных твердых растворов и фазовыми превращениями. В cплавах Al-Cr наблюдался интенсивный пик в интервале температур 300-380 ºС и второй пик в интервале 380-500 ºС. В сплавах Al-V наблюдали экзотермические эффекты в интервале 300-450 ºС и в интервале 450-550 ºС. В сплавах Al-Ti наблюдали пик в интервале температур 250-400 ºС и второй пик в интервале 400-500 ºС. При этом низкотемпературные пики были более выражены в сплавах с большим содержанием легирующих элементов. Анализ микротвердости механически легированных порошков при отжиге показал рост микротвёрдости в сплавах Al-Cr при отжиге в интервале температур 400-450 °С. Наибольший уровень твердости наблюдали в после 8 ч отжига при 450 °С. Твердость составляла ~600 МПа в сплаве Al-0.7xCr и 800 МПа в сплаве Al-xCr. В сплавах Al-V рост микротвёрдости не наблюдали в начальный период отжига. Увеличение твердости до 500 HV наблюдали после 12 ч и 28 ч отжига при 450 °С в сплавах c низким и повышенным содержанием ванадия, соответственно. В сплавах Al-Ti не наблюдали значимых изменений микротвердости при отжиге в выбранном интервале температур. Рентгенофазовый анализ показал, что при отжиге порошков исследованных сплавов происходит увеличение периода Al твердого раствора до величин, близких к чистому Al, что свидетельствует о термически активированном распаде пересыщенного твердого раствора. В сплавах Al-Cr при отжиге в интервале температур происходи выделение фазы Al7Cr. В сплавах Al-V после отжига при 400 °С обнаружена фаза Al3V-D022. При этом длительный отжиг при 450 °С в сплаве Al-0.7xV более 28 ч и в сплаве Al-xV более 12 ч приводит к образованию фазы Al4V, предположительно с квазикристаллическим типом структуры. В сплавах Al-Ti наблюдается выделение фазы Al3Ti-D022. Размер ОКР при отжиге увеличивается во всех сплавах и составляет ~50-65 нм. Для задач компактирования были выбраны порошки со структурой аномально пересыщенного твердого раствора, которая достигалась после 10 ч в сплавах с повышенным содержанием легирующего элемента в и после 25-40 ч в малолегированных сплавах. Порошки компактирвовали путем горячего прессования при 350 и 450 °С. Показано, что прессование при 350 °С не приводит к полной консолидации образцов, в структуре наблюдается большая доля пор. При 450 °С доля пор в структуре была незначительно в сплавах Al-V и Al-Ti. В сплаве Al-Cr объемная доля пор была несколько выше и составляла ~1 %. В структуре консолидированных образов наблюдали зоны свободные от выделений по границам консолидированных гранул. Рентгенофазовый и рентгеноструктурный образцов после компактирования хорошо согласовывался с данными, полученными после отжига гранул. Период решетки компактировнных образов был близок к периоду решетки чистого Al, что свидетельствует о распаде пересыщенного твердого раствора. В сплавах Al-Cr обнаружена фаза Al7Cr. В сплавах Al-V при компаrтировании формируется фаза Al3V а при длительном отжиге квазикристаллическая фаза Al4V. В компактированных образцах Al-Ti обнаружена фаза Al3Ti. Размер зон ОКР в компактированных образцах составлял 50-60 нм. После компостирования и отжига на максимальную твердость консолидированные образцы подвергали испытаниям на сжатия. Наибольшие уровень предела текучести, более 1000 МПа, наблюдали в сплавах Al-0,7хCr и Al-0,7хV. При этом в сплавах с большим содержанием Cr и V наблюдалось хрупкое разрушение, обусловленное большой долей интерметаллидной фазы. В компактированном состоянии у сплавов Al-0,7хCr и Al-0,7хV прочность была несколько ниже и составляла 750-850 МПа. Однако уровень пластичность в неотожжённом состоянии у сплавов был выше. Сплавы Al-Ti показали наименьший уровень прочности в интервале 420-580 МПа при более высоких показателях пластичности. По результатам испытаний на сжатие при 350 ºС сплавы Al-Cr и Al-V также обладали наибольшим уровнем прочности. В отожженном состоянии прочность сплавов Al-V составляла 450-480 МПа, а сплавов Al-Cr – 460-507 МПа. В компактированном состоянии уровень прочности был на 20-30 % ниже. Таким образом, наиболее перспективными сплавами с точки зрения упрочения являются сплавы Al-Cr и Al-V. При этом термическая обработка на максимальную прочность позволяет получить существенный прирост прочности благодаря формированию высокой доли интерметаллидных фаз, что, однако, приводит к сильному снижению пластичности.