1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 6, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 6, стр. 483-491

Исследование термической стабильности литых проводниковых микролегированных алюминиевых сплавов

А. В. Комельков a, А. В. Нохрин a, *, А. А. Бобров a, А. А. Швецова a, Н. В. Сахаров a, М. А. Фаддеев a

a Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
603022 Нижний Новгород, просп. Гагарина, 23, Россия

* E-mail: nokhrin@nifti.unn.ru

Поступила в редакцию 13.12.2022
После доработки 13.04.2023
Принята к публикации 29.04.2023

Аннотация

Исследованы процессы выделения частиц Al3X (X = Zr, Yb, Er, Hf) в литых проводниковых алюминиевых сплавах, в том числе – в сплавах, дополнительно легированных Mg и Si. Сплавы изготовлены методом индукционного литья. Для исследования кинетики выделения частиц использованы методы измерения удельного электросопротивления (УЭС) и микротвердости. Показано, что исследуемые сплавы могут быть разделены на три группы. В Группу I входят сплавы, в которых с повышением температуры отжига происходит уменьшение УЭС, обусловленное выделением частиц. В Группу II входят сплавы, в которых выделение частиц произошло при кристаллизации слитка. Величина УЭС таких сплавов близка к УЭС алюминия. При отжиге сплавов Группы III величина УЭС практически не изменяется и составляет 3.0–3.4 мкОм см, что свидетельствует о высокой стабильности твердого раствора. С использованием уравнения Джонсона–Мела–Аврами–Колмогорова проанализирована кинетика выделения частиц в сплавах Группы I. Установлено, что энергия активации выделения частиц в сплавах Группы I близка к энергии активации объемной диффузии, но значения коэффициента интенсивности распада (n = 0.5–0.8) в уравнении Джонсона–Мела–Аврами–Колмогорова оказываются ниже теоретической величины n = 1.5, характерной для выделения частиц в объеме зерен. Наблюдаемое противоречие связано с наличием крупных первичных или эвтектических частиц Al3X в структуре сплавов. Показано, что оптимальным комплексом свойств обладает сплав Al–0.25% Zr–0.25% Er–0.15% Si, характеристики которого после отжига соответствуют требованиям для разрабатываемых сплавов: УЭС менее 2.95 мкОм см, микротвердость ~550 МПа.

Ключевые слова: алюминиевые сплавы, термическая стабильность, макроструктура, удельное электросопротивление, микротвердость

Список литературы

  1. Матвеев Ю.А., Гаврилова В.П., Баранов В.В. Легкие проводниковые материалы для авиапроводов // Кабели и провода. 2006. Т. 300. № 5. С. 22–24.

  2. Yang C., Masquellier N., Gandiolle C., Sauvage X. Multifunctional properties of composition graded Al wires // Scripta Materialia. 2020. V. 189. P. 21–24. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.07.052

  3. Nokhrin A., Shadrina I., Chuvil’deev V., Kopylov V., Berendeev N., Murashov A., Bobrov A., Tabachkova N., Smirnova E., Faddeev M. Investigation of thermal stability of microstructure and mechanical properties of bimetallic fine-grained wires from Al–0.25% Zr–(Sc,Hf) alloys // Metals. 2022. V. 15. № 1. P. 185. https://doi.org/10.3390/ma15010185

  4. Телешов В.В., Захаров В.В., Запольская В.В. Развитие алюминиевых сплавов для термостойких проводов с повышенной прочностью и высокой удельной электропроводимостью // Технология легких сплавов. 2018. № 1. С. 15–27.

  5. Pozdniakov A.V., Barkov R.Yu. Microstructure and mechanical properties of novel Al–Y–Sc alloys with high thermal stability and electrical conductivity // J. Materials Science and Technology. 2020. V. 36. P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.08.006

  6. Belov N., Akopyan T., Korotkova N., Murashkin M., Timofeev V., Fortuna A. Structure and properties of Ca and Zr containing heat resistance wire aluminum alloy manufactured by electromagnetic casting // Metals. 2021. V. 11. № 2. P. 236. https://doi.org/10.3390/met11020236

  7. Belov N., Murashkin M., Korotkova N., Akopyan T., Timofeev V. Structure and properties of Al–0.6 wt % Zr wire alloy manufactured by direct drawing of electromagnetically cast wire rod // Metals. 2020. V. 10. № 6. P. 769. https://doi.org/10.3390/met10060769

  8. Nokhrin A., Shadrina I., Chuvil’deev V., Kopylov V. Study of structure and mechanical properties of fine-grained aluminum alloys Al–0.6 wt % Mg–Zr–Sc with ratio Zr:Sc = 1.5 obtained by cold drawing // Materials. 2019. V. 12. № 2. P. 316. https://doi.org/10.3390/ma12020316

  9. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Шадрина Я.С., Пискунов А.В., Копылов В.И., Берендеев Н.Н., Чепеленко В.Н. Исследование термической стабильности структуры и механических свойств мелкозернистых проводниковых алюминиевых сплавов Al–Mg–Zr–Sc(Yb) // Металлы. 2020. № 5. С. 64–76.

  10. Барков Р.Ю., Яковцева О.А., Мамзурина О.И., Логинова И.С., Медведева С.В., Просвиряков А.С., Михайловская А.В., Поздняков А.В. Влияние Yb на структуру и свойства электропроводного сплава Al–Y–Sc // ФММ. 2020. Т. 121. № 6. С. 667–672. https://doi.org/10.31857/S0015323020060029

  11. Захаров В.В. О легировании алюминиевых сплавов переходными металлами // Металловедение и термич. обр. металлов. 2017. № 2(740). С. 3–8.

  12. Chayoumabadi M.E., Mochugovskiy A.G., Tabachkova N.Yu., Mikhaylovskaya A.V. The influence of minor additions of Y, Sc, and Zr on the microstructural evolution, superplastic behavior, and mechanical properties of AA6013 alloy // J. Alloys Compounds. 2022. V. 900. P. 163 477. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163477

  13. Захаров В.В. Перспективы создания экономнолегированных скандием алюминиевых сплавов // Металловедение и термич. обр. металлов. 2018. № 3(753). С. 40–44.

  14. Harada Y., Dunand D.C. Microstructure of Al3Sc with ternary rare-earth additions // Intermetallics. 2009. V. 17. № 1–2. P. 17–24. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2008.09.002

  15. Mochugovskiy A.G., Mikhaylovskaya A.V. Comparison of precipitation kinetics and mechanical properties in Zr and Sc-bearing aluminum-based alloys // Mater. Letters. 2020. V. 275. P. 128096. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128096

  16. Pozdnyakov A.V., Barkov R.Y., Prosviryakov A.S., Churyumov A.Yu., Golovin I.S., Zolotorevskiy V.S. Effect of Zr on the microstructure, recrystallization behavior, mechanical properties and electrical conductivity of the novel Al–Er–Y alloy // J. Alloys Compounds. 2018. V. 765. P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.06.163

  17. Поздняков А.В., Осипенкова А.А., Попов Д.А., Махов С.В., Напалков В.И. Влияние малых добавок Y, Sm, Gd, Hf и Er на структуру и твердость сплава Al–0.2% Zr–0.1% Sc // Металловедение и термич. обр. металлов. 2016. № 9(735). С. 25–30.

  18. Barkov R.Y., Mikhaylovskaya A.V., Yakovtseva O.A., Loginova I.S., Prosviryakov A.S., Pozdniakov A.V. Effect of thermomechanical treatment on the microstructure, precipitation strengthening, internal friction, and thermal stability of Al–Er–Yb–Sc alloys with good electrical conductivity // J. Alloys Compounds. 2021. V. 855. P. 157367. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157367

  19. Medvedev A., Murashkin M.Y., Enikeev N., Bikmukhametov I., Valiev R.Z., Hodgson P.D., Lapovok R. Effect of the eutectic Al–(Ce,La) phase morphology on microstructure, mechanical properties, electrical conductivity and heat resistance of Al–4.5(Ce,La) alloy after SPD and subsequent annealing // J. Alloys Compounds. 2019. V. 796. P. 321–330. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.05.006

  20. Medvedev A., Murashkin M.Y., Enikeev N., Valiev R.Z., Hodgson P.D., Lapovok R. Enhancement of mechanical and electrical properties of Al–RE alloys by optimizing rare-earth concentration and thermo-mechanical treatment // J. Alloys Compounds. 2018. V. 745. P. 696–704. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.02.247

  21. Захаров В.В., Фисенко И.А. Влияние небольших добавок переходных металлов на структуру и свойства малолегированного сплава Al–Sc // Технология легких сплавов. 2020. № 3. С. 11–19.

  22. Booth-Morrison C., Mao Z., Diaz M., Dunand D.C., Wolverton C., Seidman D.N. Role of silicon in accelerating the nucleation of Al3(Sc, Zr) precipitates in dilute Al–Sc–Zr alloys // Acta Mater. 2012. V. 60. P. 4740–4752. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.05.036

  23. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. М.: Металлургия, 1975. 233 с.

  24. Поздняков А.В., Айтмагамбетов А.Р., Махов С.В., Напалков В.И. Влияние примесей Fe и Si на структуру и эффект упрочнения при отжиге сплава Al–0.2% Zr–0.1% Sc без и с добавкой Y // ФММ. 2017. Т. 118. № 5. С. 507–512. https://doi.org/10.7868/S0015323017050114

  25. Шматко О.А., Усов Ю.В. Структура и свойства металлов и сплавов. Электрические и магнитные свойства металлов. Киев: Наукова думка, 1987. 325 с.

  26. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Смирнова Е.С., Копылов В.И. Исследование механизмов распада твердого раствора в литых и микрокристаллических сплавах системы Al–Sc. III. Анализ экспериментальных данных // Металлы. 2012. № 6. С. 82–91.

  27. Martin J.W. Micromechanisms in Particle-Hardened Alloys. Cambridge: Cambridge University Press, 1980. 167 p.

  28. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. Часть 1. Термодинамика и общая кинетическая теория. М.: Мир, 1978. 806 с.

  29. Чувильдеев В.Н., Смирнова Е.С., Копылов В.И. Исследование механизмов распада твердого раствора в литых и микрокристаллических сплавах системы Al–Sc. II. Модель распада твердого раствора при образовании когерентных частиц второй фазы // Металлы. 2012. № 4. С. 70–84.

  30. Чувильдеев В.Н., Шадрина Я.С., Нохрин А.В., Копылов В.И., Бобров А.А., Грязнов М.Ю., Шотин С.В., Табачкова Н.Ю., Пискунов А.В., Чегуров М.К., Мелехин Н.В. Исследование термической стабильности структуры и механических свойств субмикрокристаллических алюминиевых сплавов Al–0.5% Mg–Sc // Металлы. 2021. № 1. С. 10–28.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал