Сплави системи Al-Zn-Mg-Cu, що зміцнюються термодеформаційною обробкою, мають високу міцність та відносно низьку питому вагу, завдяки чому вони широко застосовуються в авіаційній, космічній, військовій та інших галузях промисловості. При легуванні сплавів цієї системи скандієм і цирконієм утворюються когерентні алюмінієвій матриці комплексні інтерметаліди Al₃(Sc, Zr), які сприяють подрібненню зеренної структури. Додавання малих домішок скандію підвищує стійкість сплавів до рекристалізації під час деформаційної обробки, стабілізує структуру при наступній термічній обробці та сприяє зміцненню сплаву [1-3].

В більшості публікацій досліджується вплив скандію на структуру та механічні властивості сплавів системи Al-Zn-Mg-Cu у деформованому стані. Дані про його вплив на литий стан обмежені [4]. Метою даної роботи було дослідити вплив скандію на структуру та механічні властивості сплаву цієї системи у литому та термообробленому станах.

Для дослідження був обраний сплав № 1 (табл. 1), подібний до промислових сплавів 1965 та 7055, які є одними з найбільш міцних в системі Al-Zn-Mg-Cu. Відомі на даний час промислові сплави зі скандієм мають вміст цього елемента в межах 0,17-0,30 мас. %. Зважаючи на високу вартість скандію, дослідний сплав № 2 був економно легований за нижньою межею цього проміжку – 0,17 мас. %.

Таблиця 1. Хімічний склад (мас.%) дослідних сплавів

Для виготовлення зливків із дослідних сплавів застосовували комплекс обладнання у складі вакуумного МГД-міксера та машини безперервного лиття у низький кристалізатор з тепловою насадкою [5]. Основними особливостями обладнання є приготування сплавів з постійним електромагнітним перемішуванням, вакуумне рафінування та фільтрування через поруватий керамічний фільтр і регульоване електромагнітне розливання рідкого сплаву у низький кристалізатор з тепловою насадкою. Вказаним методом було виготовлено два зливка діаметром 150 мм та довжиною 1500 мм з дослідних сплавів.

Мікроструктури зливків дослідних сплавів представлено на рис. 1. Структура литого сплаву № 1 характеризується дендритною ліквацією з розміром зерен                 200-270 мкм та дендритним параметром 20-30 мкм. В матриці присутні стрижнеподібні інтерметаліди розміром ~30 х 5 мкм. Структура сплаву № 2 бездендритна з розміром зерна 50-70 мкм. Інтерметаліди подрібнюються до 15 мкм. Бездендритна структура зливків має вагомі переваги перед звичайною дендритною, оскільки дозволяє знизити зусилля пресування напівфабрикатів, а вироби, виготовлені з таких зливків мають вищі показники міцності та пластичності.

а

б

Рисунок 1. Мікроструктура сплавів № 1 (а) та № 2 (б) у литому стані

У литому стані обидва дослідних сплави характеризуються низькою міцністю (σ_в = 220-260 МПа) та відсутністю пластичності. Гомогенізувальний відпал (465 °C, 12 год., охолодження з піччю) значною мірою підвищує пластичні властивості обох сплавів (δ = 2,6-3,7 %) зі збереженням міцності на рівні їх литого стану.

Високоміцні алюмінієві сплави системи Al-Zn-Mg-Cu набувають максимуму властивостей після деформаційної та термічної обробок. Відповідно до мети дослідження, були визначені механічні властивості литих зразків дослідних сплавів після термічної обробки, яка зазвичай проводиться на деформованих виробах: обробка  на твердий розчин (465 °C, 1 год.), гартування у воду (20 °C) та наступне старіння (120 °C, 20 год). Результати випробувань наведені у табл. 2.

Таблиця 2. Механічні властивості дослідних сплавів після термічної обробки

Результати випробувань показали, що сплав, додатково легований скандієм (№ 2), у литому термообробленому стані має достатньо високу міцність і, на відміну від сплаву № 1, має пластичні властивості. Це свідчить про потенціал його застосування для виготовлення литих виробів з подальшою термічною обробкою.

Література:

1. J.Liu, P.Yao, N.Zhao, Ch.Shi, H.Li et al. Effect of minor Sc and Zr on recrystallization behavior and mechanical properties of novel Al-Zn-Mg-Cu alloys / Journal of Alloys and Compounds 657 (2016) 717 DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.10.122
2. S.V.Senkova, O.N.Senkov, D.B.Miracle. Cryogenic and Elevated Temperature Strengths of an Al-Zn-Mg-Cu Alloy Modified with Sc and Zr / Metallurgical and materials transactions A Vol.37A, 2006.-3569 DOI: 10.1007/s11661-006-1012-4
3. Y.Deng, Z.M.Yin, K.Zhao, J.Q.Duan, Z.B.He. Effects of Sc and Zr microalloying additions on the microstructure and mechanical properties of new Al-Zn-Mg alloys / J. Alloys Comp. 530 (2012) 71-80. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.03.108
4. O.N.Senkov, R.B.Bhat, S.V.Senkova, D.Schloz. Microstructure and properties of cast ingots of Al-Zn-Mg-Cu alloys modified with Sc and Zr / Metall Mater Trans A 36, 2115–2126 (2005). DOI: 10.1007/s11661-005-0215-9
5. A. Narivskiy, O. Shinsky, I. Shalevska, Y. Kvasnitska, P. Kaliuzhnyi, S. Polyvoda. Modern technological processes of obtaining cast products and structures of responsible purpose from aluminum, ferrous carbon and heat-resistant alloys / Structural materials: manufacture, properties, conditions of use. DOI: 10.15587/978-617-7319-97-8.ch2