Разработка технологии получения деформированных полуфабрикатов из алюмоматричных эвтектических композитов, упрочняемых наночастицами фазы L12 без использования закалки

Был проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы в области создания алюмоматричных композиционных сплавов, предназначенных для получения деформированных полуфабрикатов с использованием серийного промышленного оборудования. Были рассмотрены соответствующие базовые диаграммы состояния (Al-Ni, Al-Ni-Fe, Al-Ce, Al-Ce-Ni, Al-Ce-Cu-Mn, Al-Ce-Сu-Si, Al-Ca, Al-Ca-Si, Al-Ca-Fe, Al-Ca-Zn-Mg, Al-Ca-Sc, Al-Si-Sc), необходимые для оптимизации химического состава новых сплавов, а также особенности формирования структуры, фазового состава и свойств композиционных сплавов на их основе. Рассмотрены особенности влияния циркония и скандия на формирование структуры и механических свойств алюминиевых сплавов, упрочняемых наночастицами фазы L12. Проведен анализ основных особенностей коррозионного поведения алюминия и его сплавов. Проведен анализ наиболее перспективных промышленных методик деформационной обработки планируемых к разработке алюмоматричных композиционных сплавов. На основе выполненного анализа было решено проводить научно-исследовательские работы в области разработки новых коррозионностойких алюмоматричных композиционных сплавов эвтектического типа на базе системы Al-Ca, легированных элементами Fe, Si, Ni, Ce, Zn, Mg. На основе анализа научно-технической, нормативной, методической литературы, а также результатов, полученных в ходе реализации проекта РНФ в 2014 г., были разработаны специальные требования к коррозионностойким алюминиево-кальциевым сплавам и технологиям получения из них деформированных полуфабрикатов. Обоснованы методы и средства изучения состава, структуры и свойств образцов, разрабатываемых коррозионностойких алюминиево-кальциевых сплавов. Проведена сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований. Проведены патентные исследования по определению технического уровня используемых в промышленности коррозионностойких алюминиевых сплавов, в том числе упрочняемых наночастицами фазы L12. С использованием расчетных методов вблизи алюминиевого угла были построены фрагменты многокомпонентных фазовых диаграмм, включая проекции поверхностей ликвидуса, солидуса и политермические разрезы. С использованием полученных данных были обоснованы наиболее перспективные составы алюмоматричных композиционных сплавов. С использованием термодинамических расчетов по модели Shail была проанализирована неравновесная кристаллизация выбранных перспективных композиций, определены температуры ликвидуса и неравновесного солидуса. Полученные данные были использованы для определения технологических параметров процесса плавки и литья разрабатываемых сплавов. По результатам проведенного термодинамического анализа были выбраны перспективные с точки зрения фазового состава алюмоматричные композиционные сплавы, которые затем были выплавлены и подвергнуты экспериментальным исследованиям для подтверждения результатов термодинамического моделирования и последующей корректировки химического состава модельных сплавов. В ходе проведенных работ были обоснованы следующие композиции: Al(4-6)Ca1Fe(0,5-1)Si-0,2Zr-0,1Sc, Al(4-6)Ca1Fe(0,4-1)Ni-0,2Zr-0,1Sc; Al4,5Ca0,7Mn0,3Fe0,2Si-0,2Zr-0,1Sc; Al4Ca2Ni2La0,4Fe0,2Si-0,2Zr-0,1Sc; Al4Ca2Ni2Ce0,4Fe0,2Si-0,2Zr-0,1Sc; Al4Ca4Zn2,5Mg0,6Fe-0,2Zr-0,1Sc, представляющиеся перспективными в качестве новых коррозионностойких алюмоматричных композиционных сплавов, упрочняемых наночастицами фазы L12, и предназначенных для получения деформированных полуфабрикатов. На основе обзора научно-информационных источников и проведенных экспериментальных исследований были обоснованы режимы плавки и литья разрабатываемых алюмоматричных композиционных сплавов. На примере перспективного сплава Al4Ca1Fe0,6Si0,2Zr0,1Sc, была разработана Технологическая инструкция на плавку и литье алюминиево-кальциевых сплавов, упрочняемых наночастицами фазы L12, включая рекомендации по применению шихтовых материалов. Был проведен анализ существующих типов серийного промышленного оборудования для изготовления слитков из перспективных алюминиево-кальциевых сплавов, упрочняемых наночастицами фазы L12. На завершающем этапе, для сплава Al4Ca1Fe0,6Si0,2Zr0,1Sc была отработана технология плавки и литья при получении цилиндрического слитка на промышленном оборудовании. В результате был получен качественный слиток диаметром 150 мм и длиной ~700 мм. На основе проведенных работ был разработан Регламент на изготовление экспериментальных партий образцов в виде слитков из перспективных алюминиево-кальциевых сплавов на промышленном оборудовании.