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

В соответствии с Техническим заданием на выполнение работ по проекту 11.2072.2017/ПЧ «Разработка технологии получения деформированных полуфабрикатов из алюмоматричных эвтектических композитов, упрочняемых наночастицами фазы L12 без использования закалки» получены в лабораторных условиях более 150 экспериментальных образцов из алюминиево-кальциевых сплавов Al-6Ca-1Fe-0,6Si-0,2Zr-0,1Sc, Al-4,5Ca-1Ni-0,4Fe-0,2Si-0,2Zr-0,1Sc, Al-4,5Ca-1Ni-1Fe-0,2Si-0,2Zr-0,1Sc, Al-4Ca-2Ni-2La(Ce)-0,2Zr-0,1Sc, Al-4Ca-4Zn-2Mg-0,2Zr-0,1Sc, Al-4Ca-0,7Mn-0,5Fe-0,3Si-0,2Zr-0,1Sc в виде слитков, для которых проведено изучение влияние режимов отжига на формирование микроструктуры, характеристики твердости, электропроводности. Изучено влияние варьируемых параметров деформационной обработки (температуры, степени обжатия) на формирование структуры и механических свойств при получении деформированных полуфабрикатов в виде листов и калиброванных прутков из изучаемых алюмоматричных композиционных сплавов. Установлены связи между параметрами структуры и свойствами алюминиево-кальциевых сплавов, предназначенных для производства деформированных полуфабрикатов. В частности, методом радиально-сдвиговой прокатки (РСП) и традиционной продольной прокатки проведена деформационная обработка слитков из модельных эвтектических сплавов с целью установления режимов термомеханической обработки, позволяющих получить калиброванные прутки и плоский листовой прокат требуемого качества. По результатам проведенных работ установлена высокая технологичность разработанных композиционных сплавов в процессе их горячей деформационной обработке при высоких степенях деформации (свыше 90 %) и при умеренно высоких температурах (до 450 °С), позволяющих за счет формирования особой структуры, состоящей из деформированной матрицы и дисперсных частиц (включая наночастицы фазы L12), достичь высоких механических свойств. В результате деформационной обработки методом РСП в интервале температур 400-450 °С и при максимальной степени деформации до 90 % для изучаемых сплавов был достигнут предел прочности в интервале (σв) 215-310 МПа, предел текучести (σ0,2) 131-255 МПа и относительное удлинение (δ, %) 2,5-11,0. Наиболее оптимальное сочетание свойств после деформации (без упрочняющей термической обработки) было достигнуто для сплава среднего состава Al- 3,5 масс.% Ca – 4 масс.% Zn - 2,5 масс.% Mg-0,4 масс.% Fe- 0,2 масс.% Zr - 0,1 масс.% Sc: σв ~ 310 МПа, σ0,2 ~ 255 МПа и δ ~ 5 %. Отжиг п ри температуре 3 00 ° С и времени выдержки 1 ч. н е влияние на уровень механических свойств деформированных материалов из изучаемых композиционных сплавов. После продольной прокатки на 93 % слитка из сплава Al3,5Ca4Zn2,5Mg0,4Fe0,2Zr0,1Sc удалось достичь в листах толщиной 1 мм рекордных для термически не упрочняемых сплавов прочностных свойств, в частности, предел прочности (σв) ~390 МПа, предел текучести (σ0,2) ~370 МПа, однако удлинение составило менее 1,0 %. Дополнительный отжиг листа толщиной 2 мм при 300 °С – 2 ч. позволил несколько снизить предел прочности до 325 МПа, предел текучести до 280 МПа и повысить относительное удлинение до ~3 %. Также проведены работы по получению деформируемых полуфабрикатов из слитка сплава Al4Ca1Fe0,6Si0,2Zr0,1Sc диаметром 150 мм, полученного в рамках работ за 2017 г. на промышленном комплексе непрерывного литья алюминиевых сплавов. В результате установлено, что сплав обладает высокой технологичностью в процессе горячей деформации при температурах 400-450 °С и степенях деформации свыше 99 %. В частности, получены калиброванные прутки диаметром до 9 мм (суммарная степень деформации 99,6 %) методом радиально-сдвиговой прокатки, листовой прокат толщиной 1-4 мм (суммарная степень деформации 90-97,5 %), а также проволока толщиной до 0,5 мм (суммарная степень деформации 99,7 %). Результаты испытаний показали, что ряд новых сплавов Al-4Ca-1Fe-0,5Si-0,2Zr-0,1Sc, Al-4Ca-0,7Mn-0,5Fe-0,3Si-0,2Zr-0,1Sc и Al-4Ca-4Zn-2,5Mg-0,6Fe-0,2Zr-0,1Sc обладают более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с марочными сплавами. В частности, анализ микроструктур после выдержки в коррозионной среде выявил обширные области разрушения вдоль эвтектических кристаллов и границ зерен для марочных сплавов АК7 и В95, при этом глубина разрушения в некоторых случаях превышает 200 мкм. На основе полученных результатов, с точки зрения достижения требуемого комплекса технологических, механических и коррозионных свойств, а также параметров микроструктуры, формируемых в процессе термомеханической обработки, сплав Al4Ca4Zn2,5Mg0,6Fe0,2Zr0,1Sc представляется наиболее перспективным. Однако в соответствии с Техническим заданием проекта на 2019 г запланированы дополнительные работы по оптимизации режимов термомеханической обработки, по итогам которых будет установлен средний состав и режимы термомеханической обработки наиболее перспективного сплава (сплавов), удовлетворяющего требованиям Технического задания.