Отчет о научно-исследовательской работе "Влияние термической и термомеханической обработки на структуру и физико-механические свойства литейных алюминиевых сплавов на базе системы Al-Si-Cu и деформируемого сплава В95" (Часть 1)

Настоящая работа является составной частью работ, выполненных в соответствии с Техническим заданием № В 2020-Н1П01/5 на выполнение научно-исследовательских работ (НИР) по теме «Влияние термической и термомеханической обработки на структуру и физико-механические свойства литейных алюминиевых сплавов на базе системы Al-Si-Cu и деформируемого сплава В95» (далее Техническое задание), в рамках которого представлены настоящие результаты исследований влияния концентрации меди, а также режимов упрочняющей термической обработки на микроструктуру, дисперсионную структуру и физико-механические свойства литейных алюминиевых сплавов на базе системы Al-Si-Cu (Часть 1). В ходе проведенных работ с использованием расчетных и экспериментальных исследований проведен анализ фазового состава и структуры литейных алюминиевых сплавов на базе Al-8 масс.% Si-(1,5-3,5) масс.% Cu в литом состоянии и после термических обработок. Исследовано влияние старения на твердость и удельную электропроводность (УЭП) сплавов на базе системы Al-8 масс.% Si-(1,5-3,5) масс.% Cu. В частности, рассмотрены два сплава с содержанием 1,5 масс.% Cu (обозначение Al8Si1,5Cu) и с 3,5 масс.% Cu (обозначение Al8Si3,5Cu). Исследование старения производилось в температурном диапазоне 145-250 °С. Показано, что для низколегированного сплава Al8Si1,5Cu максимальное упрочнение в сравнении с закаленным состоянием, в зависимости от температуры старения, составляет 2-10 %, тогда как упрочнение для сплава Al8Si3,5Cu существенно выше и, в зависимости от температуры старения, достигает 16-38 % в сравнении с закаленным состоянием. Увеличение температуры старения до 250 °С существенно ускоряет достижение пика твердости обоих исследованных сплавов. УЭП сплавов плавно повышается в процессе изотермической выдержки при температуре старения, что обусловлено процессами распада алюминиевого твердого раствора и формирования упрочняющих продуктов распада. Анализ с использованием просвечивающей электронной микроскопии тонкой структуры сплавов в состоянии максимального упрочнения выявил наличие нано выделений дискообразной формы внутри зерен алюминия. Эти выделения демонстрируют пластинчатую морфологию в поперечном сечения и принадлежат метастабильной θ′ фазе. Испытания на одноосное растяжение полученных отливок сплавов Al8Si1,5Cu и Al8Si3,5Cu в состоянии максимального упрочения выявили, что предел текучести сплава Al8Si3,5Cu примерно в 3 раза выше (256 против 86 МПа), чем у низколегированного сплава. При этом удлинение сплава Al8Si13,5Cu хоть и снижается в два раза в сравнении со сплавом Al8Si1,5Cu, оно все еще остается достаточно высоким для литейного силумина. Таким образом, сплавы на основе системы Al-Si-Cu (без добавки магния) можно считать перспективными литейными алюминиевыми сплавами.