Закономерности формирования и эволюция микроструктуры и механических свойств при литье и термомеханической обработке алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si, легированных малыми скандиево-циркониевыми добавками

В ходе заключительного этапа работы над проектом были проведены комплексные экспериментальные и теоретические исследования влияния термомеханической обработки на эволюцию механических свойств, наночастиц и зеренной структуры. В ходе исследования применялись методы атомной томографии, сканирующей и оптической микроскопии, проводилось испытание на одноосное растяжение, также изучалось изменение электропроводности и микротведости. Теоретический анализ полученных экспериментальных сведений позволил установить следующее. Как показано на предыдущих этапах выполнения исследования, добавки скандия 0,3 % способствуют возникновению упрочняющих частиц типа Al3ScZr в ходе непрерывного распада при литье и остывании слитка. Однако из-за этого практически весь скандий уходит из пересыщенного твердого раствора, непрерывный распад при дальнейшей термомеханической обработки отсутствует, а более мелкодисперсные частицы Al3ScZr при дальнейшей термомеханической обработке не формируются. В то же время в результате последующего естественного старения частицы β’’(Mg5Si6) будут формироваться, но они будут вносить меньший вклад в упрочнение, чем в сплавах Al-Mg-Si без содержания скандия, так как при наличии последнего невозможно провести полноценную закалку магния в пересыщенный твердый раствор. В случае содержания скандия 0,05 % частицы Al3ScZr практически не формируются в ходе термомеханической обработки, поскольку большое количество скандия связывается с цирконием в неупрочняющие интерметаллиды. Возможно, уменьшение содержание циркония позволило бы лучше реализовать упрочняющий потенциал скандия. Тем не менее с помощью атомной томографии скандий (даже при его содержании 0,05 %) был найден в оболочке частиц β’’(Mg5Si6). На последние он оказывает двоякое влияние: с одной стороны, ускоряет формирование зон Гинье-Престона, а с другой тормозит рост уже сформировавшейся β’’(Mg5Si6) и превращению ее в полукогерентную β’. При всех исследуемых концентрациях скандия после термической обработки после холодной прокатки наблюдается рекристаллизация. В случае со сплавом, содержащим 0,3 % скандия, причина в недостаточном для ее торможения количестве достаточно крупных наночастиц Al3ScZr, сформировавшихся при прерывистом распаде. В случае содержания скандия 0,05 данные частицы не формируются вообще. Таким образом, в сплаве, содержащем 0,3 % скандия возможна двойная модификация литой структуры – сначала при литье (из-за действия первичных интерметаллидов Al3Sc), а потом в ходе рекристаллизации. Это создает предпосылки получения зеренной структуры, имеющей достаточно малый размер для реализации сверхпластического течения без применения малопроизводительных методов интенсивной пластической деформации (ИПД).