Обоснование состава и структуры термически упрочняемых деформируемых сплавов на основе системы Al-Mg-Zn, легированных кальцием

Актуальные исследования в области синтеза новых алюминиевых сплавов пониженной плотности выявили эффективность от легирования кальцием. Применительно к термически-упрочняемым алюминиевым сплавам рассматривались преимущественно системы, относящиеся к классическим сплавам 7ххх серии с соотношением Zn/Mg ≥ 2. Содержание кальция при этом составляло не более 2,5%. Такое соотношение легирующих элементов обеспечивало высокий уровень механических свойств несмотря на то, что значительная доля цинка растворялась в эвтектической фазе Al4Ca. Этот факт обусловливает необходимость изучить влияние более высокой концентрации кальция и меньшей – цинка на возможность упрочнения в процессе термической обработки. С учетом известных данных о том, что Zn может замещать Al в соединении (Al,Zn)4Ca, очевидно, что это явление может снизить реакцию упрочнения поле старения, как это наблюдается в Ca-содержащих сплавах системы Al-Zn-Mg. Поэтому может оказаться полезным связывать Ca в другие фазы, в частности в тройные соединения Al-Ca-X, которые могут иметь еще более тонкую форму, чем двойные Al-Ca, что обусловлено их образованием в результате тройной эвтектики. Диапазон потенциальных третьих элементов может быть большим, так как было обнаружено, что Ca очень активен в образовании таких фаз, как Al10CaFe2, Al2CaSi2, AlXCaMnY и AlXCaYCuZ. Следует отметить, что существует пробел в отношении эволюции микроструктуры многокомпонентных сплавов, таких как Al-Mg-Ca-Zn-Fe-Si. Поэтому, изучение влияния Fe и Si представляется более актуальным, так как это отвечает тенденциям энергоэффективности и вовлечения вторичного сырья в процесс производства. Ранее считалось, что в системе Al-Mg-Ca отсутствуют какие-либо тройные соединения. Однако в недавних работах руководителя проекта было обнаружено соединение, описываемое формулой Al2(Mg,Ca), природа появления которого оставалась неясна. Понимание характеристик предполагаемого соединения важно с точки зрения обеспечения прочности и пластичности сплава. Ведь, как известно, твердорастворное упрочнение от добавки магния без необходимости проводить термическую обработку является эффективным методом улучшения механических свойств чистого алюминия. Дополнительное легирование алюминия кальцием проводит к формированию кальций-содержащей эвтектики и также способствует росту прочности и положительно влияет на литейные характеристики. Присутствие соединения Al2(Mg,Ca) ставит вопрос о его роли в оттягивании магния из твердого раствора, что потенциально может снижать прочность. Также неясно его влияние на пластичность алюминий-кальциевой эвтектики.