Закономерности структурно-фазовых превращений в алюминиево-кальциевых сплавах, легированных цинком и магнием, в условиях сварки

В настоящее время является актуальной задача разработки перспективных сплавов на основе алюминия, совмещающих высокие эксплуатационные свойства и технологичность, необходимую для получения качественных изделий с применением технологий гибридного формообразования, включающих литье, деформацию и сварку (а также в целом технологии аддитивного производства). Стандартные марочные литейные и деформированные сплавы, созданные в большинстве своем несколько десятилетий назад под конкретную технологию, имеют ограниченную применимость при использовании новых технологий. В частности, при изготовлении литосварных конструкций (когда детали, изготовленные из литейных алюминиевых сплавов, свариваются с деталями, изготовленными из деформированных алюминиевых сплавов) с применением марочных сплавов, возникает проблема формирования соединения между разнородными алюминиевыми сплавами. Решением подобных проблем может стать переход к универсальным высокотехнологичным алюминиевым сплавам, в частности на базе эвтектических систем. Формирование структуры в таких сплавах происходит в процессе стандартного технологического цикла плавки и литья, и обусловлен кооперативным ростом эвтектических кристаллов. При этом итоговая структура в таких алюминиевых сплавах может быть охарактеризована как композитная, так как в пластичной алюминиевой матрице содержатся равномерно распределенные компактные включения эвтектической фазы (чаще всего, представленной интерметаллидными фазами (Al4Ca, Al3Ni, Al6Fe, Al9FeNiи т.д.)), объемная доля которой может достигать нескольких десятков процентов. На основе результатов работ, полученных коллективом исполнителей настоящего проекта установлено, что алюмо-кальциевые эвтектические сплавы представляются одними из наиболее перспективных для разработки подобных материалов. Среди прочих следует отметить алюминиево-кальциевые сплавы с добавками цинка и магния, показавшие хорошую технологичность при литье под давлением и в кокиль. При этом в литом состоянии временное сопротивление на разрыв достигает 350 МПа, что отвечает уровню деформированных полуфабрикатов среднепрочных сплавов. Сплавы данной группы также показали хорошую технологичность и при обработке давлением, в частности при горячей и холодной прокатке. В тоже время свариваемость сплавов системы Al–Ca–Zn–Mg ранее не изучалась. Поэтому, именно на исследование свариваемости сплавов системы Al–Ca–Zn–Mg в условиях сварки плавлением и в твердой фазе направлен предлагаемый проект. Таким образом, предлагается обосновать возможность получения качественных сварных соединений сплавов на основе системы Al–Ca–Zn–Mg, обладающих высокой технологичностью как при получении литых, так и деформированных изделий. Для формирования соединений, выполняемых сваркой плавлением будут оптимизированы химические составы присадочных материалов, а также отдельно будет рассмотрено влияние химического состава присадочного металла на свариваемость сплавов. При исследовании свариваемости сплавов особое внимание будет уделено изучению влияния модифицирующих добавок циркония и скандия на показатели трещинообразования при кристаллизации сварочной ванны. Кроме того, предполагается рассмотреть влияние термической обработки после сварки на структуру и механические свойства сплавов основе системы Al–Ca–Zn–Mg, выполненных различным методами сварки плавлением и в твердой фазе (сварка тернием с перемешиванием). Для достижения поставленных в проекте задач будет использована совокупность теоретических и экспериментальных методик. В частности, расчётно-экспериментальные исследования, включающие термодинамическое моделирование, анализ структуры и фазового состава сплавов и сварных соединений с использованием оптической, сканирующей электронной и просвечивающей микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа, рентгенофазового анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии и т.д. Для исследования свариваемости сплавов на основе системы Al–Ca–Zn–Mg в условиях сварки плавлением предполагается применить технологические пробы на стойкость против образования кристаллизационных трещин. К таким пробам относятся проба "рыбий скелет", кольцевая проба и технологическая проба МВТУ для определения критической скорости деформации образца в процессе сварки.