Регистрация / Вход
Прислать материал

Высокопрочные эвтектические алюминиевые сплавы на базе системы Al–Zn–Mg–Ca.

ФИО
Семенов Никита Витальевич
Электронная почта
2f81d5csemenovnv@me.com
Номинация
Материаловедение
Институт
Институт экотехнологий и инжиниринга (ЭкоТех)
Кафедра
Кафедра литейных технологий и художественной обработки материалов
ФИО научного руководителя
д.т.н., проф. Белов Н.А.
Академическая группа
МЛ-12-1
Наименование тезиса
Высокопрочные эвтектические алюминиевые сплавы на базе системы Al–Zn–Mg–Ca.
Тезис

В качестве перспективной добавки для создания сплавов нового поколения на основе алюминия предлагается кальций, который по содержанию в земной коре (3,6 масс. %) занимает 3 место среди металлов. Обладая плотностью 1,54 г/см\(^3\), кальций способен облегчить вес изделий из алюминиевых сплавов. Как видно из рисунка 1 с алюминием кальций образует диаграмму эвтектического типа и практически не растворим в алюминиевом твёрдом растворе -(Al).

Как перспективная основа высокопрочных литейных и деформируемых алюминиевых сплавов была выбрана система Al–Ca–Mg–Zn. Наилучшее сочетание технологических и механических свойств позволяет реализовать эвтектика (Al)+\(Al_ {4}Ca\), которая имеет существенно более дисперсное строение по сравнению с алюминиево-кремниевой эвтектикой, являющейся основной структурной составляющей силуминов. Основные исследования проводились со сплавом Al9Zn3Mg3Ca двух составов: с заэвтектической и доэвтектической микроструктурой.

Исходя из расчётов в Thermo-Calc, с ростом концентраций Mg и Zn граница появления первичных кристаллов Al4Ca сдвигается в сторону снижения кальция по сравнению с двойной системой, как показано на рисунке 2. Из фазовой диаграммы Al–Ca–Mg–Zn следует, что наилучший комплекс эксплуатационных и технологических свойств достигается в области составов вблизи эвтектической политермы и вблизи границы предельной растворимости Mg и Zn в (Al). Литая структура доэвтектического сплава показывает наличие небольшого количества первичных кристаллов \(Al_ {4}Ca\), имеющих форму пластин. В менее легированном заэвтектическом сплаве такие кристаллы отсутствуют. Эвтектика (Al)+\(Al_ {4}Ca\) в обоих сплавах характеризуется достаточно дисперсным строением.

 

В результате микрорентеноспектрального анализа было выяснено, что значительная часть цинка находится в эвтектических кальцийсодержащих включениях, а его концентрация в (Al), которая необходима для дисперсионного упрочнения, существенно ниже его концентрации в сплаве. После отжига включения кальцийсодержащей фазы приобретают глобулярную форму, что предполагает возможность достижения достаточно высоких механических свойств. 

Степень упрочнения  сплава Al8,3Zn2,9Mg3,6Са в процессе термической обработки определяли после закалки с двухступенчатым нагревом 450 °С, 3ч + 540 °С,3ч. Выдержки  при старении  варьировались от 100 °С до 240 °С. Максимальные значения твердости (153 НВ) были достигнуты после старения при 160 °С (см. рисунок 3).

Научный руководитель - д.т.н., проф. Белов Н.А.