ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы: особенности структуры, физико-механические свойства

В работе представлены результаты развития методов обработки, включающих интенсивную пластическую деформацию (ИПД), применительно к алюминиевым сплавам.
Свойства термически упрочняемых и термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, обработанных ИПД, представлены в зависимости от особенностей сформированной в них ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры (среднего размера зерна, сегрегаций и выделений частиц упрочняющих фаз и т.д.).
Оценена эффективность использования пост-деформационной обработки для повышения свойств алюминиевых сплавов c УМЗ структурой.
Показано, что формирование в алюминиевых сплавах регламентированной УМЗ структуры обеспечивает достижение в них высокой прочности, пластичности и электропроводности.

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы: особенности структуры, физико-механические свойства

Е. В. Бобрук^1,2, М. Ю. Мурашкин^1,2, Г.И. Рааб, Р. З. Валиев^1,2

¹Институт физики перспективных материалов Уфимского государственного

авиационного технического университета г. Уфа, Россия

²Лаборатория механики объемных наноматериалов, Санкт-Петербургский

государственный университет, г. Петергоф, г. Санкт-Петербург, Россия

В настоящее время отмечается значительный интерес к расширению области применения алюминиевых сплавов в машиностроении и электротехнике. Алюминиевые сплавы обладают привлекательным комплексом свойств, таких как высокая коррозийная стойкость, хорошая технологичность и достаточно высокая пластичность. Кроме  того, многие алюминиевые сплавы обладают повышенной электропроводностью и являются вторыми после меди промышленными проводниками, но существенно уступают ей в механической прочности. Недостаточная прочность значительно сужает область их применения в электротехнических изделиях, работающих в условиях высоких механических нагрузок. В этой связи поиск путей повышения комплекса механических свойств при сохранении высокой электропроводности алюминиевых сплавов  является важной научной задачей.

В данной работе мы показываем, что алюминиевые сплавы системы Al-Mg-Si в наноструктурном состоянии, полученном интенсивной пластической деформацией (ИПД) могут демонстрировать высокую электропроводимость, близкую к чистому алюминию, и при этом обладают повышенной прочностью.

Установлено, что формирование ультрамелкозернистой структуры в алюминиевых сплавах, используя такой метод ИПД как РКУП-Конформ, создает условия для достижения в нем высоких значений прочности (σ_в=285…320 Мпа) и электропроводности (57.5…55.6 % IACS). После РКУП-Конформ высокая прочность наноструктурных сплавов обусловлена формированием ультрамелкого зерна и выделением упрочняющей фазы. Электропроводящие свойства обусловлены распадом пересыщенного твердого раствора, приводящим к очищению зеренной структуры, где примеси собраны в отдельные фазы.

Такой уровень свойств в образцах УМЗ сплавов позволяет получать из них токопроводящие жилы в виде проволоки, предел прочности которой достигает 320-370 Мпа, а ее электропроводность оставляет 57.5…56% IACS.

Из полученных данных следует, что экспериментальные образцы проволоки, полученные из катанки, обработанной РКУП-Конформ, демонстрируют уровень физико-механических свойств гораздо выше, чем все типы проволоки (тип AL2-AL7), произведенные в промышленных условиях в соответствие с международным стандартом. Достигнутый в этих образцах проволоки уровень свойств обеспечивается формированием в них регламентированной наноструктуры, состоящей из вытянутых зерен с поперечным размером менее 100 нм и наноразмерных частиц вторичной фазы Mg₂Si.

Результаты работ получены в рамках гранта Президента Российской Федерации № НШ-7996.2016.8 для поддержки ведущих научных школ.