Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (НИТУ «МИСиС»), Москва, Россия:

П. К. Шуркин, аспирант, эл. почта: pa.shurkin@yandex.ru

Н. О. Короткова, аспирант кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов

Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия:

Т. К. Акопян, научный сотрудник

В работе было проведено исследование возможности повышения за счет горячего изостатического прессования (ГИП) механических свойств отливок из высокопрочного литейного экономнолегированного алюминиевого сплава системы Al – Zn – Mg – (Cu) – Ni – Fe, полученного с применением в качестве шихтового материала низкосортного цинка, с повышенным содержанием примесей железа и свинца. Были получены кокильные отливки, которые впоследствии подвергали упрочняющей термической обработке (закалка с последующим искусственным старением на максимальную прочность). Часть партии отливок предварительно подвергали ГИП-обработке, после чего также термически обрабатывали по аналогичному режиму. Микроструктурные исследования с использованием электронного сканирующего микроскопа показали, что структура сплава, не подвергнутого ГИП, имеет большее количество мелокодисперсных включений свинца. После баротермической обработки структура принимает типичный вид для высокопрочных никалинов с содержанием железа, а включения свинца встречаются значительно реже. Плотность отливок после ГИП повышается и становится близкой к теоретическому значению, соответственно практически полностью устраняется и пористость (на 80 %). В соответствии с результатами испытаний на одноосное растяжение, отливки, которые не подвергали ГИП, являются очень хрупкими, и в большинстве случаев они разрушились без удлинения. Улучшение структуры после ГИП обеспечивает прирост свойств. Так, прочность отливок увеличилась более чем на 60 МПа, а пластичность в 10 раз. Важно также отметить резкое снижение разброса значений механических свойств, в частности относительного удлинения в два раза и предела прочности более чем на 90 %. Фрактографический анализ после одноосного растяжения показал, что разрывные образцы, предварительно подвергнутые ГИП-обработке, имеют поверхность разрушения с вязким ямочным характером, а включения свинца не являются концентраторами напряжений. И напротив, поверхность разрушения образцов, не подвергнутых ГИП-обработке, характеризуется расположением включений свинца по границам зерен, что инициирует хрупкое межкристаллитное разрушение.

Cтатья подготовлена в рамках Соглашения № 14.578.21.0039 (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57814X0039) о предоставлении субсидии Минобрнауки России в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».

1. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2010. — 511 с.
2. Белов Н. А., Щербаков М. В., Белов В. Д. О технологичности высокопрочного экономнолегированного никалина АЦ6Н0,5Ж при литье, прокатке и сварке // Цветные металлы. 2011. № 12. С. 94–98.
3. Акопян Т. К., Белов Н. А., Кайбышев Р. О., Алабин А. Н. Влияние жидкостного горячего изостатического прессования на структуру и свойства нового экономнолегированного высокопрочного литейного алюминиевого сплава АЦ6Н0,5Ж // Цветные металлы. 2014. № 11. С. 104–109.
4. Akopyan T. K., Belov N. A. Approaches to the design of the new high-strength casting aluminum alloys of 7xxx series with high iron content // Non-ferrous Metals. 2016. No. 1. P. 20–27. DOI: 10.17580/nfm.2016.01.04
5. ГОСТ 4784–97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 2000–07–01. — М. : Изд-во стандартов, 2001.
6. Курдюмов А. В., Пикунов М. В. Производство отливок из сплавов цветных металлов : учебник для вузов. — 2-е изд., доп. и перераб. — М. : МИСиС, 1996. — 504 с.
7. Вахромов Р. О., Ткаченко Е. А., Антипов В. В. Закономерности формирования структуры и свойств ковочных сплавов системы Al – Zn – Mg – Cu с различным содержанием основных легирующих компонентов, микродобавок и примесей // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2012. № 5 (36). С. 215–222.
8. Строганов Г. Б. Высокопрочные литейные алюминиевые сплавы. — М. : Металлургия, 1985. — 216 с.
9. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов : пер. с англ. — М. : Металлургия, 1979. — 640 c.
10. Белов А. Ф. Повышение качества и надежности фасонных отливок путем высокотемпературной газостатической обработки // Авиационная промышленность. 1986. № 4. С. 40–42.
11. Копелиович Б. А. Исследование механизма и кинетики устранения пор в отливках из алюминиевых сплавов при высокотемпературной газостатической обработке // Авиационная промышленность. 1988. № 9. С. 50–52.
12. Ceschini L., Morri A., Sambogna G. The effect of hot isostatic pressing on the fatigue behavior of sand-cast A356-T6 and A204-T6 aluminum alloys // Journal of materials processing technology. 2008. No. 204. P. 231–238.
13. Staley J. T. Jr., Tiryakioglu M., Campbell John. The effect of hot isostatic pressing (HIP) on the fatigue life of A206-T71 aluminum
castings // Materials Science and Engineering : A. 2007. No. 465. P. 136–145.
14. Petrov P., Konstantinova S., Buchvarov G., Petrov I. Hot isostatic pressing treatment of AlSi7Mg aluminium alloy // J. Mater. Sci. and Technol. 1994. No. 2. P. 26–33.
15. Падалко А. Г., Белов Н. А., Веселов А. Н., Таланова Г. В. Термография фазовых превращений в доэвтектическом силумине Al – 7 % Si – 0,5 % Mg при высоких давлениях и температуре // Металлы. 2009. № 1. С. 73–78.
16. Падалко А. Г. Практика горячего изостатического прессования неорганических материалов. — М. : Академкнига, 2007. — 267 с.
17. Kazuaki Mita, Takashi Ikeda, Masafumi Maeda. Phase diagram study of Fe – Zn intermetallics // Journal of Phase Equilibria. 2001. Vol. 22, No. 2. P. 122–125.
18. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 1997–01–01. — М. : Изд-во стандартов, 1993.
19. Пат. 2484168 РФ. Высокопрочный экономнолегированный сплав на основе алюминия / Белов Н. А., Белов В. Д., Алабин А. Н., Злобин Г. С., Мишуров С. С. ; заявл. 21.02.2012 ; опубл. 10.06.2013, Бюл. № 16.
20. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 1986–01–01.
21. Yan Liu, Daming Jiang, Wenlong Xie, Jie Hu, Boran Ma. Solidification phases and their evolution during homogenization of a DC cast Al – 8.35Zn – 2.5Mg – 2.25Cu alloy // Materials Characterization. 2014. No. 93. P. 173–183.
22. Yunjia Sh, Qinglin Pan, Mengjia Li, Xing Huang, Bo Li. Effect of Sc and Zr additions on corrosion behavior of Al – Zn – Mg – Cu alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2014. No. 612. P. 42–50.

23. Li Chun Mei, Chen Zhi Qian, Zeng Su Min, Cheng Nan Pu, Chen Tian Xiao. Intermetallic phase formation and evolution during homogenization and solution in Al – Zn – Mg – Cu alloys // Science China. 2014. No. 56. P. 2827–2838.
24. İbrahim Özbek. A study on the re-solution heat treatment of AA 2618 aluminum alloy // Materials Characterization. 2007. Vol. 58, No. 3. P. 312–317.
25. Nový F., Janeček M., Král R. Microstructure changes in a 2618 aluminium alloy during ageing and creep // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 487, No. 1/2. P. 146–151.
26. Пью Х. Л. Механические свойства материалов под высоким давлением. Т. 1 / под ред. Е. Г. Понятовского. — М. : Мир, 1973. — 296 с.
27. Mikhaylovskaya A. V., Kotov A. D., Pozdniakov A. V., Portnoy V. K. A high-strength aluminium-based alloy with advanced superplasticity // Journal of Alloys and Compounds. 2014. No. 599. P. 139–144.