Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия:

Э. Х. Ри, зав. кафедрой «Литейное производство и технологии металлов»
Хосен Ри, профессор кафедры «Литейное производство и технологии металлов»
М. В. Колисова, аспирант кафедры «Литейное производство и технологии металлов»

НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

В. Б. Деев, профессор кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», эл. почта: deev.vb@mail.ru

С использованием методов оптической и электронной сканирующей микроскопии и микро рентгено-спектрального анализа изучены особенности формирования структурных составляющих сплава АМ4,5Кд и их свойства под воздействием церия и лантана как модификаторов. Долю модификаторов изменяли от 0,05 до 0,3 % (мас.) с интервалом варьирования 0,05 % (мас.). При модифицировании сплава АМ4,5Кд церием (до 0,1 % (мас.)) и лантаном (0,15 % (мас.)) происходит резкое измельчение структурных составляющих — твердого α-раствора и эвтектики с последующим незначительным укрупнением до 0,3 % (мас.) Ce и La. Установлены закономерности изменения состава твердого α-раствора, эвтектики разного состава и различного происхождения и их микротвердости в зависимости от доли добавки церия и лантана. В немодифицированном и модифицированном сплаве АМ4,5К_д выявлено наличие двух типов твердого α-раствора (α₁ и α₂) вследствие внутридендритной ликвации меди и пяти видов эвтектических составляющих:
1) твердый α₁-раствор с пониженным содержанием меди (0,5–0,7 % (ат.)), как правило, располагается в центре дендритов твердого α-раствора;
2) твердый α₂-раствор с повышенным содержанием меди (1,5–2,0 % (ат.)) располагается на периферии дендритов твердого α-раствора и имеет повышенную нанотвердость (1419 МПа) по сравнению с твердым α₁-раствором (939 МПа). В отличие от исходного и лантановых сплавов АМ4,5К_д в цериевом ослабляется внутридендритная ликвация меди, что свидетельствует о частичной гомогенизации его в процессе кристаллизации сплава;
3) эвтектика без кадмия с пониженным (<10 % (ат.) Cu) и повышенным (>10 % (ат.) Cu) содержанием меди;
4) кадмийсодержащая эвтектика с пониженным (<1,0 % (ат.) Cd) и повышенным (>1,0 % (ат.) Cd) содержанием кадмия;
5) модифицированная Ce- и La-эвтектика кристаллизуется при добавках 0,1 % (мас.) Ce и 0,15 % (мас.) La.
Установлены закономерности изменения состава твердых α-растворов (α₁ и α₂) и эвтектических составляющих, а также их микротвердости в зависимости от доли добавки Ce и La. Увеличение содержания меди в вышеуказанных эвтектиках должно способствовать формированию высокотвердых частиц CuAl₂ и повышению микротвердости эвтектики. При больших добавках церия возможно снижение микротвердости эвтектики вследствие кристаллизации большого количества высокотвердых частиц CuAl₂, приводящих к охрупчиванию эвтектики. Влияние этих двух факторов способствует нивелированию микротвердости в интервале добавок церия 0,1–0,3 % (мас.). Также даны обоснования установленным зависимостям изменения характера распределения элементов в структурных составляющих сплава АМ4,5К_д и их микротвердости от доли добавки лантана.

Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки РФ в рамках гос. задания № 11.3014.2017/4.6 «Исследование возможностей получения РЗМ-содержащих лигатур для модифицирования металлических сплавов». Исследования проводили на оборудовании ЦКП «Прикладное материаловедение» ФГБОУ ВО «ТОГУ» при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки РФ в рамках гос. заданий (№ гос. рег. 11.7208.2017/7.8 и 11.7213.2017/7.8).

1. Огородов Д. В., Трапезников А. В., Попов Д. А. Развитие литейных алюминиевых сплавов в ВИАМ (к 120-летию со дня рождения И. Ф. Колобова) // Труды ВИАМ. 2017. № 2. С. 107–114.
2. Белов Н. А., Алабин А. Н. Перспективные алюминиевые сплавы с повышенной жаростойкостью для авиастроения как возможная альтернатива сталям и чугунам // Сб. конференции «Материалы в машиностроении». 2010. Т. 2 (65). С. 50–54.
3. Квасова Ф. И., Фридляндер И. Н. Промышленные алюминиевые сплавы. — М. : Металлургия, 1984.
4. Алиева С. Г., Альтман М. Б., Амбарцумян С. М. Промышленные алюминиевые сплавы. — М. : Металлургия, 1984.
5. ГОСТ 4784–97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 30.06.2000.
6. Пат. 2521915 РФ. Модификатор / Ри Хосен, Ри Э. Х., Зернова Т. С., Калаушин М. А., Ри В. Э., Ермаков М. А. ; заявл. 28.11.2012 ; опубл. 10.07.2014, Бюл. № 19. — 5 с.
7. Добаткин В. А., Елагин В. И., Федоров В. М. Быстрозакристаллизующиеся алюминиевые сплавы. — М. : ВИЛС, 1995. — 341 с.
8. Xiao-hui Ao, Shu-ming Xing, Bai-shui Yu, Qing-you Han. Effect of Ce addition on microstructures and mechanical properties of A380 aluminum alloy prepared by squeeze-casting // International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2018. Vol. 25, Iss. 5. P. 553–564.
9. Qinglin Li, Tiandong Xia, Yefeng Lan, Wenjun Zhao, Lu Fan, Pengfei Li. Effect of rare earth cerium addition on the microstructure and tensile properties of hypereutectic Al – 20 % Si alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2013. Vol. 562. P. 25–32.
10. Xianchen Song, Hong Yan, Xiaojun Zhang. Microstructure and mechanical properties of Al – 7 Si – 0,7 Mg alloy formed with an addition of (Pr + Ce) // Journal of Rare Earths. 2017. Vol. 35, Iss. 4. P. 412–418.
11. Shi W. X., Gao B., Tu G. F., Li S. W. Effect of Nd on microstructure and wear resistance of hypereutectic Al – 20 % Si alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 508, Iss. 2. P. 480–485.
12. Wuhua Yuan, Z henyu Liang, Chuany ang Zhang, Linjun Wei. Effects of La addition on the mechanical properties and thermalresistant properties of Al – Mg – Si – Zr alloys based on AA 6201 // Materials&Design. 2012. Vol. 34. P. 788–792.
13. Tsai Y. C., Chou C. Y., Jeng R. R., Lee S. L., Lin C. K. Effect of rare earth elements addition on microstructures and mechanical properties of A 356 alloy // International Journal of cast Metals Research. 2013. Vol. 24, No. 2. P. 83–87.
14. Xiao D. H., Wang J. N., Ding D. Y., Yang H. L. Effect of rare earth Ce addition on the microstructure and mechanical properties of an Al – Cu – Mg – Ag alloy // Journal og Alloys and Compounds. 2003. Vol. 352, Iss. 1-2. P. 84–88.
15. Ri H., Ri E. H., Khimukhin S. N., Ermakov M. A., Khimukhin T. S. Production of aluminum alloys modificator from ligature // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 13, Iss. 4. P. 1265–1271.
16. Ри Э. Х., Ри Хосен, Калаушин М. А., Химухин С. Н., Гончаров А. В. Получение эффективных модификаторов для высокопрочного чугуна и Al сплавов // Литейное производство. 2017. № 3. С. 2–5.
17. Ри Х., Ри Э. Х., Гончаров А. В., Славинская Н. А. Исследование РЗМ-содержащей лигатуры для микролегирования литейного сплава Al – Cu // XVII Международная конференция по науке и технологии, Россия – Корея – СНГ. — Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2017. С. 350.
18. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 2003–01–01.
19. ГОСТ 859–78. Медь. Марки. — Введ. 1979–01–01.
20. ГОСТ 1467–93. Кадмий. Технические условия. — Введ. 1997–01–01.
21. ТУ РБ 14744129.004–98. Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов. — URL: http://evtektika.com/ru/production.html#aluminium
22. ТУ РБ 100196035.005–2000. Флюс покровно-рафинирующий. — URL: http://evtektika.com/ru/production.html#aluminium