НИТУ «МИСиС», кафедра обработки металлов давлением, Москва, Россия:

Н. А. Белов, главный научный сотрудник, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: nikolay-belov@yandex.ru
П. К. Шуркин, инженер, канд. техн. наук, эл. почта: pa.shurkin@gmail.com
Н. О. Короткова, инженер, канд. техн. наук, эл. почта: darkhopex@mail.ru
С. О. Черкасов, инженер, эл. почта: ch3rkasov@gmail.com

Представлены результаты анализа структуры и свойств стандартного сплава 1201 (Cu:Mn = 18,3) и модельного сплава 2Mn2Cu (Cu:Mn = 1,1) как в литом состоянии, так и после различных режимов термодеформационной обработки, включая отжиг при температурах 250–400 ^oC. Показано, что даже после высокотемпературной гомогенизации при 540 ^oC слиток сплава 1201 не подвержен качественной холодной деформации, в связи с чем для получения полуфабрикатов необходима горячая прокатка. В то же время из слитка сплава 2Mn2Cu были получены холоднокатаные листы со степенью обжатия 95 % без промежуточных отжигов. С использованием расчета в программе Thermo-Calc показано, что с увеличением температуры до 400 ^oC в модельном сплавe образуется более 8 % (мас.) дисперсоидов фазы Al₂₀Cu₂Mn₃, более эффективной для сдерживания процесса рекристаллизации, чем выделения фазы Al₂Cu, которые в преобладающем количестве (~7 % (мас.)) присутствуют в сплаве 1201. Результаты расчета были подтверждены электронно-микроскопическими исследованиями. После холодной прокатки структура обоих сплавов содержит компактные включения интерметаллидов, а зеренная структура проявляет характерную волокнистость. Марочный сплав на стадии нагрева под закалку претерпевал рекристаллизацию, а после отжига при 400 ^oC обнаружено огрубление вторичных выделений фазы Al₂Cu. Зеренная структура модельного сплава после ступенчатого отжига до 400 ^oC осталась неизменной, что обусловлено наличием частиц Al₂₀Cu₂Mn₃ размером менее 100 нм. Такая разница особенно влияет на механические свойства. В состоянии максимального упрочнения сплав 1201 имеет высокие прочностные свойства (σ_в = 431 МПа, 0,2 = 310 МПа, HV = 140). После отжига при 400 ^oC свойства деградируют до уровня σ_в = 227 МПа, 0,2 = 86 МПа, HV = 55. После ступенчатого отжига до 400 ^oC модельный сплав претерпевал умеренное разупрочнение по временному сопротивлению (371 МПа против 277 МПа) при значительном повышении относительного удлинения (11,5 против 2,7 %). По результатам работы можно утверждать, что трехкомпонентный модельный сплав, содержащий по 2 % меди и марганца, является перспективной основой для разработки термостойких алюминиевых сплавов, не требующих гомогенизации и закалки.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 20-19-00249.

1. Polmear I., StJohn D., Nie J. F., Qian M. Physical metallurgy of aluminium alloys / Metallurgy of the Light Metals. — Elsevier, 2017. P. 31–107.
2. Hatch J. E. Aluminum properties and physical metallurgy // American Society for Metals, Metals Park. — Ohio, 1984. — 424 p.
3. Mansurov Yu. N., Buravlev I. Yu., Belov N. A., Sannikov A. V. Optimization of composition and properties of heatresistant complex-alloyed aluminum alloy castings // Non-Ferrous Metalls. 2015. No. 2. P. 48–55. DOI: 10.17580/nfm.2015.02.09.
4. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 01.09.2019. — М. : Издательство стандартов, 2019.
5. Mondol S., Kashyap S., Kumar S., Chattopadhyay K. Improvement of high temperature strength of 2219 alloy by Sc and Zr addition through a novel three-stage heat treatment route // Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 732. P. 157–166.
6. Mondol S., Alam T., Banerjee R., Kumar S., Chattopadhyay K. Development of a high temperature high strength Al alloy by addition of small amounts of Sc and Mg to 2219 alloy // Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 687. P. 221–231.
7. Dar S. M., Liao H. Creep behavior of heat resistant Al – Cu – Mn alloys strengthened by fine (θ’) and coarse (Al₂₀Cu₂Mn₃) second phase particles // Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 763. P. 138062.
8. Chena J., Liao H., Wu Y., Li H. Contributions to high temperature strengthening from three types of heat-resistant phases formed during solidification, solution treatment and ageing treatment of Al – Cu – Mn – Ni alloys respectively // Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 772. P. 138819.
9. Zhang Y., Lia R., Chen P., Lia X., Liua Z. Microstructural evolution of Al₂Cu phase and mechanical properties of the largescale Al alloy components under different consecutive manufacturing processes // JALCOM. 2019. Vol. 808. P. 151634.
10. Lumley R. N., Morton A. J., Polmear I. J. Enhanced creep performance in an Al – Cu – Mg – Ag alloy through underageing // Acta Materialia. 2002. No. 50. P. 3597–3608.
11. Mondol S., Kumar S., Chattopadhyay K. Effect of thermomechanical treatment on microstructure and tensile properties of 2219 Sc – Mg alloy // Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 759. P. 583–593.
12. Belov N. A., Alabin A. N. Energy Efficient Technology for Al – Cu – Mn – Zr Sheet Alloys // Materials Science Forum. 2013. No. 765. P. 13–17.
13. Belov N. A., Korotkova N. O., Akopyan T. K., Pesin A. M. Phase composition and mechanical properties of Al – 1,5 % Cu – 1,5 % Mn – 0,35 % Zr (Fe, Si) wire alloy // JALCOM. 2019. Vol. 782. P. 735–746.
14. Белов Н. А., Короткова Е. О., Черкасов С. О., Аксенов А. А. Сравнительный анализ электрической проводимости и твердости холоднокатаных листов сплавов Al – 1,5 % Mn и Al – 1,5 % Mn – 1,5 % Cu (% (мас.)) // Цветные металлы. 2020. № 4. С. 70–76. DOI: 10.17580/tsm.2020.04.08.
15. Feng Z. Q., Yang Y. Q., Huang B., Li M. H., Chen Y. X., Ru J. G. Crystal substructures of the rotation-twinned T (Al₂₀Cu₂Mn₃) phase in 2024 aluminum alloy // JALCOM. 2014. Vol. 583. P. 445–451.

16. Kolobnev N. I., Ber L. B., Tsukrov S. L. Heat treatment of Aluminum alloys // RAEA. 2020. — 350 с.
17. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01-01–2003. — М. : Издательство стандартов, 2001.
18. ГОСТ 859–2001. Медь. Марки. — Введ. 01.03.2002. — М. : Издательство стандартов, 2001.
19. ГОСТ 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. — Введ. 01.07.2010. — М. : Издательство стандартов, 2010.
20. ГОСТ 11701–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент. — Введ. 01.01.1986. — М. : Издательство стандартов, 1984.
21. Computation Materials Engineering [Электронный ресурс]. — URL: http://www.thermocalc.com (дата обращения: 30.03.2020).
22. Zupanič F., Wang D., Gspan C., Bončin T. Precipitates in a quasicrystal-strengthened Al – Mn – Be – Cu alloy // Mater. Charact. 2015. Vol. 106. P. 93–99.