Национальный исследовательский технологический университет МИСИС (Москва, Россия)

Н. А. Белов, главный научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением (ОМД), докт. техн. наук, профессор, nikolay-belov@yandex.ru
К. А. Цыденов, инженер научного проекта кафедры ОМД, kirillcydenov@yandex.ru
С. О. Черкасов, инженер научного проекта кафедры ОМД, cherkasov@gmail.com
А. Н. Кошмин, доцент, канд. техн. наук, koshmin.an@misis.ru

На примере горячего и холодного листового проката изучено влияние кальция на структуру, деформационную технологичность и механические свойства алюминиевых сплавов, содержащих 6 % (мас.) Cu и 2 % (мас.) Mn. Объектами исследования были четыре экспериментальных сплава, содержащих 6 % Cu, 2 % Mn, а концентрацию кальция варьировали от 0 до 4 %. Плоские слитки экспериментальных сплавов размером 10×40×180 мм, полученные литьем в графитовую изложницу, подвергали горячей прокатке при температуре 450 ^оС до толщины 2 мм, а затем – холодной прокатке до толщины 1 мм. Микроструктура сплава, содержащего 1 % Ca, доэвтектическая, при этом доля эвтектики составляет более половины, а ее строение достаточно тонкое. Эта эвтектика может быть идентифицирована как (Al) + Al₂₇Ca₃Cu₇. В сплавах, содержащих 2 и 4 % Ca, присутствуют первичные кристаллы соединения Al₂₇Ca₃Cu₇ компактной формы, а также эвтектика, которая может быть идентифицирована как (Al) + Al₂₇Ca₃Cu₇ + (Al, Cu)4Ca. Деформационная технологичность сплавов, содержащих до 2 % Ca, была достаточной как при горячей, так и при холодной прокатке. Сравнение с базовой композицией 2 % Cu 2 % Mn показывает заметный рост прочности сплава с добавлением 1 % Ca: значения σ_в и σ_0,2 выше на 15 и 28 % соответственно. На основании полученных данных наилучшим сочетанием деформационной технологичности и механических свойств обладает композиция Al – 6 % Cu – 2 % Mn – 1 % Ca.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 25-19-00002.

1. Ashkenazi D . How aluminum changed the world: A metallurgical revolution through technological and cultural perspectives. Technological Forecasting and Social Change. 2019. Vol. 143. pp. 101–113.
2. Pedneault J., Majeau-Bettez G., Pauliuk S., Margni M. Sector-specific scenarios for future stocks and flows of aluminum: An analysis based on shared socioeconomic pathways. Journal of Industrial Ecology. 2022. Vol. 26, No. 5. pp. 1728–1746.
3. Sivanur K., Umananda K. V., Pai D. Advanced materials used in automotive industry-a review. AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2317. 020032. DOI: 1063/5.0036149
4. Zheng K., Politis D. J., Wang L., Lin J. A review on forming techniques for manufacturing lightweight complex–shaped aluminium panel components. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2018. Vol. 1, Iss. 2. pp. 55–80.
5. Naumova E. A., Rogachev S. O., Sundeev R. V. Effect of severe plastic deformations on structure features and mechanical behavior of Al4Ca intermetallic in Al – 18% Ca alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2021. V. 854. 157117. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.157117
6. Ekaputra C. N., Dunand D. C. Microstructure, phase transformation, and high-temperature mechanical properties of a cast, hypoeutectic Al – 5.5Ca (wt.%) alloy. Materials Science and Engineering: A. 2025. Vol. 943. 148758. DOI: 10.1016/j.msea.2025.148758
7. Bahl S., Wu T., Michi R. A., An K. et al. An additively manufactured neareutectic Al – Ce – Ni – Mn – Zr alloy with high creep resistance. Acta Materialia. 2024. Vol. 268. 119787. DOI: 10.1016/j.actamat.2024.119787
8. Zhang W., Wang M., Yu X., Zhang Z. et al. Microstructure and mechanical properties of a novel lightweight and heat-resistant Al – 3.0Ce – 0.9Ca – 1.9Mn – 1.2Zr alloy fabricated by selective laser melting. Coatings. 2025 Vol. 15, Iss. 2. 247. DOI: 10.3390/coatings15020247
9. GOST 4784–2019. Aluminium and wrought aluminium alloys. Grades. Introduced: 01.09.2019.
10. Bakavos D., Prangnell P. B., Bes B., Eberl F. The effect of silver on microstructural evolution in two 2xxx series Al-alloys with a high Cu:Mg ratio during ageing to a T8 temper. Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 491, Iss. 1–2. pp. 214–223.
11. Mondol S., Kumar S., Chattopadhyay K. Effect of thermo-mechanical treatment on microstructure and tensile properties of 2219ScMg alloy. Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 759. pp. 583–593.
12. 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: A. 2018. Vol. 732. pp. 157–166.
13. He H., Yi Y., Huang S., Zhang Y. Effects of cold predeformation on dissolution of second-phase Al2Cu particles during solution treatment of 2219 Al – Cu alloy forgings. Materials Characterization. 2018. Vol. 135. pp. 18–24.
14. 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: A. 2019. Vol. 763. 138062. DOI: 10.1016/j.msea.2019.138062
15. Tsydenov K. A., Belov N. A. Phase composition and structure of Al – Cu– Mn – Mg – Zn – Fe – Si alloys containing 2% Cu and 1.5% Mn. Physics of Metals and Metallography. 2024. Vol. 125. pp. 709–720. DOI: 10.1134/S0031918X24600556
16. Belov N., Akopyan T., Tsydenov K., Cherkasov S., Avxentieva N. Effect of Fe-bearing phases on the mechanical properties and fracture mechanism of Al – 2wt.%Cu – 1.5wt.%Mn (Mg,Zn) non-heat treatable sheet alloy. Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 11. 1911. DOI: 10.3390/met13111911
17. Belov N., Akopyan T., Tsydenov K., Letyagin N., Fortuna A. Structure Evolution and mechanical properties of sheet Al – 2Cu – 1.5Mn – 1Mg – 1Zn (wt.%) alloy designed for Al20Cu2Mn3 disperoids. Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 8. 1442. DOI: 10.3390/met13081442
18. Belov N. A., Akopyan T. K., Shurkin P. K., Korotkova N. O. Comparative analysis of structure evolution and thermal stability of сommercial AA2219 and model Al – 2 wt%Mn – 2 wt%Cu cold rolled alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 864. 158823. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.158823
19. Naumova E. A. Use of calcium in alloys: from modifying to alloying. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2018. Vol. 59. pp. 284–298.
20. Grobner J., Kevorkov D., Chumak I., Schmid-Fetzer R. Experimental investigation and thermodynamic calculation of ternary Al – Ca – Mg phase equilibria. Zeitschrift Für Metallkunde. 2003. Vol. 94, Iss. 9. pp. 976–982.
21. Naumova E. A., Akopyan T. K., Letyagin N. V., Vasina M. A. Investigation of the structure and properties of eutectic alloys of the Al – Ca – Ni system containing REM. Non-Ferrous Metals. 2018. No. 2. pp. 24–29.
22. Mondal D. P., Jha N., Badkul A., Das S. et al. Effect of calcium addition on the microstructure and compressive deformation behaviour of 7178 aluminium alloy. Materials & Design. 2011. Vol. 32, Iss. 5. pp. 2803–2812.