Баротермические анализ и обработка, пластическое деформирование, микроструктура и свойства двойных сплавов Al–Zn

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведены дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) при атмосферном давлении и дифференциальный баротермический анализ (ДБА) при ~ 100 МПа в области температуры плавления двойных сплавов, Al–4Zn и Al–9Zn (мас. %). Установлено несколько завышенное значение температуры солидуса сплавов по данным ДСК по сравнению с равновесной фазовой диаграммой, связанное с неравновесными условиями эксперимента. С использованием методики ДБА при 100 МПа по кривым нагрева установлены завышенные температуры солидуса на 18 и 16 °С и завышенные температуры ликвидуса на 25 и 11 °С для сплавов Al–4Zn и Al–9Zn соответственно при сравнении с аналогичными температурами равновесной фазовой диаграммы Al–Zn. В результате баротермической обработки (БТО) при температуре ~ 0.8 ts в цикле с параметрами 100 МПа/460 °С/3 ч в сплавах происходит частичный распад твердого раствора с появлением частиц Zn в матрице алюминия, при этом в сплаве Al–9Zn концентрация частиц Zn больше на 76%. Предложена термодинамическая модель мотивированного внешним давлением распада твердого раствора Al. Установлен преимущественно экспоненциальный характер распределения частиц Zn в алюминиевой матрице по размерам с эквивалентными диаметрами частиц в интервале 0.11–0.3 мкм. Обнаружено полное растворение цинка в исходном литом сплаве Al–4Zn, при этом для сплава Al–9Zn концентрация частиц цинка в исходном литом состоянии составляет 3.0×1011 см–3. После БТО концентрация преципитатов при частичном распаде твердого раствора Al достигает значений 2.5х1011 и 4.4×1011 см–3 для Al–4Zn и Al–9Zn соответственно. Определены значения микротвердости для различных состояний сплавов с максимальными величинами 383±7 и 607±28 МПа для холоднодеформированных Al–4Zn и Al–9Zn соответственно. Пределы текучести и прочности, а также относительное удлинение сплавов в результате БТО+холодное деформирование имели значения: 106.5 МПа, 122.8 МПа, 14.8% (сплав Al–4Zn) и 174.9 МПа, 183 МПа, 13.2% (сплав Al–9Zn) с возможным повышением в результате искусственного старения.Показана возможность управления микроструктурой и свойствами цинксодержащих сплавов на основе алюминия при использовании БТО (горячего изостатического прессования).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. С. Пыров

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: padalko@inbox.ru
Россия, Москва

Р. Д. Карелин

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: padalko@inbox.ru
Россия, Москва

О. С. Антонова

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: padalko@inbox.ru
Россия, Москва

А. Г. Падалко

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: padalko@inbox.ru
Россия, Москва

В. С. Юсупов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: padalko@inbox.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник /Под ред. Лякишева Н.П. Т. 1–4. М.: Машиностроение, 1996.
  2. Tao K., Xu J., Zhang D., Zhang A., Su G., Zhang J. Effect of Final Thermomechanical Treatment on the Mechanical Properties and Microstructure of T Phase Hardened Al-5.8Mg-4.5Zn-0.5Cu Alloy // Materials. 2023. V. 16. P. 3062. https://doi.org/10.3390/ma16083062
  3. Cui J., Tang Z., Yu M., Hu J., Chen X., Xu Z., Zeng J. Effect of Heat Treatment on Microstructural Evolution and Microhardness Change of Al-5Zn-0.03In-1Er Alloy // Metals. 2022. V. 12. P. 370. https://doi.org/10.3390/met12030370
  4. Yang S.L., Xu C., Lin Q.L., Ding B. Investigation on Microstructure and Fatigue Behavior of Al-5Zn-2Mg High Strength Aluminum Alloy with T5 Heat Treatment // Phys. Procedia. 2013. V. 50. P. 19–24.
  5. Tao J. Q., Zhao G. Z., Huang Z. W., Li M., Xing Z. H. Investigation on the Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Semi-solid Al-5Zn-3Mg-2Cu Аlloy Based on Recrystallization and Partial Remelting // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 770 P. 012011. https://doi.org/10.1088/1757-899X/770/1/012011
  6. Tian A., Sun L., Deng Y., Yuan M. Study of the Precipitation Kinetics, Microstructures, and Mechanical Properties of Al-Zn-Mg-xCu Alloys // Metals. 2022. V. 12. P. 1610. https://doi.org/10.3390/met12101610
  7. Sadawy M., Metwally H., Abd El-Aziz H., Adbelkarim A., Mohrez W., Mashaal H., Kandil A. The Role of Sn on Microstructure, Wear and Corrosion Properties of Al-5Zn-2.5Mg-1.6Cu-xSn Alloy // Mater. Res. Express. 2022. V. 9. P. 096507. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ac8cd2
  8. Shah S., Thronsen E., Hatzoglou C., Wenner S., Marioara C., Holmestad R., Holmedal B. Effect of Cyclic Ageing on the Early-Stage Clustering in Al–Zn–Mg(-Cu) Alloys // Mater. Sci. Eng., A. 2022. V. 846. P. 143280. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143280
  9. Kumar V.A., Bhat R.R., Sharma R.C. Age Hardening Behavior in Al-8Zn-2Mg-2Cu Wrought Aluminum Alloy // Mater. Sci. Forum. 2012. V. 710. P. 527–532. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.710.527
  10. Wu C., Feng D., Ren J., Zang Q., Li J., Liu S., Zhang X. Effect of Non-Isothermal Retrogression and Re-Ageing on Through-Thickness Homogeneity of Microstructure and Properties of Al-8Zn-2Mg-2Cu Alloy Thick Plate // J. Cent. South Univ. 2022. V. 29 P. 960–972. https://doi.org/10.1007/s11771-022-4960-6
  11. Zhang Q., Wu Y., Li T., Qiu C., Wang S., Fan F., Teng H., Liu C.. Liu H., Ma A., Jiang J. Significant Enhancement in Tensile Strength of Room-Temperature Rolled Al–8Zn–1Mg Alloy Induced by Profuse Microbands // Mater. Sci. Eng., A. 2022. V. 861(8). P. 144359. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144359
  12. Bobruk E.V., Sauvage X., Enikeev N.A., Straumal B.B., Valiev R.Z. Mechanical Behavior of Ultrafine-Grained Al-5Zn, Al-10Zn, Al-30Zn Alloys // Rev. Adv. Mater. Sci. 2015. V. 43. P. 45–51.
  13. Jia H., Piao Y., Zhu K., Yin C., Zhou W., Li F., Zha M. Thermal Stability and Mechanical Properties of Al-Zn and Al-Bi-Zn Alloys Deformed by ECAP // Metals. 2021. V. 11. P. 2043. https://doi.org/10.3390/met11122043
  14. Song Z., Niu R., Cui X., Bobruk E. V., Murashkin Yu. M., Enikeev N. A. Gu J., Song M., Bhatia V., Ringer S.P., Valiev R.Z., Liao X. Mechanism of Room-Temperature Superplasticity in Ultrafine-Grained Al–Zn Alloys // Acta Mater. 2023. V. 246. P. 118671. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118671
  15. Xiao J.J., Liu C.Y., Cao K. Effects of Cold Rolling on the Microstructure and Mechanical Properties of High-Zn-Content Al-Zn-Mg-Sc Alloys // J. Mater. Eng. Perform. 2023. March. https://doi.org/10.1007/s11665-023-08046-6
  16. Ahmed A.Q., Ugi D., Lendvai J., Murashkin M.Yu., Bobruk E.V., Valiev R.Z., Chinh N.Q. Effect of Zn Content on Microstructure Evolution in Al–Zn Alloys Processed by HighPressure Torsion // J. Mater. Res. 2023. V. 38. P. 3602–3612. https://doi.org/10.1557/s43578-023-01088-5
  17. Remsak K., Boczkal S., Limanówka K., Płonka B., ˙ Zyłka K., Wegrzyn M., Lesniak D. Effects of Zn, Mg, and Cu Content on the Properties and Microstructure of Extrusion-Welded Al–Zn–Mg–Cu Alloys // Materials. 2023. V. 16. № 19. P. 6429. https://doi.org/10.3390/ma16196429
  18. Alhamidi A.A., Edalati K., Horita Z., Hirosawa S., Matsuda K., Terada D. Softening by Severe Plastic Deformation and Hardening by Annealing of Aluminum–Zinc Alloy: Significance of Elemental and Spinodal Decompositions // Mater. Sci. Eng., A. 2014. V. 610. P. 17–27. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.05.026
  19. Mazilkin A.A., Straumal B.B., Rabkin E., Baretzky B., Enders S., Protasova S.G., Kogtenkova O.A., Valiev R. Z. Softening of Nanostructured Al–Zn and Al–Mg Alloys after Severe Plastic Deformation // Acta Mater. 2006. V. 54. № 15. P. 3933–3939. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.04.025
  20. Borodachenkova M., Barlat F., Wen W., Bastos A., Grácio J.J. A Microstructure-Based Model for Describing the Material Properties of Al–Zn Alloys during High Pressure Torsion // Int. J. Plast. 2015. V. 68. P. 150–163. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2014.01.009
  21. Mazilkin A.A., Straumal B.B., Borodachenkova M.V., Valiev R.Z, Kogtenkova O.A. Gradual Softening of Al–Zn Alloys during High-Pressure Torsion // Mater. Lett. 2012. V. 84. P. 63–65. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2012.06.026
  22. Song Z., Niu R., Cui X., Bobruk E. V., Murashkin M. Yu., Enikeev N., Gu J., Song M., Bhatia V., Ringer S. P., Valiev R.Z., Liao X. Mechanism of Room-Temperature Superplasticity in Ultrafine-Grained Al–Zn Alloys // Acta Mater. 2023. V. 246. P. 118671. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118671
  23. Valiev R. Z., Murashkin M. Yu., Kilmametov A. R., Straumal B., Chinh N. Q., Langdon T. G. Unusual Super-Ductility at Room Temperature in an Ultrafine-Grained Aluminum Alloy // J. Mater. Sci. 2010. V. 45. P. 4718–4724. https://doi.org/10.1007/s10853-010-4588-z

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фрагмент фазовой диаграммы Al–Zn [1] с составами исследованных двойных сплавов (показаны температуры солидуса и ликвидуса для синтезированных сплавов)

Скачать (49KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ДСК-кривые плавления–кристаллизации при атмосферном давлении двойных сплавов Al–4Zn (а) и Al–9Zn (б): 1 – кривые нагрева, 2 – кривые охлаждения

Скачать (113KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ДБА-кривые плавления–кристаллизации при давлении 100 МПа двойных сплавов Al–4Zn (а) и Al–9Zn (б): 1 – кривые нагрева, 2 – кривые охлаждения

Скачать (113KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микроструктура исходного сплава Al–4Zn: ОМ (а) и СЭМ (б)

Скачать (159KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Микроструктура исходного сплава Al–9Zn: ОМ (а) и СЭМ (б); гистограмма распределения частиц Zn по размерам (в)

Скачать (176KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Микроструктура (а, б) и гистограмма распределения частиц Zn по размерам (в) сплава Al–4Zn после БТО

Скачать (184KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Микроструктура (а, б) и гистограмма распределения частиц Zn по размерам (в) сплава Al–9Zn после БТО (90 МПа/460 °С/3 ч): а – ОМ, б – СЭМ

Скачать (232KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Типичные кривые σ = f(δ) для двойных сплавов Al–4Zn (а) и Al–9Zn (б) после БТО (90 МПа/460 °С/3 ч) и пластического деформирования

Скачать (76KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024