Влияние легирующих примесей и постоянного магнитного поля на процесс фазообразования и микротвердость алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg при старении
- Авторы: Макеев С.Р.1
-
Учреждения:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
- Выпуск: Том 1 (2024)
- Страницы: 210-211
- Раздел: ЧАСТЬ I. Физика
- URL: https://jdigitaldiagnostics.com/osnk-sr2024/article/view/632764
- ID: 632764
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. Экспериментальные исследования [1, 2] показывают, что постоянное магнитное поле (ПМП) является эффективным фактором контроля и модификации физико-механических свойств материалов, а также может изменять скорость процесса фазообразования. Что, в свою очередь, приводит к изменению микро- и макроструктуры и физико-механических свойств материалов. Кроме этого, немаловажную роль в формировании конструкционных свойств металлических сплавов играют легирующие примеси [3]. Так, в работе [4] обнаружено, что малые добавки легирующей примести повышают микротвердость состаренного металлического сплава в 1,5 раза.
Цель — экспериментальное исследование влияния постоянного магнитного поля и легирующих примесей на микротвердость и фазообразование в техническом алюминиевом сплаве В95пч и модельном алюминиевом сплаве Al-Zn-Mg при старении.
Методы. Образцы сплавов подвергали закалке и последующему старению в вакуумной печи при температуре 140 °С в течение четырех часов, при этом исследовали влияние ПМП с напряженностью 557,0 кА/м. Химический состав сплавов анализировали с помощью сканирующего электронного микроскопа TESCAN VEGA3 SBH, оборудованного системой энергодисперсионного микроанализа. Микротвердость измеряли методом Виккерса с использованием микротвердомера HAUSER, прикладывая нагрузку 100 г в течение семи секунд. Каждое значение микротвердости рассчитывали как среднее из 30 измерений, при этом относительная ошибка среднего значения составляла 2–3 %. Рентгенофазовый анализ проводили с использованием СоКα и FeКα излучений на рентгеновской установке ДРОН-2.
Результаты. Химический состав исследуемых алюминиевых сплавов представлен в табл. 1.
Таблица 1. Химический состав исследуемых сплавов
В95пч | Al-Zn-Mg | ||
Химический элемент | Содержание в сплаве вес. % | Химический элемент | Содержание в сплаве вес. % |
Al | 87,45–91,45 | Al | 91,05–92,5 |
Zn | 5,00–6,50 | Zn | 5,00–6,0 |
Mg | 1,80–2,80 | Mg | 2,00–2,50 |
Cu | 1,40–2,00 | Примеси не более | |
Примеси не более | Fe | 0,2–0,3 | |
Fe | 0,05–0,25 | Ni | <0,01 |
Mn | 0,2–0,6 | SI | <0,15 |
Cr | 0,1–0,25 | Mn | <0,01 |
Si | до 0,1 | Cr | <0,001 |
Ni | до 0,1 | Cu | <0,1 |
Ti | до 0,05 | Всего примесей: <0,55 | |
Всего примесей: <1,35 | |||
Результаты измерений микротвердости представлены в таблице 2.
Старение при наложении постоянного магнитного поля (ПМП) на сплав В95пч приводит к повышению микротвердости на 21 %, что указывает на наличие отрицательного магнитопластического эффекта [5]. В противоположность этому, модельный сплав Al-Zn-Mg при старении в ПМП демонстрирует лишь незначительное изменение микротвердости, которое находится в пределах погрешности измерений. Различия в микротвердости между этими сплавами достигают до 70 кГ/мм2, что подчеркивает значительную роль легирующих элементов в определении механических свойств металлических сплавов.
Таблица 2. Результаты измерения микротвердости алюминиевых сплавов после термической и термомагнитной обработок
Время старения t, ч | Напряженность H, кА/м | В95пч | Al-Zn-Mg | ||
Hμ±∆Hµ, кГ/мм2 | МПЭ | Hμ±∆Hµ, кГ/мм2 | МПЭ | ||
Закалка при 470°C (1 ч) в воду (20°C) | – | 139±2 | – | – | |
Закалка при 550°C (2 ч) в воду (20°C) | 70±2 | ||||
4 | 0 | 152±3 | –21 | 112±3 | –2 |
557,0 | 184±2 | 114±2 | |||
Рентгенофазовый анализ также выявил, что при всех режимах старения дифрактограммы обоих сплавов показывают линии, соответствующие α-твердому раствору на основе алюминия. При этом применение ПМП при старении вызывает уширение этих линий на 0,05°, что объясняется искажением кристаллической решетки из-за увеличения количества дефектов, включая сегрегацию примесей, двойники и упрочняющие фазы. Кроме того, наблюдается смещение линий α-твердого раствора в сторону больших углов на 0,2°, что связано с уменьшением параметра кристаллической решетки, вызванным процессами старения. Сравнение полуширины рентгеновских линий технического и модельного сплавов показало, что в техническом сплаве В95пч она больше на 0,2°, чем в модельном сплаве Al-Zn-Mg, что свидетельствует о ключевой роли легирующей примеси меди в создании более искаженной и деформированной структуры.
Выводы. Установлено наличие отрицательного магнитопластического эффекта, достигающего 21 %, в техническом сплаве, в то время как в модельном алюминиевом сплаве этот эффект практически не проявляется. Дополнительный анализ экспериментальных данных выявил, что легирующая примесь меди, присутствующая в составе алюминиевого сплава В95пч, играет важную роль в создании более искаженной и деформированной структуры, по сравнению с модельным алюминиевым сплавом Al-Zn-Mg.
Полный текст
Обоснование. Экспериментальные исследования [1, 2] показывают, что постоянное магнитное поле (ПМП) является эффективным фактором контроля и модификации физико-механических свойств материалов, а также может изменять скорость процесса фазообразования. Что, в свою очередь, приводит к изменению микро- и макроструктуры и физико-механических свойств материалов. Кроме этого, немаловажную роль в формировании конструкционных свойств металлических сплавов играют легирующие примеси [3]. Так, в работе [4] обнаружено, что малые добавки легирующей примести повышают микротвердость состаренного металлического сплава в 1,5 раза.
Цель — экспериментальное исследование влияния постоянного магнитного поля и легирующих примесей на микротвердость и фазообразование в техническом алюминиевом сплаве В95пч и модельном алюминиевом сплаве Al-Zn-Mg при старении.
Методы. Образцы сплавов подвергали закалке и последующему старению в вакуумной печи при температуре 140 °С в течение четырех часов, при этом исследовали влияние ПМП с напряженностью 557,0 кА/м. Химический состав сплавов анализировали с помощью сканирующего электронного микроскопа TESCAN VEGA3 SBH, оборудованного системой энергодисперсионного микроанализа. Микротвердость измеряли методом Виккерса с использованием микротвердомера HAUSER, прикладывая нагрузку 100 г в течение семи секунд. Каждое значение микротвердости рассчитывали как среднее из 30 измерений, при этом относительная ошибка среднего значения составляла 2–3 %. Рентгенофазовый анализ проводили с использованием СоКα и FeКα излучений на рентгеновской установке ДРОН-2.
Результаты. Химический состав исследуемых алюминиевых сплавов представлен в табл. 1.
Таблица 1. Химический состав исследуемых сплавов
В95пч | Al-Zn-Mg | ||
Химический элемент | Содержание в сплаве вес. % | Химический элемент | Содержание в сплаве вес. % |
Al | 87,45–91,45 | Al | 91,05–92,5 |
Zn | 5,00–6,50 | Zn | 5,00–6,0 |
Mg | 1,80–2,80 | Mg | 2,00–2,50 |
Cu | 1,40–2,00 | Примеси не более | |
Примеси не более | Fe | 0,2–0,3 | |
Fe | 0,05–0,25 | Ni | <0,01 |
Mn | 0,2–0,6 | SI | <0,15 |
Cr | 0,1–0,25 | Mn | <0,01 |
Si | до 0,1 | Cr | <0,001 |
Ni | до 0,1 | Cu | <0,1 |
Ti | до 0,05 | Всего примесей: <0,55 | |
Всего примесей: <1,35 | |||
Результаты измерений микротвердости представлены в таблице 2.
Старение при наложении постоянного магнитного поля (ПМП) на сплав В95пч приводит к повышению микротвердости на 21 %, что указывает на наличие отрицательного магнитопластического эффекта [5]. В противоположность этому, модельный сплав Al-Zn-Mg при старении в ПМП демонстрирует лишь незначительное изменение микротвердости, которое находится в пределах погрешности измерений. Различия в микротвердости между этими сплавами достигают до 70 кГ/мм2, что подчеркивает значительную роль легирующих элементов в определении механических свойств металлических сплавов.
Таблица 2. Результаты измерения микротвердости алюминиевых сплавов после термической и термомагнитной обработок
Время старения t, ч | Напряженность H, кА/м | В95пч | Al-Zn-Mg | ||
Hμ±∆Hµ, кГ/мм2 | МПЭ | Hμ±∆Hµ, кГ/мм2 | МПЭ | ||
Закалка при 470°C (1 ч) в воду (20°C) | – | 139±2 | – | – | |
Закалка при 550°C (2 ч) в воду (20°C) | 70±2 | ||||
4 | 0 | 152±3 | –21 | 112±3 | –2 |
557,0 | 184±2 | 114±2 | |||
Рентгенофазовый анализ также выявил, что при всех режимах старения дифрактограммы обоих сплавов показывают линии, соответствующие α-твердому раствору на основе алюминия. При этом применение ПМП при старении вызывает уширение этих линий на 0,05°, что объясняется искажением кристаллической решетки из-за увеличения количества дефектов, включая сегрегацию примесей, двойники и упрочняющие фазы. Кроме того, наблюдается смещение линий α-твердого раствора в сторону больших углов на 0,2°, что связано с уменьшением параметра кристаллической решетки, вызванным процессами старения. Сравнение полуширины рентгеновских линий технического и модельного сплавов показало, что в техническом сплаве В95пч она больше на 0,2°, чем в модельном сплаве Al-Zn-Mg, что свидетельствует о ключевой роли легирующей примеси меди в создании более искаженной и деформированной структуры.
Выводы. Установлено наличие отрицательного магнитопластического эффекта, достигающего 21 %, в техническом сплаве, в то время как в модельном алюминиевом сплаве этот эффект практически не проявляется. Дополнительный анализ экспериментальных данных выявил, что легирующая примесь меди, присутствующая в составе алюминиевого сплава В95пч, играет важную роль в создании более искаженной и деформированной структуры, по сравнению с модельным алюминиевым сплавом Al-Zn-Mg.
Об авторах
Сергей Романович Макеев
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Автор, ответственный за переписку.
Email: seregazd30@yandex.ru
студент, группа 4201-030402D, физический факультет
Россия, СамараСписок литературы
- Luo J., Luo H., Liu C., et al. Effect of magnetic field on precipitation kinetics of an ultrafine grained Al–Zn–Mg–Cu alloy // Mater Sci Eng. 2020. Vol. 798. ID 139990. doi: 10.1016/j.msea.2020.139990
- Luo J., Luo H., Zhao T., Wang R. Effect of magnetic field on dislocation morphology and precipitation behaviour in ultrafine-grained 7075 aluminium alloy // J Mater Sci Technol. 2021. Vol. 93. P. 128–146. doi: 10.1016/j.jmst.2021.03.016
- Замятин В.М., Грачев С.В., Гриненко М.А., и др. Рациональное легирование и модифицирование алюминиевых сплавов на основе систем Al-Cu-Mg-Mn и Al-Zn-Mg-Cu // Известия вузов. Нефть и газ. 2011. № 3. C. 104–110. EDN: NWBLON
- Осинская Ю.В., Покоев А.В., Петров С.С. Влияние малых добавок никеля на магнитопластический эффект в состаренных медно-бериллиевых сплавах // Известия РАН. Серия физическая. 2013. Т. 77, № 9. С. 1256–1259. EDN: RBUTOX doi: 10.7868/S0367676513090330
- Молоцкий М.И. Отрицательный магнитопластический эффект в немагнитных кристаллах // Физика твердого тела. 1993. Т. 35, № 1. С. 11–14.
Дополнительные файлы
