Frontier Materials & Technologies. 2023; : 9-17
Влияние термической обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Al–Mg–Si–Sc–Zr с избытком Si
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-4-66-1Аннотация
В работе исследовался сплав Al–Mg–Si, не содержащий скандия и циркония, а также сплав Al–Mg–Si–Sc–Zr с избытком кремния. Для сплава Al0,3Mg1Si0,3Sc0,15Zr была проведена многоступенчатая термическая обработка, включающая в себя отжиг при температуре 440 °С в течение 8 ч, высокотемпературный отжиг при 500 °С в течение 0,5 ч и искусственное старение при температуре 180 °С с выдержкой 5 ч. Сплав Al0,3Mg1Si подвергался отжигу при 550 °С в течение 8 ч, затем проводилось искусственное старение аналогично сплаву с добавками Sc и Zr. Для изучения тонкой структуры проводилось исследование при помощи просвечивающей электронной микроскопии. В литом состоянии и после каждой стадии термической обработки определялись механические свойства сплавов. Установлено, что в сплаве, легированном Sc и Zr, уже на стадии формирования литой структуры происходит образование частиц Al3Sc. При последующем искусственном старении происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием частиц β" (Mg5Si6), улучшающих механические свойства. Установлено, что в сплаве с содержанием скандия формируется меньше частиц β" (Mg5Si6), в результате его прочностные свойства несколько хуже, чем у базового сплава. Кроме того, данные частицы крупнее, чем в сплаве, не содержащем скандий. Это объясняется тем, что для сплава со скандиевыми добавками невозможно проведение полноценной закалки.
Список литературы
1. Edwards G.A., Stiller K., Dunlop G.L., Couper M.J. The precipitation sequence in Al–Mg–Si alloys // Acta Materialia. 1998. Vol. 46. № 11. P. 3893–3904. DOI: 10.1016/S1359-6454(98)00059-7.
2. Murayama M., Hono K. Pre-precipitate clusters and precipitation processes in Al–Mg–Si alloys // Acta Materialia. 1999. Vol. 47. № 5. P. 1537–1548. DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00033-6.
3. Meyruey G., Massadier V., Lefebvre W., Perez M. Over-ageing of an Al–Mg–Si alloy with silicon excess // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 730. P. 92–105. DOI: 10.1016/j.msea.2018.05.094.
4. Matsuda K., Ikeno S., Terayama K., Matsui H., Sato T., Uetani Ya. Comparison of precipitates between excess Si-type and balanced-type Al–Mg–Si alloys during continuous heating // Metallurgical and materials transactions. 2005. Vol. 36. № 8. P. 2007–2012. DOI: 10.1007/s11661-005-0321-y.
5. Елагин В.И., Захаров В.В., Ростова Т.Д. Перспективы легирования алюминиевых сплавов скандием // Цветные металлы. 1982. № 2. С. 96–99.
6. Dorin T., Ramajayam M., Vahid A., Langan T. Aluminium scandium alloys // Fundamentals of aluminium metallurgy. 2018. P. 439–494. DOI: 10.1016/B978-0-08-102063-0.00012-6.
7. Röyset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys // International Materials Reviews. 2005. Vol. 50. № 1. P. 19–44. DOI: 10.1179/174328005X14311.
8. Lityńska-Dobrzyńska L. Effect of heat treatment on the sequence of phases formation in Al–Mg–Si alloy with Sc and Zr additions // Archives of Metallurgy and Materials. 2006. Vol. 51. № 4. P. 555–560.
9. Mikhaylovskaya A.V., Mochugovskiy A.G., Levchenko V.S., Tabachkova N.Yu., Mufalo W., Portnoy K. Precipitation behavior of L12 Al3Zr phase in Al–Mg–Zr alloy // Materials Characterization. 2018. Vol. 139. P. 30–37. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.02.030.
10. Рохлин Л.Л., Бочвар Н.Р., Табачкова Н.Ю., Суханов А.В. Влияние скандия на кинетику и упрочнение при старении сплавов системы Al-Mg2Si // Технология легких сплавов. 2015. № 2. C. 53–62. EDN: VKABCF.
11. Vlach M., Smola B., Stulíková I., Očenášek V. Microstructure and mechanical properties of the AA6082 aluminium alloy with small additions of Sc and Zr // International journal of materials research. 2009. Vol. 100. № 3. P. 420–423. DOI: 10.3139/146.110022.
12. Jiang Shengyu, Wang Ruihong. Grain size-dependent Mg/Si ratio effect on the microstructure and mechanical/electrical properties of Al–Mg–Si–Sc alloys // Journal of Materials Science & Technology. 2019. Vol. 35. № 7. P. 1354–1363. DOI: 10.1016/j.jmst.2019.03.011.
13. Cabibbo M., Evangelista E. A TEM study of the combined effect of severe plastic deformation and (Zr),(Sc+Zr)-containing dispersoids on an Al–Mg–Si alloy // Journal of materials science. 2006. Vol. 41. P. 5329–5338. DOI: 10.1007/s10853-006-0306-2.
14. Gao Y.H., Kuang J., Zhang Jinyu, Liu G., Sun J. Tailoring precipitation strategy to optimize microstructural evolution, aging hardening and creep resistance in an Al–Cu–Sc alloy by isochronal aging // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 795. Article number 139943. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139943.
15. Aryshenskii E., Lapshov M., Hirsh J., Konovalov S., Bazhenov V., Drits A., Zaitsev D. Influence of the small Sc and Zr additions on the as-cast microstructure of Al–Mg–Si alloys with excess silicon // Metals. 2021. Vol. 11. № 11. Article number 1797. DOI: 10.3390/met11111797.
Frontier Materials & Technologies. 2023; : 9-17
The influence of thermal treatment on microstructure and mechanical properties of the Si-rich Al–Mg–Si–Sc–Zr alloy
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-4-66-1Abstract
The paper studies the Al–Mg–Si alloy that does not contain scandium and zirconium, as well as the silicon-rich Al–Mg–Si–Sc–Zr alloy. Multistage thermal treatment was carried out for the Al0.3Mg1Si0.3Sc0.15Zr alloy, which included annealing at a temperature of 440 °C for 8 h, high-temperature annealing at 500 °C for 0.5 h, and artificial aging at a temperature of 180 °C with soaking for 5 h. The Al0.3Mg1Si alloy was annealed at 550 °C for 8 h, and then artificial aging was carried out similarly to the alloy with Sc and Zr additives. To study the fine structure, transmission electron microscopy was used. In the as-cast condition and after each stage of thermal treatment, the mechanical properties of the alloys were determined. It has been found that in an alloy doped with Sc and Zr, the formation of Al3Sc particles occurs already at the stage of formation of the cast structure. During subsequent artificial aging, the supersaturated solid solution decomposes with the formation of β" (Mg5Si6) particles improving mechanical properties. It has been found that in the scandium-containing alloy, fewer β" (Mg5Si6) particles are formed, as a result of which its strength properties are slightly worse than those of the base alloy are. Moreover, these particles are larger than in an alloy that does not contain scandium. This is explained by the fact that complete quenching is impossible for an alloy with scandium additives.
References
1. Edwards G.A., Stiller K., Dunlop G.L., Couper M.J. The precipitation sequence in Al–Mg–Si alloys // Acta Materialia. 1998. Vol. 46. № 11. P. 3893–3904. DOI: 10.1016/S1359-6454(98)00059-7.
2. Murayama M., Hono K. Pre-precipitate clusters and precipitation processes in Al–Mg–Si alloys // Acta Materialia. 1999. Vol. 47. № 5. P. 1537–1548. DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00033-6.
3. Meyruey G., Massadier V., Lefebvre W., Perez M. Over-ageing of an Al–Mg–Si alloy with silicon excess // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 730. P. 92–105. DOI: 10.1016/j.msea.2018.05.094.
4. Matsuda K., Ikeno S., Terayama K., Matsui H., Sato T., Uetani Ya. Comparison of precipitates between excess Si-type and balanced-type Al–Mg–Si alloys during continuous heating // Metallurgical and materials transactions. 2005. Vol. 36. № 8. P. 2007–2012. DOI: 10.1007/s11661-005-0321-y.
5. Elagin V.I., Zakharov V.V., Rostova T.D. Perspektivy legirovaniya alyuminievykh splavov skandiem // Tsvetnye metally. 1982. № 2. S. 96–99.
6. Dorin T., Ramajayam M., Vahid A., Langan T. Aluminium scandium alloys // Fundamentals of aluminium metallurgy. 2018. P. 439–494. DOI: 10.1016/B978-0-08-102063-0.00012-6.
7. Röyset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys // International Materials Reviews. 2005. Vol. 50. № 1. P. 19–44. DOI: 10.1179/174328005X14311.
8. Lityńska-Dobrzyńska L. Effect of heat treatment on the sequence of phases formation in Al–Mg–Si alloy with Sc and Zr additions // Archives of Metallurgy and Materials. 2006. Vol. 51. № 4. P. 555–560.
9. Mikhaylovskaya A.V., Mochugovskiy A.G., Levchenko V.S., Tabachkova N.Yu., Mufalo W., Portnoy K. Precipitation behavior of L12 Al3Zr phase in Al–Mg–Zr alloy // Materials Characterization. 2018. Vol. 139. P. 30–37. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.02.030.
10. Rokhlin L.L., Bochvar N.R., Tabachkova N.Yu., Sukhanov A.V. Vliyanie skandiya na kinetiku i uprochnenie pri starenii splavov sistemy Al-Mg2Si // Tekhnologiya legkikh splavov. 2015. № 2. C. 53–62. EDN: VKABCF.
11. Vlach M., Smola B., Stulíková I., Očenášek V. Microstructure and mechanical properties of the AA6082 aluminium alloy with small additions of Sc and Zr // International journal of materials research. 2009. Vol. 100. № 3. P. 420–423. DOI: 10.3139/146.110022.
12. Jiang Shengyu, Wang Ruihong. Grain size-dependent Mg/Si ratio effect on the microstructure and mechanical/electrical properties of Al–Mg–Si–Sc alloys // Journal of Materials Science & Technology. 2019. Vol. 35. № 7. P. 1354–1363. DOI: 10.1016/j.jmst.2019.03.011.
13. Cabibbo M., Evangelista E. A TEM study of the combined effect of severe plastic deformation and (Zr),(Sc+Zr)-containing dispersoids on an Al–Mg–Si alloy // Journal of materials science. 2006. Vol. 41. P. 5329–5338. DOI: 10.1007/s10853-006-0306-2.
14. Gao Y.H., Kuang J., Zhang Jinyu, Liu G., Sun J. Tailoring precipitation strategy to optimize microstructural evolution, aging hardening and creep resistance in an Al–Cu–Sc alloy by isochronal aging // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 795. Article number 139943. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139943.
15. Aryshenskii E., Lapshov M., Hirsh J., Konovalov S., Bazhenov V., Drits A., Zaitsev D. Influence of the small Sc and Zr additions on the as-cast microstructure of Al–Mg–Si alloys with excess silicon // Metals. 2021. Vol. 11. № 11. Article number 1797. DOI: 10.3390/met11111797.
