Международный коллектив ученых из НИТУ МИСИС и Университета Аль-Азхар (Египет) разработали новый сплав на основе алюминия, механические и литейные свойства которого подходят для отраслей, где требуются высокоэффективные материалы: аэрокосмическая и автомобильная промышленность, а также строительная инженерия. Исследователи усовершенствовали состав сплава, добавив в него хром, что в первую очередь позволило повысить пластичность материала.
Сплавы алюминия с медью и магнием известны своей прочностью. Однако в работе с ними можно встретиться с такими проблемами, как образование трещин из-за низких литейных свойств. Эту проблему можно решить двумя способами. Первый — использование различных добавок, которые могут позволить снизить склонность к образованию горячих трещин. Одной из них является никель, и хотя он повышает литейные свойства сплава, появляется другой недостаток — материал становится менее прочным после термической обработки.
Второй способ — поиск новых систем легирования, который включает в себя исследование взаимодействия между различными элементами и их комбинирование. Наиболее перспективными для разработки высокоэффективных сплавов оказались тройные системы, такие как алюминий и медь в сочетании с церием, иттрием, эрбием или гадолинием.
Исследователи разработали новые литые алюминиевые сплавы, в которых достигнут баланс между механическими и литейными свойствами с помощью инновационных систем легирования. В 2018 году в журнале Materials Science and Technology (Q2) впервые была опубликована концепция возможности создания новых литейных жаропрочных алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-медь-иттрий. Впоследствии эта же концепция применена для новых систем легирования, в которых иттрий был заменен на эрбий, иттербий или гадолиний.
«Мы провели исследование по разработке новых алюминиевых сплавов, сочетающих высокий уровень литейных свойств и прочности при комнатной и повышенной температурах. Замена марганца на хром в ранее разработанной композиции позволила повысить пластичность при сохранении характеристик прочности», — рассказал к.т.н. Андрей Поздняков, доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС.
Как описано в научном журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1), на пластичность влияет размер зерен в сплаве, и именно сочетание циркония, хрома и титана позволяет получить мелкозернистую структуру. Интервал кристаллизации стал более узким. Это помогает точнее определить диапазон температур, при которых вещество переходит из жидкого состояния в твердое. Эрбий способствовал повышению прочности и повлиял на предел текучести.
«Новый сплав имеет высокую прочность, жаропрочность и технологичность при литье. Такое удачное сочетание обычно несочетаемых характеристик делает сплав универсальным и способным составить конкуренцию промышленным аналогам», — добавил Андрей Поздняков.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект №
