Влияние легирующих примесей и постоянного магнитного поля на процесс фазообразования и микротвердость алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg при старении

Full Text

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.

About the authors

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Author for correspondence.
Email: seregazd30@yandex.ru

студент, группа 4201-030402D, физический факультет

Russian Federation, Самара

References

Supplementary files