Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2022(13))

Сплавы на основе алюминия представляют собой класс конструкционных материалов, которые широко используются практически во всех отраслях промышленности, а сочетание высокого уровня механических свойств с малым удельным весом, характерное для ряда алюминиевых сплавов, определяет их исключительную важность для использования в аэрокосмической отрасли и транспортном машиностроении. Следовательно, разработка новых подходов к созданию высокопрочных материалов на основе Al представляет не только чисто научный интерес, но и во многом определяет темпы развития этих и некоторых других областей промышленности. Использование традиционных методик разработки сплавов (легирования и термической обработки) позволили создать группу высокопрочных сплавов системы Al — Zn — Mg — Cu c достаточно высоким пределом прочности вплоть до 700 МПа [1], однако их прочностные характеристики резко снижаются при температурах выше 150 оС, поскольку высокая диффузионная подвижность атомов легирующих элементов обусловливает огрубление структурных составляющих. Для повышения термической устойчивости структуры алюминиевых сплавов более перспективным представляется легирование переходными элементами (ПМ), имеющими существенно более низкие коэффициенты диффузии [2], однако низкая растворимость ПМ в твёрдом алюминии не позволяет в полной мере реализовать механизмы твердорастворного упрочнения и повышения прочности за счёт формирования дисперсных продуктов распада твёрдых растворов. Эффективным методом повышения растворимости является кристаллизация расплавов с высокими (> 10 4 K / c) скоростями охлаждения, применение которой позволило получить сильно пересыщенные твёрдые растворы в широком круге сплавов алюминия с переходными металлами [3]. Дополнительным достоинством быстроохлаждённых сплавов на основе Al является мелкокристаллическая структура, что является одним из факторов, повышающих прочность. Однако высокие скорости охлаждения могут быть достигнуты только в образцах, имеющих малые (< 1 мм) геометрические размеры, которые нуждаются в последующей консолидации. Многочисленные эксперименты по консолидации быстроохлаждённых материалов традиционными методами порошковой металлургии (горячим прессованием, экструзией) показали, что полная консолидация дисперсных материалов достигается в температурных диапазонах, в которых происходят процессы распада неравновесных состояний и деградация свойств [3, 4]. С этой точки зрения более эффективными оказались процессы интенсивной пластической деформации [5], в которых пластическое течение материала обеспечивает консолидацию при существенно более низких, вплоть до комнатной, температурах [ 6 , 7]. Кроме этого, интенсивная пластическая деформация приводит к ряду структурных изменений, в частности, к значительному измельчению зёренной структуры [5, 8 ] или частичной кристаллизации аморфных фаз [ 6 , 7], что вносит дополнительный вклад в повышение прочностных характеристик консолидированных образцов. Эксперименты по консолидации быстроохлажденных сплавов Al 99 , 55 Zr 0,45 [9], Al 95 , 1 Cr 2 ,sMo 1 , 4 Ti 0 , 4 Zr 0 , 3 V 0,3 [ 1 0 ] и Al 95 ,sMn 3 , 8 Fe 0,4 [ 1 1 ] с использованием одного из наиболее эффективных методов интенсивной пластической деформации — кручения под высоким давлением (КВД) [12] — показали, что микротвёрдость деформированных образцов была примерно в 2, 1,4 и в 2,2 раза выше, чем исходных. Из анализа видно, что основными факторами, определяющими упрочнение, являются диспергирование зёрен твердого раствора на основе Al и интерметаллических соединений, а также повышение уровня микронапряжений. Достигнутые в деформированных образцах значения микротвёрдости 1,5—2,7 ГПа являются высокими для низколегированных сплавов алюминия, поэтому с практической точки зрения представляется интересным не только изучить факторы, влияющие на уровень прочностных свойств, но и оценить другие механические характеристики, в частности пластичность. Учитывая геометрические размеры консолидированных образцов (диски диаметром 5 мм и толщиной порядка 1 0 0 цш), для оценки механических свойств в настоящей работе был выбран метод испытаний на трёхточечный изгиб, а в качестве объектов исследования в дополнение к двухслойным образцам из быстроохлажденных лент толщиной 50-60 мкм сплава Al 95 ,sMn 3 ,sFe 0 , 4 , изученных в работе [11], были добавлены консолидированные диски, состоящие из двенадцати слоёв фольг чистого Al (> 99,5 мас. %). Как и в работах [10, 11], консолидация пакетов из Al-фольг и быстроохлаждённых лент осуществлялась неограниченным методом КВД [12] путём деформирования на 1 и 4 оборота под давлением 4 ГПа. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 1. С. 223-230. Transactions of the to la Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 223-230. © Свиридова Е. А., Цветков Т. В., Ткаченко В. М., Лимановский А. И., Саяпин В. Н., Васильев С. В., Ткач В. И., 2022 224