Анотація до роботи:

Монастирська Т. О. Вплив легування Sc на стабільність структури сплавів на основі системи Al-Mg. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 – фізика металів. – Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ 2006 р.

Дисертацію присвячено дослідженням кінетики і морфології виділення фаз в ливарних Al-(10-14)%Mg і таких, що деформуються, Al-4,5%Mg сплавах в процесі старіння, впливу Sc на ці процеси, а також вивченню стабільності структурних станів при довготривалій експлуатації. Дослідження проведено методами рентгенографічного, електронномікроскопічного, резистометричного, металографічного, дюрометричного аналізу та механічних випробувань. Показано, що при виборі оптимального режиму гомогенізації легування ливарного сплаву Al-10%Mg скандієм в кількості 0,1-0,15% усуває структурні неоднорідності в просторовому розподілі частинок b- і b- фаз, що виділяються при старінні, уповільнює зародження і ріст цих фаз у всіх температурних інтервалах старіння. В процесі гомогенізації потрійних Al-Mg-Sc сплавів в матриці окрім розчинення b - фази кристалізаційного походжения і зменшення неоднорідності розподілу Mg відбувається розпад з виділенням когерентної Al₃Sc фази. Неоднорідний розподіл цієї фази створює додаткову рушійну силу для міграції границь зерен і викликає ріст зерна. В результаті перекристалізації матриці значно зменшується кількість дефектів кристалізаційного походження. Оскільки такі дефекти є місцями зародження стабільної b- фази, це запобігає утворенню цієї фази і, тим самим, окрихченню сплавів при природному старінні в процесі тривалої експлуатації. При збільшенні вмісту Mg > 10% і Sc > 0,15% подібний ефект не був досягнутий. Доведено, що при складі ливарного сплаву Al-10%Mg-0,1%Sc за рахунок оптимального вибору режимів термообробки (гомогенізації і гартування) забезпечується підвищення характеристик міцності і запобігання втраті пластичності в процесі природного старіння при тривалій експлуатації.

Показано, що при одночасному легуванні сплаву Al-4,5%Mg, що деформується, скандієм і цирконієм або скандієм і гафнієм утворення в процесі старіння композитних частинок типу Al₃Sc/Al₃Х (Х = Zr, Hf) дозволяє підвищити температурну стабільність сплаву за рахунок уповільнення процесів коалесценції і зсуву температурного інтервалу старіння до більш високих температур.

1. Дослідження кінетики і морфології виділення фаз в процесі старіння ливарних Al-(10-14)%Mg сплавів в широкому температурному інтервалі показало, що виділення метастабільної b- і стабільної b - фаз відбувається по переривистому механізму і характеризується неоднорідним розподілом в матриці. b - фаза зароджується автокаталітично і є місцем утворення для стабільної b - фази. Низькотемпературна метастабільна b- фаза виділяється по безперервному механізму і не переходить у високотемпературну метастабільну b - фазу.

   Показано, що головним чинником структурної нестабільності ливарних сплавів Al-Mg є утворення рівноважної b - фази, формування якої зумовлене присутністю в матриці дефектів кристалізаційного походження, які не усуваються в процесі гомогенізації, та залишкові напруження гартування.

   Введення Sc в сплав Al-10%Mg в малих кількостях (0,1-0,15мас.%) забезпечує неоднорідне виділення частинок стабільної фази Al₃Sc безпосередньо в процесі гомогенізації, що викликає прискорення міграції границь зерен і сприяє усуненню дефектів кристалізаційного походження. Зменшення дефектності матричної фази уповільнює процеси зародження і росту знеміцнюючих b- та b - фаз у всіх температурних інтервалах старіння, за рахунок чого стабілізуються процеси коалесценції b- фази, яка зміцнює сплав і уповільнюює процеси деградації його властивостей.

   В сплавах Al-4,5%Mg, що деформуються, при швидкостях охолодження зливків порядку 10С/с можна досягти аномального пересичення сплаву не тільки скандієм, але і цирконієм. При однакових об'ємних долях виділення частинок Al₃Sc і Al₃Zr, частинки Al₃Zr є більш ефективними для подрібнення зерен під час збіркової рекристалізації, а частинки Al₃Sc - для зміцнення сплава за рахунок статичних спотворень гратки матриці.

   При одночасному легуванні сплаву Al-4,5%Mg скандієм і цирконієм в процесі старіння формуються композитні частинки типу Al₃Sc/Al₃Zr, що підвищує термічну стабільність сплавів за рахунок уповільнення процесів коалесценції і переміщення температурного інтервалу старіння до більш високих температур. Оболонка з Al₃Zr фази на Al₃Sc частинці зменшує невідповідність параметрів частинки і матриці, що істотно уповільнює процеси втрати когерентності та процеси коалесценції під час старіння.

Публікації автора:

1. Березина А.Л., Мельникова В.А., Монастырская Т.А., Рудь А.Д., Чуистов К.В. Влияние Sc на стабилизацию метастабильных фаз, образующихся при старении литых сплавов Al-(10-14)% Mg // Металлофиз. Новейшие Технол. - 1995. - Т. 17, N1. - C. 75-78.

2. Березина А.Л., Монастырская Т.А., Чех Е., Чуистов К.В. Сравнительный анализ эффективности частиц Al₃Sc и Al₃Zr в сплавах Al-Mg // Металлофиз. Новейшие Технол. - 1997. - Т. 19, N9. - C. 22-31.

3. Berezina A.L., Chuistov K.V., Monastyrskaya T.A., Schmidt U. Structure of rapidly quenched Al-Sc alloys // Materials Technology. - 2002. - V. 17, N1. - C. 26-29.

4. Березина А.Л., Шмидт У., Монастырская Т.А., Чуистов К.В. Структурные изменения в быстрозакаленных бинарных Al-Sc сплавах // Металлофиз. Новейшие Технол. - 2002. - Т. 24, N2. - C. 221-234.

5. Berezina A.L., Chuistov K.V., Kоtko A.V., Kolobnev N.I., Khokhlatova L.B., Monastyrskaya T.A. Sc in aluminum alloys // Materials Science Forum. - 2002. - V. 396-402. - P. 741-746.

6. Berezina A.L., Schmidt U., Monastyrskaya T.A., Kоtko A.V., Kolobnev N.I. Structural state and decomposition kinetics in rapidly quenched Al-Sc, Al-Mg-Sc alloys // Materials Science Forum. - 2002. - V. 396-402. - P. 763-770.

7. Berezina A.L., Monastyrskaya T.A., Segida E.A., Chuistov K.V. Phenomenon of the Anomalous Supersaturation in Al - Sc, Al - Mg - Sc Alloys Rapid Quenched from the Liquid State // Engineering Mechanics. - 2004. - V. 11, N5. - C. 393-397.

8. Berezina A.L., Monastyrska T.O., Molebny O.A. Structure stabilization Al-(10-14)%Mg alloys during the long-term natural ageing // Materials Science Forum. - 2006. - V. 519-521. - P. 1853-1858.

9. Березіна А. Л., Монастирська Т. О., Молебний О. А. Ливарний cплав на основі Al-Mg. Деклараційний патент на корисну модель № 18538 // „Промислова власність”. – 2006. – №11. .