Thermal stability of microstructure and properties of ingots and fine wires from Al–Zr alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The process of precipitation of Al3Zr particles in cast Al–(0.25–0.4) wt % Zr alloys manufactured by the induction casting method is studied. The effect of zirconium concentration on the microstructural parameters, hardness, and specific electrical resistance (SER) of cast alloys is investigated. The dependences of hardness and SER on the time of cast alloys annealing at 500°C are plotted. The parameters of the Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov equation for alloys with different Zr content are determined. The optimal regimes of cast ingot aging are found. Fine wires with ∅ 0.3 mm are manufactured by the drawing method; their strength, SER, and hardness are studied in the initial state and after heat treatment. The tests of thermal stability of wires are carried out according to the state standard GOST R MEK 62004–2014.

About the authors

A. V. Komelkov

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: nokhrin@nifti.unn.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

A. V. Nokhrin

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: nokhrin@nifti.unn.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

A. A. Bobrov

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: nokhrin@nifti.unn.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

A. N. Sysoev

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: nokhrin@nifti.unn.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod, 603022

References

  1. Телешов В.В., Захаров В.В., Запольская В.В. Развитие алюминиевых сплавов для термостойких проводов с повышенной прочностью и высокой удельной электропроводимостью // Технология легких сплавов. 2018. № 1. С. 15–27.
  2. Pozdniakov A.V., Barkov R.Yu. Microstructure and mechanical properties of novel Al-Y-Sc alloys with high thermal stability and electrical conductivity // J. Mater. Sci. Techn. 2020. V. 36. P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.08.006
  3. Belov N., Akopyan T., Korotkova N., Murashkin M., Timofeev V., Fortuna A. Structure and properties of Ca and Zr containing heat resistance wire aluminum alloy manufactured by electromagnetic casting // Metals. 2021. V. 11. № 2. Р. 236. https://doi.org/10.3390/met11020236
  4. Belov N., Murashkin M., Korotkova N., Akopyan T., Timofeev V. Structure and properties of Al-0.6wt.%Zr wire alloy manufactured by direct drawing of electromagnetically cast wire rod // Metals. 2020. V. 10. № 6. Р. 769. https://doi.org/10.3390/met10060769
  5. Nokhrin A., Shadrina I., Chuvil’deev V., Kopylov V. Study of structure and mechanical properties of fine-grained aluminum alloys Al-0.6wt.%Mg-Zr-Sc with ratio Zr: Sc = 1.5 obtained by cold drawing // Materials. 2019. V. 12. № 2. Р. 316. https://doi.org/10.3390/ma12020316
  6. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Шадрина Я.С., Пискунов А.В., Копылов В.И., Берендеев Н.Н., Чепеленко В.Н. Исследование термической стабильности структуры и механических свойств мелкозернистых проводниковых алюминиевых сплавов Al–Mg–Zr–Sc(Yb) // Металлы. 2020. № 5. С. 64–76.
  7. Барков Р.Ю., Яковцева О.А., Мамзурина О.И., Логинова И.С., Медведева С.В., Просвиряков А.С., Михайловская А.В., Поздняков А.В. Влияние Yb на структуру и свойства электропроводного сплава Al–Y–Sc // ФММ. 2020. Т. 121. Вып. 6. С. 667–672. https://doi.org/10.31857/S0015323020060029
  8. Захаров В.В. О легировании алюминиевых сплавов переходными металлами // Металловедение и термич. обр. металлов. 2017. № 2(740). С. 3–8.
  9. Chayoumabadi M.E., Mochugovskiy A.G., Tabachkova N.Yu., Mikhaylovskaya A.V. The influence of minor additions of Y, Sc, and Zr on the microstructural evolution, superplastic behavior, and mechanical properties of AA6013 alloy // J. Alloys Compounds. 2022. V. 900. Р. 163477. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163477
  10. Захаров В.В. Перспективы создания экономнолегированных скандием алюминиевых сплавов // Металловедение и термич. обр. металлов. 2018. № 3(753). С. 40–44.
  11. Harada Y., Dunand D.C. Microstructure of Al3Sc with ternary rare-earth additions // Intermetallics. 2009. V. 17. № 1–2. P. 17–24. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2008.09.002
  12. Mochugovskiy A.G., Mikhaylovskaya A.V. Comparison of precipitation kinetics and mechanical properties in Zr and Sc-bearing aluminum-based alloys // Mater. Letters. 2020. V. 275. Р. 128096. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128096
  13. Pozdnyakov A.V., Barkov R.Y., Prosviryakov A.S., Churyumov A.Yu., Golovin I.S., Zolotorevskiy V.S. Effect of Zr on the microstructure, recrystallization behavior, mechanical properties and electrical conductivity of the novel Al-Er-Y alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2018. V. 765. P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.06.163
  14. Захаров В.В. Легирование алюминиевых сплавов переходными металлами // Металловедение. 2011. № 1. С. 22–28.
  15. Jiang F., Zhou J., Huang H., Qu J. Characterization of microstructure and mechanical properties in Al–Mg alloy with addition of Sc and Zr // Trans. Nonferrous Metals Soc. of China. 2023. V. 33. P. 1687–1700.
  16. Orlova T.S., Mavlyutov A.M., Latynina T.A., Ubyivovk E., Murashkin M.Yu., Schneider R., Gerthsen D., Valiev R.Z. Influence of severe plastic deformation on microstructure, strength and electrical conductivity of aged Al 0.4Zr(Wt.%) alloy // Rev. Adv. Mater. Sci. 2019. V. 55. № 1. P. 92–101. http://dx.doi.org/10.1515/rams-2018-0032
  17. Orlova T.S., Latynina T.A., Mavlyutov A.M., Murashkin M.Yu., Valiev R.Z. Effect of annealing on microstructure, strength and electrical conductivity of the pre-aged and HPT-processed Al-0.4Zr alloy // J. Alloys Compounds. 2019. V. 784. P. 41–48. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.324
  18. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. М.: Металлургия, 1975. 249 с.
  19. Комельков А.В., Нохрин А.В., Бобров. А.А., Швецова А.А., Сахаров Н.В., Фаддеев М.А. Исследование термической стабильности литых проводниковых микролегированных алюминиевых сплавов // ФММ. 2023. Т. 124. № 6. С. 483–491.
  20. Поздняков А.В., Осипенкова А.А., Попов Д.А., Махов С.В., Напалков В.И. Влияние малых добавок Y, Sm, Gd, Hf и Er на структуру и твердость сплава Al-0.2%Zr-0.1%Sc // Металловедение и термич. обр. металлов. 2016. № 9 (735). С. 25–30.
  21. Barkov R.Y., Mikhaylovskaya A.V., Yakovtseva O.A., Loginova I.S., Prosviryakov A.S., Pozdniakov A.V. Effect of thermomechanical treatment on the microstructure, precipitation strengthening, internal friction, and thermal stability of Al–Er–Yb–Sc alloys with good electrical conductivity // J. Alloys Compounds. 2021. V. 855. Р. 157367.
  22. Mikhaylovskaya A.V., Mochugovskiy A.G., Levchenko V.S., Tabachkova N.Yu., Mufalo W., Portnoy V.K. Precipitation behavior of L12Al3Zr phase in Al-Mg-Zr alloy // Mater. Characteriz. 2018. V. 139. С. 30–37. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.02.030
  23. Захаров В.В., Фисенко И.А. Влияние небольших добавок переходных металлов на структуру и свойства малолегированного сплава Al-Sc // Технология легких сплавов. 2020. № 6. С. 11–19.
  24. Мавлютов А.М., Орлова Т.С., Мурашкин М.Ю., Еникеев Н.А. Влияние состояния границ зерен на эффект пластификации в ультрамелкозернистом сплаве Al-0.4Zr // ФТТ. 2023. Т. 65. № 9. С. 1572–1578. http://dx.doi.org/10.21883/FTT.2023.09.56255.155
  25. Шматко О.А., Усов Ю.В. Структура и свойства металлов и сплавов // Электрические и магнитные свойства металлов. Киев: Наукова думка, 1987. 325 с.
  26. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Смирнова Е.С., Копылов В.И. Исследование механизмов распада твердого раствора в литых и микрокристаллических сплавах системы Al-Sc. III. Анализ экспериментальных данных // Металлы. 2012. № 6. С. 82–91.
  27. Martin J.W. Micromechanisms in Particle-Hardened Alloys. Cambridge: Cambridge University Press, 1980. 167 p.
  28. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. Часть 1. Термодинамика и общая кинетическая теория. М.: Мир, 1978. 806 с.
  29. Чувильдеев В.Н., Смирнова Е.С., Копылов В.И. Исследование механизмов распада твердого раствора в литых и микрокристаллических сплавах системы Al-Sc. II. Модель распада твердого раствора при образовании когерентных частиц второй фазы // Металлы. 2012. № 4. С. 70–84.
  30. Орлова Т.С., Латынина Т.А., Мурашкин М.Ю., Казыханов В.У. Влияние дополнительной интенсивной пластической деформации при повышенных температурах на микроструктуру и функциональные свойства ультрамелкозернистого сплава Al-0.4Zr // ФТТ. 2019. Т. 61. № 12. С. 2477–2487. http://dx.doi.org/10.21883/FTT.2019.12.48582.558
  31. Lozinko A., Gholizadeh R., Zhang Yu., Klement U., Tsuji N., Mishin O.V., Guo Sh. Evolution of microstructure and mechanical properties during annealing of heavily rolled AlCoCrFeNi2.1 eutectic high-entropy alloy // Mater. Sci. Eng.: A. 2022. V. 833. P. 142558. https://doi.10.1016/j.msea.2021.142558

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download