Cверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов Al-Mg-Sc-Zr с различным содержанием Mg, Sc, Zr
Российский научный фонд, 22-13-00149
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, 075-03-2023-096 (FSWR-2023-0037)
Чувильдеев В.Н.
1, Грязнов М.Ю.
1, Шотин С.В.
1, Нохрин А.В.
1, Лихницкий К.В.
1, Шадрина Я.С.
1, Чегуров М.К.
1, Копылов В.И.
1, Бобров А.А.
11Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия

Email: chuvildeev@nifti.unn.ru, gryaznov@nifti.unn.ru, shotin@nifti.unn.ru, nokhrin@nifti.unn.ru, likhnitskiy@nifti.unn.ru, yashadrina@nifti.unn.ru, mkchegurov@nifti.unn.ru, kopylov@nifti.unn.ru, bobrov@nifti.unn.ru
Поступила в редакцию: 20 ноября 2024 г.
В окончательной редакции: 16 мая 2025 г.
Принята к печати: 8 июля 2025 г.
Выставление онлайн: 10 ноября 2025 г.
Исследовано влияние концентрации магния (2.5, 4.0, 6.0 wt.%) на сверхпластичность алюминиевых сплавов Al-Mg-Sc-Zr с различным отношением Sc/Zr (Sc/Zr = 0.45, 1.0, 2.2). Ультрамелкозернистая (УМЗ) микроструктура в сплавах сформирована методом равноканального углового прессования. Испытания на сверхпластичность проведены в интервале температур от 300 oС до 500 oС и в интервале скоростей деформации (ε) от 3.3·10-4 до 3.3·10-1 s-1. Максимальные удлинения до разрушения (δmax) достигаются при ε=3.3·10-2 s-1. При температуре 500 oС в сплаве с 2.5 % Mg и Sc/Zr = 2.2 удлинение до разрушения достигает δmax=1970 %, а в сплаве с 2.5 % Mg и Sc/Zr = 1.0 - δmax=1750 %. Установлено, что при нагреве УМЗ мелкозернистых сплавов с повышенным содержанием циркония наблюдается одновременное выделение частиц Al3(Sc,Zr) по гомогенному механизму и прерывистое образование веретенообразных субмикронных частиц Al3Zr. Увеличение концентрации Sc приводит к уменьшению числа частиц Al3Zr образующихся по механизму прерывистого распада и к увеличению числа наночастиц Al3Sc. Показано, что увеличение концентрации Mg приводит к снижению напряжения течения и относительного удлинения до разрушения УМЗ мелкозернистых сплавов Al-Mg-Sc-Zr. Исследования микроструктуры показывают, что при сверхпластичности развивается деформационно-стимулированный рост зерен. Установлено, что характер зависимости удлинения до разрушения от температуры испытаний определяется отношением Sc/Zr - в сплавах с Sc/Zr ≥ 1 повышение температуры приводит к росту пластичности, а в сплавах с Sc/Zr = 0.45 - к снижению пластичности. Ключевые слова: сплавы Al-Mg; скандий, цирконий, сверхпластичность, рост зерен.
- V.G. Davydov, T.D. Rostova, V.V. Zakharov, Y.A. Filatov, V.I. Yelagin. Mater. Sci. Eng. A, 280, 30 (2000). DOI: 10.1016/S0921-5093(99)00652-8
- Y.A. Filatov, V.I. Yelagin, V.V. Zakharov. Mater. Sci. Eng. A, 280, 97 (2000). DOI: 10.1016/S0921-5093(99)00673-5
- E. Avtokratova, O. Sitdikov, M. Markushev, R. Mulyukov. Mater. Sci. Eng. A, 538, 386 (2012). DOI: 10.1016/j.msea.2012.01.041
- R. Kaibyshev, E. Avtokratova, A. Apollonov, R. Davies. Scr. Mater., 54, 2119 (2006). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2006.03.020
- Y.B. Sun, X.P. Chen, J. Xie, C. Wang, Y.F. An, Q. Liu. Mater. Today Comm., 33, 104217 (2022). DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.104217
- F. Musin, R. Kaibyshev, Y. Motohashi, G. Itoh. Metall Mater. Trans. A, 35, 2383 (2004). DOI: 10.1007/s11661-006-0218-4
- E. Avtokratova, O. Sitdikov, M. Markushev. Lett. Mater., 5 (3), 319 (2015). DOI: 10.22226/2410-3535-2015-3-319-323
- V.N. Perevezentsev, M.Y. Shcherban', M.Y. Murashkin, R.Z. Valiev. Tech. Phys. Lett., 33 (8), 648 (2007). DOI: 10.1134/S106378500708007X
- T.G. Nieh, L.M. Hsiung, J. Wadsworth, R. Kaibyshev. Acta Mater., 46 (8), 2789 (1998). DOI: 10.1016/S1359-6454(97)00452-7
- T.G. Nieh, R. Kaibyshev, L.M. Hsiung, N. Nguyen, J. Wadsworh. Scr. Mater., 36 (9), 1011 (1997). DOI: 10.1016/S1359-6462(96)00479-4
- Y.L. Duan, L. Tang, Y. Deng, X.W. Cao, G.F. Xu, Z.M. Yin. Mater. Sci. Eng. A., 669, 205 (2016). DOI: 10.1016/j.msea.2016.05.086
- Y.-Y. Li, W.-H. Wang, Y.-F. Hsu, S. Trong. Mater. Sci. Eng. A, 497 (1-2), 10 (2008). DOI: 10.1016/j.msea.2008.08.019
- Y. Duan, G. Xu, L. Tang, Y. Liu, J. Xu, Y. Deng, Z. Yin. J. Alloys Compd., 715, 311 (2017). DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.04.273
- G. Xu, X. Cao, T. Zhang, Y. Duan, X. Peng, Y. Deng, Z. Yin. Mater. Sci. Eng. A, 672, 98 (2016). DOI: 10.1016/j.msea.2016.06.070
- O. Sitdikov, E. Avtokratova, O. Latypova, M.V. Markushev. Lett. Mater., 8 (4s), 561 (2018). DOI: 10.22226/2410-3535-2018-4-561-566
- F.C. Liu, Z.Y. Ma, L.Q. Chen. Scr. Mater., 60, 968 (2009). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2009.02.021
- F.C. Liu, P. Xue, Z.Y. Ma. Mater. Sci. Eng. A, 547, 55 (2012). DOI: 10.1016/j.msea.2012.03.076
- F.C. Liu, Z.Y. Ma. Scr. Mater., 59 (8), 882 (2008). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2008.06.035
- F.C. Liu, Z.Y. Ma, F.C. Zhang. J. Mater. Sci. Technol., 28 (11), 1025 (2012). DOI: 10.1016/S1005-0302(12)60168-6
- M. Li, Q. Pan, Y. Shi, X. Sun, H. Xiang. Mater. Sci. Eng. A, 687, 298 (2017). DOI: 10.1016/j.msea.2017.01.091
- K. Wang, F.C. Liu, P. Xue, D. Wang, B.L. Xiao, Z.Y. Ma. Metall. Mater. Trans. A, 47, 546 (2016). DOI: 10.1007/s11661-015-3230-8
- T. Fujita, Z. Horita, T.G. Langdon. Phil. Mag. A, 82, 2249 (2002). DOI: 10.1080/01418610208235736
- X. Sauvage, N. Enikeev, R. Valiev, Y. Nasedkina, M. Murashkin. Acta Mater., 72, 125 (2014). DOI: 10.1016/j.actamat.2014.03.033
- H. Hasegawa, S. Komura, A. Utsunomiya, Z. Horita, M. Furukawa, M. Nemoto, T.G. Langdon. Mater. Sci. Eng. A, 265, 188 (1999). DOI: 10.1016/S0921-5093(98)01136-8
- C.-R. Song, B.-X. Dong, S.-Y. Zhang, H.-Y. Yang, L. Liu, J. Kang, J. Meng, C.-J. Luo, C.-G. Wang, K. Cao, J. Qiao, S.-L. Shu, M. Zhu, F. Qiu, Q.-C. Jiang. J. Mater. Res. Technol., 31, 3255 (2024). DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.07.051
- Н.П. Лякишев. Диаграммы состояния двойных металлических систем: cправочник (Машиностроение, М., 1996)
- В.С. Синявский, В.Д. Вальков, Е.В. Титкова. Защита металлов, 34 (6), 613 (1998)
- В.В. Захаров, И.А. Фисенко. МИТОМ, 4 (766), 14 (2019). [V.V. Zakharov, I.A. Fisenko. Metal Sci. Heat Treatment, 61 (3-4), 217 (2019). DOI: 10.1007/s11041-019-00403-4]
- В.В. Захаров, Ю.А. Филатов. Технология легких сплавов, 4, 21 (2021). DOI: 10.24412/0321-4664-2021-4-31-37
- V.N. Chuvil'deev, M.Yu. Gryaznov, S.V. Shotin, A.V. Nokhrin, C.V. Likhnitskii, G.S. Nagicheva, M.K. Chegurov, V.I. Kopylov, A.A. Bobrov, I.S. Shadrina. Mater. Sci. Eng. A, 898, 146409 (2024). DOI: 10.1016/j.msea.2024.146409
- T.G. Nieh, J. Wadsworth, O.D. Sherby. Superplasticity in Metals and Ceramics (Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1997)
- V.N. Perevezentsev, V.V. Rybin, V.N. Chuvil'deev. Acta Metall. Mater., 40, 887 (1992). DOI: 10.1016/0956-7151(92)90065-M
- В.И. Феодосьев. Сопротивление материалов (Наука, М., 1967)
- A.G. Mochugovskiy, A.V. Mikhaylovskaya. Mater. Lett., 275, 128096 (2020). DOI: 10.1016/j.matlet.2020.128096
- A.G. Mochugovskiy, A.V. Mikhaylovskaya, M.Yu. Zadorogny, I.S. Golovin. J. Alloys Compd., 856, 157455 (2021). DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.157455
- A.V. Mikhaylovskaya, A.G. Mochugovskiy, V.S. Levchenko, N.Yu. Tabachkova, W. Mifalo, V.K. Portnoy. Mater. Charact., 139, 30 (2018). DOI: 10.1016/j.matchar.2018.02.030
- И.А. Зорин, Е.В. Арышенский, А.М. Дриц, С.В. Коновалов, В.С. Комаров. Известия вузов. Цветная металлургия, 1, 56 (2023). DOI: 10.17073/0021-3438-2023-1-56-65
- И.А. Зорин, Е.В. Арышенский, Е.А. Кудрявцев, А.М. Дриц, С.В. Коновалов. Frontier Mater. Technol., 1, 29 (2024). DOI: 10.18323/2782-4039-2024-1-67-3
- Д.И. Садыков, М.Ю. Мурашкин, А.А. Кириленко, А.А. Левин, А.И. Лихачев, Т.С. Орлова. ФТТ, 66 (6), 933 (2024). DOI: 10.61011/FTT.2024.06.58250.119
- Т.С. Орлова, Т.А. Латынина, М.Ю. Мурашкин, В.У. Казыханов. ФТТ, 61 (12), 2477 (2019). DOI: 10.21883/FTT.2019.12.48582.558 [T.S. Orlova, T.A. Latynina, M.Yu. Murashkin, V.U. Kazykhanov. Phys. Solid State, 61 (12), 2509 (2019). DOI: 10.1134/S1063783419120357]
- V.N. Perevezentsev, V.V. Rybin, V.N. Chuvil'deev. Acta Metall. Mater., 40, 907 (1992). DOI: 10.1016/0956-7151(92)90067-O
- E.W. Hart. Acta Metall., 15, 351 (1967). DOI: 10.1016/0001-6160(67)90211-8
- В.Н. Чувильдеев, О.Э. Пирожникова, А.В. Нохрин, М.М. Мышляев. ФТТ, 49 (4), 650 (2007). [V.N. Chuvil'deev, O.E. Pirozhnikova, A.V. Nokhrin, M.M. Myshlyaev, Phys. Solid State, 49 (4), 684 (2007). DOI: 10.1134/S1063783407040142]
- В.Н. Чувильдеев. Неравновесные границы зерен в металлах. Теория и приложения (Физматлит, М., 2004)
- В.Н. Чувильдеев, А.В. Нохрин, О.Э. Пирожникова, М.Ю. Грязнов, Ю.Г. Лопатин, М.М. Мышляев, В.И. Копылов. ФТТ, 59 (8), 1561 (2017). DOI: 10.21883/FTT.2017.08.44759.420 [V.N. Chuvil'deev, A.V. Nokhrin, O.E. Pirozhnikova, M.Yu. Gryaznov, Yu.G. Lopatin, M.M. Myshlyaev, V.I. Kopylov. Phys. Solid State, 59, 1584 (2017). DOI: 10.1134/S1063783417080066]
- В.Н. Чувильдеев, А.В. Щавлева, А.В. Нохрин, О.Э. Пирожникова, М.Ю. Грязнов, Ю.Г. Лопатин, А.Н. Сысоев, Н.В. Мелехин, Н.В. Сахаров, В.И. Копылов, М.М. Мышляев. ФТТ, 52 (5), 1026 (2010). [V.N. Chuvil'deev, A.V. Shchavleva, A.V. Nokhrin, O.E. Pirozhnikova, M.Yu. Gryaznov, Yu.G. Lopatin, A.N. Sysoev, N.V. Melekhin, N.V. Sakharov, V.I. Kopylov, M.M. Myshlyaev. Phys. Solid State, 52 (5), 1098 (2010). DOI: 10.1134/S1063783410050422]
- V.N. Perevezentsev, V.V. Rybin, V.N. Chuvil'deev. Acta Metall. Mater., 40, 915 (1992). DOI: 10.1016/0956-7151(92)90068-P
- В.Н. Перевезенцев, В.В. Рыбин, В.Н. Чувильдеев. Поверхность: Физика, химия, механика, 11, 130 (1986)
- V.N. Chuvil'deev, M.Y. Gryaznov, S.V. Shotin, V.I. Kopylov, A.V. Nokhrin, C.V. Likhnitskii, A.A. Murashov, A.A. Bobrov, N.Yu. Tabachkova, O.E. Pirozhnikova. J. Alloys Compd., 877, 160099 (2021). DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160099
- M. Gryaznov, S. Shotin, A. Nokhrin, V. Chuvil'deev, C. Likhnitskii, V. Kopylov, M. Chegurov, N. Tabachkova, I. Shadrina, E. Smirnova, O. Pirozhnikova. Materials, 15, 176 (2022). DOI: 10.3390/ma15010176
- B. Forbord, W. Lefebvre, F. Danoix, H. Hallem, K. Marthinsen. Scr. Mater., 51, 333 (2004). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2004.03.033
- C.B. Fuller, J.L. Murray, D.N. Seidman. Acta Mater., 53, 5401 (2005). DOI: 10.1016/j.actamat.2005.08.016
- A.V. Nokhrin, M.Y. Gryaznov, S.V. Shotin, G.S. Nagicheva, M.K. Chegurov, A.A. Bobrov, V.I. Kopylov, V.N. Chuvil'deev. Metals, 13, 133 (2023). DOI: 10.3390/met13010133
- I.S. Golovin, A.V. Mikhaylovskaya, H.-R. Sinning. J. Alloys Compd., 577, 622 (2013). DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.06.138
- A.V. Mikhaylovskaya, M.S. Kishchik, A.D. Kotov, N.Yu. Tabachkova. Mater. Lett., 321, 132412 (2022). DOI: 10.1016/j.matlet.2022.132412
- T. Sakai, A. Belyakov, R. Kaibyshev, H. Miura, J.J. Jonas. Progr. Mater. Sci., 60, 130 (2014). DOI: 10.1016/j.pmatsci.2013.09.002
- I.I. Novikov, V.K. Portnoy, A.O. Titov, D.Y. Belov. Scr. Mater., 42, 899 (2000). DOI: 10.1016/S1359-6462(00)00310-9
- Н.В. Мелехин. Проблемы прочности и пластичности, 85, 178 (2023). DOI: 10.32326/1814-9146-2023-85-2-178-188