Study of microstructure, electrical conductivity and mechanical properties of ingot and thin wires made of new alloy Al–0.27Zr–0.17Si–0.30Er

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The process of precipitation of primary and secondary particles in the Al–0.27Zr–0.17Si–0.30Er alloy (in wt %) produced by casting with induction heating and stirring is studied. The homogeneity of the distribution of the specific electrical resistance (SER, ρ) and microhardness (HV) over the cross section of the ingot is studied, the optimal mode of alloy aging is determined. The values of the yield strength, tensile strength and relative elongation before failure of the coarse-grained alloy samples are determined. The dependences of HV and SER on the annealing temperature and time are plotted and the parameters of the Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov equation describing the intensity of solid solution decomposition during annealing are determined. Thin (Ø 0.3 mm) wires of the Al–0.27Zr–0.17Si–0.30Er alloy are produced by cold drawing; The strength, SER and hardness of the wires in the initial state and after heat resistance tests in accordance with GOST R 62004–2014 were investigated.

Full Text

Restricted Access

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

E. O. Shishulin

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

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

E. O. Morozkina

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. 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. No. 6. Р. 769. https://doi.org/10.3390/met10060769
  3. Захаров В.В. Легирование алюминиевых сплавов переходными металлами // Металловедение. 2011. № 1. С. 22–28.
  4. Захаров В.В., Фисенко И.А. К вопросу о легировании алюминиевых сплавов скандием // Металловедение и термич. обр. металлов. 2017. № 5. С. 15–22.
  5. Захаров В.В. О совместном легировании алюминиевых сплавов скандием и цирконием // Металловедение и термич. обр. металлов. 2014. № 6. С. 3–8.
  6. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: МИСИС, 2005. 432 с.
  7. Osetskiy Yu., Plotkowski A., Yang Y. Diffusion, atomic transport, and ordering in Al–Zr alloys: FCC and liquid phases // Acta Mater. 2023. V. 260. Р. 19306. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119306
  8. Fuller C.B., Murray J.L., Seidman D.N. Temporal evolution of the nanostructure of Al(Sc,Zr) alloys: Part I — Chemical compositions of Al3(Sc1−xZrx)  precipitates // Acta Mater. 2005. V. 53. No. 20. P. 5401–5413.
  9. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. М.: Металлургия, 1975. 249 с.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Schmid F., Gehringer D., Kremmer T., Cattini L., Uggowitzer P. J., Holec D., Pogatscher S. Stabilization of Al3Zr allotropes in dilute aluminum alloys via the addition of ternary elements // Materialia. 2022. V. 21. Р. 101321. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2022.101321
  13. Арышенский Е.В., Арышенский В.Ю., Рагазин А.А., Распосиенко Д.Ю., Гречников Ф.В., Макаров В.В., Коновалов С.В. Влияние добавок Hf и Er на формирование механических свойств и микроструктуры в сплавах системы Al–Mg–Sc–Zr // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2024. Т. 23. № 1. С. 137–146. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2022-21-4-76-87
  14. Booth-Morrison C., Maoa Z., Diaz M., Dunand D.C., Wolverton C., Seidman D.N. Role of silicon in accelerating the nucleation of Al3(Sc,Zr) precipitates in dilute Al–Sc–Zr alloys // Acta Mater. 2012. V. 60. P. 4740–4752.
  15. Комельков А.В., Нохрин А.В., Бобров А.А., Сысоев А.Н. Исследование термической стабильности структуры и свойств слитков и тонких проволок из сплавов Al–Zr // ФММ. 2024. Т. 125. № 6. С. 765–776.
  16. 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
  17. Шматко О.А., Усов Ю.В. Структура и свойства металлов и сплавов. Электрические и магнитные свойства металлов. Киев: Наукова думка, 1987. 325 с.
  18. 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.
  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. https://doi.org/10.31857/S0015323022601891
  20. Martin J.W. Micromechanisms in Particle-Hardened Alloys. Cambridge: Cambridge University Press, 1980. 201 p.
  21. Nokhrin A.V., Nagicheva G.S., Chuvil’deev V.N., Kopylov V.I., Bobrov A.A., Tabachkova N.Yu. Effect of Er, Si, Hf and Nb Additives on the Thermal Stability of Microstructure, Electrical Resistivity and Microhardness of Fine-Grained Aluminum Alloys of Al–0.25%Zr // Materials. 2023. V. 16. No. 5. P. 2114. https://doi.org/10.3390/ma16052114
  22. Захаров В.В. О легировании алюминиевых сплавов переходными металлами // Металловедение и термич. обр. металлов. 2017. № 2 (740). С. 3–8.
  23. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. Часть 1. Термодинамика и общая кинетическая теория. М.: Мир, 1978. 806 с.
  24. 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.
  25. Mikhaylovskaya A.V., Mochugovskiy A.G., Levchenko V.S., Tabachkova N.Yu., Mufalo W., Portnoy V.K. Precipitation behavior of L12 Al3Zr phase in Al–Mg–Zr alloy // Mater. Characteriz. 2018. V. 139. P. 30–37.
  26. Mochugovskiy A.G., Mikhaylovskaya A.V., Tabachkova N.Yu., Portnoy V.K. The mechanism of L12 phase precipitation, microstructure and tensile properties of Al–Mg–Er–Zr alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 744. P. 195–205. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.11.135

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Macrostructure of samples cut from the middle (a) and lower (b) parts of the ingot. Metallography.

Download (4MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Analysis of the composition of primary particles in the alloy (a), different magnifications (b). SEM.

Download (6MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of microhardness (HV) and resistivity (ρ) on the annealing temperature of cast alloys Al–0.27Zr–0.17Si–0.30Er and Al–0.25Zr.

Download (618KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of microhardness and resistivity on the annealing time of the Al–0.27Zr–0.17Si–0.30Er alloy at temperatures of 350°C (a), 400°C (b), 450°C (c).

Download (1MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Tensile diagrams of samples of cast Al–0.27Zr–0.17Si–0.30Er alloy in the initial state without heat treatment (without HT), after aging (at 350°C for 55 h) and wire samples in the state after drawing and after heat resistance testing according to GOST R 62004–2014.

Download (608KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Microstructure of wire after 1-hour annealing at 280°C (a) and 400°C (b). Metallography.

Download (1MB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Results of fractographic study of fractures of wire samples in the state after drawing (a, b) and after 1-hour annealing at 400°C (c). SEM; (a, c) — in the mode of recording secondary electrons, (b) — reflected electrons.

Download (3MB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. UES–HV diagram for different temperatures of isothermal annealing of cast alloy and wire.

Download (504KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependence of the change in resistivity on the annealing time of the cast alloy in double logarithmic coordinates ln(–ln(1–∆ρ(t)/∆ρmax)) — ln(t).

Download (479KB)
Indexing metadata