Приближая космос. Ученые удешевили и упрочнили алюминиевый сплав
Ученые НОЦ «Енисейская Сибирь» определили оптимальное количество дорогой легирующей добавки в сплав на основе алюминия и магния — магналия. По словам авторов исследования, доработка технологии изготовления сплавов с малым количеством редкоземельного металла скандия позволила приблизиться к показателям прочности, где этого металла существенно больше. Результаты представлены в International Journal of Lightweight Materials and Manufacture.
На сегодняшний день множество запчастей для авиационной промышленности и автомобилей изготавливаются из материалов на основе алюминия. Однако в чистом виде этот металл не обладает достаточными механическими характеристиками, поэтому он применяется в виде сплавов с другими металлами, пояснили эксперты.
Разработка новых алюминиевых сплавов и исследование их эксплуатационных характеристик является актуальной задачей для отечественной промышленности. Требования отрасли машиностроения РФ становятся более высокими к сплавам и материалам, используемым для изготовления ответственных узлов и агрегатов для автомобиле-, авиа-, судо-, и ракетостроения, рассказали специалисты научно-образовательного центра «Енисейская Сибирь».
«
"Для чувствительных к конкуренции отраслей производства стоимость сплавов является критической при формировании конечной стоимости продукта. Потому разработка и внедрение новых высокопрочных, но более конкурентных алюминиевых сплавов позволит свести к минимуму компромисс между качеством и стоимостью изделия из такого сплава", – объяснил один из соавторов исследования, заведующий лабораторией низкоуглеродной металлургии и энергетики Сибирского федерального университета Павел Юрьев.
Одними из наиболее интересных алюминиевых сплавов для машиностроения являются магналии (сплавы системы алюминий-магний). Именно на их основе созданы новые сплавы 1580 и 1581, в данный момент успешно используемые в ракетостроении и строительстве судов, рассказали ученые.
«Исследования литой и деформированной структуры таких сплавов показали, что при отжиге из твердого раствора слитков выделяются дисперсные частицы фазы Al3 (Sc, Zr), которые при деформации сплавов и последующем технологическом нагреве способствуют формированию и сохранению субзеренной структуры в листовых полуфабрикатах. Листовые полуфабрикаты после отжига (даже для варианта сплава с содержанием скандия 0,03%) превосходят по прочностным характеристикам не менее чем на 10% серийный сплав 5083», – рассказал Юрьев.
В промышленные сплавы добавляются легирующие составляющие в количестве десятых или даже сотых долей процента. Несмотря на столь малые содержания, стоимость легирующих добавок может превышать цену основного материала и вносить значительный вклад в ценообразование, подчеркнули специалисты.
Поэтому в лаборатории считают, что дальнейшие исследования, проводимые коллективом и направленные на снижение дорогостоящего скандия в составе базового сплава и его компенсацию комбинацией из других металлов: иттрия, эрбия, иттербия, являются актуальной задачей для металлургии.
По словам Юрьева, разработки ученых НОЦ «Енисейская Сибирь» в данном направлении позволяют создавать качественные сплавы на основе алюминия, которые в своем составе имеют малое количество добавок дорогостоящих и дефицитных металлов, а по прочности не уступают или превосходят аналогичные продукты, где этих добавок существенно больше.
Также заведующий лабораторией отметил, что оптимизация составов сплавов важна и с точки зрения ресурсосбережения. Учитывая малое содержание редкоземельных элементов в земной коре, их использование в различных областях промышленности должно быть рациональным.
Исследовательская работа выполнена сотрудниками лаборатории низкоуглеродной металлургии и энергетики в рамках государственного задания на науку Сибирского федерального университета, как организации-участнику научно-образовательного центра «Енисейская Сибирь» в рамках национального проекта «Наука и вузы».
Научно-образовательный центр мирового уровня «Енисейская Сибирь» создан в 2019 году по инициативе глав трех регионов: Красноярского края, республик Хакасия и Тыва. Он объединяет научные и образовательные организации регионов с компаниями реального сектора экономики. В состав участников центра входят девять университетов, пять научно-исследовательских институтов и 14 промышленных предприятий.
