Агломерация интерметаллидных пластин в сплаве привела к снижению прочности

Ученые из Белгородского государственного национального исследовательского университета, Челябинского государственного университета вместе с коллегами из Норвежского университета естественных и технических наук исследовали, что происходит с упрочняющими пластинами в сплаве при нагрузках и высокой температуре. Авторы отлили образцы из алюминия, меди, магния и серебра и подвергли их термической обработке для повышения прочности. После этого материал нагружали до разрушения при температурах 150°С и 165°С в течение различного времени (до 3000 часов — около четырех месяцев). Выбранные исследователями  температуры испытания соответствуют температурам, при которых в реальности эксплуатируются сплавы.

В сплавах, испытавших нагрузку и нагрев до 150°С, интерметаллидные пластины огрубели, то есть стали толще, а также увеличился их диаметр и объемная доля. Авторы пришли к выводу: это произошло потому, что на пластины «оседали» окружающие их элементы сплава, в частности медь, магний и серебро. Кроме того, укрупнение некоторых частиц происходило за счет сливания с ними более мелких, что привело к усилению эффекта. Следует отметить, что при нагружении сплава данные процессы из-за дислокаций шли на порядок быстрее, чем при обычном нагревании.

Казалось бы, чем крупнее частицы, придающие прочность сплаву, и чем больше их объемная доля, тем выше должна быть прочность материала. Однако на практике все иначе. Поскольку мелкие пластины исчезают, сливаясь с более крупными, общее количество и частота расположения таких опорных конструкций значительно уменьшается. Как следствие, для движения дислокаций остается меньше барьеров, и материал разрушается при меньших нагрузках.

«Полученные результаты помогают нам лучше понять факторы, ответственные за прочностные свойства сплава на основе алюминия, меди, магния и серебра. Это позволяет лучше подобрать их химический состав, а также условия получения для применения в авиастроении. Это важно, поскольку такие материалы должны быть прочными, устойчивыми к высоким температурам и пластичными. В дальнейшем мы планируем продолжить работу в данном направлении и добиться улучшения прочности и пластичности  алюминиевых сплавов других составов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Марат Газизов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории механических свойств наноструктурных и жаропрочных материалов Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Materials Science and Engineering: A.