Учёные получили усовершенствованный сплав с добавлением гафния для производства «авиационной» проволоки
Учёные из России, Китая и Узбекистана экспериментально исследовали сплавы алюминия и циркония с добавлением гафния, предназначенные для изготовления проволоки в авиационной и космической промышленности. Эксперты изучили свойства трёх композиционных разновидностей сплавов из алюминия, циркония и гафния, а также провели компьютерное моделирование процесса деформации металла, чтобы выявить наиболее эффективные режимы обработки заготовок. В итоге были выбраны оптимальные химические составы сплавов, из которых в дальнейшем будет производиться проволока с наилучшими свойствами, также было доказано, что метод совмещённой прокатки-прессования больше всего подходит для создания максимально пластичных прутков, из которых делают проволоку.
Сплавы алюминия с цирконием пользуются повышенным интересом в современной металлургии, однако подобные сплавы с добавлением гафния являются практически неисследованными, хотя они представляют высокую ценность с точки зрения наукоёмкого производства.
«Гафний — это твёрдый и тугоплавкий металл, по некоторым свойствам он близок к цирконию. Цирконий и гафний плохо растворяются в сплавах и создают включения — интерметаллиды в структуре, которые гораздо прочнее алюминия. Это приводит к обрыву проволоки, если она очень тонкая и имеет малый диаметр. Уменьшить интерметаллиды, а значит придать сплаву большую пластичность, можно за счёт литья в электромагнитном кристаллизаторе (ЭМК). В этом случае интерметаллиды равномерно распределяются по всему объёму заготовки, и мы получаем однородную структуру — это положительно сказывается на дальнейшей деформации, а также позволяет получить сбалансированный набор свойств продукции», — сообщил заведующий кафедрой обработки металлов давлением, старший научный сотрудник лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов СФУ Денис Ворошилов.
Чтобы получить оптимальные сплавы системы Al-Zr-Hf (алюминий — цирконий — гафний) производственные партнёры — специалисты красноярского предприятия ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» — создали три образца сплавов с различным соотношением компонентов, затем из этих образцов были отлиты заготовки диаметром 12 мм методом ЭМК. Исследователи СФУ изучили реологические характеристики этих заготовок (выяснили зависимость их прочности от температуры, скорости и степени деформации). Полученные данные использовались для моделирования процесса комбинированной прокатки-прессования, чтобы сделать из заготовок прутки диаметром 5 мм с последующим превращением их в проволоку диаметром 0,5 мм.
«Такая проволока применяется в качестве бортовой проводки летательных аппаратов в авиации и ракетостроении. Там нельзя использовать медь и не допускается возникновение статического электричества. Кроме того, в „небесном“ производстве важно добиться существенного снижения массы объекта, ведь в современной перспективной технике провода — это „нервная система“, и их масса может достигать до 25 % от общей массы», — отметил Денис Ворошилов.
По словам учёного, два из трёх сплавов оказались достаточно эффективными с точки зрения баланса необходимых свойств. На стадии изготовления полуфабрикатов-прутков они продемонстрировали достаточную прочность, важную для монтажа и эксплуатации проволоки, высокую пластичность, которая принципиальна для проволоки малого диаметра, а также хорошую электропроводность — важнейшее качество для эксплуатации полученной продукции.
Работа выполнена в рамках госзадания в рамках проекта FSRZ-2020-0013.
Фото: сайт СФУ