Сверхпластичная штамповка позволяет изготавливать металлические изделия сложной формы за несколько секунд, избегая при этом потерь материала, чего нельзя добиться методами традиционной механической обработки. Поэтому такие сплавы могут применяться в машиностроении и электротехнике.
По словам нижегородских ученых, сверхмелкое зерно в алюминиевых сплавах обеспечивает максимальную твердость в обычных условиях, но при нагревании такой сплав может удлиняться в несколько раз и становится сверхпластичным. При температуре 450-500 градусов Цельсия образцы алюминия с добавками магния и скандия удлинялись в 9-10 раз, а при охлаждении вновь приобретали первоначальные свойства.
«Нетривиальную задачу по сохранению субмикронного размера зерен алюминия при одновременном воздействии повышенных температур и деформаций мы решили за счет микролегирования металла магнием и скандием. Это сохраняет механические свойства и усиливает коррозионную стойкость сплава, при этом нам удалось существенно снизить содержание магния – с шести процентов в промышленных сплавах до 0,5 — в нашей разработке», — сообщил заведующий лабораторий диагностики материалов НИФТИ Университета Лобачевского Алексей Нохрин.
Это позволило дополнительно повысить электропроводность сплавов, что является очень важным для их применения в электротехнике. При этом введение в сплав скандия приводит при сверхпластичности к образованию крупных пор, которые могут спровоцировать преждевременное разрушение сплава. Эти поры возникают на крупных частицах игольчатой формы, образующихся при повышенных температурах. «Чтобы избежать этого нежелательного эффекта, мы провели предварительный низкотемпературный отжиг сплавов, после него наночастицы приобретают сферическую форму.
Эта технология позволила создать алюминиевые сплавы с лучшими характеристиками сверхпластичности», — сообщил Алексей Нохрин. Новые алюминиевые сплавы с предельно малым содержанием алюминия и скандия обладают рекордными характеристиками сверхпластичности – при скоростях деформации 10-2-10-1 c-1 образцы удлиняются более чем в 10 раз.
Работы проводятся при поддержке Российского научного фонда. Статья ученых опубликована в журнале Materials, а технология их изготовления защищена несколькими ноу-хау.
Источник: Naked Science
На фото: Фрактография излома образца после испытания на сверхпластичность при температуре 300 оС. Источник: пресс-служба ННГУ