Термическая стабильность электропроводности и механических свойств тонких проводов из алюминиевых сплавов Al–0.25%Zr–(Si, Er, Hf, Nb)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследована термическая стабильность тонких проводов (проволок) из алюминиевых сплавов Al-0.25%Zr, дополнительно легированных Si, Er, Hf, Nb. Литые заготовки получали методом индукционного литья в вакууме; проволоку диаметром 0.3 мм получили путем волочения с предварительной деформационной обработкой заготовок. Изучено влияние температуры отжига на механические свойства и удельное электросопротивление (УЭС) алюминиевых проводов. Исследована микроструктура проводов в рекристаллизованном состоянии. Показано, что при увеличении температуры отжига происходит монотонное уменьшение предела прочности, микротвердости и УЭС. Установлено, что пластичность проволоки немонотонно (с максимумом) зависит от температуры отжига. Определены оптимальные режимы отжига, обеспечивающие наилучшее сочетание предела прочности, микротвердости и УЭС алюминиевой проволоки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Я. С. Шадрина

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: yashadrina@nifti.unn.ru
Россия, Нижний Новгород

А. А. Бобров

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: yashadrina@nifti.unn.ru
Россия, Нижний Новгород

А. В. Нохрин

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: yashadrina@nifti.unn.ru
Россия, Нижний Новгород

Н. Н. Берендеев

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: yashadrina@nifti.unn.ru
Россия, Нижний Новгород

В. И. Копылов

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: yashadrina@nifti.unn.ru
Россия, Нижний Новгород

В. Н. Чувильдеев

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: yashadrina@nifti.unn.ru
Россия, Нижний Новгород

Н. Ю. Табачкова

Национальный исследовательский технологический университет “МИСИС”; Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Email: yashadrina@nifti.unn.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Medvedev A., Arutyunyan A., Lomakin I., Bondarenko A., Kazykhanov V., Enikeev N., Raab G., Murashkin M. Fatigue properties of ulta-fine grained Al–Mg–Si wires with enhanced mechanical strength and electrical conductivity // Metals. 2018. V. 8. Iss. 12. Р. 1034.
  2. Yang C., Masquellier N., Gandiolle C., Sauvage X. Multifunctional properties of composition graded Al wires // Scripta Mater. 2020. V. 189. P. 21–24.
  3. Moisy F., Gueydan A., Sauvage X., Keller C., Guillet A., Nguyen N., Martinez M., Hug E. Elaboration of architectured copper clad aluminum composites by a multi-step drawing process // Mater. Sci. Forum. 2018. V. 941. P. 1914–1919.
  4. Матвеев Ю.А., Гаврилова В.П., Баранов В.В. // Кабели и провода. 2006. № 5. 300. C. 22–23.
  5. Gorokhov Yu., Timofeev V., Pervukhin M., Belokopytov V., Motkov M., Erdineev N., Kosyachenko I., Yakunina O., Strigin A. Manufacturing Technology of Aluminium Wire from Alloy 01417 with Adjusted Level of Mechanical Properties // J. Siberian Federal University. Eng. Techn. 2019. V. 12. P. 842–851.
  6. Murashkin M., Sabirov I., Medvedev A., Enikeev N., Lefebvre W., Valiev R., Sauvage X. Mechanical and electrical properties of an ultrafine grained Al-8.5wt%RE (RE = 5.4wt.%Ce, 3.1wt.%La) alloy processed by severe plastic deformation // Mater. Design. 2016. V. 90. P. 433–442.
  7. Medvedev A., Murashkin M., Enikeev N., Valiev R., Hodgson P., Lapovok R. Enhancement of mechanical and electrical properties of Al-Re alloys by optimizing rare-earth concentration and thermo-mechanical treatment // J. Alloys Compounds. 2018. V. 745. P. 696–704.
  8. Medvedev A., Murashkin M., Enikeev N., Bikhmukhametov I., Valiev R., Hodgson P., Lapovok R. Effect of the eutectic Al-(Ce,La) phase morphology on microstructure, mechanical properties, electrical conductivity and heat resistance of Al-4.5(Ce,La) alloy after SPD and subsequent annealing // J. Alloys Compounds. 2019. V. 796. P. 321–330.
  9. Zhang Yu., Wei F., Mao J., Niu G. The difference of La and Ce as additives of electrical conductivity aluminum alloys // Mater. Characterization. 2019. V. 158. Р. 109963.
  10. Karabay S. Modification of AA-6201 alloy for manufacturing of high conductivity and extra high conductivity wires with property of high tensile stress after artificial aging heat treatment for all-aluminium alloy conductors // Mater. Design. 2006. V. 27. I. 10. P. 821-832.
  11. Cervantes E., Guerrero M., Ramos J., Montes S. Influence of Natural Aging and Cold Deformation on the Mechanical and Electrical Properties of 6201-T81 Aluminum Alloy Wires // MRS Online Proceedings Library. 2010. V. 1275. Р. 309.
  12. Lin G., Zhang Z., Wang H., Zhou K., Wei Yu. Enhanced strength and electrical conductivity of Al-Mg-Si alloy by thermo-mechanical treatment // Mater. Sci. Eng. A. 2016. V. 650. P. 210-217.
  13. Zhao N., Ban Ch., Wang H., Cui J. Optimized Combination of Strength and Electrical Conductivity of Al-Mg-Si Alloy Processed by ECAP with Two-Step Temperature // Materials. 2020. V. 13. Р. 1511.
  14. Han Y., Shao D., Chen B., Peng Z., Zhu Z., Zhang Q., Chen X., Liu G., Li X. Effect of Mg/Si ratio on the microstructure and hardness-conductivity relationship of ultrafine-grained Al-Mg-Si alloys // Journal of Materials Science. 2017. V. 52. P. 1–15.
  15. Murashkin M., Medvedev A., Kazykhanov V., Krokhin A., Raab G., Enikeev N., Valev R. Enhanced mechanical properties and electrical conductivity in ultrafine-grained Al 6101 alloy processed via ECAP-Conform // Metals. 2015. V. 5. P. 2148–2164.
  16. Khangholi S., Javiani M., Maltais A., Chen X. Optimization of mechanical properties and electrical conductivity in Al-Mg-Si 6201 alloys with different Mg/Si ratios // J. Mater. Research. 2020. V. 35. P. 2765–2776.
  17. Yuan W., Liang Zh. Effect of Zr addition on properties of Al-Mg-Si aluminum alloy used for all aluminum alloy conductor // Mater. Design. 2011. V. 32. P. 4195–4200.
  18. Mikhaylovskaya A., Ghayoumabadi M. Superplasticity and mechanical properties of Al-Mg-Si alloy doped with eutectic-forming Ni and Fe, and dispersoid-forming Sc and Zr elements // Mater. Sci. Eng. A. V. 817. Р. 141319.
  19. Alshwawreh N., Alhamarneh B., Altwarah Q., Quandour Sh., Barghout Sh., Ayasrah O. Electrical Resistivity and Tensile Strength Relationship in Heat-Treated All Aluminum Alloy Wire Conductors // Materials. 2021. V. 14. Р. 5738.
  20. Latynina T., Mavlyutov A., Valiev R., Murashkin M., Orlova T. The effect of hardening by annealing in ultrafine-grained Al-0.4Zr alloy: Influence of Zr microadditives // Philosoph. Magazine. 2019. V. 99. Iss. 19. P. 2424–2443.
  21. Belov N., Korotkova N., Akopyan T., Murashkin M., 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. I. 6. Р. 769.
  22. Lamarão P., Oliveira C., Quaresma J. Precipitation hardening in dilute Al-Zr alloys // J. Mater. Research Techn. 2017. V. 7. Iss. 1. P. 66–72.
  23. Alvarez-Antolin F., Amghouz Z., Cofino-Villar A., Gonzalez-Pocino A., Melero M.G. Decrease in Electrical Resistivity below 28 nΩm by Aging in Hyperpreritectic Al-Zr Alloys Treated at High Temperatures // Metals. 2021. V. 11(8). Р. 1171.
  24. Mikhaylovskaya A., Mochugovskiy A., Levchenko V., Tabachkova N., Mufalo W., Portnoy V. Precipitation behavior of L12 Al3Zr phase in Al-Mg-Zr alloy // Mater. Characterization. 2018. V. 139. P. 30–37.
  25. Nes E., Billdal H. The mechanism of discontinuous precipitation of the metastable Al3Zr phase from an Al-Zr solid solution // Acta Metal. 1977. V. 25. P. 1039–1046.
  26. Melton K. The structure and properties of a cold-rolled and annealed Al-0.8wt%Zr alloy // J. Mater. Sci. 1975. V. 10. P. 1651–1654.
  27. Booth-Morrison Ch., Dunand D., Seidman D. Coarsening resistance at 400°C of precipitation-strengthened Al-Zr-Sc-Er alloys // Acta Mater. 2011. V. 59. P. 7029–7042.
  28. Pozdnyakov A., Osipenkova A., Popov D., Makhov S., Napalkov V. Effect of low additions of Y, Sm, Gd, Hf and Er on the structure and hardness of alloy Al-0.2%Zr-0.1%Sc // Metal Sci. Heat Treatment. 2017. V. 58. P. 537–542.
  29. Voroshilov D., Motkov M., Sidelnikov S., Sokolov R., Durnopyanov A., Konstantinov I., Bespalov V., Bermeshev T., Gudkov I., Voroshilova M., Mansurov Yu., Berngardt V. Obtaining Al–Zr–Hf wire using electromagnetic casting, combined rolling-extrusion, and drawing // International J. Light. Mater. Manufacture. 2022. V. 5. P. 352–368.
  30. Li H., Gao Zh., Yin H., Jiang H., Su X., Bin J. Eggects of Er and Zr additions on precipitation and recrystallization of pure aluminum // Scripta Materialia. 2023. V. 68. P. 59–62.
  31. 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.
  32. Nokhrin A., Nagicheva G., Chuvil’deev V., Kopylov V., Bobrov A., Tabachkova N. Effect of Er, Si, Hf and Nb additives on the thermal stability if microstructure, electrical resistivity and microhardness of fine-grained aluminum alloys of Al-0.25%Zr // Materials. 2023. V. 16. Р. 2114.
  33. 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.
  34. Матвеев Ю.А., Гаврилова В.П., Баранов В.В. Легкие проводниковые материалы для авиапроводов // Кабели и провода. 2006. № 5. С. 22–24.
  35. Захаров В.В., Фисенко И.А. Влияние деформации на распад твердого раствора скандия в алюминии // Технология легких сплавов. 2020. № 1. С. 44–47.
  36. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Смирнова Е.С., Копылов В.И. Исследование механизмов распада твердого раствора в литых и микрокристаллических сплавах системы алюминий-скандий. III. Анализ экспериментальных данных // Металлы. 2012. № 6. С. 82–92.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Диаграммы растяжения образцов проводов № 1 (а) и № 5 (б).

Скачать (80KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фрактографический анализ изломов проводов в исходном состоянии. Номера на рисунках соответствуют номерам сплавов в табл. 1. РЭМ.

Скачать (595KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости Hv (а), σв (б), ρ (в) от температуры 30-минутного отжига алюминиевых проводов.

Скачать (155KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Частицы Al3Zr в проводах из сплава № 2 (а) и № 5 (б) после отжига при 300°С. ПЭМ.

Скачать (877KB)
Метаданные
6. Рис. 5. РЭМ-изображения микроструктуры провода № 2 (а) и № 5 (б) после отжига при температуре 500°С (30 мин). РЭМ.

Скачать (799KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Фрактографический анализ изломов образцов провода № 1 и № 5 после термической обработки (30 мин) при различных температурах. РЭМ.

Скачать (964KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости предела прочности от микротвердости исследуемых алюминиевых проводов.

Скачать (34KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Диаграмма “УЭС (ρ) – предел прочности (σв)” для проводов (закрашенные маркеры) и заготовок (светлые маркеры).

Скачать (85KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Диаграмма “микротвердость – УЭС” для проводов (светлые маркеры) и заготовок (закрашенные маркеры) из сплавов № 1, 2 и 3.

Скачать (69KB)
Метаданные