НИТУ МИСИС, кафедра обработки металлов давлением (Москва, Россия)¹ ; Московский политехнический университет (Москва, Россия)²

Н. А. Белов, главный научный сотрудник^{1, 2}, докт. техн. наук, nikolay-belov@yandex.ru

C. O. Черкасов, ст. преподаватель¹, ст. научный сотрудник², канд. техн. наук, ch3rkasov@gmail.com

НИТУ МИСИС, кафедра обработки металлов давлением (Москва, Россия)

А. В. Фомин, ведущий инженер научного проекта, канд. техн. наук

НИТУ МИСИС, кафедра обработки металлов давлением (Москва, Россия)¹ ; АО «Завод алюминиевых сплавов» (Подольск, Россия)²
М. В. Финогеева, магистрант¹, зам. начальника ЦЗЛ³

На примере марочного термически упрочняемого сплава АД31 и экспериментального термически неупрочняемого сплава «Кальмар» на базе системы Al – Ca – Mn проведен сравнительный анализ структуры и термостойкости прессованных прутков. В качестве исходной шихты марочного сплава использовали куски, вырезанные из промышленного цилиндрического слитка. Экспериментальный сплав был приготовлен на основе алюминия А7 с добавлением вторичного сырья для получения заданного состава (~2,2 % Ca, ~1,0 Mn, ~0,9 % Zn). Цилиндрические слитки диаметром 43,5 мм и массой ~1 кг получали литьем в графитовую форму. Прессование проводили при 400 и 450 °С при скорости деформирования 1 мм/с, диаметр матрицы составлял 12 мм. Показано, что, несмотря на высокую долю эвтектики (~20 % (об.)), негомогенизированные слитки сплава «Кальмар» обладают достаточной деформационной технологичностью, особенно при 450 °С, когда усилие прессования находится на уровне гомогенизированных слитков сплава АД31. В процессе прессования слитков сплава «Кальмар» происходит улучшение структуры по сравнению с литым состоянием: эвтектические частицы эвтектических фаз приобретают морфологию, близкую к глобулярной, а их распределение становится более равномерным. Прутки сплава «Кальмар» характеризуются существенно большей термостойкостью по сравнению с марочным сплавом АД31. В ча стности, временное сопротивление на растяжение после отжига при 400 °С составляет 158–165 МПа против 106–132 МПа.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания № FZRR-2026-0005 (приготовление сплавов, прессование и термическая обработка) и гранта РНФ № 25-19-00002 (структурные исследования и определение механических свойств).
Часть исследований выполнена авторами на оборудовании Центра коллективного пользования «Наукоемкие технологии в машиностроении» Московского политеха.

1. Hatch J. E. Aluminum: properties and physical metallurgy. – Ohio : ASM Materials Park, 1984. – 424 р.
2. Polmear I. Wrought aluminium alloys, in Light Alloys (Fourth Edition). – Oxford : Butterworth Heinemann, 2005. Р. 97–204.
3. Макаров Г. С. Слитки из алюминиевых сплавов с магнием и кремнием для прессования. Основы производства. – М. : Интермет Инжиниринг, 2011. – 528 с.
4. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. – Введ. 01.09.2019.
5. ГОСТ 22233–2018. Профили прессованные из алюминиевых сплавов для ограждающих конструкций. Технические условия. – Введ. 01.09.2019.
6. ГОСТ 21488-2025. Прутки прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. – Введ. 01.10.2025.
7. Werinos M., Antrekowitsch H., Ebner T., Prillhofer R. et al. Hardening of Al–Mg–Si alloys: Effect of trace elements and prolonged natural aging // Materials and Design. 2016. Vol. 107. P. 257–268.
8. Сидельников С. Б., Лопатина Е. С., Терентьев Н. А., Ворошилов Д. С. Исследование модифицирующей способности прутков из отходов сплава АД31, полученных методом бесслитковой прокатки-прессования // Металлург. 2024. № 9. С. 100–106.
9. Li X., PanW., Zhang Z., Liu R. Research on microstructure and mechanical properties of 6063 aluminum alloy joint fabricated by adjustable ring laser welding with filler wire // Journal of Materials Engineering and Performance. 2025. Vol. 35. Р. 17108–17120.
10. Gamage T. G. M. N., K. Karunarathna M. S. A., Sampath J. M. H., Weerasinghe D. C. Analyzing the Effect and Correlation of Initial Cooling and Aging Processes on the Mechanical and Microstructural Properties of Extruded Aluminum 6063 Alloy // Conference: Undergraduate Research Symposum of Technology 2024. At: Faculty of Technology, Rajarata University of Sri Lanka. – 2024.
11. Rogachev S. O., Naumova E. A., Vasileva E. S., Magurina M. Yu. et al. Structure and mechanical properties of Al – Ca alloys processed by severe plastic deformation // Mater. Sci. Eng. A. 2019, Vol. 767. 13841.
12. Rogachev S. O., Naumova E. A., Sundeev R. V., Tabachkova N. Y. Structural and phase transformations in a new eutectic AlCa – Mn – Fe – Zr – Sc alloy induced by high pressure torsion // Mater. Lett. 2019. Vol. 243. P. 161–164.
13. Naumova E., Doroshenko V., Barykin M., Sviridova T. et al. Hypereutectic Al – Ca – Mn – (Ni) Alloys as Natural Eutectic Composites // Metals. 2021. Vol. 11. 890.
14. Пат. 2790117. Алюминиево-кальциевый сплав / Белов Н. А., Цыденов А. Г., Финогеев А. С., Летягин Н. В., Наумова Е. А. ; опубл. 14.02.2023, Бюл. № 5.
15. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. – Введ. 01.07.1976.
16. ГОСТ 10446–80. Проволока. Метод испытания на растяжение. – Введ. 01.07.1982.
17. Белов Н. А., Наумова Е. А, Илюхин В. Д., Дорошенко В. В. Структура и механические свойства отливок сплава Al – 6 % Ca – 1 % Fe, полученных литьем под давлением // Цветные металлы. 2017. № 3. С. 69–75.
18. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K., Doroshenko V. V. Phase diagram of the Al – Ca – Fe – Si system and its application for the design of aluminum matrix composites // JOM. 2018. Vol. 70, Iss. 11. P. 2710–2715.
19. Belov N., Akopyan T., Korotkova N., Murashkin M. et al. Structure and properties of Ca and Zr containing heat resistant wire aluminum alloy manufactured by electromagnetic casting // Metals. 2021. Vol. 11. 236.
20. Shakiba M., Parson N., Chen X.-G. Hot deformation behavior and rate-controlling mechanism in dilute Al – Fe – Si alloys with minor additions of Mn and Cu // Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 636. P. 572–581.
21. Sakow S., Tokunaga T., Ohno M., Matsuura K. Microstructure refinement and mechanical properties improvement of Al – Si – Fe alloys by hot extrusion using a specially designed highstrain die // Journal of Materials Process Technology. 2020. Vol. 277. 1116447.
22. Huang K., Li Y. J., Marthinsen K. Effect of heterogeneously distributed pre-existing dispersoids on the recrystallization behavior of a cold-rolled Al – Mn – Fe – Si alloy // Materials Characterization. 2015. Vol. 102. P. 92–97.
23. Huang K., Zhao Q., Li Y., Marthinsen K. Two-stage annealing of a cold-rolled Al – Mn – Fe – Si alloy with different microchemistry states // Journal of Materials Process Technology. 2015. Vol. 221. P. 87–99.
24. Дриц А. М., Овчинников В. В. Сварка алюминиевых сплавов. – М. : ИД Руда и Металлы, 2020. – 476 с.