Vliv Sc na mikrostrukturu a vlastnosti plynule odlévaných modelových slitin na bázi Al-Li

Abstract

The solidification rate of high-strength aluminum alloys strongly impacts the cast structure. The size of eutectic cells could be reduced from several hundred micrometers, typical for ingot-cast materials, down to sub-micrometer size in rapidly solidified materials. Finer initial microstructures reduce the necessary high-temperature homogenization holding times, detrimental to some beneficial dispersoid-forming microalloying elements. A typical example is Sc, which positively influences the formation of fine-grained structures in post-processed materials. However, it is prone to coarsening and a loss of the beneficial effects at high temperatures. Two Al-Cu-Li-Mg-Zr-based alloys, one with an addition of Sc, were conventionally ingot-cast, twin-roll cast, and melt-spun. A relationship between solidification kinetics and the size of the eutectic cells was established, and a significant homogenization holding time reduction was confirmed. A model processing route based on physical metallurgy was proposed. The beneficial effects of Sc on texture, fine-grained structure, and mechanical properties were fully exploited and confirmed.

Rychlost tuhnutí vysokopevnostních hliníkových slitin má zásadní vliv na jejich strukturu v litém stavu. Velikost eutektických buněk může být snížena z několika stovek mikrometrů typických pro standardní materiály odlité ve formě ingotu, až pod jeden mikrometr v případě materiálů odlitých metodami rychlého tuhnutí. Jemnější počáteční struktura zkracuje vysokoteplotní homogenizaci, což umožňuje využití příznivého vlivu některých legur tvořících disperzoidy. Typickým příkladem je Sc, které má příznivý účinek na zjemňování struktury zrn ve finálně zpracovaných materiálech. Při vystavení vysokým teplotám žíhání částice Sc hrubnou, čímž ztrácí svůj pozitivní vliv. V předložené práci byly studovány dvě slitiny na bázi Al-Cu-Li-Mg-Zr, přičemž jedna ze slitin obsahuje přídavek Sc. Slitiny byly odlity konvenčně ve formě ingotu, metodou plynulého odlévání mezi válce a metodou rychlého tuhnutí na rotujícím válci. Studiem těchto slitin byl ustanoven vztah mezi rychlostí tuhnutí a velikostí eutektických buněk a byla potvrzena možnost zásadního zkrácení délky homogenizačního žíhání. Na základě studia metodami fyzikální metalurgie bylo navrženo a validováno nové schéma zpracování těchto slitin které plně využívá pozitivního vlivu Sc na jejich texturu, velikost zrn a mechanické vlastnosti.