Аннотация результатов, полученных в 2014 году
С использованием расчетных (Thermo-Calc) и экспериментальных методов изучена фазовая диаграмма тройной системы Al–Ca–Sc. На примере сплава Al–7,6%Ca–0,3%Sc показано, что алюминиевые сплавы на основе Ca-содержащей эвтектики с добавкой скандия позволяют добиться существенных преимуществ по сравнению промышленными силуминами типа АК7ч/АК9ч (АА356). В частности, первые позволяют добиться значительного упрочнения за счет наночастиц фазы L12 без использования операции закалки. При этом температура отжига для достижения максимального упрочнения, как и в двойных Al–Sc сплавах, составляет около 300 0С. С использованием экспериментальных и расчетных методов изучены сплавы четверных систем типа Al–Ca–Sc–X (где X, Y- Mg, Zn, Cu, Si, Fe, Ni, Zr, Mn), включая анализ их структуры, фазового состава и способности к дисперсионному упрочнению. Построены политермические разрезы данных четверных систем при 4% Ca и 0,3%Sc. Показано, что наличие четвертого элемента практически не сказывается на температуре максимального упрочнения (за счет наночастиц фазы L12). В большинстве систем обнаружены тройные алюминиды типа Al–Ca–Sc–X, что предполагает достаточное сложное строение соответствующих фазовых диаграмм (не только четверных, но и тройных типа Al–Ca–X). Показано, что система Al–Ca–Mg–Zn может быть основой высокопрочных алюминиевых сплавов нового поколения, как литейных, так и деформируемых. Высокая доля эвтектики предполагает достаточный уровень литейных свойств, а глобулярная морфология частиц Ca-содержащей фазы, которая может быть получена за счет сфероидизирющего отжига, предполагает достаточный уровень пластичности. При этом концентрация цинка должны быть существенно выше, чем в марочных сплавах (7ххх серии), поскольку этот элемент в значительной мере входит в Ca-содержащую фазу. На основе выполненных экспериментов выбраны следующие перспективные системы легирования, которые позволят получать сплавы на основе дисперсной Ca-содержащей эвтектики. Al–Ca–Sc–Mg, Al–Ca–Sc–Fe, Al–Ca–Sc–Si, Al–Ca–Sc–Mn, Al–Ca–Mg–Zn.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
С использованием экспериментальных (ОМ, СЭМ, ПЭМ, ДТА, МРСА) и расчетных (Thermo-Calc) методов исследованы фазовый состав и структура многокомпонентных сплавов на основе высокодисперсной Ca-содержащей эвтектики, содержащих скандий, никель, кремний, магний, марганец, цинк и цирконий. Построены фрагменты фазовых диаграмм в алюминиевом углу, изучено влияния состава и температуры термообработки на структурные параметры сплавов этих систем. Рассчитаны кривые неравновесной кристаллизации (по модели Sheil-Gulliver), определено возможное упрочнение сплавов на основе зависимостей твердости от параметров термической обработки. Исследована тонкая структура модельного эвтектического сплава Al-7,6%Ca-0,3%Sc (масс.%), нагреваемого в колонне электронного микроскопа. Определены размеры структурных составляющих и их изменение в процессе температурного воздействия. Средний размер ветвей дендритов фазы Al4Ca в эвтектике (Al)+Al4Ca в литом состоянии около 0,5 мкм. В процессе нагрева до 600°С их размер увеличивается примерно до 3-5 мкм. При распаде алюминиевого твердого раствора с выделением частиц фазы Al3Sc, их размер в состоянии максимального упрочнения при температуре 300°С составляет около 5 нм, а при температуре 450°С их размер увеличивается до 50 нм, что приводит к разупрочнению сплавов. Показано, что размер выделений Al3Sc на границах с частицами фазы Al4Ca значительно больше, чем внутри дендритных ячеек (Al). Оценено упрочнение экспериментальных сплавов разных систем легирования в процессе отжига. Максимального упрочнения достигается при температурах 300-350°С. Наибольшие значения твердости у сплавов Al-6Ca-0.3Sc-10Mg и Al-7Ca-0.3Sc-1Mn. Проведена оценка литейных свойств, лучшие значения показал сплав Al-7Ca-0.3Sc-1Mn. Показано, что упрочняющий эффект за счет наночастиц фазы L12 может быть получен при частичной (или даже полной) замене дорогостоящего скандия цирконием. При этом пик упрочения сдвигается в сторону более высоких температур. Показано, что в сплавах системы Al-Zn-Mg-Ca значительная часть цинка находится в эвтектических включениях Ca-содержащей фазы, а его концентрация в (Al), которая необходима для получения заметного дисперсионного упрочнения, существенно ниже его концентрации в сплаве. Установлено, что, начиная с 500 0С, происходит фрагментация и сфероидизация эвтектических включений Ca-содержащей фазы Al4Ca. Согласно результатам микрорентгеноспектрального анализа состав этих включений отвечает формуле Al3ZnCa. На примере экспериментального сплава Al-10Zn-3Mg-3,5Ca показано, что максимальная твердость в отливках после термообработки по режиму Т6 (закалка+старение) достигает 200НВ. Это предполагает возможность достижения прочности на разрыв около 600 МПа, что значительно превосходит уровень марочных литейных алюминиевых сплавов.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
На основе изучения структуры и фазового состава сплавов систем Al–Ca–Mn–Sc, Al–Ca–Mn–Zr и Al–Ca–Mn–Fe–Si–Zr–Sc с использованием программы Thermo-Calc оптимизированы составы сплавов на основе Ca-содержащей эвтектики, упрочняемого при отжиге (без закалки!) за счет наночастиц фазы L12 . Установлено, что возможна частичная или даже полная замена дорогостоящей добавки скандия цирконием (этот элемент также позволяет сформировать наночастицы L12.). Установлено, что уровень литейных свойств экспериментальных сплавов не ниже, чем у силуминов. Определены технологические свойства при горячей и холодной прокатке сплавов систем Al–Ca–Mn–Sc, Al–Ca–Mn–Zr и Al–Ca–Mn–Fe–Si–Zr–Sc. В интервале температур 400-500 0С все сплавы прокатываются с общей степенью деформации более 80 %, свойства в горячекатаном состоянии порядка предел прочности 320-360 МПа, δ=11-12 %. При комнатной температуре степень деформации варьируется от 65 до 92 %, свойства в холоднокатаном и отожженном после прокатки состоянии предел прочности - 260 МПа, δ= 8%. Таким образом установили, что на базе системы Al–Ca–Mn с добавлением упрочняющих компонентов Sc и/или Zr можно создавать технологически универсальные сплавы как в виде фасонных отливок, так и деформированных полуфабрикатов со свойствами, не ниже стандартных деформируемых сплавов типа АМг и АМц. Ожидается, что литые детали машин из этих сплавов будут обладать большей выносливостью по сравнению с силуминами. С использованием метода физического моделирования термомеханических испытаний (Gleeble) изучена деформационная пластичность сплава Al-3,6%Ca-8,3%Zn-2,9%Mg (Альцимак). Установлено, что сплав пригоден для деформационной обработки. Установлено, что сплав Al-10%Zn-3,5%Ca-3%Mg можно прокатывать при 450 0С со степенью деформации не ниже 70 %, а также при комнатной температуре со степенью деформации не менее 60 %. После прокатки и термической обработки по режиму Т6 прочность образцов не менее 520 МПа, что соответствует высокопрочным деформируемым алюминиевым сплавам типа В95. По литейным свойствам (горячеломкость и жидкотекучесть) сплав Al-10%Zn-3,5%Ca-3%Mg не уступает силуминам типа АК7 и заметно превосходит известный высокопрочный деформируемый сплав В95. Следовательно на базе системы Al-Zn-Ca-Mg могут быть созданы высокопрочные литейные сплавы с повышенными характеристиками выносливости, из которых можно также изготавливать деформированные полуфабрикаты. С использованием расчетных (программа Thermo-Calc) и экспериментальных методов изучения фазового состава, а также на основе подробного изучения технологических свойств при прокатке и литье, оптимизированы составы сплавов на основе систем Al–Ca–Ni, Al–Ca–Si, Al–Ca–Fe с объемной долей эвтектических интерметаллидов не менее 15-25 %. Установлено, что по литейным свойствам все композиции не уступают силуминам типа АК7. Их можно подвергать горячей прокатке со степенями деформации от 40 до 80 %. То есть существует большой запас пластичности, а значит на основе этих систем можно создавать сплавы типа «эвтектические композиты» с универсальными технологическими свойствами. Исследована коррозионная стойкость сплавов Al-6 %Ca-1 %Si-1 %Fe и Al-4%Ca-3%Ni в сравнении со сплавами АК12М2 и В95 и показано, что кальций-содержащие сплавы обладают повышенной коррозионной стойкостью по сравнению с известными промышленными алюминиевыми сплавами.