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.

Установка ученых / ©Пресс-служба ННГУ

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.

Микроструктура алюминиевого сплава / ©Пресс-служба ННГУ

«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.

Фрактография излома образца после испытания на сверхпластичность при температуре 300 оС / ©Пресс-служба ННГУ

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.