СУЧАСНІ ПІДХОДИ ДО ЗНИЖЕННЯ ВМІСТУ СКАНДІЮ У ВИСОКОМІЦНИХ СПЛАВАХ СИСТЕМИ Al–Mg
Procesi littâ, 2026, Vol 1 (163), 3-11
DOI:
https://doi.org/10.15407/plit2026.01.003Ключові слова:
сплави системи Al–Mg, модифікування, мікролегування, скандій, ітрій, цирконій, рідкісноземельні метали, дисперсійне зміцненняАнотація
У статті представлено комплексний огляд сучасних підходів до вирішення проблеми зниження вмісту скандію в алюмінієвих сплавах системи Al–Mg із вмістом магнію 4,5 –6,5 мас. %. Скандій є одним із найбільш ефективних мікролегуючих елементів, який забезпечує формування когерентних дисперсних частинок Al3Sc, що сприяють подрібненню зерна, пригніченню рекристалізації та суттєвому підвищенню механічних властивостей алюмінієвих сплавів. Водночас висока вартість скандію обмежує його широке промислове застосування, що зумовлює актуальність пошуку рішень для його принаймні часткової заміни без помітної втрати переваг від його додавання. На основі аналізу сучасних літературних джерел розглянуто можливості часткової або повної заміни скандію за рахунок мікролегування рідкісноземельними та перехідними металами (РЗМ та ПМ) цирконієм, ітрієм, ербієм, лантаном та індієм. Показано, що ітрій та ербій, як і скандій, здатні утворювати когерентні інтерметалідні фази зі структурою L12, які забезпечують дисперсійне зміцнення та стабілізацію мікроструктури. Особливу увагу приділено ролі цирконію, який у поєднанні зі скандієм формує термічно стабільні частки Al3(Sc,Zr), що дозволяє суттєво зменшити вміст Sc без суттєвої втрати характеристик міцності.Обґрунтовано перспективність комплексного легування систем Sc–Y–Zr як ефективного підходу до оптимізації співвідношення механічних властивостей і вартості сплавів Al–Mg. Показано, що зниження вмісту скандію при збереженні високої міцності, пластичності і термічної стабільності відкриває широкі можливості для застосування таких сплавів в авіаційній, суднобудівній і транспортній галузях.
Посилання
Jiang, L., Zhang, Z., Bai, Y., Li, S., & Mao, W. (2022). Study on Sc Microalloying and Strengthening Mechanism of Al-Mg Alloy. Crystals, 12(5), 673. https://doi.org/10.3390/cryst12050673
Marquis, E. A., & Seidman, D. N. (2001). Nanoscale structural evolution of Al3Sc precipitates in Al(Sc) alloys. Acta Materialia, 49(11), 1909–1919. https://doi.org/10.1016/s1359-6454(01)00116-1
Xu, C., Xiao, W., Hanada, S.,Yamagata, H., & Ma, C. (2015). The effect of scandium addition on microstructure and mechanical properties of Al–Si–Mg alloy: A multi-refinement modifier. Materials Characterization, 110, 160–169. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2015.10.030
Seidman, D. N., Marquis, E. A., & Dunand, D. C. (2002). Precipitation strengthening at ambient and elevated temperatures of heat-treatable Al(Sc) alloys. Acta Materialia, 50(16), 4021–4035. https://doi.org/10.1016/s1359-6454(02)00201-x
Jeong, H. T., Han, S. H., & Kim, W. J. (2019). Effects of large amounts of Mg (5–13 wt%) on hot compressive deformation behavior and processing maps of Al-Mg alloys. Journal of Alloys and Compounds, 788, 1282–1299. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.293
Riddle, Y.W., Sanders, T.H. A study of coarsening, recrystallization, and morphology of microstructure in Al-Sc-(Zr)-(Mg) alloys. Metall Mater Trans A 35, 341–350 (2004). https://doi.org/10.1007/s11661-004-0135-3
Kendig, K. L., & Miracle, D. B. (2002). Strengthening mechanisms of an Al−Mg−Sc−Zr alloy. Acta Materialia, 50(16), 4165–4175. https://doi.org/10.1016/s1359-6454(02)00258-6
Song, M., & He, Y. H. (2011). Investigation of primary Al3(Sc,Zr) particles in Al–Sc–Zr alloys. Materials Science and Technology, 27(1), 431–433. https://doi.org/10.1179/174328409x443236
Dang, J.-Z., Huang, Y.-F., & Cheng, J. (2009). Effect of Sc and Zr on microstructures and mechanical properties of as-cast Al−Mg−Si−Mn alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 19(3), 540–544. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(08)60309-x
González-Rovira, L., Cabrera-Correa, L., de Dios López-Castro, J., Ojeda-López, A., & Botana, F. J. (2025). AlMgScZr alloys for laser powder bed fusion additive manufacturing. A review. Materials & Design, 114080. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2025.114080
Tariq, H. M. R., Ishtiaq, M., Kang, H.-H., Chaudry, U. M., & Jun, T.-S. (2025). A Critical Review on the Comparative Assessment of Rare-Earth and Non-Rare-Earth Alloying in Magnesium Alloys. Metals, 15(2), 128. https://doi.org/10.3390/met15020128
Gao, Z., Zhang, F., Li, H., Ma, T., Yang, H., Wang, W., Wei, W., Wen, S., Huang, H., Wu, X., Gao, K., Rong, L., Xiong, X., & Nie, Z. (2025). Process and Properties of Al−Mg−Er−Zr−Sc High-Strength Aluminum Alloy Powder Prepared by Vacuum Induction Melting Gas Atomization. Materials, 18(8), 1763. https://doi.org/10.3390/ma18081763
Wang, Q. D., Li, D. Q., Li, Q., & Ding, W. J. (2007). Effects of Er on Microstructure and Mechanical Properties of Mg-Zn-Er-Zr Magnesium Alloys. Materials Science Forum, 546-549, 105–108. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.546-549.105
Lu, Y., Zhang, H., Xue, P., Wu, L., Liu, F., Jia, L., Ni, D., Xiao, B., & Ma, Z. (2023). Microstructural Evaluation and Tensile Properties of Al-Mg-Sc-Zr Alloys Prepared by LPBF. Crystals, 13(6), 913. https://doi.org/10.3390/cryst13060913
Li, M.-j., Liu, S., Wang, X.-d., Shi, Y.-j., Pan, Q.-l., Zhou, X.-j., Zhang, R.-f., & Birbilis, N. (2022). Improved intergranular corrosion resistance of Al−Mg−Mn alloys with Sc and Zr additions. Micron, 154, 103202. https://doi.org/10.1016/j.micron.2021.103202
Foley, J. C., Allen, D. R., & Perepezko, J. H. (1997). Strategies for the development of nanocrystalline materials through devitrification. Materials Science and Engineering: A, 226-228, 569–573. https://doi.org/10.1016/s0921-5093(97)80065-2
Çiftci, Y. Ö., Çolakoğlu, K., Deligöz, E., & Bayhan, Ü. (2012). First-Principles Calculations on Structure, Elastic and Thermodynamic Properties of Al2X (X=Sc, Y) under Pressure. Journal of Materials Science & Technology, 28(2), 155–163. https://doi.org/10.1016/s1005-0302(12)60036-x
Røyset, J., & Ryum, N. (2005). Scandium in aluminium alloys. International Materials Reviews, 50(1), 19–44. https://doi.org/10.1179/174328005x14311
Karnesky, R. A., van Dalen, M. E., Dunand, D. C., & Seidman, D. N. (2006). Effects of substituting rare-earth elements for scandium in a precipitation-strengthened Al–0.08at. %Sc alloy. Scripta Materialia, 55(5), 437–440. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2006.05.021
Yuan, W., & Liang, Z. (2011). Effect of Zr addition on properties of Al–Mg–Si aluminum alloy used for all aluminum alloy conductor. Materials & Design, 32(8-9), 4195–4200. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.04.034
Ding, W., Zhao, X., Chen, T., Zhang, H., Liu, X., Cheng, Y., & Lei, D. (2020). Effect of rare earth Y and Al–Ti–B master alloy on the microstructure and mechanical properties of 6063 aluminum alloy. Journal of Alloys and Compounds, 830, 154685. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154685
Zou, C., Wu, R., Yang, X., Ma, Z., & Hou, L. (2025). Effects of a Welding Wire Containing Er or Sc on the Microstructure, Mechanical Properties, and Corrosion Resistance of the 5xxx Aluminum Alloy MIG Joint. Metals, 15(3), 287. https://doi.org/10.3390/met15030287
Zheng, Q., Zhang, L., Jiang, H., Zhao, J., & He, J. (2020). Effect mechanisms of micro-alloying element La on microstructure and mechanical properties of hypoeutectic Al-Si alloys. Journal of Materials Science & Technology, 47, 142–151. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.12.021
Zhang, X., Wang, Z. H., Zhou, Z. H., Xu, J. M., Zhong, Z. J., Yuan, H. L., & Wang, G. W. (2015). Effects of Rare Earth on Microstructure and Mechanical Properties of Al-3.2Mg Alloy. Materials Science Forum, 817, 192–197. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.817.192
Zhang, X., Wang, Z., Zhou, Z. and Xu, J. (2017) Influence of Rare Earth (Ce and La) Addition on the Performance of Al-3.0 wt%Mg Alloy. Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science Edition, 32, 611-618. https://doi.org/10.1007/s11595-017-1642-6
Liu, J., Hu, J., Li, M., Liu, G., Wu, Y., Gao, T., Liu, S., & Liu, X. (2024). Influence of Zr Microalloying on the Microstructure and Room-/High-Temperature Mechanical Properties of an Al–Cu–Mn–Fe Alloy. Materials, 17(9), 2022. https://doi.org/10.3390/ma17092022
Zhang, W., Liaw, P. K., & Zhang, Y. (2018). Science and technology in high-entropy alloys. Science China Materials, 61(1), 2–22. https://doi.org/10.1007/s40843-017-9195-8
Li, D., Wu, Y., Geng, Z., Zhang, J., Chen, C., Liu, X., Liu, Y., & Zhou, K. (2022). High Strength Al−Mg−Sc−Zr Alloy with Heterogeneous Grain Structure and Intragranular Precipitation Produced by Laser Powder Bed Fusion. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.4134180
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
